ضرایب دنده گیربکس؛ قطعهای که میتواند نتیجه را تغییر دهد!
یکی از جنبههای کمتر دیدهشده اما بسیار مهم در عملکرد خودروهای نسل جدید فرمول یک، انتخاب ضرایب گیربکس (Gear Ratios) و نحوه مدیریت انرژی سیستم هیبریدی است.
در نگاه اول، تفاوت تیمها معمولا در آیرودینامیک، توان موتور یا عملکرد راننده خلاصه میشود، اما در واقع جزئیاتی مانند ضرایب گیربکس میتوانند چند دهم ثانیه در هر دور اختلاف ایجاد کنند؛ اختلافی که در سطح رقابت فرمول یک بسیار تعیینکننده است.
گفته میشود مرسدس از بلندترین ضرایب دنده گیربکس استفاده میکند. منظور این است که نسبت انتقال قدرت در هر دنده به گونهای انتخاب شده که خودرو برای رسیدن به یک سرعت مشخص، دور موتور (RPM) پایینتری نسبت به رقبا داشته باشد.
به بیان ساده، خودرو میتواند در همان سرعتی که سایر تیمها از دنده پایینتر استفاده میکنند، با یک دنده بالاتر حرکت کند. این موضوع باعث کاهش اصطکاک داخلی موتور، کاهش تلفات مکانیکی، بهبود بازده حرارتی و افزایش راندمان مصرف سوخت میشود.
علاوه بر این، در انتهای مسیرهای مستقیم، خودرو با محدودیت کمتری از نظر دور موتور مواجه شده و میتواند سرعت نهایی بالاتری و سوپر کلیپینگ کمتری را تجربه کند.
البته استفاده از ضرایب بلند همیشه یک مزیت مطلق نیست. هرچه ضریب انتقال بلندتر باشد، گشتاور کمتری به چرخهای عقب منتقل میشود و در نتیجه شتاب اولیه کاهش پیدا میکند.
ضریب دنده بر نحوه عبور خودرو از پیچها نیز تأثیر دارد. اگر یک خودرو به دلیل آیرودینامیک کارآمدتر، تعادل بهتر شاسی و چسبندگی بیشتر بتواند یک پیچ را با سرعت بالاتری طی کند، راننده دیگر نیازی ندارد برای نگه داشتن موتور در محدوده مناسب عملکرد، به دنده پایینتر معکوس بکشد.
در نتیجه، همان پیچ را میتوان با دنده بالاتری پشت سر گذاشت. این اتفاق به معنای آن است که خودرو با دور موتور پایینتر، اما سرعت خطی بیشتری از پیچ عبور میکند.
اما ارتباط این موضوع با سیستم هیبریدی چیست؟ پاسخ در نحوه عملکرد واحد بازیابی انرژی یا MGU-K نهفته است.
در خودروهای فرمول یک، هنگام ترمزگیری، MGU-K به جای مصرف انرژی، مانند یک ژنراتور عمل میکند و بخشی از انرژی جنبشی خودرو را به انرژی الکتریکی تبدیل کرده و در باتری ذخیره میکند.
هرچه راننده بیشتر و شدیدتر ترمز بگیرد، انرژی بیشتری برای بازیابی وجود خواهد داشت؛ البته این مقدار توسط قوانین فنی و ظرفیت سیستم نیز محدود میشود.
اگر خودرو بتواند به دلیل عملکرد بهتر شاسی و آیرودینامیک، پیچها را با سرعت بیشتری طی کند، طبیعتاً نیاز به ترمزگیری کاهش مییابد یا مدت زمان ترمزگیری کوتاهتر میشود.
در نتیجه، MGU-K فرصت کمتری برای بازیابی انرژی خواهد داشت و انرژی الکتریکی کمتری وارد باتری میشود. اما باید در نظر داشت که عبور با سرعت بالاتر از پیچ، نیاز خودرو به انرژی برای شتابگیری در خروج از پیچ را نیز کاهش میدهد.
بنابراین، همه چیز به مدیریت نحوه مصرف انرژی بازمیگردد و به همین دلیل است که خودروهای سریعتر در برخی پیستها با چالش مدیریت انرژی روبهرو میشوند؛ زیرا اگرچه زمان دور آنها کاهش یافته است، اما میزان انرژی قابل بازیابی نیز کمتر شده است.
نکته مهم اینجاست که استفاده از دنده بالاتر، علت مستقیم کاهش شارژ باتری نیست. دنده بالاتر تنها نتیجه افزایش سرعت عبور از پیچها و کارایی بیشتر خودرو است.
از سوی دیگر، مدیریت انرژی در خودروهای فرمول یک تنها به بازیابی انرژی محدود نمیشود.
مهندسان باید میان انرژی ذخیرهشده در باتری، میزان توان خروجی MGU-K، عملکرد موتور احتراق داخلی، مصرف سوخت و حتی دمای اجزای سیستم هیبریدی تعادل برقرار کنند.
اگر در بخشی از پیست انرژی کافی بازیابی نشود، راننده ممکن است در مسیر مستقیم بعدی نتواند حداکثر توان الکتریکی را دریافت کند و در نتیجه بخشی از مزیت سرعت خود را از دست بدهد.
به همین دلیل، استراتژی استفاده از انرژی (Energy Deployment) و استراتژی بازیابی انرژی (Energy Recovery) یکی از پیچیدهترین بخشهای تنظیمات خودروهای مدرن فرمول یک محسوب میشود.
در نهایت، زنجیره این اتفاقات را میتوان به این صورت خلاصه کرد: ضرایب بلند گیربکس باعث میشوند خودرو در سرعتهای بالا با دور موتور پایینتری کار کند و راندمان بیشتری داشته باشد. این راندمان، در کنار آیرودینامیک و عملکرد شاسی، امکان عبور سریعتر از پیچها را فراهم میکند. عبور سریعتر از پیچها نیاز به ترمزگیری را کاهش میدهد و در نتیجه میزان انرژی قابل بازیابی توسط MGU-K کمتر میشود.
بنابراین، تیم باید با مدیریت دقیق انرژی، این کاهش بازیابی را جبران کند تا در طول مسابقه همواره حداکثر عملکرد سیستم هیبریدی حفظ شود.
به همین دلیل، انتخاب ضرایب گیربکس تنها یک تصمیم مکانیکی نیست، بلکه بخشی از استراتژی کلی عملکرد خودرو، مدیریت انرژی و حتی تاکتیک مسابقه به شمار میرود.
همچنین باید در نظر داشت تغییرات در گیربکس و ضریب دنده اصلا کار راحتی نیست، بلکه یک پروسه زمان بر و پر هزینه و همچنین دارای محدودیت است.
هر تیم در طول فصل یک بار حق دارد ضرایب دنده ها را عوض کند که زیر نظر مستقیم فیا باید انجام شود.
استفاده از یک گیربکس با ضرایب دنده بلند نیاز مند یک ماشین لو درگ است که کارایی ایرودینامیکی مناسبی داشته باشد.
