轮胎退化如何影响比赛策略:策略、因素和技巧

轮胎是赛车与赛道的唯一接触点,因此是赛车最重要的部件。无论发动机的功率有多大,或空气动力学套件产生的下压力有多大;如果这些负荷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。 

比赛策略中的轮胎退化简介

遗憾的是,轮胎产生抓地力的能力会随着时间的推移而降低。轮胎性能的退化意味着轮胎的使用寿命变短,从而导致单圈时间变慢,间隔时间变短。因此,赛车运动中的轮胎退化会严重影响比赛策略,这也是为什么车队和车手要花费大量精力去了解、预测和管理轮胎。

了解轮胎性能和抓地力

橡胶在轨道上的表现

要了解轮胎,我们首先需要掌握橡胶的性能。橡胶具有粘弹性,这意味着一旦发生变形,它不会立即恢复到原来的形状。在这一延迟过程中,能量被吸收并转化为热量。吸收的能量总量取决于橡胶受力的次数和温度。例如,当橡胶处于低温或受到过高的频率激励时,会变得又硬又脆。而当橡胶处于高温或缓慢滑动时,则会变得富有弹性和橡胶质感。

米其林图表显示温度和频率如何影响橡胶模量
当橡胶处于低温或受到过高频率的激励时,橡胶会变脆。而当橡胶处于热状态且频率较低时,则会表现出弹性。资料来源:米其林

粘弹性在握力生产中的作用

当车轮在赛道表面转动时,橡胶的粘弹性会使轮胎产生轻微滑动,从而产生摩擦力,产生抓地力。为了最大限度地提高抓地力,橡胶需要在特定的温度范围内进行弹性运动。这可确保最大限度地增加橡胶与柏油路面的接触面积,从而增加轮胎的抓地力。如果橡胶超出这一温度范围,轮胎性能就会下降。

轮胎退化的主要原因

轮胎退化有三个主要原因:磨损、温度和压力。

1.磨损

当轮胎橡胶在柏油路面上移动时,会逐渐磨损,使橡胶产生的热量减少。因此,轮胎温度降低,橡胶变硬。这就降低了抓地力,使轮胎滑动更多,从而增加了磨损,循环往复。 

2.温度

当轮胎在其工作温度范围内工作时,这种磨损程度(称为磨损)相对稳定,并导致轮胎性能逐渐下降,战略家们很容易在计算中考虑到这一点。但是,如果橡胶过热,就会沸腾,使轮胎表面破裂,大块橡胶从表面脱落。另一方面,如果橡胶过冷,它就会变脆,表面开始破裂,从而产生颗粒。

起泡和纹路都会大大减少接触面积,从而降低抓地力,导致性能的非线性极度下降,这对战略家来说简直就是噩梦。

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

3.压力

轮胎内部压力也会导致轮胎老化。轮胎温度升高,运行压力也会升高。如果压力过高,轮胎就会膨胀,缩小接触面积。这会促使接触面橡胶进一步过热,增加起泡的风险。

轮胎退化对比赛策略的影响

每圈因轮胎退化而损失的时间是策略制定者在确定策略时考虑的最重要变量之一。完成多次进站,但通过使用更软、因此也更快的轮胎进行比赛来弥补时间损失是否更有效?还是应该避免进站,希望车手能让轮胎坚持到最后? 

根据轮胎磨损情况优化进站次数

然后是何时进站的问题。如果退化程度较高,使用新轮胎比赛的好处就会使 "减胎 "成为一种强有力的战术。但如果退化程度较低,在对手对新轮胎进行热身时,进站时间过长可能会让车队利用赛道位置。 

活动的Racewatch 轮胎退化曲线
RaceWatch在活动期间,每次运行都会显示轮胎退化曲线。
活动的Racewatch 平均轮胎退化曲线
然后将这些曲线求平均值,就能得到更有代表性的每种配方轮胎的降解估计值。
Racewatch 根据活动绘制的轮胎退化曲线。
通过删除不具代表性的圈数,战略家们可以修改曲线,从而更准确地估算出每种配方的轮胎退化情况。

管理轮胎退化的策略

无论车队是希望在排位赛中发挥最大性能,还是希望在整个赛程中尽量减少轮胎性能衰减,管理轮胎性能的最有效方法都是让两个轮胎轴以相同的速度衰减。遗憾的是,当每个轮胎在转弯时承受不同的负荷时,这几乎是不可能的。这就是为什么车队要采取一切可能的策略来利用和管理抓地力。

预热轮胎以获得最佳性能

最重要的战术之一是有效地预热轮胎。在活动前,轮胎毯和烤箱被用来预热轮胎,而在不允许这样做的锦标赛中,车队通常会将轮胎放在太阳下暴晒。预热轮胎不仅能使轮胎达到最佳温度范围,还能减少运行压力的增加。如果轮胎从冷状态升温,内部压力会急剧增加,导致轮胎膨胀,接触面积变小。

进入 赛道后,车手需要持续、缓慢地对轮胎进行预热,避免轮胎锁死或滑动,以免损坏橡胶表面。因此,在开始排位赛圈速之前,车手通常会完成一个outlap和一个preplap,使两个车轴都达到温度。在安全车和黄旗期间,车手会在直道上穿梭,以保持轮胎温度,避免在安全车进入第一个弯道时锁死轮胎。

轮胎预热也会影响比赛中的战略决策。有时,即使牺牲赛道位置,车队也会选择 "下压",以便让车手的轮胎比对手早一圈达到温度。这样,当竞争对手使用较冷的轮胎领先他们离开维修站时,他们就有足够的抓地力超车。这种情况主要出现在潮湿或路况多变的比赛中,或使用较硬轮胎的比赛中,因为热身阶段可能长达数圈。 

RaceWatch 暗切示例
通常情况下,车队会牺牲赛道位置,以求比对手早一圈达到轮胎温度,如图所示。

驾驶员还可以在行驶过程中对轮胎管理产生重大影响。例如,他们可以调整制动偏置,将更多能量投入前或后制动器,进而通过轮辋加热使轮胎升温。这时,用于冷却制动器的新鲜冷空气会被加热到几百度。然后,热量转移到轮辋,再辐射到轮胎。在一级方程式赛车中,轮辋加热 10 摄氏度相当于轮胎胎体温度升高约 1 摄氏度--这可能是进入或超出最佳温度范围的差别。 

Racing Point RP19 的车轮组件
风道用于向制动系统和轮辋输送新鲜空气,从而将热量传递给轮胎。图片来源:Racecar Engineering .

赛中技巧:制动偏置和升降起伏

在轮胎过热的情况下,车手可以抬起并滑行,以减少每个轮胎的负荷。如果在单圈中的某些弯道有效地进行这种操作,车手往往可以保护轮胎,而不会实际损失任何单圈时间。在比赛前,通过使用轮胎退化曲线和比赛策略软件(如 RaceWatch.

RaceWatch:轮胎退化分析的重要工具

然后,策略师可以确定几种比赛计划,每种计划都有不同的进站策略,并与车手一起确定使轮胎持久耐用所需的升力和滑行量。因此,在比赛过程中,如果轮胎退化情况与预期不同,车手将被告知 "切换到 B 计划"。这不仅会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先设定的三角行驶,以保证轮胎的耐久性。 

利用RaceWatch计划和调整战略

管理轮胎退化是执行制胜比赛策略的秘诀,而像 RaceWatch 这样的软件则可以帮助您管理轮胎退化。 RaceWatch等软件可以提供工程师所需的关键信息,帮助他们快速、准确地做出决策。在历届锦标赛中,有无数次,轮胎的保养帮助车队避免了重要的进站,从而登上领奖台的最高处。

文章撰写人杰玛-哈顿

*本内容最初发布于 2024 年 4 月,现已更新,以保持见解的准确性和用户体验。

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