کالبدشکافی فراری F۸۰: آغاز فصل جدیدی برای میلیاردرها

فراری با رونمایی از مدل F80، فصل جدیدی در تاریخ سوپرکارهای افسانه‌ای با نشان اسب جهنده نوشت. این خودرو در یک تولید محدود تنها به تعداد ۷۹۹ دستگاه ساخته خواهد شد و به جمع نمادهایی چون GTO، F40 و LaFerrari پیوسته و بهترین دستاوردهای مارک مارانلو را در زمینه فناوری و عملکرد به نمایش می‌گذارد.
این مطلب را حتما بخوانید:

بررسی نیسان آریا: آسمان ایران آبی خواهد شد!

از سال ۱۹۸۴، فراری به‌طور دوره‌ای سوپرکار جدیدی را معرفی کرده است که اوج فناوری و نوآوری دوران خود را نمایان می‌کند و قرار است به یک نماد فرهنگی تبدیل شود. این خودروها که برای مشتریان خاص این برند طراحی شده‌اند، به سرعت به افسانه‌هایی در دوران خود تبدیل شدند و تأثیر غیرقابل‌انکاری بر تاریخ فراری و تاریخ خودرو به‌طور کلی گذاشتند.
مدل جدید خانواده فراری، F80، وظیفه دارد تا نهایت مهندسی را برای یک خودرو با موتور احتراق داخلی به تصویر بکشد و از پیشرفته‌ترین راه‌حل‌های فناوری، از جمله تکنولوژی هیبریدی نسل جدید برای سیستم قدرت، استفاده کند تا سطوح بی‌نظیری از قدرت و گشتاور را به دست آورد. هر جنبه‌ای از معماری این خودرو به‌گونه‌ای طراحی شده است که عملکرد را به حداکثر برساند، از شاسی فیبرکربن و گزینه‌های آیرودینامیکی فوق‌العاده گرفته تا سیستم تعلیق فعال جدید که بهینه‌سازی شده است تا به راننده اجازه دهد هر ذره‌ای از عملکرد خودرو را در پیست استخراج کند.

اگرچه کابین حس یک خودروی تک نفره را دارد اما خودرو برای دو سرنشین طراحی شده و به همین دلیل می‌توان آن را “۱+” نامید. دلیل اصلی این انتخاب، کاهش عرض برای بهبود آیرودینامیک (با کاهش مقاومت) و صرفه‌جویی در وزن بوده است. این مفهوم کاملاً با دنیای خودروهای مسابقه‌ای همخوانی دارد که این خودرو نه تنها از آن الهام می‌گیرد بلکه بخشی از فناوری آنها را به ارث برده است.

همان‌طور که همیشه در سوپرکارهای فراری پیش از F80 بوده، سیستم قدرت بر اساس بهترین فناوری خودرها در موتوراسپورت است. GTO و F40 از یک موتور V8 توربوشارژ بهره می‌بردند، زیرا خودروهای فرمول ۱ در دهه ۱۹۸۰ از موتورهای توربوشارژ استفاده می‌کردند. امروزه در هر دو مسابقه فرمول ۱ و مسابقات جهانی استقامت (WEC)، سیستم‌های قدرت شامل موتورهای V6 ICE توربوشارژ هستند که با یک سیستم هیبریدی ۸۰۰ ولتی ترکیب شده‌اند. بنابراین، انتقال این معماری نتیجه عالی داشته و دو پیروزی متوالی در مسابقات ۲۴ ساعت لمانس کسب کرده است.

در اینجا، سیستم قدرت به‌طور خاص با معرفی فناوری توربوشارژ الکتریکی (e-turbo) که برای اولین بار در یک فراری استفاده می‌شود، تکمیل شده است. این فناوری با نصب یک موتور الکتریکی بین توربین و کمپرسور هر توربو، خروجی قدرت خاص فوق‌العاده و پاسخ آنی از دورهای پایین را فراهم می‌کند.

آیرودینامیک نقش کلیدی در Ferrari F80 ایفا می‌کند، با راه‌حل‌هایی مانند بال عقب فعال، دیفیوزر عقب، زیر بدنه صاف، بال سه‌پلان جلو و S-Duct که به‌طور هماهنگ برای تولید ۱۰۰۰ کیلوگرم نیروی رو به پایین در سرعت ۲۵۰ کیلومتر بر ساعت کار می‌کنند. این نتیجه همچنین با کمک سیستم تعلیق فعال که به‌طور مستقیم به تولید اثر زمین کمک می‌کند، تقویت می‌شود. عملکرد با محور جلوی الکتریکی افزایش می‌یابد که قابلیت چهارچرخ محرک را به ارمغان می‌آورد تا از گشتاور و قدرت به‌طور مؤثرتری استفاده کند. ترمزهای جدید با فناوری CCM-R Plus که از موتوراسپورت الهام گرفته شده است کارایی چشمگیری دارند.

همان‌طور که در تمام سوپرکارهای پیشین، F80 آغازگر یک عصر طراحی جدید برای فراری است، با زبان طراحی تنش‌زا و افراطی که روحیه مسابقه‌ای آن را برجسته می‌کند. نشانه‌های واضحی از المان‌های الهام‌گرفته از صنایع هوایی وجود دارد که فناوری پیشرفته و مهندسی عالی هر یک از راه‌حل‌های فنی را تأکید می‌کند.

موتور احتراق داخلی فراری F80

موتور V6 سه لیتری ۱۲۰° F163CF فراری F80، بهترین نمونه موتور شش سیلندر فراری است: این واحد قدرتی شگفت‌انگیز به میزان ۹۰۰ اسب بخار تولید می‌کند که آن را به قدرتمندترین موتور فراری با بالاترین قدرت در تمام دوران‌ها تبدیل می‌کند. به این مقدار، محور جلوی الکتریکی (e-4WD) و موتور عقب (MGU-K) به صورت سیستم هیبریدی ۳۰۰ اسب بخار دیگر اضافه می‌کند تا پرواز را برای راننده به ارمغان بیاورد.

معماری این موتور و بسیاری از اجزای آن به‌طور نزدیک از موتور 499P که دو دوره اخیر مسابقه ۲۴ ساعت لمانس را برده، برداشت شده است. شباهت‌ها با خودرویی که در مسابقات جهانی استقامت (WEC) شرکت می‌کند شامل معماری، بلوک میل‌لنگ، چیدمان و زنجیره‌های درایو سیستم زمان‌بندی، مدار بازیابی پمپ روغن، بلبرینگ‌ها، انژکتورها و پمپ‌های GDI است.

طبیعتاً، فناوری‌های به ارث رسیده از فرمول ۱ نیز وجود دارد که F80 هم مفهوم MGU-K (با توسعه یک موتور الکتریکی مشابه واحد استفاده‌شده در خودروهای فراری F1) و MGU-Hs (که انرژی را از انرژی کینتیک اضافی ناشی از چرخش توربین‌ها که از انرژی حرارتی گازهای خروجی ایجاد می‌شود، تولید می‌کند) با یک کاربرد خاص e-turbo به ارث می‌برد.

توربوهای الکتریکی، با یک موتور الکتریکی که به‌طور محوری بین محفظه توربین و کمپرسور نصب شده‌اند، به مهندسان این امکان را می‌دهند تا دینامیک سیال موتور را برای حداکثر قدرت در دورهای میانه تا بالا بهینه‌سازی کنند بدون اینکه معمولاً نیاز به حل مشکل در مورد تاخیر توربو در دورهای پایین باشد. وارد کردن قدرت الکتریکی به معادله این امکان را می‌دهد که استراتژی‌های مدیریت e-turbo تعریف شود که تاخیر توربو را خنثی کرده و زمان‌های پاسخ فوق‌العاده سریعی را تضمین کند.

انژکتورهای ۳۵۰ بار سیستم GDI در مرکز محفظه احتراق قرار دارند تا اختلاط بهینه سوخت/هوا را فراهم کنند و به همراه استراتژی‌های تزریق چندگانه، کارایی را برای عملکرد برجسته با انتشار کمتر تضمین کنند. پروفیل‌های سوپاپ ورودی و خروجی برای بهینه‌سازی کارایی دینامیک سیال و افزایش حداکثر سرعت موتور به ۹۰۰۰ دور در دقیقه بازنگری شده‌اند.

هر دو کانال ورودی و خروجی برای عملکرد بهتر صیقل داده شده‌اند؛ کانال‌های ورودی کوتاه‌تر شده‌اند تا مقاومت را کاهش داده و مخلوط هوا/سوخت را از طریق تنظیم دینامیک سیال خنک کنند و به‌طور خاص برای افزایش تلاطم در محفظه احتراق طراحی شده‌اند. خط خروجی سه‌تایی (ماتریس‌ها) مطابق با استانداردهای انتشار فعلی (یورو 6E-bis) طراحی شده است، اما به‌طور پیشرفته‌ای به تکامل‌های آینده در قوانین انتشار گازهای آلاینده در سطح جهانی توجه دارد. البته نباید از یک هیولا توقع رعایت اصول محیط زیستی به اندازه خودروهای تسلا را داشت.

منیفولدهای خروجی Inconel© برای حداقل کردن افت فشار طراحی شده‌اند و به‌گونه‌ای تنظیم شده‌اند که صدای متمایز یک V6 فراری را به‌خوبی تأکید کنند. میل‌لنگ فولادی از یک آلیاژ ریخته‌گری شده ماشین‌کاری شده و دارای میله‌های گردان فورج داغ شده با زاویه جابجایی ۱۲۰° است. ترتیب آتش ۱-۶-۳-۴-۲-۵ به فراری F80 تمایز خاصی می‌بخشد.

میله‌های اتصال و پیستون‌ها نیز بازنگری شده‌اند: میله‌های اتصال تیتانیومی دارای یک رابط دندانه‌دار در سطح اتصال بین شفت و کلاهک بزرگ هستند تا تراز کامل بین دو بخش و دقت مطلق در مونتاژ با بلبرینگ‌ها را تضمین کنند. پیستون‌های آلومینیومی برای کاهش وزن و تحمل بارهای فشار و حرارتی بالاتر در محفظه احتراق به‌دلیل گشتاور و قدرت بسیار بالا بهینه‌سازی شده‌اند. به‌طور خاص، از فولاد پوشش‌دار با استحکام بالا (DLC) برای پین پیستون استفاده شده است. علاوه بر این، یک سوراخ عبور روغن اختصاصی به ناحیه بین پین پیستون و میله اتصال اضافه شده تا روانکاری بهبود یابد.

برای کاهش مرکز ثقل خودرو، موتور به‌نزدیکی کفی صاف خودرو آورده شده. به‌این‌ترتیب، هیچ‌یک از اجزای واقع در بخش پایینی بیش از ۱۰۰ میلی‌متر زیر خط مرکزی میل‌لنگ قرار ندارد. همچنین تصمیم بر این شد که واحد موتور-گیربکس به میزان ۱.۳° در محور Z مایل شود، به‌طوری‌که گیربکس بالا برود تا اثربخشی زیرپایه آیرودینامیک را مختل نکند.

برای سبک‌تر کردن موتور، بلوک سیلندر، محفظه میل‌لنگ و دیگر اجزا بازنگری شده‌اند، در حالی که پیچ‌های تیتانیومی نیز به کار رفته‌اند. به‌عنوان نتیجه این اقدامات، وزن موتور به اندازه وزن V6 مدل ۲۹۶ GTB است با این حال که قدرت آن ۲۳۷ اسب بخار افزایش یافته است.

موقعیت نصب پایین واحد موتور-گیربکس به‌واسطه چرخ‌طیار با قطر کوچک‌تر جدید نتیجه عجیب غریبی داشته و باعث شده تا از لحاظ علم مکانیک این خودرو به یک مرجع تبدیل شود. این راه‌حل نوآورانه با استفاده از دو مجموعه فنر ممکن شده، که به کاهش سختی کلی سیستم و فیلتر کردن ارتعاشات منتقل شده به گیربکس کمک کرده است. دمپر نیز به‌طور خاص برای این کاربرد توسعه یافته تا نیروهای ارتعاشی پیچشی بالاتر در درایولاین را کاهش دهد و بارهای حرارتی بالاتر ناشی از افزایش عملکرد را دفع کند.

سیستم قدرت هیبریدی Ferrari F80

موتورهای الکتریکی استفاده شده برای Ferrari F80 اولین واحدهایی هستند که به‌طور کامل توسط فراری در مارانلو توسعه، آزمایش و تولید شده‌اند، همه با هدف خاص حداکثر کردن عملکرد و کاهش وزن. طراحی آن‌ها (با دو موتور در محور جلو و یکی در عقب خودرو) به‌طور مستقیم از تجربه فراری در مسابقات الهام گرفته؛ به‌ویژه، استاتور و روتور در یک پیکربندی Halbach (که از یک چیدمان خاص از مغناطیس‌ها برای حداکثر کردن قدرت میدان مغناطیسی استفاده می‌کند) و پوشش مغناطیسی از فیبر کربن همه راه‌حل‌هایی هستند که از طراحی واحد MGU-K استفاده شده در فرمول ۱ مشتق شده‌اند.

روتور از فناوری Halbach array برای حداکثر کردن چگالی شار مغناطیسی و حداقل کردن وزن و اینرسی استفاده می‌کند. پوشش مغناطیسی فیبر کربن به‌نوبه خود برای افزایش حداکثر سرعت موتور به ۳۰,۰۰۰ دور در دقیقه به کار رفته است. استاتور با سیم‌پیچی متمرکز، وزن مس مورد استفاده برای سیم‌پیچی‌های انتهایی را کاهش می‌دهد، در حالی که سیم Litz تلفات فرکانس بالا را حداقل می‌کند. Litz شامل چندین رشته عایق‌شده به‌جای یک سیم واحد است که اثر “پوستی” را کاهش داده و اجازه می‌دهد تا جریان به‌طور یکنواخت در تمام مقطع سیم جریان یابد تا تلفات را حداقل کند. پوشش رزینی برای تمام بخش‌های فعال استاتور، دفع حرارت را بهبود می‌بخشد.

یک مبدل DC/DC جریان DC را در یک ولتاژ به جریان DC در ولتاژ دیگر تبدیل می‌کند. این فناوری نوآورانه این امکان را فراهم می‌کند که از یک مؤلفه برای مدیریت سه ولتاژ مختلف به‌طور همزمان استفاده شود: ۸۰۰ ولت، ۴۸ ولت و ۱۲ ولت.

با استفاده از جریان مستقیم تولید شده توسط باتری با ولتاژ بالا در ۸۰۰ ولت، مبدل فراری جریان مستقیم در ۴۸ ولت تولید می‌کند تا سیستم تعلیق فعال و سیستم e-turbo را تغذیه کند و جریان مستقیم ۱۲ ولت برای تأمین انرژی واحدهای کنترل الکترونیکی و تمام دیگر اجزای الکتریکی خودرو است. فناوری رزونانسی نوآورانه این فاکتور را قادر می‌سازد تا جریان را بدون تأخیر با نرخ تبدیل بیش از ۹۸% تبدیل کند، به‌طوری‌که به‌طور عملی به‌عنوان یک انبار عمل می‌کند. این مؤلفه نیاز به باتری ۴۸ ولتی را حذف کرده و وزن را کاهش داده و چیدمان سیستم الکتریکی را ساده کرده است.

محور جلوی خودرو که به‌طور کامل توسط فراری توسعه و تولید شده است، شامل دو موتور الکتریکی، یک مبدل و یک سیستم خنک‌کننده یکپارچه است. این مؤلفه این امکان را فراهم می‌کند که از وکتورینگ گشتاور برای محور جلو استفاده شود. ادغام عملکردهای مختلف در یک مؤلفه واحد و چیدمان مکانیکی جدید، صرفه‌جویی وزنی حدود ۱۴ کیلوگرم نسبت به کاربردهای قبلی را به ارمغان آورده و کل مؤلفه تنها ۶۱.۵ کیلوگرم وزن دارد. بهینه‌سازی کارایی مکانیکی هدف اصلی بوده است: روغن با ویسکوزیته پایین (Shell E6+) و یک سیستم روانکاری فعال با مخزن روغن یکپارچه به‌طور مستقیم در محور، تلفات قدرت مکانیکی را ۲۰% کاهش داده است. استفاده از دنده‌های با نسبت پوشش بالا (HCR) به کاهش نویزهای تولیدی نیز کمک کرده است.

جریان مستقیم دریافت شده از باتری با ولتاژ بالا به جریان متناوب مورد نیاز برای تأمین انرژی موتور الکتریکی توسط مبدل تبدیل می‌شود. مبدل یکپارچه در محور جلو دوطرفه است، به این معنی که همچنین جریان متناوب تولید شده توسط محور تحت ترمز احیاکننده را به جریان مستقیم برای شارژ باتری تبدیل می‌کند. مبدل استفاده شده برای تبدیل قدرت و کنترل دو موتور جلو قادر به ارائه حداکثر ۲۱۰ کیلووات قدرت به محور است. در F80، مبدل به‌طور مستقیم در محور یکپارچه شده و تنها ۹ کیلوگرم وزن دارد که به کاهش وزن این مؤلفه نسبت به همتای خود در SF90 Stradale کمک می‌کند.

مبدل دیگری برای موتور الکتریکی عقب (MGU-K) استفاده شده تا کارآیی افزایش یابد. این مبدل سه عملکرد دارد: شروع موتور احتراق داخلی، بازیابی انرژی برای شارژ باتری با ولتاژ بالا و کمک به گشتاور موتور در شرایط دینامیک خاص. این مبدل می‌تواند در حالت احیاکننده تا ۷۰ کیلووات تولید کند و تا ۶۰ کیلووات به موتور احتراق داخلی کمک کند. سیستم Power Pack فراری (FPP) که یک ماژول با تمام عناصر لازم برای تبدیل قدرت را در یک واحد فشرده ترکیب می‌کند، در هر دو این مبدل‌ها بکارگرفته شده است. این واحد شامل شش ماژول در سیلیکون کاربید (SiC)، بردهای دروازه درایو و یک سیستم خنک‌کننده اختصاصی است.

هسته سیستم انباشت انرژی – باتری با ولتاژ بالا – برای چگالی قدرت بسیار بالا طراحی شده است. طراحی نوآورانه باتری بر اساس سه اصل است: شیمی سلول لیتیوم حاصل شده از فرمول ۱، استفاده گسترده از فیبرکربن برای ساخت بدنه مونوکاک و یک طراحی و روش مونتاژ ثبت شده (cell-to-pack) که وزن و حجم واحد را به حداقل می‌رساند. این باتری که در قسمت پایینی موتور قرار دارد، به بهبود رفتار دینامیکی خودرو با کاهش مرکز ثقل کمک می‌کند. تمام اتصالات مدارهای الکتریکی و هیدرولیکی در این مؤلفه ساخته شده‌اند تا طول کابل و شلنگ را کاهش دهند، در حالی که بسته با ۲۰۴ سلول متصل به‌صورت سری و به‌طور مساوی به ۳ ماژول تقسیم شده است، که ظرفیت انرژی کل ۲.۳ کیلووات ساعت و حداکثر خروجی قدرت ۲۴۲ کیلووات را فراهم می‌کند.

آخرین نکته، برای بهبود یکپارچگی بین اجزای داخلی الکتریکی و الکترونیکی، فراری مجموعه حسگر بی‌سیم CSC (Cell Sensing Circuit) را توسعه داده است که ولتاژ سلول را با تماس‌های فنری کنترل می‌کند و دماهای سلول را با حسگرهای مادون قرمز اندازه‌گیری می‌کند.

آیرودینامیک

Ferrari F80 عملکرد آیرودینامیکی را به سطوحی می‌برد که هرگز در یک خودروی جاده‌ای فراری دیده نشده است، همان‌طور که با تولید ۱۰۰۰ کیلوگرم نیروی رو به پایین در ۲۵۰ کیلومتر بر ساعت این گفته را تایید می‌کند. این دستاورد شگفت‌انگیز به‌واسطه همزیستی کامل بین تمام بخش‌های داخلی فراری که بر روی تعریف معماری خودرو کار کرده‌اند، ممکن شده است؛ برای هر بخش، تعادل کامل بین نیروی رو به پایین و حداکثر سرعت، اساس هر انتخاب طراحی بوده و مجموعه‌ای از راه‌حل‌های افراطی را به وجود آورده که شایسته یک سوپرکار واقعی است. ما بسیار مشتاق هستیم که ببینیم مهندسان فراری آیا یک انسان هستند یا یک فرازمینی!