【科普】碳制刹车：超轻材料造就F1强大的制动性能

每当一群汽车爱好者聚在一起谈论性能时，他们往往谈论的都是赛车的加速性能，而刹车性能很少被人提及。

从绝对意义上来讲，F1赛车的加速能力确实令人印象深刻，但与超跑什么的相比也并没有那么突出。如今很多的超跑的推重比已经和F1赛车非常接近，决定加速成绩的往往由轮胎的抓地力决定。

然而，当涉及到制动时，情况就完全不同了。

世界上性能最好的公路车之一，布加迪威龙，在全力踩下制动踏板时能够带来1.3g的刹车力度，在这种情况下，车辆平均每秒能够减速22英里（35公里）/小时的速度。而对于一辆F1赛车来说，当你全力踩下制动踏板，制动力度的峰值约为5g，这意味着它可以在十分之一秒就能减速22英里/小时。

F1赛车的惊人性能要归功于它们所使用的刹车类型以及赛车的巨大下压力。但赛车下压力也并不是固定的，它们往往随着赛车速度的降低而减少。

这就意味着，尽管F1赛车能够达到5g的峰值刹车力度，但在比赛中车手们的平均值大约在3g左右，这仍然是个令人印象深刻的数字。

如果我们在全年的赛历上回忆一个重刹点，我会选择新加坡站7号弯的刹车，我们可以检查一下数据，看看如今F1赛车的刹车性能有多么了不起。

2022赛季，法拉利车手查尔斯·勒克莱尔在排位赛的过程中，以大约180英里（290公里）/小时的速度接近7号弯。随后他踩下了刹车，他踩下刹车的一瞬间，大约在踏板上施加了1600牛或360磅的力量。两秒钟后，勒克莱尔松开刹车，以略高于75英里（120公里）的速度通过弯道，他的总刹车距离还不到100米。

这差不多像你在一个环岛不到一百米处，以70英里（112公里）的速度全力踩下刹车，并尝试过弯。（想想就好，千万不要尝试。）

由于F1赛车上并没有ABS，即防锁死制动系统，车手们需要在比赛中根据不同的弯角调整刹车压力，随着速度和下压力的降低，逐步降低刹车的力度。

这是在赛车上需要练习的最重要的技能之一，因为你一旦失误，车轮锁死，可能就会对轮胎造成严重的损伤。

更加困难的是，当制动开始时，刹车片和刹车盘的温度较低，而当一次制动结束时，刹车片和刹车盘的温度会急剧升高，而这时赛车的制动摩擦力会大幅下降。

然而这些都是相对的，当车手踩下刹车时，赛车刹车盘的温度差不多在400度左右，当车手的脚离开制动踏板时，刹车盘的温度会飙升至1200度，这已经跟熔岩的温度差不多了。

当我们评估一辆车的刹车性能时，我们主要从两个方面来考虑：刹车的初始摩擦和前后一致性。刹车的初始摩擦指的是当车手第一次踩下制动踏板，刹车盘还没到工作温度时所经历的制动摩擦；而前后一致性是衡量赛车制动摩擦力在整个制动过程中的一致性表现。

为了能够在一整场大奖赛中能让赛车的刹车保持这种一致性，F1赛车选择使用了那些军用飞机上或是更现代一些的客机上的制动材料，这些材料与我们在民用车上所看到的那些完全不同。

在普通民用车上，我们看到的一般都是由铸铁制成的刹车盘和有机配方的刹车片。

然而，在F1赛车上，刹车盘和刹车片都使用碳作为主体材料。但这种碳又与我们在民用车上看到的碳纤维不同，F1赛车使用的碳一般都是纯碳形式。

这么做有两点好处：首先就是轻，碳的重量大概只有标准材料重量的50%；其次，在工作温度下，碳质刹车拥有的摩擦系数更高。它的峰值约为0.6，传统材料则为0.3左右。

制造一个可供F1使用的碳制刹车是一个漫长的过程，需要数百小时。如此复杂的程序也揭开了碳制刹车的另一个特性：贵。

一套完整的的刹车盘和刹车片的成本约为15000英镑（12.4万人民币），而车队在一整个赛季中，往往能使用超过50套刹车盘和刹车片。此外，刹车卡钳也不便宜，一个卡钳的制作成本也接近15000英镑。

除了成本，这种碳制刹车不能用于民用车上的原因就是，它们的磨损非常快。以及它特别特殊的性能，碳制刹车一般在400度以下的性能较差，在650度时才能拥有最佳的制动性能。

不幸的是，传统的刹车仅仅是通过刹车片和刹车盘的摩擦才能造成磨损，而对于碳制刹车来说，它们还需要接受在高温下氧化的过程。

简单来说，这种氧化指的是刹车盘表面的燃烧，在600度以上的温度中，这种氧化速度会加快。这意味着，当F1赛车的刹车发挥最佳性能时，它们也在通过氧化作用失去质量，而这种氧化作用不仅仅只发生在表面。

在直道时，刹车散热管向刹车内部输送空气，使它们的温度下降到氧化温度以下，但矛盾的是，用于冷却它们的空气含有大量的氧气，这又会加速氧化过程。

F1赛车的刹车散热管本身是非常复杂的，要根据不同的赛道配置不同的散热管。车队总是要使用尽可能小的散热管，因为大的散热管会影响赛车整体的空气动力学效应。

在比赛中，空气钻进刹车盘上多个直径为3毫米的径项孔洞，并穿过刹车盘和刹车片的表面。而离开刹车的热空气也能帮助赛车更好、更快的加热轮胎。尽管在2022赛季规则大改后这种影响变小了，但仍然是一个重要因素。

虽然不像动力单元那样能够经常抢占头条新闻，但F1的刹车系统也决定了赛车能否做出一个出色的圈速。