Lộ rõ điểm yếu “chí mạng” của Mercedes W14 kể từ sau Suzuka 2023

Kể từ khi Công thức 1 đưa ra các quy định hiện hành về hiệu ứng mặt đất, các đội đã phải vật lộn để tạo ra những chiếc xe có thể hoạt động tốt trên nhiều loại góc cua.

Đây cũng là một trong những vấn đề nổi cộm của Mercedes trong năm nay. Ở chặng đua diễn ra tại Suzuka (Nhật Bản), điểm yếu này là nguyên nhân chính khiến xe của họ không ổn định và không thể bắt kịp tốc độ của những chiếc Red Bull RB19.

1. Vấn đề của Mercedes

Đó là một lời cảnh báo cho Mercedes, vì bất kể có thay đổi chiếc xe của mình bao nhiêu trong năm tới, điều đầu tiên họ cần hiểu là làm thế nào để tạo ra một chiếc xe có thể hoạt động tốt ở mọi đường đua và qua mọi góc cua. Nếu hoàn thành mục tiêu đó, vấn đề chỉ còn là cải thiện khả năng cạnh tranh của xe so với đối thủ.

Trước GP Nhật Bản, Mercedes là một mối đe dọa tại Singapore. Họ có một chiếc xe hoạt động tốt ở những góc cua ngắn, gấp và chậm. Thế nhưng xét về tốc độ ở phiên phân hạng, Suzuka là nơi tồi tệ nhất trong mùa giải đối với Mercedes khi kém hơn pole tận một giây.

Những chiếc W14 mất nhiều thời gian chủ yếu ở các góc cua nhanh, đặc biệt là ở khu vực đầu tiên. Lewis Hamilton phàn nàn khi phần đầu xe khỏe nhưng phần đuôi xe lại không ổn định, và ngay cả khi chiếc xe đã được cải tiến vào chiều thứ Bảy, nó vẫn thiếu downforce phía sau xe.

Đây là dấu hiệu cho thấy Mercedes không có sự kiểm soát cần thiết đối với chiếc xe. Vấn đề không chỉ đơn giản là tạo ra nhiều downforce ở phía sau, mà còn là kiểm soát sự phân bố downforce đó như thế nào để chiếc xe hoạt động tốt cho nhiều loại góc cua.

2. Hướng phát triển tiếp theo của Mercedes

Chúng ta vẫn thường nghe các tay đua nói về việc xe không có độ bám tốt, không ôm cua tốt ở những góc cua nhanh, lực kéo kém, phải chuyển hướng chậm hoặc bị thiếu lái ở tốc độ quá thấp.

Trong suốt chặng đua, cả đội và tay đua sẽ làm việc với bộ phân mô phỏng tại nhà máy để tối ưu hóa thiết lập của xe. Tuy nhiên, thời gian để thực hiện việc này là có hạn, và các thiết lập không được phép thay đổi sau khi xe rời khỏi đường pit lần đầu tiên trong phiên phân hạng.

Để thực sự cạnh tranh, Mercedes cần tối ưu hóa các thiết lập xe đua dựa trên một nền tảng vững chắc. Nếu các đặc điểm cơ bản của xe là chưa chuẩn, những chiếc W14 chỉ có thể cứ chạy trên đường đua mãi mãi, trong khi những thay đổi trong khâu thiết lập sẽ không có nhiều ý nghĩa.

3. Phân bố trọng lượng xe đua

Bộ quy tắc thể thao yêu cầu khối lượng tối thiểu của xe là 798 kg, đồng thời kiểm soát chặt chẽ việc phân bố trọng lượng. Tuy nhiên, quy định cũng cho phép các đội điều chỉnh xe dựa trên trọng lượng tối thiểu ở cầu trước và/hoặc cầu sau.

Theo bảng trên, chúng ta có thể thấy rằng trọng lượng xe được phép dao động khoảng 1,5% ở phần đầu. Nó tương đương với mức 12 kg mà các đội có thể thay đổi ở cầu trước.

Việc phân bố trọng lượng theo quy định đã được đưa ra từ khi Pirelli trở thành nhà cung cấp lốp cho F1 vào năm 2011. Trước đó, việc phân bố trọng lượng chưa được siết chặt, và ngày càng nhiều đội dịch chuyển trọng lượng nhiều hơn về phía trước. Bằng cách này, họ có thể dời trọng tâm áp suất khí động (aerodynamic centre of pressure) lên phía trước, từ đó làm tăng mức downforce tổng thể của một chiếc xe hoàn chỉnh.

Lịch sử F1 đã từng có những thiết kế xe đua với phần mũi chúi xuống rất mạnh. Chúng ta cũng đã từng thấy những chiếc xe với tỷ lệ phân bố trọng lượng phía đầu xe lên tới 48%, nhưng hiện tại điều đó không còn tồn tại nữa.

4. Trọng tâm áp suất xe đua

Để hiểu được sự tác động của các yếu tố thiết kế lên cách thức hoạt động của một chiếc xe đua, chúng ta có thể phân tích theo góc độ khí động học như sau.

Biểu đồ trên cho thấy trọng tâm áp suất ở đầu xe, đuôi xe, gầm xe đều đóng góp vào vị trí cân bằng. Tải trọng khí động học được phân bố ở mức 40% ở cầu trước và 60% ở cầu sau. Chỉ số đo lường này còn được gọi là trọng tâm áp suất chung (CofP = 40%F).

Ở hình minh họa trên, chúng ta giả định rằng CofP là như nhau ở mọi góc cua và mọi thiết lập chiều cao của xe.

Nếu một chiếc xe có sự phân bố khí động học kiểu này, nó sẽ bị thiếu lái khá nặng ở những góc cua chậm, và có khả năng bị thừa lái ở những góc cua nhanh. Rất hiếm có tay đua nào thích một chiếc xe như vậy.

Nhưng nếu chỉ với một lượng thừa lái nhỏ, tay đua có thể vượt qua góc cua mà không có tổn thất gì. Khi thoát cua, việc đạp ga sẽ giúp họ dịch chuyển một lượng tải trọng nhỏ về phía sau, từ đó cải thiện độ bám phía sau xe.

Trong hình minh họa thứ hai ở trên, chúng ta thực hiện một số thay đổi đối với vị trí CofP, hiện tại là CofP = 44%F. Điều này giúp tải trọng khí động học được phân bố nhiều hơn về phía trước – phù hợp hơn với khoảng phân bố trọng lượng đã xác định bởi bộ quy tắc.

Với thiết lập này, chúng ta có thể giảm tình trạng thiếu lái cho xe ở các góc cua tốc độ thấp và trung bình, nhưng lại làm tăng rủi ro thừa lái ở các góc cua tốc độ cao.

Tiếp theo, chúng ta di chuyển CofP về phía sau cho đến khi đạt CofP = 36%F.

Sự thay đổi này sẽ làm tăng khả năng thiếu lái khi xe vào cua ở tốc độ thấp và trung bình. Phần đuôi xe sẽ ổn định hơn nhiều khi vào cua, nhưng nó cũng dẫn đến cảm giác lái kém hơn ở những góc cua trung bình và nhanh.

5. Đi tìm một giải pháp tối ưu

Tiếp theo, chúng ta sẽ điều chỉnh các thiết lập đến mức tối ưu hơn.

Cách thiết lập trên đây đơn giản chỉ là sử dụng một bộ khuếch tán cực khỏe để kéo CofP về phía sau khi tốc độ của xe tăng lên. Khi xe đứng yên, CofP là 44%F, nhưng khi xe di chuyển với tốc độ cao, con số này có thể đạt mức 36%F.

Sàn xe tạo ra khoảng 60% lượng downforce tổng thể, 40% còn lại đến từ cánh gió (phần thân trên). Điều chúng ta cần nhớ là 60% đó sẽ tăng lên khi tốc độ xe tăng lên và gầm xe càng gần hơn với bề mặt đường đua.

Hình minh họa trên cho thấy mối liên hệ giữa sự thay đổi CofP với tốc độ xe. Trên thực tế, đó là sự thay đổi của CofP so với sự thay đổi của chiều cao lái của xe. Tuy nhiên, sự thay đổi về chiều cao lái của xe lại phụ thuộc vào độ ổn định thẳng đứng của phần đầu và phần đuôi xe.

Trong quá trình xe hoạt động trên đường đua, điều quan trọng là làm sao để lượng downforce không bị giảm đi. Bởi vì nếu để điều này xảy ra, xe sẽ nhanh chóng gặp hiện tượng lướt cá heo, và khi vượt quá tầm kiểm soát, xe sẽ nảy lên.

Một điểm cộng nữa khi thiết lập xe kiểu này (đẩy CofP về phía sau) là việc gầm xe hoặc bộ khuếch tán sẽ hoạt động hiệu quả hơn nhiều so với cánh sau. Điều này có nghĩa là các đội có thể thiết lập downforce ít hơn ở cánh sau, từ đó giúp cải thiện tốc độ tối đa.

6. Kết luận

Sau cùng, những con số trên đây đã được làm tròn để giúp bạn hiểu được một trong những hướng thiết lập xe đua tối ưu. Trên thực tế, khi áp dụng ý tưởng này vào một đội đua cụ thể, chúng ta cần lượng dữ liệu hoàn chỉnh hơn nhiều của các thông số kỹ thuật chi tiết của xe.

Đội đua nào cũng có nguồn lực và con người để làm công việc phân tích trên đây. Nhưng chính sự quyết tâm và khả năng theo đuổi những ý tưởng thiết kế của mình đã giúp cho một số đội trở nên nổi bật so với phần còn lại của đoàn đua.

Một trong những người hoàn toàn tin tưởng vào triết lý của mình là Adrian Newey. Trong nhiều trường hợp, phải mất một vài chặng đua để ông đạt được những gì mình tin tưởng, nhưng cuối cùng, ông và Red Bull đã hưởng lợi từ sự quyết tâm đó.

Ngược lại thì với Mercedes, đó lại là một câu hỏi lớn…