轮胎磨损如何影响比赛策略

轮胎是赛车与路面的唯一接触点 追踪,这使得它们成为任何赛车中最重要的部件。无论发动机有多大功率,或空气动力套件产生多大的下压力;如果这些负载不能有效地通过轮胎传递以产生抓地力,赛车就不会跑得更快。 

不幸的是,轮胎的抓地力会随着时间的推移而降低。轮胎性能的下降意味着轮胎的使用寿命会缩短,从而导致单圈时间变慢和行驶里程变短。因此,轮胎性能下降会严重影响 比赛策略这就是为什么车队和车手投入如此多的精力去了解、预测和管理轮胎。

橡胶的行为

要了解轮胎,我们首先需要了解橡胶的行为方式。橡胶具有粘弹性,这意味着一旦变形,它不会立即恢复到原来的形状。在此延迟期间,能量被吸收并转化为热量。吸收的总能量取决于橡胶受压的次数及其温度。例如,当橡胶冷或受到过高频率的激发时,它会变硬变脆。而当橡胶热或缓慢滑动时,它会变得有弹性和橡胶感。

米其林图表显示温度和频率如何影响橡胶的模量
当橡胶处于低温或受到过高频率的激励时,它会变脆。而当橡胶处于高温和低频时,它会表现出弹性。图片来源:米其林

随着车轮旋转 跑道表面橡胶的粘弹性使轮胎可以轻微滑动,从而产生摩擦力,产生抓地力。为了最大限度地发挥这种抓地力,橡胶需要处于特定的温度范围内,这样它才能表现出弹性。这确保了最大程度的橡胶与柏油路面接触,增加了轮胎的接触面,从而增加了抓地力。如果橡胶超出这个温度范围,轮胎性能就会下降。

轮胎为何会退化

轮胎磨损的主要原因有三个:磨损、温度和压力。随着轮胎橡胶在柏油路面上移动,它会逐渐磨损,留下更少的橡胶来产生热量。因此,轮胎温度下降,橡胶变得更硬。这会降低抓地力,因此轮胎滑动更多,从而增加磨损,并重复这一循环。 

当轮胎在其工作温度范围内运行时,这种磨损程度(称为磨耗)相对稳定,并导致轮胎性能逐渐下降,这对策略师来说很容易在计算中考虑到。但是,如果橡胶过热,就会沸腾,导致轮胎表面破裂,从表面去除大块橡胶。另一方面,如果橡胶太冷,就会变脆,表面开始脱落,导致粒化。起泡和粒化都会大大减少接触面积,从而减少抓地力,这会导致性能极端、非线性的损失——这对策略师来说是一场噩梦。

一级方程式赛车轮胎严重起泡的示例
当橡胶过热时,它会沸腾并导致起泡。这会严重影响接触面积,从而影响轮胎的抓地力。

轮胎内部压力也会导致轮胎性能下降。随着轮胎温度升高,轮胎运行压力也会升高。如果压力过高,轮胎会膨胀,从而减小接触面的尺寸。这会导致接触面的橡胶进一步过热,增加起泡的风险。

比赛策略

由于轮胎磨损而导致的每圈时间损失是策略师在制定策略时考虑的最重要变量之一 战略多次进站,然后使用较软、速度更快的轮胎来弥补时间,这样做是否更有效?还是应该避免进站,希望车手能让轮胎坚持下去? 

然后就是何时进站的问题。如果磨损严重,使用新轮胎比赛的好处使切入底线成为一种强有力的策略。但如果磨损程度较低,切入上线可能会让车队利用赛道位置,而对手则让他们的新轮胎热身。 

观看比赛期间轮胎的磨损曲线
赛马观察 在每次运行过程中显示轮胎磨损曲线。
Racewatch 比赛中轮胎平均磨损曲线
然后对这些曲线进行平均,以获得每种化合物轮胎退化的更具代表性的估计值。
Racewatch 拟合了某一轮比赛的轮胎退化曲线。
通过删除不具代表性的圈数,策略师可以修改曲线,以更准确地评估每种轮胎的磨损程度。

轮胎管理策略

无论车队是想在排位赛中发挥出最佳表现,还是想在整个赛程中将性能下降降至最低,管理轮胎性能的最有效方法是让两个轴的性能下降速度相同。不幸的是,当每个轮胎在转弯时承受的负载不同时,这几乎是不可能的。这就是为什么车队会尽一切可能利用和管理抓地力。

最重要的策略之一是有效地加热轮胎。比赛开始前,车队会使用轮胎毯和烤箱来预热轮胎,而在不允许这样做的锦标赛中,车队通常会将轮胎放在阳光下。预热轮胎不仅可以使轮胎达到最佳温度范围,还可以减少运行压力的增加。如果轮胎从冷胎升温,内部压力会急剧增加,导致轮胎膨胀,接地面积大大缩小。

一旦 追踪之后,车手需要持续缓慢地加热轮胎,避免任何可能损坏橡胶表面的锁死或滑动。因此,车手通常会在开始排位赛圈之前完成一次出场圈和一次预热圈,以使两个轴都达到温度。在安全车和黄旗期间,车手将在直道上迂回前进以保持轮胎温度,并避免在安全车进入后在第一个弯道锁死。

轮胎预热也会影响比赛期间的战略决策。有时车队会选择降低轮胎温度,即使这会牺牲赛道位置,也是为了让他们的车手比对手早一圈将轮胎升温。这样,当他们的竞争对手使用较冷的轮胎先他们出站时,他们就有抓地力超车。这主要发生在潮湿或变化的条件下或使用较硬轮胎的比赛中,热身阶段可能需要几圈。 

RaceWatch 底切示例
正如本例所示,很多车队会降低速度并牺牲赛道位置,以使轮胎比对手提前一圈达到温度。

车手在驾驶期间也能对轮胎管理产生重大影响。例如,他们可以调整制动偏压,将更多能量投入到前制动器或后制动器,从而通过轮辋加热使轮胎变暖。这时,用于冷却制动器的新鲜冷空气会被加热到数百度。然后,这种热量会传递到轮辋,并辐射到轮胎。在 F1 比赛中,轮辋加热 10 摄氏度相当于轮胎胎体温度上升约 1 摄氏度——这可能是处于最佳温度范围还是超出最佳温度范围之间的差异。 

Racing Point RP19 的车轮组件
管道用于将新鲜空气输送至制动系统和轮辋,从而将热量传递至轮胎。图片来源:Racecar Engineering。

在轮胎过热的情况下,车手可以抬起并滑行以减轻每个轮胎的负荷。如果在圈的某些角落有效地做到这一点,车手通常可以保护轮胎,而不会真正损失任何单圈时间。所需的轮胎管理量是在比赛前确定的,方法是使用轮胎退化曲线和比赛规划器视图 比赛策略 软件如 赛马观察.

然后,策略师可以确定几个比赛计划,每个计划都有不同的进站策略,并与车手一起确定使轮胎持久所需的升力和滑行量。因此,在比赛期间,如果轮胎磨损与预期不同,车手将被告知“切换到 B 计划”。这不仅告诉他们已经切换到不同的进站策略,而且他们现在还需要按照预定义的增量行驶以使轮胎持久。 

管理轮胎磨损是取得胜利的秘诀 比赛策略 以及类似的软件 赛马观察 可以为工程师提供快速而准确的决策所需的关键信息。在锦标赛中,无数次,轮胎的保养帮助车队避免了重要的进站,从而登上了领奖台的最高位置。

文章撰写者: 杰玛·哈顿

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