Почему на формуле 1 открытые колеса
Вы когда-нибудь задумывались, почему машину класса Формула 1 называют болидом? И вообще, откуда пошли эти странные машины с открытыми колесами и плавником над мотором? Почему именно Формула 1 – Королева автоспорта?
Выше только звезды…
Михаэль Шумахер на Ferrari F2004 — самый успешный болид за всю историю Ф1
Машину класса Формулы 1 болидом прозвали журналисты, по аналогии со значением этого слова в астрономии. Болид – это небесное тело, что попало в атмосферу земли и, оставляя за собой сверкающий, яркий след, стремительно уноситься за горизонт. Поскольку большинство команд довольно ярко раскрашивают свои машины, это определение так и прижилось. Впрочем, болидами отныне называют все быстрые машины и не только с открытыми колесами.
Кстати, вот и первый вопрос – почему открытые колеса? Ведь они являются главным элементом в машине, который портит аэродинамику. А в мире автоспорта каждая десятая доля времени на счету. Но так уж повелось, что на этих машинах регламентом запрещено закрывать колеса аэродинамическими элементами.
Louis Chevrolet 1910 года — одна из первых машин с открытыми колесами
Вообще-то машины с открытыми колесами родились в США, но и в Европе они получили большую популярность. В Европе гонки на автомобилях с открытыми колёсами стали проводиться в 20-х гг. Новые машины получили название монопостов и они начали участвовать в престижных гонках Гран-При. С 1930 г. результаты некоторых Гран-При стали заноситься AIACR в отдельный зачет, создав личный чемпионат Европы, а в 1946 г. была создана FIA, которая определила основные классы монопостов – Формула 1, 2 и 3. В 1950 г. был организован чемпионат мира, проводимый на машинах Ф1.
Болид Формулы 1 – это сплав технических достижений в сфере высоких технологии в самых разных отраслях науки. И не только автомобилестроения, но и электроники, кибернетики, химии, физики и многого другого.
Lotus Эмерсона Фиттипальди 1962 года
Прародителем этой схемы в Формуле 1 стал Фердинанд Порше (да, тот самый, что создал фирму, которая до сиз пор известна во всем мире с индексом 911). Именно его болиды в 50-х приобрели такой вид. Правда не раз предпринимались попытки изменить эту схему. Например, еще в 1954 году команда Mercedes пользуясь неточностями в регламенте на некоторых конках выставляла машины с закрытыми колесами, но FIA быстро пересекла это. Еще более комичным выглядит попытка команды Lotus обуздать мощный мотор с помощью 6-колесной схемы. Но и эта попытка была признана незаконной и с тех пор машины в Формуле 1 только четырехколесные.
Шестиколесный Tyrell 1976 года
Отдельно хочется сказать и про моторы с шасси. Если силовой агрегат можно приобретать на стороне, то шасси каждая команда обязана разрабатывать сама. Элементы подвески, как и тормоза – элементы находящиеся вне корпуса, а потому к ним особенные требования. Эти элементы сделаны из самых прочных материалов и призваны выдерживать большие нагрузки. Карбоно-керамические тормоза могут выдерживать температуру до 2000 градусов по Цельсию и не терять при этом своей эффективности.
Мотор – это сердце любой машины. И от его производительности напрямую зависит и скорость машины. Ошибочно думать, что в Формуле 1 самые мощные и быстрые машины. Например, в американской серии ChampCar моторы достигали мощности в 1500 л. с., а максимальная скорость достигала до 400 км/ч. Но в том и дело, что гонки проводятся не на прямой, а по кольцу, где важны многие факторы помимо мощности: стабильность машины, ее надежность и управляемость, аэродинамика и крутящий момент. А в этом Формуле 1 точно нет равных. Потому-то именно она Королева автоспорта.
Боевой и гражданский
Хребет над моторным отсеком постепенно становиться часть заднего антикрыла
Трудно представить, но такой далекий от демократий вид спорта как Формула 1, сделал немало полезного для всего человечества в целом. Формула 1, как и многие другие вещи со временем претерпела изменения и, словно индикатор, отображающий технические достижения нашего мира.
Суммарная стоимость болида Формулы 1 примерно равна миллиону долларов (точная цифра неизвестна – коммерческая тайна). Примерно в эту же сумму обходится и его содержание, поскольку эта машина сравни космическому кораблю. Прежде чем она выйдет на трассу с ней нужно провести множество манипуляций.
Изначально АБС была испробована в Формуле 1 в 1990 году командой Ferrari. Но в 1994 году была запрещена, как система нивелирующая многие недостатки пилотирования гонщиками. Зато с тех пор она активно стала внедрятся на дорожных автомобилях.
После гибели Айртона Сенны в 1994 году FIAвзяла курс на ужесточение правил безопасности и до сих пор пытается сдержать неуклонный рост мощности моторов и предельной скорости. Например, постепенно снижалось количество цилиндров у моторов и их диаметр. Сначала отказались от моторов V12, перейдя на V10, затем все стали использовать восьмицилиндровые двигатели, объемом не боле 3.5 литра без турбонаддува. Несмотря на это мощность моторов осталась высокой – около 900 л. с. на 600 кг боевого веса машины вместе с пилотом. С 2014 года Ф1 переходит на новые моторы – V6 с турбонаддувом объемом 1.6 литра.
Максимальная скорость, достигнутая болидом Формулы 1 – 415 км/ч. Ее развил американец Пол Трейси на трассе в Мичигане во время одной из практик.
Автомобиль с открытыми колёсами (монопост, одноместный болид, формульный болид) — тип гоночного автомобиля, представляющий собой одноместный [1] автомобиль с колёсами, вынесенными из кузова. Этот тип, появившийся в начале XX века — ныне один из самых распространённых типов гоночных автомобилей.
Содержание
Названия
История
В Европе гонки на автомобилях с открытыми колёсами стали проводиться в 20-х гг. Новые машины получили название монопостов и они начали участвовать в престижных гонках Гран-При. С 1930 г. результаты некоторых Гран-При стали заноситься AIACR в отдельный зачет, создав личный чемпионат Европы, а в 1946 г. была создана FIA, которая определила основные классы монопостов — Формула-1, −2 и −3. В 1950 г. был организован чемпионат мира, проводимый на машинах Ф1.
Устройство
Подвеска
Согласно названию, колёса автомобилей должны находиться вне корпуса. Впрочем, бывали и исключения — в 1954 г. команда Ф1 Мерседес, воспользовавшись лазейками в регламенте, выставляла на некоторые гонки, преимущественно скоростные, машины с колёсами, закрытыми лёгким кузовом. В дальнейшем регламент Ф1 был пересмотрен с целью исключения подобных случаев.
Также вне корпуса находится и подвеска. Сейчас это двойной поперечный рычаг с толкаемой либо тянущей штангой (push-rod и pull-rod, соответственно).
Число колёс, как правило, не превышает 4, хотя были случаи и 6-колёсных автомобилей — впервые такой автомобиль появился в 1948 г. в Национальном Чемпионате ААА, в 1976 г. команда Ф1 Тирелл также представила автомобиль с 6 колёсами, однако попытка команды Ф1 Уильямс выставить в 1982 г. шестиколёсный автомобиль натолкнулась на запрет, с тех пор все автомобили с открытыми колёсами имеют их не больше 4.
Двигатель
Двигатель долгое время находился впереди гонщика, приводя в движение заднюю ось посредством карданного вала, так или иначе проходившего через кабину. Впервые иное расположение двигателя — позади кабины — было предложено немецким инженером Фердинандом Порше в 1920-х гг., но реализовано в металле было лишь в 1934 г. в гоночных автомобилях Ауто Унион, построенных под руководством того же Порше. Впоследствии эта схема получила развитие на автомобилях Ауто Унион, но Вторая мировая война положила конец их эволюции, а после войны уже не использовалась. Вновь эта схема была применена уже в 1950-х гг. Эшли Купером. В 1961 г. автомобили заднемоторной схемы дебютировали в США, в 1965 г. выиграли гонку Инди-500, и с тех пор заднемоторная схема стала стандартом для автомобилей с открытыми колёсами, за исключением спринт-каров, используемых для гонок по грунтовым овалам.
Сами двигатели — почти исключительно четырёхтактные поршневые, работающие по циклу Отто, атмосферные или с турбокомпрессорами. В американском чемпионате проводили опыты с дизельными двигателями, также были попытки применения газовых турбин, в Америке и в Европе.
Аэродинамика
В начале XX столетия вопросы аэродинамики не сильно волновали конструкторов автомобилей, которые еще не развивали высоких скоростей. Первая Мировая война дала толчок исследованиям в области аэродинамики и с возобновлением в 20-х гг. гонок Гран-При некоторые инженеры (как, например, Фердинанд Порше) решили применить каплевидные обтекаемые кузова.
С 1960-х гг. требования аэродинамики все больше учитываются при создании гоночных автомобилей, конструкторы стараются добиваться не только уменьшения лобового сопротивления как раньше, но и увеличения прижимной силы — лёгкие машины не могли реализовать всю мощь своих моторов из-за пробуксовки в поворотах. Монопосты начинают обрастать теми или иными аэродинамическими приспособлениями.
Наиболее часто встречаются переднее и заднее антикрылья, прижимающие к дороге соответственно переднюю и заднюю часть автомобиля. Впрочем, в начале 80-х автомобили Ф1 обходились без передних крыльев — основную прижимную силу создавали сами корпуса машин, которые вкупе с заградительными эластичными юбками создавали под днищем машины разрежение, прижимающее их к трассе (граунд-эффект). Сейчас граунд-эффект практически везде запрещён, а прижимную силу создаёт диффузор — расположенная в задней части днища открытая сужающаяся П-образная полутруба, ускоряющая протекающий под машиной воздух (принцип трубки Вентури).
Открытые колёса являются важным аэродинамическим элементом — они имеют большую ширину, а их верхний край движется навстречу набегающему потоку. В итоге они производят серьёзные воздушные завихрения, сильно ухудшающие аэродинамическую эффективность автомобиля (коэффициент лобового сопротивления достигает 1,0-1,2) и, таким образом, не может сравниться со спортпрототипами, у которых колёса закрыты (коэффициент лобового сопротивления 0,3-0,4). Предпринимавшиеся различные попытки закрыть колёса от набегающего потока пресекаются контролирующими органами.
Маломощные монопосты, а также спринт-кары (используемые для гонок на грунтовых овалах) могут вообще не иметь аэродинамических элементов — развиваемые ими скорости не столь велики.
Корпус
Корпус монопоста имеет минимальное поперечное сечение, с тем чтобы только закрывать пилота. С 1962 года команда Ф1 Лотус применяет новую конструкцию корпуса с использованием монококов — жёстких пространственных конструкций, более устойчивых к кручению и ударам. Тогда же гонщик изменил свою позицию в кокпите — он больше не сидел более-менее прямо, а занял практически полулежачую позицию. Это не только уменьшило лобовое сопротивление, но и улучшило переносимость перегрузок. В первой половине 80-х в Формуле-1 появились углепластиковые монококи, которые затем широко распространились на все остальные серии. В монококе располагается кокпит — открытая кабина пилота (хотя и предпринимались различные попытки закрыть пилота). Сразу за кабиной располагается дуга безопасности, призванная принимать удары при переворотах машины. Спереди к монококу крепится передняя подвеска и передние аэродинамические элементы, сзади — двигатель, к которому крепится коробка передач, а к той — задняя подвеска и задние аэродинамические элементы. С 1970 г. команда Ф1 Лотус располагает радиаторы в боковых понтонах, что позволило придать носу машины максимально эффективную с точки зрения аэродинамики форму.
Трансмиссия
Привод, независимо от расположения двигателя, чаще всего делался задний, хотя в серии Индикар были попытки использования переднеприводных автомобилей, а полный привод использовался и в Индикаре, и в Формуле 1. Переключение передач всегда ручное, хотя в последнее время повсеместное распространение получили разработанные ещё для Формулы 1 секвентальные полуавтоматические коробки с переключением подрулевыми переключателями.
Пилотирование
Автомобили с открытыми колёсами обычно имеют наименьшую массу среди всех гоночных машин своего класса мощности и наибольшую концентрацию мощности среди автомобилей своего веса. Массы монопостов находятся в пределах 455—700 килограмм, а мощности могут достигать и превосходить 1 000 лошадиных сил. Это, а также высокая аэродинамическая оснащенность, определяет их наибольшие возможности по ускорению в поворотах и делает их наиболее быстрыми среди всех гоночных автомобилей.
Прототипы в принципе отличаются лишь закрытыми колесами, а потому теоретически тоже могут достигать таких динамических показателей, но на данный момент такие машины используются лишь в гонках на выносливость, а потому не могут сравниться с монопостами в скорости. В то же время возможна постройка прототипа из монопоста путем установки на него легкого кузова, закрывающего колёса — именно так были построены прототипы Can-Am второй половины 70-х.
Высокие динамические характеристики монопостов накладывают повышенные требования к физической подготовке пилотов. Также автомобиль с открытыми колёсами даёт небольшое преимущество, так как пилоту проще строить траекторию движения из-за того, что он видит колеса авто. Кроме того, пилотирование требует большей аккуратности, монопосты практически не способны переносить без повреждений контакты, а контакт колесо-на-колесо очень опасен ввиду того, что один из автомобилей может взлететь и перевернуться.
Производители машин с открытыми колёсами
Участники гонок на машинах с открытыми колёсами могут строить их сами (так в Чемпионате Мира Формулы-1), а могут закупать у стороннего производителя (в большинстве остальных случаев). Современные производители монопостов:
Международные чемпионаты на автомобилях с открытыми колёсами
Автомобили с открытыми колесами участвуют практически исключительно в кольцевых гонках на трассах с твердым покрытием — стационарных, временных или трассах овального типа. Спринт-кары и миджеты используются в гонках по коротким гаревым трекам. Также списанные из других серий монопосты могут использоваться в соревнованиях по подъёму на холм.
Чистая скорость – не самое главное.
Сейчас в Гран-при используют 13-дюймовые колесные диски, которые – казалось – идеально подходят для гоночных болидов.
Тем не менее, изменение конструкции колес вызывает и споры: из-за неоднозначного внешнего вида и огромного влияния на технику. Один из недовольных – как раз Эллисон.
Болиды действительно замедлятся, но это не важно. Главное – шины будущего освободят инженеров
Но все-таки даже потеря 17 л.с. не равна лишним двум секундам из заверений Эллисона. По слухам, потеря 1 л.с. – это около 0,016 секунды на круге – и если верить этой формуле, то с новой резиной болиды замедлятся лишь на 0,25 секунды.
Правда, есть загвоздка: у новых шин меньше боковина – лишь 135 мм – и больший диаметр (725 мм против 670 мм нынешнего типа). Выходит, болидам понадобится новая подвеска с более крупными пружинами и амортизаторами. Соответственно, дополнительный вес приведет к дальнейшему замедлению.
Однако простая потеря скорости – не так плоха сама по себе. Современные колеса – катализатор множества проблем: сейчас очень тяжело контролировать их работу – и практически на любом треке у команд возникают большие сложности с настройкой подвески. Маленькая боковина ведет к расширению опций по настройке, так что из-за нее конкуренция, интрига и интерес только возрастают.
Собственно, теоретически Эллисон прав: машины замедлятся. Но невозможно точно спрогнозировать итоговую потерю в скорости из-за нехватки информации. Да и серьезно задумываться об этом вряд ли стоит: взамен мы наконец-то увидим еще более плотную борьбу инженеров. Это ли не радость?
Новые колеса – основа революционного регламента. Они должны привлечь других производителей
С 2022 года серьезно изменится и аэродинамический обвес болидов. Самое главное – машины станут проще (с одних только понтонов пропадет множество дефлекторов и прочих элементов).
Уменьшение аэродинамической нагрузки как раз и позволит перейти на шины с меньшей боковиной: покрышки заработают даже при пониженном давлении, а значит, удастся избежать аварий наподобие инцидентов Стролла и Ферстаппена на Гран-при Азербайджана.
Но как бы выглядела машина для Гран-при без самых громких запретов последних семи десятилетий? Издание WTF1 углубилось в историю и прикинуло конструкцию такого монстра.
Они служили для очистки воздушного потока, следовавшего на заднее антикрыло — без турбулентных возмущений от больших передних колес эффективность задней части выросла, и машина начала генерировать больше прижимной силы. В то же время из-за снижения площади соприкосновения с воздухом уменьшилось и лобовое сопротивление — а следовательно, увеличилась и скорость на прямых. Также увеличилась площадь контакта шин с асфальтом — в результате в поворотах машина демонстрировала шикарные сцепные свойства.
Тем не менее, система подвесок и рулевого управления оказалась невероятно сложной, однако даже несмотря на трудности с механическими элементами болид доказал конкурентоспособность: одна победа на Гран-при Швеции, 13 подиумов за 2 сезона и третье место в Кубке конструкторов 1976-го.
Для идеальной машины, существующей вне пределов регламента, идеально было бы взять оба решения — две пары колес спереди и сзади.
Автомобильных чиновников волновал рост скорости в поворотах — машины стали больше походить на ракеты, представляя опасность для пилотов. Сейчас же нам явно не стоит об этом беспокоиться, так что и граунд-эффект, и насос можно смело добавлять к идеальному болиду.
Тем не менее, сейчас они явно помогли бы пилотам проявить свои способности лучшим образом.
В конце десятилетия ФИА обязала всех конструкторов производить болиды только с открытыми колесами. Тем не менее, сейчас ослабление регламента позволило бы командам оптимизировать аэродинамический пакет, снизить лобовое сопротивление и повысить скорость в поворотах. Для тех же целей инженеры с радостью бы заключили и пилота в закрытый кокпит — так что если бы не ограничения со стороны правил, машины уже давно выглядели бы вот так.
Эпохальные изобретения, определившие облик современных болидов.
Среднемоторная компоновка
Некоторые игроки на рынке автомобилестроения перенесли двигатель за заднюю ось и объединили с трансмиссией, открыв чрезвычайно полезную для внедорожников компоновку благодаря увеличившейся проходимости. Но для шоссейных гонок она совершенно не годилась: новый узел сильно нагружал заднюю ось, создавал дисбаланс и провоцировал нестабильность в поворотах вместе с мощной избыточной поворачиваемостью.
Аэродинамические элементы
Турбодвигатели
В 2014 году (то есть спустя 26 лет) ограничения отменили. Нагнетатели вернулись в болиды и уже помогли побить несколько рекордов скорости и трасс — и от них больше не планируют отказываться.
Трэкшн-контроль и электроника
Квалификационная мощность двигателей поздней турбоэры достигала 1300 л.с., и пилоты закономерно почти не могли контролировать поведение машин при разгоне. В помощь гонщикам конструкторы ставили простые электронные вспомогательные системы, ставшие массовыми во второй половине 80-х годов. Они контролировали обороты на каждом колесе и мешали пробуксовке, делая поведение машины предсказуемым.
Системы понравились пилотам, остались в обиходе даже после запрета турбированных двигателей и эволюционировавали в настоящий трэкшн-контроль. Умная электронная система не просто следила за состоянием колес, но также изменяла подачу топлива в цилиндры, отключала свечи зажигания и даже закрывала дроссельную заслонку, полностью подчиняясь программам или командам пилота из кокпита.
Гибридные системы
В соответствии с новыми трендами экологичности и повышения эффективности силовых установок, ФИА ввела систему рекуперации кинетической энергии (KERS) в 2009 году. Она перерабатывала энергию вращения колес в электричество при торможениях, а затем примерно в течение 6 секунд увеличивала мощность двигателя на 80 л.с. Не все команды поначалу могли себе ее позволить, так что обязательной KERS сделали лишь в 2011 году.
Монокок/карбоновый монокок
Кокпит болида не всегда принимал современную вытянутую стреловидную форму. Гоночные болиды-сигары начала 60-х родились из стремления к снижению веса путем скрещивания обычных автомобилей с авиационными технологиями: конструкция базировалась на легкой раме из стальных труб, обшитой алюминиевыми листами. Внутри располагались и кокпит, и двигатель, и остальная начинка, и гонщик (занимавший сидячее положение) — прямо как в истребителях тех времен.
AMuS: в 2026 году болиды Ф-1 станут короче на 30 см, число передач уменьшится с 8 до 6
Издание Auto Motor und Sport опубликовало некоторые подробности о новом моторном и техническом регламенте Формулы-1, который вступит в силу с 2026 года.
Так, по информации источника, объём топливного бака будет до 100 килограммов, 30 из которых будут использоваться для выработки электроэнергии. Стоит отметить, что дополнительная рекуперация энергии на передней оси позволила бы сократить объём бака и не сжигать такое количество топлива, но, опасаясь преимущества «Ауди» из-за опыта работы с такой концепцией гибрида, другие производители отказались от этого.
Кроме того, колёсная база болидов будет сокращена на 30 сантиметров. Также ФИА намерена упростить коробки передач. Ожидается, что с 2026 года будет использоваться шесть передач вместо текущих восьми.
Полный привод в Ф1 – миф или неизбежная реальность?
В последние годы буквально все разговоры в Формуле 1 крутятся вокруг применимости технологий, используемых в спорте, в серийном производстве и наоборот. Но если зайти по этой дорожке слишком далеко, обратного пути может уже просто не оказаться. Слово Дитеру Ренкену.
По слухам, в конце октября должен быть выработан новый вектор развития моторостроения в Больших Призах в виде технического регламента, который начнет действовать с 2021 года. Более того, некоторые стороны заинтересованы в досрочном введении новых правил и отказе от нынешнего регламента уже в конце 2019-го.
Ни для кого не секрет, что команды открыто выступают за более дешевые и простые силовые установки при условии, что они будут выдавать мощность, сопоставимую с нынешними гибридами – 900+ лошадиных сил. По логике, скорее всего, должна быть сохранена существующая 6-цилиндровая архитектура двигателя объемом 1,6 литра, тогда как на место нынешней сложной и дорогостоящей турбины, лежащей в основе многих проблем современной Ф1, должна прийти простая двойная турбина.
Но не стоит забывать, что Формула 1 и логика – не самые близкие друзья, скорее шапочные знакомые. К тому же, все четыре марки моторов, представленные сегодня в Больших Призах – Mercedes, Ferrari, Renault и Honda – являются лишь спортивными ответвлениями своих материнских компаний-производителей, обладающих собственными маркетинговыми приоритетами. Также и VW Group со своими брендами Porsche и Audi все реже отказывается от варианта рассмотрения возможности присоединения к Формуле 1, будь то в качестве поставщика моторов или полноценной команды.
По различным данным, порядка тридцати делегатов почтили своим присутствием последнее собрание Рабочей группы по силовым установкам, прошедшее в начале июля. Помимо представителей Aston Martin, говорят, на встрече были и другие любопытные персонажи, а компанию им составили независимые мотористы Ilmor и Cosworth, в один голос признающие, однако, что без заводских ресурсов и поддержки им будет крайне сложно добиться успеха на этом поприще.
Фото: autosport.com
Не стоит забывать, что компания Ilmor, к примеру, в прошлом сделала себе репутацию в Формуле 1 с Mercedes (а в CART – с General Motors), ведь современное подразделение Mercedes-AMG High Performance Powertrains (HPP) берет свои истоки именно с Ilmor F1. Что касается Cosworth, то свой легендарный двигатель DFV они произвели при полной поддержке Ford, и не без «голубого овала» был спроектирован чемпионский 8-цилиндровый мотор Zetec-R 1994 года. Так что влияние крупных производителей всегда способствовало продвижению мотористов в Формуле 1, даже когда речь идет о якобы независимых поставщиках.
Именно в этой плоскости и лежит главная проблема для FIA и FOM, пытающихся всеми силами сохранить зрелищность Формулы 1, тогда как производители во всю лоббируют явное пересечение технологий в спорте и на дорогах общего пользования.
«Выигрывай в воскресенье, продавай в понедельник» – вот их главная доктрина, без которой невозможно было бы оправдать их многомиллионные траты на Формулу 1. А без них у спорта просто не было бы двигателей.
Но интересно и то, что с момента внедрения в Больших Призах гибридные технологии сделали существенный шаг вперед – современные гибридные силовые установки предполагают использование полного привода и системы управления вектором тяги без необходимости установки дополнительных дифференциалов и приводных валов. Большинство автопроизводителей сегодня предлагают модели с полным приводом, в которых первичные оси вращаются при помощи силовой установки, тогда как гибридный «буст» (с рекуперацией энергии) передается на вторичные оси посредством моторов-генераторов.
К примеру, в новой NSX от Honda используется подобная система – двойная турбина центрального расположения V6 обеспечивает привод на заднюю ось, тогда как электромоторы раскручивают переднюю. На следующем витке эволюции крутящий момент от электродвигателей варьируется на каждой стороне, чтобы обеспечить помощь в рулевом управлении на основе работы тормоза, газа, угла отклонения, скорости и показаний датчиков руления. И это как раз та самая помощь, которую FIA/FOM традиционно пытаются не допустить в королеву автоспорта.
Новый гиперкар Project One от Mercedes-AMG, с помпой представленный на Франкфуртском автосалоне, впервые, как отмечено, воплощает все новые гибридные технологии, использующиеся в Формуле 1, на обычных дорогах.
Фото: autosport.com
Новый концепт обладает полным приводом последней формации, а всего планируется выпустить не более 275 единиц таких машин стоимостью 2,7 миллиона долларов за каждую. И сегодня спрос, как считается, уже превысил предложение в четыре раза.
Согласно официальному изданию Mercedes-AMG, «гибридная система Project One основана исключительно на технологиях, применяемых в Формуле 1, и была разработана в тесном сотрудничестве с лучшими экспертами подразделения Mercedes-AMG High Performance Powertrains».
А теперь ключевая фраза: «[Система] включает в себя блок от 1,6-литровой гибридной силовой установки V6 с использованием четырех электромоторов – один интегрирован в турбокомпрессор [см. ERS-H], второй – в двигатель внутреннего сгорания с непосредственной связью с блоком цилиндров, а оставшиеся два – на передней оси». Итого полный привод.
Не стоит также полагать, что в Маранелло далеки от мысли использования привода на все имеющиеся колеса. Ferrari уже производит модель GTC4 Lusso, в базе которой лежит полноприводный FF, поразивший всех гонщиков Ф1 и журналистов на фестивале Wrooom в 2012 году.
Конечно, в основе трансмиссии Lusso используются преимущественно механические принципы, но еще в 2009 году Ferrari зарегистрировала европейский патент на систему электронного полного привода, в которой центральный мотор переключается на индивидуальные блоки, установленные в каждом колесе.
В качестве подтверждения того факта, что в Маранелло делают ставку на полный привод, можно отметить, что среднегодовой пробег FF и Lusso на 30% превышает все «нормальные» модели Ferrari.
Фактически из четырех производителей моторов в Ф1 только Renault пока не делает явную ставку на привод всех колес, но если учесть, что все их конкуренты, в числе которых и Peugeot, уже во всю осваивают эту концепцию, недалек тот день, когда и в Renault обратят на нее свой взор.
Фото: autosport.com
Что касается истории полного привода в автоспорте, то она берет свое начало в ранних 80-х, а пионером использования этой технологии стала компания Audi. Их основной целью было повысить сцепление с дорожным полотном на рыхлых неустойчивых поверхностях.
В то время раллийные машины были ограничены мощностью в 300 л.с. из-за сложностей, связанных с передачей большей мощности на (задние) колеса на гравии и льду. Революционная система quattro от Audi подняла ставки до 400 л.с., что эквивалентно «всего» сотне лошадей на каждое ведущее колесо.
Когда Вальтер Рёрль, которого многие считают лучшим раллийным гонщиком всех времен, пересел с заднеприводных Fiat и Lancia на quattro, он сравнил этот опыт с ездой по рельсам, и это несмотря на увеличение выходной мощности на 50%. И только после наступления эпохи Group B и повышения мощности моторов до 600 л.с. (по 150 на каждое ведущее колесо) раллийный спорт вновь обрел былую зрелищность – и снова стал смертельно опасным для пилотов.
И хотя в спорте вполне применимы принципы полного привода – особенно в ралли на сложном дорожном покрытии, – все же эта тема гораздо более актуальна для дорог общего пользования, нежели для стационарных асфальтированных автодромов в Формуле 1. Чтобы понять, как сильно дополнительное сцепление убивает спортивную зрелищность, достаточно сравнить два видео восхождения на Peugeot на легендарный Pikes Peak в Колорадо с разницей в четверть века.
На этом видео перед нами предстает Ари Ватанен, взбирающийся на гору в 1988 году за рулем полноприводного Peugeot 405 T16 мощностью 600 л.с. А ниже второй сюжет, сделанный в 2013 году – Себастьен Лёб покоряет рекорд, управляя 875-сильным Peugeot 208.
Разница вполне очевидна – если машину финна болтает по всей ширине дороги, то автомобиль эльзасца плотно приклеен к полотну, несмотря на вполовину увеличившуюся мощность. Ну и главное отличие вряд ли ускользнуло от вашего внимательного взгляда. Правильно, за это время путь восхождения был заасфальтирован.
И представьте себе, что современные машины Ф1 обладают практически такой же мощностью мотора и ненамного меньшим весом по отношению к автомобилю Лёба на базе LMP1. Насколько же снизится зрелищность, если Большие Призы пойдут на поводу у серийного производства?!
И больше остальных о затратах, сложностях и политической подоплёке внедрения полного привода в автоспорте знает бывший спортивный директор Peugeot, а ныне президент FIA Жан Тодт, который, скорее всего, останется на этой должности на третий срок.
Под его руководством Peugeot произвела 205 T16 (позже Evo2), тем самым выведя технологию полного привода на новый уровень, и доминировала в WRC до тех пор, пока FIA не поставила под запрет Group B. Следом свет увидела модель 406 T16, которая не только покорила Pikes Peak, но и блестяще проявила себя в «настоящем» Дакаре – настолько, что Тодту даже пришлось подкидывать монетку, чтобы решить, Ватанен или Жаки Икс выиграет редакцию ралли-рейда 1989 года. Тогда повезло финну.
Тодт совершенно спокойно может блокировать приход в Формулу 1 полного привода, но при этом он понимает, что для развития королевы автоспорта необходимо дать производителям возможность сближать технологии в гонках и на обычных дорогах. Грубо говоря, без заводской поддержки команды вроде Williams и Force India вообще никогда не появились бы на стартовой решетке, а разговоры о том, что Формула 1 выживет и с независимыми поставщиками моторов, просто несерьезны.
К чему мы в итоге идем? Сначала инсайдер, а затем и доверенный источник FOM заявили, что «один из будущих поставщиков моторов предложил в 2020 году разрешить в Ф1 полный привод», и эта концепция будет рассмотрена на будущем совещании.
И хотя имя производителя не называется, есть предположение, что именно Volkswagen Group желает видеть полный привод в Больших Призах, поскольку прототип Porsche, победивший в этом году в Ле-Мане, оснащен полноприводной гибридной системой на передней оси, и то же самое касается бренда Audi. Но скорее это сделано в угоду Штутгарту, а не Ингольштадту.
Концепция прототипа Porsche 919 – возможно, одной из самых сложных гоночных машин современности – может быть без труда перенесена в Формулу 1. И хотя сейчас в этой модели используется турбированный 2-литровый двигатель V4 с ERS-H мощностью 500 л.с., еще около 400 лошадей добавляются за счет блока ERS-K на передней оси. Неудивительно, что именно Porsche связывают с предложением ввести полный привод в Ф1…
Фото: autosport.com
Вне зависимости от того, кто первым внес это предложение, сегодня уже не стоит отрицать, что подобные идеи не только витают в паддоке Больших Призов, но и всерьез обсуждаются. К тому же, источники в Mercedes, Ferrari и Honda настоятельно сообщают, что эти компании в целом не против 4WD в Ф1, и только Renault пока противится.
Конечно, публично все они высказываются в стиле «нам необходимо учитывать сложность этих технологий» и «сначала нужно оценить все преимущества новой системы», но факт в том, что они принципиально не против заявить, что перспективы серийного производства их заботят куда больше, чем спортивная составляющая. В конце концов все производители моторов пришли в Формулу 1 для развития своего господства в мире, а не чисто из интересов спорта.
Также необходимо учесть технические аспекты и вопросы безопасности. Разместить электромотор на передней оси прототипа технически гораздо проще, чем сделать это в рамках узкого монокока шасси Ф1. К тому же, подобные технологии предполагают использование толстых высоковольтных проводов, которые должны проходить в области кокпита.
Могут возникнуть сложности и в отношении использования электронной системы тормозов brake-by-wire на передней оси. Представьте, что Ромен Грожан теперь будет жаловаться не только на задние тормоза, но и на передние! Кроме того, это неизбежно приведет к увеличению веса шасси. Нынешние машины уже на 120 кг тяжелее предыдущего поколения с моторами V8, а полный привод добавит еще как минимум 30 кг веса, большая часть которого придется на переднюю ось.
Есть еще финансовый аспект и сложность новой системы. Установка дополнительных моторов-генераторов, их блоков управления, приводных валов и прочей периферии серьезно скажется на стоимости производства, тогда как FIA, наоборот, намерена снизить бюджеты и сложность силовых установок в будущем. Но не слушайте инженеров – все их прошлые инициативы по сокращению расходов привели к их росту!
Так что сегодня Формула 1 находится на распутье, и судьба дальнейшего вектора ее развития – в руках Рабочей группы по силовым установкам. Все инициативы по внедрению в спорте полного привода должны рубиться на корню еще до того момента, когда вопросы будут поставлены на голосование в конце октября. Иначе Формула 1 рискует превратиться в выставку достижений серийного производства компаний, и после этого она уже не сможет именовать себя королевой автоспорта…
Фото: autosport.com
Эволюция в Формуле-1: от «полуавтоматов» до «бесшовных» КПП
В 1989 году в Формуле-1 произошла техническая революция: команда Ferrari представила полуавтоматическую КПП. Прежде в Формуле-1 всегда использовали обычные коробки передач.
Джон Барнард
Главный конструктор Скудерии, установил на последовательную КПП, аналогичную мотоциклетной, электрогидравлический привод переключения передач. Кстати, во многом благодаря этому английскому конструктору, Формула-1 обрела тот вид, в каком мы ее знаем сейчас. Ведь именно Барнард первым применил карбоновый монокок и полуавтоматическую КПП.
Нужно отметить, что впервые такую трансмиссию испытали еще в далеком 1979 году. И это опять была Ferrari. Тогда эту систему разработал Мауро Форгьери. На испытаниях экспериментальная конструкция отработала 100 кругов, а показанное время было чуть лучше, чем с обычной коробкой передач. Но до применения в гонках дело не дошло. Во-первых, коробка Форгьери была слишком тяжёлой. Во-вторых, она не понравилась Жилю Вильневу:
Ferrari 640. Фото: Youtube.com
Проект отложили в долгий ящик на десять лет, после чего нечто подобное было реализовано Джоном Барнардом. У полуавтоматической коробки передач было три основных преимущества над классическими конструкциями.
- ?Во-первых, сокращение времени на переключение передачи.
- ?Во-вторых, теперь гонщик всегда мог держать руль двумя руками, что в отсутствии гидроусилителя руля значительно облегчало пилотаж.
- ?И в-третьих, теперь можно было переключать передачи в поворотах!
Конечно были у «полуавтомата» и недостатки. Самым главным было отсутствие надежности. Несмотря на то, что команде Ferrari удалось выиграть с такой КПП в первой же гонке, позже они столкнулись с массой проблем — инновационная коробка слишком часто ломалась. Из 32 стартов (16 этапов х 2 болида) КПП отказала 23 раза!
И это не была «проблема итальянского менталитета»! С похожими проблемами через пару лет столкнулись в команде Williams, а позже и в McLaren.
Williams FW14 Renault. Фото: Youtube.com
По окончании сезона 1991 года, складывалось впечатление, что Айртон Сенна стал чемпионом мира благодаря… КПП конкурентов! Многочисленные технические отказы лишили лидера команды Williams, Найджела Мэнселла, нужных очков. Отсюда возникло меткое прозвище для этого девайса: «shitbox», то есть «коробка с сюрпризом».
В 1991 году в Чемпионате мира последний раз победил болид с «ручной» КПП — все последующие титулы достанутся пилотам выступающим с полуавтоматическими трансмиссиями. Также это был последний раз, когда чемпионом стал гонщик выступавший на болиде с двигателем V12. Последняя победа с «ручной коробкой» была одержана в 1992 году, на Гран-при Бельгии.
Михаэль Шумахер. Бельгия 1992. Фото: Youtube.com
Клиноременный вариатор
В 1993 году команда Williams построила экспериментальный болид с трансмиссией CVT. На тестах вариатор производил неоднозначное впечатление. С одной стороны оснащенная им машина ехала быстрее, чем с полуавтоматической коробкой. Но с другой — вой двигателя Renault V10, зависающего при разгоне на одной ноте, то есть на 13800 об/мин, сводил с ума окружающих в самом буквальном смысле!
FIA поспешила объявить бесступенчатые трансмиссии вне закона, прописав в Техническом регламенте, что болид Формулы-1 обязан иметь минимум четыре и максимум семь фиксированных передач для движения вперед.
В середине девяностых полуавтоматические коробки передач вышли на пик своей производительности: время переключения с одной передачи на другую составляло всего 25 миллисекунд (0.025 сек.). Для сравнения, время требуемое для переключения передачи в механической КПП составляло 0,25 секунды.
BAR-Honda Дженсона Баттона. Фото: Youtube.com
Казалось что ничего нового в этой сфере придумать уже невозможно, но в 2005 году произошла «тихая революция» — в команде BAR-Honda изобрели КПП с «бесшовным переключением передач»: SSG, или «seamless gearbox». Первым болидом примерявшим новинку стал BAR-007. Бесшовность работы этой КПП достигалась за счёт одновременного включения двух передач.
— Атуши Мано, главный инженер Honda R&D.
Следуя законам жанра, здесь я должен был рассказать про «собачьи кольца», «пули», про «синие и красные кольца». Но ничего этого не будет, потому что коробка передач BAR-007 Honda устроена иначе! Согласно «Honda R&D Technical Review», в ней использовался «внутривальный» механизм переключения.
Как это работает
Включение передач осуществлялось с помощью гидропривода, кулачками особого профиля — «коромыслами» — установленными под муфтой каждой отдельной шестерни. Вторичный вал выполнен полым, и через него проходила гидравлическая магистраль, открывавшая клапаны в определенной последовательности, тем самым обеспечивая подключение кулачков к муфте.
Руль болида Ф1. Фото: Youtube.com
Одновременно подключались кулачки на двух парах (четная и нечётная) шестерен. На текущей передаче кулачки входили в зацепление полностью, а на заранее подключенной лишь одной стороной. Тем самым для второй пары шестерен достигался эффект храповика, когда крутящий момент передается только в одном направлении, а значит повредить коробку было невозможно.
Пример из жизни: ключ-трещотка, передающий крутящий момент только в одну сторону. Вы сможете закрутить гайку, но открутить ее не сможете, пока не переключите храповик. Так же и с бесшовной КПП.
После того, как скорость вращения шестерен подключенной передачи превышала скорость текущей, кулачки «менялись местами» и происходила мгновенная смена передачи, без разрыва мощности. И так семь или восемь раз подряд, в зависимости от количества передач в КПП.
Теперь в момент смены передачи крутящий момент от двигателя не прерывался ни на мгновение, за счет чего время круга удалось сократить на 0.4 секунды, что по гоночным меркам очень много.
Как и в случаях с полуавтоматической коробкой передач Ferrari, или PDK от Porsche, на момент реализации эта конструкция не была новинкой, так как уже несколько лет пылилась на полке.
Модель типичной «бесшовной» КПП. Фото: Youtube.com
Коробка передач BAR-007 Honda основана на КПП Weismann Quickshift, впервые испытанной командой Williams еще в 1993 году. Её часто путают с вариаторной FW15-CVT, испытанным в том же сезоне, но это разные трансмиссии. Почему данная разработка сразу не попала на трассы — неизвестно.
По принципу работы система бесшовного переключения передач чем-то напоминает коробки с двумя сцеплениями типа PDK или DCT. Но в Формуле-1 подобные конструкции запрещены Техническим регламентом»: в Формуле-1 можно использовать только одно сцепление.
На самом деле для использования в гонках бесшовные коробки передач выглядят предпочтительнее, чем коробки типа «dual clutch». Как минимум из-за веса и размеров, что для гоночной техники имеет принципиальное значение.
С гоночной трассы, на дороги
Вслед за Формулой-1 подобные конструкции появились в мотогонках MotoGP, где пионером их применения вновь выступила японская марка Honda. В настоящее время КПП всех мотоциклов в этом классе оснащены бесшовным, или, как их еще называют, «безрывковым» механизмом смены передач.
А относительно недавно появилась информация, что такой КПП собираются оснастить дорожный мотоцикл Ducati Panigale V4.