可持续性

从赛道到公路:节能减排技术转型之路

当人们提及功率高达1,000马力的一级方程式(F1)赛车时,跃入脑海的可能是高速和激烈角逐等词语。如今,可持续发展一词也位列其中。确切地说,目前的F1赛车混合动力发动机的效率首屈一指,能以更少的燃料消耗提供更强劲的动力,因此其碳排放低于其他任何汽车。一些有助于减排的赛车零部件技术有望应用于公路车型中。

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你知道吗?F1赛车手在赛道转弯时所承受的离心力与“阿波罗”号飞船的宇航员重返地球时所承受的重力相近。除此之外,还有其他诸多实例表明,F1赛车设计师面临着与航天器研发人员相似的挑战。

类似于航空航天领域,开发能够应对极端压力条件的车辆所带来的创新技术(就F1而言,这些技术旨在争取哪怕是数毫秒的竞争优势)可以启发和影响其他领域,甚至造福整个社会。

纵观整个赛车历史,赛车技术应用于乘用车的事实一直存在,这不仅可以提升道路安全,还有助于提高车辆性能。F1的创新成果已经成功地应用于公路车中,包括混合动力系统、自适应悬挂系统,甚至是方向盘上的按钮。但车辆的节能减排解决方案也属于类似的技术转移范畴吗?

自法拉利成立以来,SKF一直与其紧密合作,双方合作至今已有75年历史。如今,SKF正帮助法拉利实现净零排放目标。

目前最高效的混合动力发动机

目前F1赛车发动机的效率首屈一指,能以更少的燃料消耗提供更强劲的动力,从而使碳排放低于其他任何汽车。作为F1历史上最成功的车队,法拉利车队多年来一直致力于将可持续技术从赛车转移至公路汽车。

可持续性已经成为另一个重要参数和目标。

法拉利车队底盘机械和操作设计经理马尔科•西维内利

法拉利车队赛事总监劳伦特•梅基斯解释说:“在激烈竞争的推动下,我们研发更具可持续性的技术,并将其应用于公路车型中。电气化就是一个很好的例证。”

“我们早在2009年便开始在F1赛车中采用混合动力发动机。”梅基斯说。“不久之后,我们成功将该技术应用到公路车型中,第一款搭载混合动力发动机的车型是法拉利。如今我们已迭代推出混合动力汽车系列。目前该系列包括四款混合动力车型,产品系列还会进一步壮大。我们深感肩负的责任重大,希望通过可量化的行动推动变革。”

梅基斯在谈及《巴黎协定》制定的减少温室气体排放以遏制全球变暖的目标时说道:“我们提出了到2030年实现碳中和的行动规划,并从明确目标转向了实际行动。我们已开展了一些重要活动,并承诺按照1.5摄氏度气温升幅控制目标制定科学碳减排计划。”

法拉利早在2009年便在F1赛车中采用了混合动力发动机。如今,法拉利有四款混合动力发动机。

工程师和设计人员转变观念

梅基斯表示,F1是一个“创新实验室”,为赛车开发的一系列技术解决方案在应用于普通公路车时具有巨大的潜力。

法拉利车队底盘机械和操作设计经理马尔科•西维内利指出:“性能和可靠性一直是我们的两大目标。现在可持续性已经成为另一个重要参数和目标。对于工程师和设计人员来说,这需要转变思维模式。我们实现这一目标的途径是设计出更轻、更高效的部件。”

在满足F1赛车严格规定(2023年规定赛车的重量不能低于789公斤)的前提下,为赛车减重,就有可能提高赛车性能,并降低油耗。

法拉利与SKF的长久合作

自法拉利车队成立以来,SKF一直是其技术合作伙伴。最高时速约为370公里的1,000马力法拉利赛车上大约安装了300个完全定制的SKF轴承,这些轴承安装在变速箱、悬架、动力装置和车轮中。

SKF与法拉利车队紧密合作,推出比以往更轻量化、更高效的新型解决方案。SKF赛车事业部大客户经理安德烈•亚里菲奇表示:“其中一种思路是设计有助于减少摩擦的部件。例如,我们提供混合陶瓷轴承(即带有陶瓷球或陶瓷滚子的轴承),如今我们还开发出了陶瓷滚针。”

SKF独辟蹊径,在赛车变速箱中采用陶瓷滚针代替钢滚针。根据法拉利车队自有测试平台显示,陶瓷滚针不仅能够提高发动机功率,还可以将摩擦减少近70%。此外,SKF还采用了诸如陶瓷和复合材料、水基润滑剂以及优化轴承内部几何形状等创新技术,以提高部件效率。

SKF独辟蹊径,在赛车变速箱中采用陶瓷滚针代替钢滚针。

电动汽车中的混合陶瓷轴承

在环保意识和严格的排放法规的推动下,整个汽车行业正在经历重大变革。世界各地的汽车制造商正不遗余力地尝试为车辆减重,并减少排放,这在部件层面上大有可为。混合陶瓷轴承已应用于多个电动汽车车型中。预计到2025年插电式汽车将占全球新乘用车销量的23%(相比之下,2021年这一比例不足10%),碳减排的潜力巨大。

“法拉利车队在减排方面的努力面临巨大的挑战,我们无法独自完成这项工作。与志同道合的伙伴携手努力是达成减排目标的关键。”梅基斯说道。

安德烈•亚里菲奇表示:“对我们来说,这是一个测试创新解决方案,是从这个领域学习的绝佳机会。我们将获取的知识转移至其他行业,并在这些行业继续深入开发。我们在F1赛车中使用的一些轴承甚至应用在了飞机上。我们坚信,多年来参与F1赛事对我们来说是一个很好的机会,让我们得以在可持续发展之路上加速前行。”

四种无惧高温的轴承

从早期配备滚子轴承支承的中央曲轴的经典车型,到今天设计精巧的大奖赛车型,赛车技术已取得了长足发展。下面介绍四种轴承不会让你在21世纪的赛道上失望。

轮毂轴承单元 (轮端)
赛车中的轮毂轴承单元与普通汽车中轴承的功能相同,但在赛道上需应对更具挑战性的工况。例如,在设定尺寸下,它们必须有更高的承载能力。SKF提供多种轮毂轴承单元设计,包括具备应对高速过弯工况的能力。即使在侧向高载荷条件下,也应保证赛车的制动和轮胎性能,因此轴承需具备更高的承载能力和倾斜刚度。

滚针轴承(发动机)
滚针轴承的圆柱滚子直径很小。尽管这种轴承的横截面较小,但具有高承载能力,因此适用于径向空间有限的轴承配置。

滚动轴承(悬架)
如果组件需要高精度或将承受高摩擦,可以用滚动轴承代替滑动轴承。基于单列深沟球轴承的设计包括以下几种:带密封、防尘盖,或开式、满装(无保持架)或带保持架。

四点角接触球轴承(变速箱)
四点角接触球轴承是单列角接触球轴承中的一种。四个接触点有助于承受径向载荷和双向轴向载荷。

四点角接触球轴承的内圈是两片式的,可以装入更多的球,以提高承载能力。

四点角接触球轴承的另一个优点是,比双列角接触球轴承或配对单列角接触球轴承所占用的空间小。

如需了解SKF与法拉利的合作详情,请访问“锐意创新75载”页面。