F1赛车刹车系统浅谈

loveyoukml

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当F1赛车以360km/h的速度在大直道上飞驰时,车手最担心的是能否在进弯前刹车至安全速度同时车辆不发生失控,而这一问题直接关系着车手的生命安全和圈速快慢。大脚刹车是必须的,所以我们可以透过F1轮毂看到被摩擦到通红的刹车盘——实际上已经超过1000摄氏度了。在如今的F1比赛中,每场比赛上百次刹车是很常见的,因此刹车系统成为各支车队的重要研发项目。

从原理上,F1赛车的刹车系统与民用车完全一致:盘式刹车,但高性能的材料和精密的加工工艺使得F1的刹车系统无论在性能还是成本上都远高于民用车。与民用车类似,F1赛车的刹车盘由业内顶尖企业代工完成,例如Hitco, Brembo 和 Carbon Industries。F1车队要做的,就是提供具体要求和资金。
在结构上,F1刹车系统最重要的零件是刹车盘和刹车卡钳,这是实现刹车效果的直接环节。两块碳在一起摩擦,工作温度可以瞬间达到1000度。在很多年前,受限于材料科学的发展水平,钢制刹车盘是F1赛车的唯一选择。在碳制刹车盘被引入F1后,这种更安全更有效的材料被迅速推广。而传统的钢制刹车盘现在仅存在某些美式赛车中。

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根据FIA的规定,刹车盘厚度为28mm,直径为278mm。同时每部F1赛车上的赛车系统必须由前后两套刹车系统构成,目的是在一套刹车系统失灵的情况下,赛车仍能依靠另一套刹车系统进行减速。F1刹车盘和刹车卡钳几乎用世界上最优质的碳纤维组成,生产过程十分复杂,每一片刹车盘的制作周期都超过6个月。
首先,普通的PAN(一种白色聚乙烯氰化物)纤维通过高温处理达到氧化效果。随后,PAN纤维被碳化。碳化后的材料会被放入高温烤箱长达数个星期,烤箱中的温度被控制在1000度左右以模拟比赛状况。在烤箱中,材料会与富含碳氢化合物的气体发生化学反应,碳纤维层会完美地融为一体,形成一整块刹车盘坯料。
最后一步,刹车盘坯料被高精度机床加工成标准刹车盘的形状,根据每支车队的具体情况,刹车盘的形状会略有不同。至此,一片完工的刹车盘诞生了。
FIA关于前后两套刹车系统的规定也让车手捡了便宜。因为在比赛中,前后刹车系统的工作情况并不相同。在大部分路况下,F1赛车的刹车力主要来自于前轴。而在湿滑赛道上,车手需要更多来自后轴的刹车力。调节前后轴刹车力的不同还能帮助车手有效避免轮胎过度磨损。
双制动主泵是F1刹车系统的心脏,制动液被泵压入卡钳油缸中,推动卡钳贴住刹车盘。在前后轴,制动主泵都被安装在悬架中央,使得底盘空间得以最充分利用。

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你想不到的是,当车手踩下刹车踏板时,刹车系统并非立刻开始产生刹车效果。在踩下刹车后的百分之几秒内,刹车卡钳与刹车盘立刻贴近并充分摩擦,但此时刹车盘温度要低于工作温度,所以几乎没有刹车效果。在剧烈摩擦下,刹车盘以100度/百分之一秒的升温速度迅速升至工作温度——约400度。这之后,强劲的刹车效果开始凸现。

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蓝色区域为工作温度;高温带来磨损,低温带来低效率


大约半秒钟后,刹车盘温度升至1000度,此时刹车效果是最明显的。车手在此时会承受最大G值(大约5.4G),即使最强壮的车手也会感到极度不适。但这个受虐时间会很短暂,因为F1赛车由360km/h减速至静止仅需4秒。
与民用车刹车系统在结构上完全不同的是,F1配有刹车冷却系统。如果刹车冷却系统失灵,F1赛车不但可能失去刹车效果,甚至发生燃烧。在众多刹车冷却手段中,气流冷却无疑是最重要的。

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1. 刹车卡钳 2.带有冷却气流出口的刹车盘 3.导流管
在导流管的作用下,高速气流的一部分吹向刹车卡钳,另一部分进入刹车盘中。近些年很火的轮毂外罩正是基于此目的。同时作为全车空动套件的一部分,气流在刹车系统中的流动特性和流出刹车系统的热气流(称作刹车“尾气”)是空气动力学工程师重点研究的项目。
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这就是F1的刹车系统——地球上最强劲的机械减速机构。
 

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给我的自行车上装一个
vannesslala 发表于 2010-3-24 12:27
那你的是F1 自行车了