MERCEDES: TECHNOLOGIA F1 W SAMOCHODACH OSOBOWYCH

W wyścigach Formuły 1 liczą się głównie osiągi, jednak zgodnie z obowiązującymi w tym sezonie regulacjami, najlepsze czasy okrążeń można uzyskać jedynie dzięki maksymalnej wydajności.

To wyzwanie, z którym projektanci osobowych Mercedesów mają do czynienia niemal od zawsze. Jak przebiega transfer technologii pomiędzy inżynierami ze Stuttgartu oraz z Brackley, gdzie mieści się siedziba zespołu Mercedes AMG Petronas?

---

Zobacz także:

OSRAM: CZEGO OCZY NIE WIDZĄ

ROZMAITOŚCI

---

– Często jesteśmy pytani, czy rzeczywiście dochodzi do technologicznej synergii między bolidami F1 a samochodami osobowymi. Odpowiadamy wówczas głośno: “tak”. Ale polega ona na bardziej subtelnych rozwiązaniach niż zwyczajne montowanie części z jednego pojazdu do drugiego. Są oczywiście przykłady transferu bezpośredniego, na przykład technologia powlekania gładzi cylindrów NANOSLIDE. W ramach transferu pośredniego bolid F1 służy jako jeżdżące laboratorium do badania technologii, które w przyszłości mogą trafić do aut seryjnych – mówi Paddy Lowe, dyrektor techniczny zespołu Mercedes AMG Petronas.

– Nim do produkcji masowej weszły rozwiązania takie jak bezpośredni wtrysk paliwa, najpierw sprawdzono je w Srebrnych Strzałach. Dzisiaj wyzwania w konstrukcji bolidów F1 odpowiadają tym, jakie spotykamy przy projektowaniu zaawansowanych aut drogowych, takich jak S 500 PLUG IN HYBRID, i sprowadzają się do odpowiedzi na jedno pytanie – jak zamienić wydajność w wyśmienite osiągi? – dodaje prof. Thomas Weber, Członek Zarządu koncernu Daimler odpowiedzialny za rozwój samochodów Mercedes-Benz.

Gdy Mercedes-Benz jako zespół zadebiutował w Formule 1 w 2010 roku równolegle do zmagań na torze rozwijano nową technologię, kluczową z punktu widzenia tegorocznych regulacji – począwszy od systemu KERS (rok 2009), pierwszego podejścia do hybryd w F1, oraz niskoseryjnego, elektrycznego supersamochodu SLS AMG Electric Drive, aż do zbudowania w pełni hybrydowego bolidu W05 Hybrid na rok 2014. Rozwój technologii hybrydowej następuje błyskawicznie:

– w pierwszej wersji system KERS ważył 107 kg i osiągał wydajność energetyczną 39 proc. (rok 2007)
– w 2009 roku jego masa spadła do 25,3 kg, a wydajność wzrosła do 70 proc.
– trzy lata później KERS ważył mniej niż 24 kg i legitymował się wydajnością na poziomie 80 proc.

W bieżącym sezonie współpraca pomiędzy zespołem Mercedes AMG Petronas a oddziałem aut osobowych Mercedes-Benz przebiega jeszcze intensywniej. Dzisiaj kluczowe jej obszary to:

– napęd hybrydowy: zarówno bolidy F1, jak i samochody cywilne poczyniły ogromny skok na polu wydajności. Zespoły rozwojowe po obu stronach pozostają w stałym kontakcie i korzystają ze wspólnych osiągnięć w ramach technologii takich jak silniki elektryczne, akumulatory czy system sterowania. Bolid W05 Hybrid jest o około 35 proc. wydajniejszy od poprzednika i nie inaczej jest z nową Klasą S 500 PLUG IN HYBRID – napędza ją układ hybrydowy o mocy 325 kW (442 KM) oraz 650 Nm maksymalnego momentu obrotowego. Limuzyna rozpędza się od zera do “setki” w 5,2 s, może przejechać dystans 33 km bez użycia silnika spalinowego, a jej średnie zużycie paliwa na dystansie 100 km wynosi 2,8 l/100 km – i nie jest to wyłącznie efekt pomiaru w laboratorium.

Kolejnym etapem rozwoju technologii hybrydowej będzie ładowanie bezprzewodowe, znacznie bardziej komfortowe niż korzystanie z kabla. System składa się z uzwojenia pierwotnego, zamontowanego np. w podłodze garażu, i uzwojenia wtórnego w podwoziu samochodu. Energia elektryczna przesyłana jest bezprzewodowo; ładowarka ma moc 3,6 kW, a stopień jej wydajności wynosi 90 proc. Już niebawem Mercedes-Benz rozpocznie testy tego rozwiązania, a w niedługiej przyszłości zaoferuje je swoim klientom. Koncern Daimler rozwija tę technologię we współpracy z firmą BMW.

– symulacje: dokładne symulacje pomagają w skutecznym osiąganiu najlepszych rezultatów oraz optymalizacji technologii. Narzędzia symulacyjne w zakresie produkcji i montażu pozwoliły na dostarczenie 5 tys. elementów i niemal 15 tys. rysunków w ciągu 4 miesięcy. Zespół F1 korzysta z bogatego doświadczenia Daimlera m.in. w zakresie symulatorów jazdy oraz modelowania opon.

– aerodynamika: na pierwszy rzut oka bolidy F1 i samochody drogowe nie mają tu wiele wspólnego. Przy ich projektowaniu korzysta się jednak z tych samych narzędzi, w tym tunelu aerodynamicznego oraz modelowania CFD (Computational Fluid Dynamics).

– turbodoładowanie: przygotowanie do tegorocznego sezonu rozpoczęło się przed trzema laty od współpracy z dostawcami zewnętrznymi; równolegle nastąpił intensywny rozwój w zakresie układów doładowania w laboratoriach Mercedes-Benz. Głównym celem było tu uzyskanie harmonijnej, wysokoobrotowej charakterystyki silnika.

– trybologia: w celu ograniczenia tarcia w silniku skupiono się zarówno na optymalizacji smarowania, jak i współpracujących powierzchni. Substancje smarne były opracowywane pod kątem specyficznych warunków pracy tegorocznej jednostki napędowej. 1,6-litrowy, turbodoładowany silnik V6 pracuje przy wyższych temperaturach niż montowana wcześniej V-ósemka, a jego cylindry zmagają się z około 10 proc. większym obciążeniem. Olej musi niekiedy spełniać sprzeczne wymagania – działać jako chłodziwo, a jednocześnie zapewniać właściwą ochronę przed zużyciem i stawiać niski opór. Zespół F1 wraz z firmą PETRONAS opracował mieszankę syntetycznych baz olejowych oraz zestawy dodatków pozwalających pogodzić te cele. Od 2010 roku powstało ponad 50 odmian olejów do silników, skrzyń biegów oraz układów hydraulicznych, a technologicznym partnerstwem objęto też oleje do drogowych Mercedesów, w tym do sportowych modeli AMG.

W celu ograniczenia tarcia stosuje się też nowe powłoki o specjalnych właściwościach. Dla przykładu, gładzie cylindrowe jednostki F1 – tam, gdzie tarcie przyczynia się do największych strat energii w silniku – pokrywa nanokrystaliczna powłoka NANOSLIDE, charakteryzująca się wyjątkową gładkością i wytrzymałością. Od 2006 roku technologię NANOSLIDE zastosowano już w ponad 200 tys. silników, w tym w sportowych motorach AMG V8.

– lekka konstrukcja: w tym względzie Formuła 1 znacznie wyprzedza samochody cywilne. Ograniczanie masy własnej to jeden z głównych priorytetów w historii sportu motorowego – czego dowodzi zresztą przypadek sprzed 80 lat, gdy inżynierowie zdarli białą farbę z bolidu Mercedesa, by spełnić 750-kilogramowy limit wagowy. W ten sposób narodziła się zresztą legenda Srebrnych Strzał. W konstrukcji bolidów F1 aluminium ustąpiło dziś miejsca inteligentnej mieszance materiałów, z włóknami węglowymi na czele. W autach seryjnych ten proces zachodzi z opóźnieniem – producenci częściej niż kiedykolwiek wcześniej sięgają po aluminium, rzadko decydują się natomiast na wprowadzanie elementów z karbonu. Mercedes-Benz jest na tym polu pionierem – w 2003 roku model SLR McLaren jako pierwszy samochód cywilny otrzymał konstrukcję przedniego pasa wykonaną właśnie z włókien węglowych. Z tego samego materiału zbudowano kabinę pasażerską. Dziś służy on do produkcji m.in. klapy bagażnika w SL-u oraz elementów ospojlerowania w modelach AMG z serii Black Series.