Az F1-es fékrendszer

Az egyik legelképesztőbb része egy Formula-1-es autónak a fékrendszer. A fékek képesek az autót 320 km/h-ról 3 másodperc alatt 80 km/h-ra lassítani 100 méter úton.

A fékek azon kevés alkatrészek közé tartoznak, amelyeket a csapatok nem maguk készítenek. Ennek oka az, hogy a nagy tapasztalatokkal rendelkező fékbeszállítók nagyon jó minőségű termékeket szállítanak, így nem kell költséges fejlesztésekbe fogni. A TOYOTA az egyetlen, amely más utat választott. Filozófiájuknak megfelelően mindent házon belül készítenek el. A többi csapatot két gyártó, az olasz Brembo, és az angol AP Racing látja el fékekkel. A csapatok általában fizetnek a féktechnikáért, kivéve a Williams és Ferrari csapatot. Az előbbi az AP-vel az olasz gárda a Brembo-val áll szponzori szerződésben.

Gondolhatnánk, hogy a szponzori szerződés kiváltságot jelent a két csapatnak, de ez nem így van. A fékek közel azonosak, mivel a beszállítók a költségek alacsonyan tartásának érdekében a csereszabatosságra törekednek az alkatrészeknél. A kevés egyedi alkotóelemek egyike a féknyereg, amelyet minden autóhoz egyedileg készítenek el különböző felfüggesztés-geometriák miatt. Az szponzori szerződés egyetlen előnye az, hogy a Williams és a Ferrari igényire „jobban odafigyelnek” a gyártók.

A féktárcsák és a fékpofák modern, szénszálas anyagokból készülnek. Alkalmazásuknak oka az acélhoz képest alacsonyabb tömeg, és a jó surlódási tulajdonság. A 400-800 °C tartományba eső üzemi hőmérsékleten a tárcsa és a fékpofák között 0.6 körül mozog a surlódási együttható értéke. A magas hőmérsékletek miatt gyakran látszódnak az autók izzó féktárcsái.

A fékszerelvényekkel kapcsolatban elvárás, hogy könnyűek legyenek, annak érdekében, hogy a felfüggesztésen a lehető legkisebb legyen a rugózott tömeg. Ennek megfelelően egy karbon féktárcsa 1,5 kg, a fékpofák 30 dkg egy féknyereg 2.5 kg tömegű. Mivel az edzésen csak néhány kört kell teljesíteni, további tömegcsökkentés céljából a könnyített féknyergek mellett vékonyabb 21 mm-es féktárcsák kerülnek az autókra. (A szabályok 28 mm-ben limitálja a féktárcsa vastagságát.)

A fékek teljesítőképességeinek határát manapság nem a kifejthető fékerő jelenti. A fékhatás korlátait a gumik minősége határozza meg, ezért a fékerő fokozására nem sok energiát fordítanak a gyártók, mivel a fékteljesítmény fokozásával maximálisan 1 tizedmásodperc javulás érhető el körönként. A mai gumik tapadása, és nagyon jó a lassító hatása miatt, csökkent a fékpedál érzékenysége, amin a megfelelő hűtéssel lehet javítani, ezért a fejlesztések jelenleg a fékhűtő rendszerek irányában folynak. Ennek egyik jele a Ferrari által az elmúlt évben bevezettet dob alakú fékhűtő, amely hatékonyabb hűtést tesz lehetővé az előző konstrukcióknál. A fékhűtő rendszer beömlőnyílása két részre oszlik. Az egyik nyíláson a féknyerget hűtő levegő áramlik a másikon a féktárcsáé. A kerékagy belsejében lapátok vannak, amelyek a hűtőnyíláson beáramló levegőt a féktárcsában lévő sugárirányú furatokon keresztül átáramoltatják, ezzel biztosítva a hűtést. A tárcsák hőmérsékletét egy szenzor folyamatosan figyeli, amely alapján meg tudják határozni a hűtés mértékét. Edzéseken előfordul, hogy a kisebb közegellenállás érdekében a nem kerülnek fel a hűtőnyílások.

A fékezés hatékonyságának másik korlátja a pilóta fizikai ereje, mivel minden fékerő fokozó szerkezetet tilos alkalmazni. A fékezés nehézséget jól jellemzi, hogy például Olivier Panis autójába a 2001-es Német Nagydíjon egy megnagyobbított fékpedált építettek be azért, hogy a francia pilóta két lábbal tudjon fékezni az egyenesek végén. A pilóták többsége bal lábbal fékez, az egyetlen kivétel Rubens Barrichello. A brazil az egyetlen, aki a jobblábas fékezést részesíti előnyben. Ennek egyetlen oka az, hogy jobblábas fékezésnél kevesebbet fogyaszt alatta az autó, egyébként neki teljesen mindegy hogy hogyan lassít.

A stabilitás nagyon fontos a fékezések során ezért versenyzők akár menet közben is tudnak állítani a fékerő eloszlásán az első és a hátsó kerekek között. Az autókat általában úgy állítják be, hogy a fékerő 60%-a az első kerekekre hasson, mivel fékezéskor a súly az előre tolódik. 50-50%-os eloszlásnál a hátsó kerekek könnyen beblokkolhatnak, ami az autó azonnali megcsúszásához vezetne.

A versenyek végére a féktárcsák és a fékbetétek teljesen elkopnak. A három legnehezebb pálya a fékek számára, Imola, Montreal, és Monza. 1998-ban Mika Hakkinen példáján keresztül láthattuk, mennyire is kopnak a fékek. Történt ugyanis, hogy Monzában egyszerűen rosszul számolták ki a McLaren fékkopását, és a csökkenő fékhatás miatt Mika több poziciót is vesztett a verseny végére.

Érdekesség, hogy a Brembo 2000 őszén 40 milló dollárért ugyan megvette az AP Racing-et de ennek ellenére külön dolgoznak saját F1-es projectjeiken. A Brembo és az AP mérnökcsapata teljesen független egymástól, semmilyen információt nem cserélnek egymással. Mindkét gyártó a legjobb szeretne lenni, a legjobb csapatoknak szeretne fékrendszert szállítani. A Brembo 3, az AP 1 mérnökkel képviselteti magát a versenyeken. A mérnökök hűtéssel kapcsolatos számításokat végeznek továbbá a Brembo kopás kalkulációkat is szolgáltat csapatainak. A mérnökök munkáját egy beépített szenzor is segíti, amely folyamatos tájékoztatást ad a kopás mértékéről. A fejlesztések általában két-három csapat bevonásával folynak, annak érdekében, hogy minél több információ álljon rendelkezésre. A Brembo és az AP a fékrendszerek fő alkotórészeit, a féknyergeket, fékhengereket, féktárcsákat és a fékpofákat maguk állítják elő.

 F1 vezetéstechnika

Szinte kivétel nélkül, minden autósport szakágban a kanyartechnika alapvető fontosságú. Az egyenesekben a motorerőről és a fékek hatékonyságáról szól a sport, viszont egy kanyarhoz érve előtérbe kerül a versenyző tudása. A pályán a kanyarokban válik el, hogy ki a klasszis versenyző, ki az, aki itt meg tudja szerezni azt a hajszálnyi előnyt, ami elválasztja a nyertes és a vesztes pilótákat.

Legfontosabb feladat, megtalálni a lehető legnagyobb sebességet, amellyel a kanyarívet megközelítve a gumik még képesek kellő tapadást biztosítani. A gumik nem csak gyorsításnál vagy fékezés esetén csúszhatnak meg a nagy erő közlése miatt, hanem elveszíthetik tapadásukat a kanyarban is a túl nagy oldalirányú terhelés miatt. A kanyarokban együttesen jelentkezik a hosszirányú és a keresztirányú terhelés.

A versenyző a kanyarhoz közeledve több fázisban, különböző erővel fékez, majd már a kanyarban fejezi be a fékezést, közvetlenül ez után már a gázpedálra lép (a Forma-1-es pilóták esetében nem ritka, hogy egy időben a gázt és a féket is használják) és a kanyarból kifelé gyorsít. A folyamat jó ütemben való alkalmazásával elérheti, hogy a gumik tapadási határán teljesíti az ívet (fékezéssel, kanyarodással és gázadással), a lehető legrövidebb úton, a legnagyobb sebességgel. A legjobb versenyzők a teljes futam során minden kanyarban a tapadási határon tudnak autózni, kihasználva a gumikban, a fékekben, a felfüggesztésben, az aerodinamikai elemekben és a motorban rejlő minden tartalékot.

Az autó kanyarban való viselkedésének megismeréséhez elengedhetetlen tisztában lenni az alul- és túlkormányzottság fogalmával. Leegyszerűsítve az alapján dönthető el, hogy alul- vagy túlkormányzott az autó, hogy kanyarban az első vagy a hátsó tengely veszti el először a tapadását. Alulkormányzottság esetén az első tengely csúszik meg, az autó eleje nem fordul be a kormánnyal kijelölt kanyarívre, az autó nagyobb ívben fordul, mint ahogy a vezetője szeretné. Túlkormányzottság esetén a hátsó tengely indul el a kanyar külső íve felé (meg akarja előzni a kocsi elejét), hasonló a szituáció, mint amikor az utcai autón kanyarban kéziféket rántanak be és a hátsó tengely a kanyar külső íve felé megcsúszik.

Az alulkormányzott állapot a stabilabb - amennyiben a vezető csökkenti a sebességet, akkor az oldalirányú terhelés csökkenése miatt a kerekek vissza tudják nyerni a tapadást (éppen ezért terveznek szinte minden utcai autót úgy, hogy határhelyzetben inkább alulkormányzott legyen). Megoldható tehát a helyzet, de ez sebességcsökkenést jelent, ezért igyekeznek a Forma-1-es autók tervezői elkerülni ezt az üzemállapotot. A túlkormányzott állapot sokkal instabilabb. Amennyiben a versenyző nem reagál azonnal egy gyors kormánymozdulattal és megfelelő gázadással, akkor elkerülhetetlen a megpördülés. Az igazsághoz tartozik azonban az is, hogy ez a helyzet segíthet a versenyzőnek befordítani az autót a kanyarba. A határon autózva a képzett pilóták sokkal nagyobb kanyarsebességet érhetnek el a túlkormányzott autóval, mint az alulkormányzottal. Éppen ezen okok miatt - néhány kivételtől eltekintve - minden F1-es autót túlkormányzottra terveznek.

Egy versenyautó kanyarvételét három részre lehet osztani: megközelítés és bekormányzás, kanyarban a támadási pont érintése, és a kigyorsítás. A bekormányzás azt a pontot és cselekvést jelöli, mikor a versenyző ráfordítja a kormányt és a versenyautót a kanyarra, ezzel kijelöli a kanyarba befelé használni kívánt ívet. A fékezés során az autó súlypontja előre lendül (az első tengelyen így a nagyobb felületi nyomás miatt nagyobb tapadás érhető el, míg a hátsó tengely időlegesen tehermentesül), az autó túlkormányzott állapotba kerül, ami segíti a pilótát a kanyarra ráfordítani az autót. A támadási ponton kerül a versenyző a legközelebb a pálya belső ívéhez (nem ritkán a rázókövön fut ekkor a belső kerék), ekkor vált a pilóta a fékezésből a gázadásba. A versenyzők ezt a helyet semleges pontnak is szokták nevezni. A semleges pont helye kanyarról-kanyarra változik, elhelyezkedhet a kanyar mértani középpontja előtt és mögött is, a versenyzők maguk is különböző helyre teszik a pont helyét, saját vezetési stílusuknak megfelelően. A távolabbra (a kanyar kijáratához közelítve) elhelyezett semleges pont lehetővé teszi, hogy hamarabb a gázra lépjenek, hamarabb kerüljenek a kigyorsítási fázisba. A kigyorsítás során a vezető a gázra lép, a kormánnyal visszafelé kivezeti az autót a kanyarból a tapadási határon. Az egyensúly megtalálása és megtartása ekkor is fontos, mivel mind a kormányzással, mind a gázadással kibillenthető az autó a határhelyzeti tapadásából.

A tapadási határra természetesen a külső tényezők is hatással vannak, például az időjárás és az aszfalt minősége és tisztasága. Drámaian lecsökken a tapadás vizes, koszos vagy rossz minőségű aszfalton. További befolyásoló tényező a pálya vonalvezetése. Emelkedőn és a kanyar irányába befelé lejtő pályán nagyobb kanyarsebesség érhető el, mint lejtőn lefelé vagy kifelé lejtő aszfalton. A legjobb versenyzők a pálya minden kanyarjában fel tudják mérni, hogy az adott szituációban és körülmények között milyen módon alkalmazzák a kanyartechnikát.

Alulkormányzottság
A kanyarba túl nagy sebességgel érkező, vagy túl hamar kigyorsítani akaró autó elülső kerekeinek vezetőereje lecsökken/megsemmisül. Az autó csúszni kezd az első kerekein a kanyar külső íve felé. E jelenség veszélytelenebb, mint a túlkormányzottság,de jelentős időveszteséget okoz.

Túlkormányzottság
A kanyarba túl nagy sebességgel érkező, vagy túl hamar kigyorsítani akaró autó hátsó kerekeinek vezetőereje lecsökken/megsemmisül. Ilyenkor az autó "megfarol", kitör a hátulja, s a versenyző gyakran megforog.