Spec-series, o cóż tu chodzi?
Wprowadzenie nowych regulacji w Formule 1 odbiło się szerokim echem pośród wyścigowej społeczności, zwłaszcza jeśli wziąć pod uwagę kształt samochodów. Znacznie uproszczone, pozbawione przykuwających oko dodatków, uboższe pod kątem przestrzeni do eksperymentowania – wśród części zatwardziałych fanów wzbudziły palpitację serca, objawiającą się powtarzającymi się pytaniami – czy F1 zamienia się w spec-series?
Cóż znaczy ten złowrogi termin? Chodzi jedynie o to, że wszystkie samochody są dokładnie takie same pod względem konstrukcyjnym – nadwozie, silniki, zawieszenie – wszelkie najważniejsze elementy są odgórnie ustalone i dostarczone przez określonego producenta. Zmiany obejmują wyłącznie detale, takie jak specyficzne ustawienie pod dany wyścig. Sprzyja to równej rywalizacji, bo talent kierowcy prawie zawsze liczy się bardziej niż cokolwiek innego.
Formuła E jest częściowo żywym tego potwierdzeniem – na 86 rozegranych rund aż 20 zawodników stawało na najwyższym stopniu podium. Elektryczna seria nie jest jednakże spec-series w każdym calu, nawet jeżeli wszystkie ekipy korzystają z modelu Spark SRT05E. Różnic pomiędzy nimi jest wiele, lecz są one skryte głęboko pod jednolitym nadwoziem. Przyjrzyjmy się tym maszynom od środka.
Podobne, ale nie takie same
Zacznijmy od tego, że choć w spec-series rywalizacja jest zazwyczaj zażarta, błędny jest wniosek, jakoby wszystkie uczestniczące w niej ekipy dysponowały dokładnie takim samym potencjałem. Formuła 2 śmiało zalicza się do tej kategorii, a jednak Prema regularnie wygrywa, podczas gdy Charouz okupuje tył stawki. Co powoduje dysproporcje? Talent kierowców i wiedza inżynierów, które umożliwiają dopasowanie bolidu idealnie pod styl jazdy np. Oscara Piastriego.
FE określić można mianem pół-spec-series; swoistym pomostem pomiędzy choćby F2 a F1, gdzie elementów dostarczanych odgórnie jest niewiele, a konstruktorzy sami odpowiadają za wygląd swoich samochodów. Dlatego w F1 mówi się właśnie o konstruktorach, a w F2 i FE – o zespołach.
W drugiej generacji samochodów elektrycznych, wszystkie zespoły FE otrzymują jednolite nadwozie, baterie oraz opony. Najważniejszy komponent jest dziełem Spark Racing Technologies, ale w procesie jego projektowania ogromną rolę odgrywa Dallara. Fabryczne baterie produkuje McLaren Applied, ewentualnie osadzona w Dolinie Krzemowej Atieva. Opony dostarcza (w tym sezonie po raz ostatni) francuski gigant, Michelin.
Best of luck to our clients racing in Mexico this weekend! Read more about the cars in our blog post: https://t.co/q7KO0XoDAK #FormulaE #motorsport #ABBFormulaE #racetech 2/2 pic.twitter.com/yj2xPoBCsN
— McLaren Applied (@McLarenApplied) February 10, 2022
Na tym kończą się podobieństwa. Konstrukcja układu napędowego, zawieszenia i skrzyni biegów zależy wyłącznie od danej ekipy lub producenta. Zdecydowanie największy nacisk położony jest na pierwszy z tych komponentów. Tak zwane MGU nierzadko decyduje o przewadze lub stracie, gdyż homologacja naturalnie ogranicza możliwości wyciągania potencjału z nadwozia.
Podobnie jak hybrydy z F1, MGU (Motor Generating Unit) składa się z kilku zintegrowanych elementów. Inwertor typu DC/DC (prąd stały-prąd stały) odpowiada za zwiększanie napięcia; inwertor DC/AC zmienia ładunek ze stałego na zmienny; silnik natomiast transformuje energię elektryczną na mechaniczną. Autorskie projekty poszczególnych producentów współgrają ze wspomnianymi bateriami – a te dysponują podwójną objętością względem pierwszej generacji bolidów.
Tunel aerodynamiczny? W FE to zbędny wydatek
Właśnie ta zmiana spowodowała, że sztandarowe dla wczesnych lat FE przeskakiwanie pomiędzy samochodami w połowie zawodów odeszło w niepamięć. Od sezonu 2018/2019 maksymalna moc generowana przez napęd wzrosła do 250 kW, ale odbyło się to kosztem wagi. Same baterie to ciężar 250 kilogramów, a wraz z chłodzeniem, pakowaniem i połączeniem z innymi komponentami, otrzymujemy 400-kilogramowy pakiet.
Baterie, co naturalne, na przemian wydają i gromadzą energię. Ta pierwsza czynność odbywa się rzecz jasna podczas przyspieszania – energia przechodzi wtedy przez inwertory, napędzając tylne koła. Gdy natomiast kierowca naciśnie na hamulec, inwertor przeskakuje na drugi tryb – napęd zaczyna generować elektryczność, wytwarzając jednocześnie opór, co wspomaga hamulce tylnej osi. Zaoszczędzona energia przechodzi do baterii.
Układ ten nie jest może tak efektywny jak hybryda w F1, ale wciąż pozwala bolidowi wyciągnąć prędkość 280 km/h. Poziom przyspieszenia jest przy tym podobny – setkę maszyna FE osiąga w ok. 2,8 sekundy. Mniej spektakularne wyniki względem koronnej serii motorsportu nie oznaczają jednak, iż prowadzenie samochodu jest łatwe.
Silnik elektryczny w Formule E sam w sobie jest znacznie lżejszy niż spalinowy. Ponadto, znacznie mniej w nim elementów ruchliwych, co wydatnie zmniejsza ryzyko awarii | Fot. fiaformulae.com
Pokaźne siły działają bowiem na zawieszenie, którego zachowanie jest tym istotniejsze, iż w FE aerodynamika znajduje się na drugim, jeśli nie trzecim, planie. Wynika to z kilku prostych zależności – choćby tego, iż kształt nadwozia wyklucza dużą rolę docisku, a rozwój aerodynamiki w trakcie sezonu jest zakazany. Zespoły operują w tym względzie na arbitralnie ustawionych parametrach. Pod względem inżynieryjnym, zawieszenie nie zalicza się do skomplikowanych elementów, ale by zrozumieć wartość jego pracy, zerknijmy na obiekty, które wypełniają kalendarz sezonu.
Wąskie, wyboiste, wijące się w znakomitej większości pośród ulic wielkich miast. Wytrzymywanie sił pionowych jest tu kluczowe – odpowiednio ustawione zawieszenie zapewnia optymalny kontakt opon z podłożem. Tym samym kierowca ma pewność, że nie straci kontroli podczas hamowania na nierównościach. W warunkach, w których samochód od muru dzieli zazwyczaj kilka centymetrów, jest to kwestia niebywale istotna.
Twardy uścisk dłoni
Zawieszenie podlega zatem nieustannemu rozwojowi, a jego efektywność systematycznie rośnie. Przeminęły już lata, gdy zbyt mocne przejechanie przez krawężnik potrafiło połamać wahacze. W taki sposób swój wyścig skończył np. Lucas di Grassi, prowadzący w E-Prix Buenos Aires 2015.
Lecz i poza zawieszeniem znajdziemy w bolidzie FE kilka niespodzianek. Ich obecność powoduje, że nawet doświadczonych czekają miesiące pracy, nim staną się oni prawdziwymi specjalistami, znającymi bolid od podszewki. – Jestem w FE od kilku sezonów. W pierwszych miesiącach byłem zdumiony, jak szybko musiałem zostawić za sobą sporą część mojej wiedzy aerodynamicznej z F1, żeby jak najprędzej nauczyć się designu jednostki napędowej, inwertorów, systemów kontroli, elektroniki – tego wszystkiego, co rozwija się w Formule E z prędkością światła – mówił Phil Charles, dyrektor techniczny w Jaguarze.
Kierowcy muszą dostosowywać się tak samo szybko. Bolidy są zaawansowane technologicznie, ale nie posiadają na przykład podstawowego systemu, jakim jest wspomaganie kierownicy. Wypracowanie porównywalnej z F1 tężyzny fizycznej oraz restrykcyjnej rutyny treningowej jest zatem konieczne. Opiera się ona po prostu na innych partiach mięśni – zawodnicy skupiają się na maksymalnej mocy ramion. Nie bez powodu mówi się, iż uścisk dłoni kierowcy jest, parafrazując brytyjskiego dziennikarza Sama Smitha, jak żelazna sztaba.
Kierowcy robią różnicę. – Jeśli spojrzysz na kwalifikacje w F1, to rzeczywiście jest pokaz ultymatywnych możliwości samochodu na pojedynczym okrążeniu. Za tym stoi jednak aerodynamika, napęd, kierowca, zużycie opon – w takiej kolejności – a potem wiele mniejszych elementów, jak systemy kontrolne, etc. – tłumaczył Charles.
– W Formule E jest zupełnie inaczej. Po pierwsze, kierowca ma znacznie większy wpływ na czas okrążenia. Jeśli w F1 samochód jest słaby aerodynamicznie, nie ma znaczenia, jakiego kierowcę wsadzisz do kokpitu. Możesz mieć Lewisa Hamiltona i nadal nie wygrasz. W FE jest inaczej: jeśli weźmiesz dobrego kierowcę, a on będzie miał dobry dzień, może zakwalifikować się na pole position w większości samochodów w stawce – zakończył.
Formuła E i sztuka hamowania
Kierowca ma oczywiście kontakt z inżynierami i dysponuje kilkoma wspomagaczami, co nie zmienia faktu, iż ustawienia musi znać na pamięć. Tyczy się to szczególnie newralgicznego obszaru hamulców, bo to przecież od nich zależy proces zarządzania energią. Stąd należy ustawić hamulce tak, aby zrównoważyć moc hamowania hydraulicznego i hamowania celem odzyskiwania owej energii. Samochody FE hamują bowiem inaczej na obu osiach.
Przednia oś hamuje bardzo podobnie do zwykłych samochodów drogowych; na tylnej w grę wchodzi system brake-by-wire, wprowadzony w 2018 roku. Mówiąc w skrócie, zatrzymywanie tylnej osi jest efektem wspólnej pracy samych hamulców oraz MGU. Układ napędowy mierzy ciśnienie, kalkulując, ile płynu hamulcowego trzeba dodać, aby samochód zwolnił zgodnie z planem.
A poza tym są jeszcze najróżniejsze kombinacje mocy regeneracji i hamowania, których doprecyzowanie jest warunkiem sine qua non jazdy na limicie. W interesie kierowcy leży jak największe oszczędzanie energii, jednocześnie nie dopuszczając do utraty balansu. Dlatego też obok operowania zwykłym pedałem hamulcowym, zarządza też odpowiedzialną za regenerowanie energii łopatką na kierownicy.
Jako element wpływający na balans samochodu, regenerację energii oraz sposób prowadzenia, hamulce podlegają nieustannym usprawnieniom. Poszczególne kombinacje ich ustawień oznaczane są przez zespoły specjalnymi kodami | Fot. Formula E Stats / Twitter
Złotym środkiem jest najczęściej hamowanie najpierw łopatką, a dopiero potem pedałem. – Hamowanie samym napędem na tylnej osi nie spowalnia samochodu tak szybko jak hamowanie obiema osiami naraz. Sęk w tym, że przednia oś pozbywa się tej energii pod postacią ciepła […] i nie przekazuje jej do baterii, tak jak tylna oś – wytłumaczył Charles.
Rolą kierowcy jest ciągłe równoważenie przeciwstawnych sił – hamowania hydraulicznego i hamowania z naciskiem na gromadzenie. Dba o to samodzielnie, poprzez manipulowanie momentem obrotowym w momencie naciśnięcia na łopatkę. Wymaga to precyzji i analizy – nieodpowiednie ustawienie może powodować, że tylne opony nie będą obracać się wystarczająco szybko. A to prosta droga do niestabilności i kraksy.
Diabeł tkwi w szczegółach
Swoboda działania panuje również przy oprogramowaniu – zespoły mają pełną dowolność w ustawianiu systemów kontrolnych bolidu. Inżynierowie osobiście programują takie kwestie jak mapowanie silnika, nie ograniczając się do prostych opcji tak lub nie, które podpowiada gotowy system.
– Właściwie wszystko, nad czym pracujemy, czyni nasz napęd bardziej efektywnym. Poza tym, to tak prosta ścieżka rozwoju, że możesz dosłownie wpaść na jakiś nowy pomysł we wtorek i zamontować go w samochodzie na kolejny weekend wyścigowy – potwierdził menedżer Jaguara. W padoku nieustanne dążenie do wzmocnienia jednostki napędowej nazywane jest software push.
Formuła E nie ewoluuje bowiem wokół regulacji, ale bardziej wokół nowoczesnych technologii. Ponieważ te zmieniają się z roku na rok, inżynierowie cały czas muszą trzymać rękę na pulsie i wprowadzać konieczne zmiany. Dlatego też Phil Charles regularnie odwiedza uniwersytety w poszukiwaniu bystrych studentów. Jeśli jakiś koncept rokuje pozytywnie, sprawdzany jest pod kątem zgodności z regulaminem, a potem może zostać zaimplementowany.
Ma to znaczenie, bo pomysły sprawdzają się potem w samochodach drogowych, z którymi Formuła E funkcjonuje w bliskiej komitywie. Dla Jaguara, marki, która zadeklarowała całkowitą elektryfikację swych produktów do roku 2025, jest to tym ważniejsze. – Praca, którą wykonujemy, żeby tę nową technologię przerodzić w większą efektywność układu napędowego, powoduje, że ta sama technologia może szybko znaleźć się w nowym drogowym modelu Jaguara.
Drobiazgowe testy FE… i garść polityki
Wszystkie wyżej wymienione komponenty, niezależnie jak od siebie odmienne, spaja ekstensywny proces homologacyjny. Zaczyna się on od kilku testów, podczas których bada się zachowanie bolidu pod wpływem nacisku. Poza nim, zespoły są zobligowane do dostarczenia FIA 90-stronicowego dokumentu z rysunkami poszczególnych elementów, ale i na tym proces się nie kończy.
Po zatwierdzeniu pliku FIA osobiście kontroluje zgodność projektu z regulaminem – a przez słowa osobiście mam na myśli konieczność stawienia się w ich siedzibie we francuskim Valleiry. Pod lupę idzie wówczas niemal wszystko – wahacze, dyferencjał, rozmiary, masa, bezpieczeństwo w razie awarii. Konstrukcja każdej części musi mieścić się w małym oknie tolerancji zaprezentowanej w owym dokumencie. Powód jest oczywisty – należy upewnić się, iż samochody nie stwarzają zagrożenia pod kątem elektrycznym i mogą przejść testy zderzeniowe.
Regulamin podlega cyklicznym zmianom, także w obrębie tej samej generacji samochodów. Dla przykładu, w styczniu tego roku FIA zawarła w regulaminie klauzulę, umożliwiającą zaaplikowanie przez producenta do rejestracji jednego dodatkowego wytworu swojej grupy pod tą samą homologacją samochodu. Aplikacja rozpatrywana jest wyłącznie przez FIA i może zostać dowolnie przezeń wstrzymana.
Każda taka rejestracja będzie kosztować zespół 250 000 funtów. Kwota ta nie podlega zwrotowi. Oficjalnie stanowi rekompensatę za proces rejestracyjny i ponoszone przez FIA opłaty administracyjne | Fot. fiaformulae.com
W praktyce przepis ten pozwala producentowi w sposób sformalizowany sprzedać innej ekipie swój napęd. Innowację tę wiąże się z Maserati, które pojawi się w FE za rok. Prawdopodobnie włoska marka nie będzie zużywała zasobów na budowanie własnego układu od zera. Wcześniej łączono ją pod kątem współpracy z Venturi, aczkolwiek wobec tej regulacji może równie dobrze zbratać się ze DS. Byłoby to wskazane, biorąc pod uwagę, że właścicielem obu luksusowych marek jest globalny gigant, Stellantis.
Przyszłość FE określona
Powyższa rezolucja wymagała zgody wszystkich już potwierdzonych na przyszły rok producentów – Porsche, Jaguara, DS, Nissana, NIO 333 oraz Mahindry. Cel? Zapewnienie korzystniejszych warunków wejścia, stabilizacja, a w domyśle również wyjaśnienie spornej kwestii z sezonu 2016/2017. Wtedy to zespół Penske kupił układ napędowy od Mahindry, po czym przemianował go na Penske 701-EV. Procedura ta nie była wówczas jawnie sankcjonowana.
Podobnego błędu FIA i FE pragną uniknąć. Trzecią generację testował już etatowy tester serii, Benoit Treluyer. Wrażenia Francuza, zwycięzcy wyścigu Le Mans były bardzo pozytywne, zwłaszcza przy hamowaniu. Jak odniosą się do nich kierowcy zespołów, o tym się dopiero przekonamy. Jak na razie padokowe przecieki mówią, iż wygląd najnowszych maszyn nieszczególnie pasuje niektórym zawodnikom.
Samochody będą jednak stopniowo ewoluować – już teraz mówi się, że nowa iteracja bolidów Spark będzie przechodzić transformacje, choć ich ostateczny kształt z przyczyn oczywistych nie jest znany. Jednego możemy być pewni – Formuła E na pewno nie wpadnie w stagnację.
