Jak lata używania systemu FRIC pomogły Mercedesowi wejść na całkowicie nowy poziom?

Opublikowany przez 4 Jan 2017 | Komentarze: 7

Aktywne zawieszenie zostało zakazane po 1993 roku, ale pogoń za korzyściami, jakie ono dawało trwa nadal. Największym zadaniem stojącym przed inżynierami jest osiągnięcie zbliżonego efektu w sposób pasywny, w układzie całkowicie zamkniętym – bez komputera zbierającego odczyty z rozmieszczonych w różnych miejscach bolidu czujników oraz elektronicznego sterowania układem hydraulicznym.

Pierwsze systemu pasywne łączące przednią i tylną oś powstały w roku 1990 w zaciszu fabryki zespołu Minardi. Były to dość proste mechanizmy, których zadaniem była stabilizacja wysokości bolidu w fazie hamowania oraz przyśpieszania. Wprowadzone w późniejszym czasie połączenia krzyżowe pozwoliły na uzyskanie korekty wysokości bolidu również w fazie pokonywania zakrętów.

„Celem była minimalizacja zmian wysokości przedniego i tylnego zawieszenia podczas hamowania i przyśpieszania. Aby zapobiec nurkowaniu w sposób pasywny połączyliśmy przednią oś z tylną, tak, że za każdym razem jak samochód hamując ściągał nos w dół, siłownik tworzył podciśnienie w tylnej części. To powodowało, że płyn hydrauliczny odpływał z tylnego siłownika, więc tylna część samochodu również obniżała się. W ten sposób samochód zachowywał równowagę. Kiedy wprowadzono połączenie krzyżowe, system pomagał kierowcy również w czasie pokonywania zakrętów: kiedy zewnętrzna tylna opona musiała znieść duże obciążenie, system działał na wewnętrzną przednią, ograniczając nadsterowność. W trakcie przyśpieszania system działał odwrotnie: cały nacisk był skupiony na tylnej osi, a przód podnosił się. Ciśnienie w siłowniku pozwalało dopchnąć nos do podłoża. Dzięki temu efekt podsterowności można było zminimalizować.”

Od czasu, gdy zacytowany powyżej Gabriele Tredozi prowadził pierwsze prace nad systemami pasywnymi minęło ponad 25 lat. Zmieniła się nie tylko technologia, ale również regulamin techniczny, który mocno ograniczył kreatywność inżynierów.

Z pewnością wiele zespołów pochylało się nad tym zagadnieniem, ale największe sukcesy na tym polu odniósł Mercedes. System FRIC, którego wykorzystywanie zostało zakazane w 2014 roku był jednym z elementów, który pozwolił niemieckiej marce wspiąć się na szczyt. Analiza zdjęć pokazuje, że system był testowany lub wykorzystywany w bolidzie już w sezonie 2011. Połączenie przedniej i tylnej osi pozwalało na utrzymanie całej platformy aerodynamicznej w optymalnym oknie pracy. System stosowany przez Mercedesa (oraz Lotusa) z pewnością był zdecydowanie bardziej zaawansowany od projektu Minardi, ale nadal jego kluczem było odpowiednio zestawione połączenie pomiędzy osiami.

Serce systemu FRIC w bolidzie Mercedesa - sezon 2011 (fot. Sutton Images)

Zakaz wprowadzony przez FIA w 2014 zmusił zespoły do ponownego sięgnięcia po bardziej tradycyjne rozwiązania. Mercedes jako jedyny z zespołów nie porzucił projektu, ale starał się go rozwinąć, mimo ogromnych ograniczeń wynikających z przepisów. Efektem tych prac jest wprowadzony w połowie sezonu 2016 system, który emuluje połączenie między osiami. Jest to niezwykle zaawansowana konstrukcja, która składa się z dwóch podstawowych elementów.

Pierwszym z nich jest konstrukcja hydrauliczna, która zastąpiła tzw. trzeci element zawieszenia (heave spring), umieszczona w przedniej części bolidu pod panelem maskującym. Szczegóły dotyczące tej konstrukcji nie są znane, ale jest to prawdopodobnie siłownik hydrauliczny, który dodatkowo może współpracować ze sprężyną (w tradycyjnych konstrukcjach występuje sama sprężyna). W ten sposób możliwe jest osiągnięcie wielu różnych stanów, w przeciwieństwie do zastosowania samej sprężyny, która zachowuje się w sposób liniowy.

Lokalizacja elementów systemu w W07 (fot. Mercedes AMG Petronas)

Drugi element, który upakowany jest w bocznej części bolidu (pod bocznym wlotem powietrza), to serce całego systemu. Tam dzieje się cała “magia”, która pozwala na zmianę charakterystyki elementu hydraulicznego, umieszczonego w przedniej części bolidu. Dzięki wykorzystaniu zestawu zaworów, możliwe jest zmagazynowanie energii wygenerowanej przez ruchy zawieszenia oraz późniejsze jej wykorzystanie do skorygowania wysokości zawieszenia. Jest to nic innego jak “komputer” z ustalonymi stanami pracy wykonany w bez użycia elektroniki.

Dla porównania dziś każdy posiada kalkulator w komórce, ale jeszcze w latach 60. XX wieku do dużych obliczeń wykorzystywano urządzania w pełni mechaniczne. Mercedes najwyraźniej zrobił ogromny krok wstecz, by wykonać dwa lub trzy kroki do przodu. Współczesna technologia z pewnością pomogła w zaprojektowaniu takiego układu, ale przy jego opracowaniu potrzebna była całkowita zmiana sposobu podejścia.

Paddy Lowe, cytowany przez Motorsport Magazine, nie ukrywa, że pomocne w pracach nad nowych systemem hydraulicznym były lata doświadczeń z systemem FRIC. Ogromna ilość danych dotyczących interakcji pomiędzy przednią oraz tylną osią pozwoliła na osiągnięcie podobnego poziomu wydajności pomimo zerwania połączenia. Z jego wypowiedzi wynika, że program, czyli zestaw zaworów w sercu systemu, zmienia się z wyścigu na wyścig, aby jak najlepiej dopasować bolid do wymagań toru. Zmienia się również konstrukcja trzeciego elementu, co najlepiej obrazuje to zdjęcie (RACE 3). To niezwykle skomplikowana gra, której celem jest utrzymanie bolidu w równowadze aerodynamicznej przez jak najdłuższy dystans okrążenia.

“Zakaz używania systemu FRIC zmusił nas do skupienia się na każdej osi z osobna i zmuszenia sprężyn oraz amortyzatorów do pracy w bardziej skomplikowany sposób. Sprężyny zachowują się liniowo, ale teraz operujemy znacznie szerszym i bardziej skomplikowanym zakresem o nieliniowej charakterystyce. Po pozwala nam na ustawienie platformy aerodynamicznej dokładnie w taki sposób jak chcemy. To zdecydowanie trudniejsze niż w przypadku systemu FRIC, ale w gruncie rzeczy chodzi o to samo.”

“Mamy różne zestawy w zależności od torów i ich wymagań. To szukanie równowagi między aerodynamiką, a mechanicznym aspektem zawieszenia. Chodzi o zarządzanie balansem w różnych częściach toru, przy różnej prędkości pokonywania zakrętów. Na wyciągniecie maksimum z platformy aerodynamicznej i uzyskaniu najlepszego możliwego balansu przy dużych oraz małych prędkościach i w różnych fazach zakrętu. Wszystkie zespoły operują znacznie większym zestawem parametrów niż kiedykolwiek. Nasze zawieszenie jest coraz bardziej skomplikowane z roku na rok. Nie robimy nic nadzwyczajnego, rośnie jedynie stopień skomplikowania.”

Mercedes stworzył niezwykle zaawansowany system, który teraz może mu zostać odebrany. Wczorajsza publikacja Autosportu wywołała szereg komentarzy, wśród których pojawiły się plotki, że bardziej od Mercedesa może ucierpieć Red Bull. Podwójny system DRS, o którym pisałem we wrześniu również ma opierać się o podobne rozwiązania jak w przypadku niemieckiego bolidu. Różnica jest jedynie taka, że Red Bull mając dobrą prędkość w zakrętach szuka dodatkowych kilometrów na prostych odcinkach toru.

W dużym skrócie docisk generowany na prostych powoduje, że tylne zawieszenie obniża się, co pozwala na zmniejszenie kąta natarcia tylnego skrzydła. W połączeniu z aktywnym systemem DRS bolid może pojechać nawet kilka lub kilkanaście kilometrów szybciej. Ponownie zestrojenie całego systemu wymaga indywidualnego podejścia do każdego z wyścigów.

Gdzie w tym wszystkim Ferrari? Czy jedynym celem przedświątecznej korespondencji włoskiego zespołu z FIA była chęć osłabienia konkurencji? Jest to bardzo prawdopodobne, ale warto również brać pod uwagę scenariusz, w którym inżynierowie w Maranello pracują nad podobnym rozwiązaniem. Wiedząc czego nie wolno mogą skupić swoją uwagę na pozostałych obszarach.