آشنایی با کلاچ و نقش آن در فرمول یک

فرمول یک ایران – اگر تا به حال استارت یک مسابقه فرمول یک را دیده باشید حتما متوجه شروع متفاوت رانندگان شده اید. بخشی از چگونگی حرکت اولیه خودرو بستگی به استفاده صحیح راننده از کلاچ خودرو دارد. در این نوشته ابتدا با کلاچ و نحوه عملکردش آشنا می شویم، سپس نگاهی به تغییر قوانین مرتبط با کلاچ در دو فصل گذشته رقابت های فرمول یک خواهیم انداخت.

کلاچ (Clutch) در تعریف کلی به قطعه‌ای مکانیکی گفته می‌شود که وظیفه قطع و نیز اتصال سیستم انتقال قدرت را بر عهده دارد. به عبارت دیگر با استفاده از کلاچ و با درگیر کردن آن می‌توان قدرت را انتقال داد و در طرف مقابل، با درگیر نکردن آن، بدون آن که نیاز به خاموش کردن منبع تولیدکننده قدرت باشد، می‌توان انتقال قدرت به محور محرک را قطع کرد. در ساده‌ترین حالت، کلاچ برای انتفال دو نیروی چرخشی استفاده می‌شود. کلاچ برای خودرو و سایر ماشین آلاتی که دارای دو شفت چرخان هستند ابزاری کاربردیست. معمولاً یک شفت توسط موتور به چرخش در‌ می‌آید و شفت دوم وسیله‌ای دیگر – در خودرو جعبه دنده – را به حرکت در می‌آورد.

موتورهای احتراق داخلی بنزینی و دیزلی معمولاً در بازه 1000 تا 6000 دور در دقیقه کار می‌کنند و برخلاف موتورهای برقی نمی‌توانند در دور موتور صفر کار کنند لذا نیاز به وسیله‌ای برای قطع ارتباط موتور با سیستم انتقال است که کلاچ این کار را انجام می‌دهد. در واقع کلاچ دیسکی متصل به شفت ورودی سیستم انتقال قدرت است که از یک طرف با چرخ لنگر موتور (Engine Flywheel) و از طرف دیگر با صفحه فشار (Pressure Plate) در تماس است. صفحه فشار نیروی لازم برای اتصال کلاچ به چرخ لنگر موتور را فراهم می‌کند. این صفحه با فشردن پدال کلاچ جا‌به‌جا‌ می‌شود و هنگامی که پدال کلاچ تا انتها فشرده می‌شود، کلاچ کاملاً از چرخ لنگر رها شده و د‌و قطعه به طور مستقل در دورهای متفاوتی می‌چرخند.

سه حالت برای عملکرد کلاچ وجود دارد:

۱_ کلاچ غیردرگیر یا خلاص (Clutch Disengaged): در این حالت دیسک کلاچ و چرخ لنگر درگیر نیستند و در دو سرعت متفاوت می‌چرخند. در نتیجه هیچ قدرتی از موتور منتقل نمی‌شود. (پدال کلاچ تا انتها به پایین فشرده شده‌است)

۲_ کلاچ لغزنده (Clutch Slipping): اولین نقطه‌ای که دیسک کلاچ بعد از بالا آوردن پدال کلاچ با چرخ لنگر درگیر می‌شود. در این حالت دو قطعه همچنان با سرعت‌های متفاوت در حال چرخیدنند اما انتقال قدرت به طور جزئی شروع شده‌است. ادامه دادن این حالت باعث آسیب دیدن دیسک کلاچ می‌شود.

۳_ کلاچ درگیر (Clutch Engaged): پس از درگیر شدن اولیه کلاچ، با بالا آوردن پدال کلاچ با سرعت مناسب و فشردن پدال گاز، دیسک کلاچ با چرخ لنگر به طور کامل درگیر می‌شود. در این حالت تمام قدرت موتور در حال انتقال می‌باشد.

وقتی به سیستم انتقال قدرت خودروی فرمول یک اشاره می‌کنیم، از سیستمی پیچیده صحبت می‌کنیم که شاید به راحتی نتوان آن را توصیف کرد. این خودروها دارای جعبه دنده نیمه اتوماتیک با عملکرد بدون وقفه (Semi-automatic Seamless Gearbox) می‌باشند. منظور از عملکرد بدون وقفه این است که هنگامی که یک دنده درگیر است، دنده بعدی در حالت پیش درگیری قرار دارد اما انتقال قدرت را انجام نمی‌دهد. به معنای دیگر دو شفت به شفت خروجی متصل هستند؛ یک شفت چرخ دنده های یک، سه، پنج و هفت را دربر می‌گیرد و شفت دیگر دنده‌های دو، چهار، شش و هشت. استفاده از این روش باعث می‌شود هنگام تعویض دنده از دست رفتگی قدرت حداقل شود و کل فرایند در زمانی کمتر از پنج هزارم ثانیه کامل شود.

در خودروهای دارای جعبه دنده نیمه خودکار مانند خودروهای فرمول یک، سوپر اسپرت‌ها و برخی خودروهای معمولی، علی رغم اینکه دنده به صورت دستی تعویض می‌شود، نیازی به استفاده از کلاچ توسط راننده در تعویض دنده نیست. کافی است راننده اهرم سمت راست پشت فرمان را برای افزایش و اهرم سمت چپ را برای کاهش دهنده ضربه بزند، سپس این سیستم الکترونیکی است که فرآیند تعویض دنده را انجام می‌دهد. با توجه به آن که قبل از تعویض دنده، دنده بعدی انتخاب می‌شود، اتلاف زمان و قدرت به هنگام تعویض دنده رخ نمی‌دهد.

اگرچه خودروهای فرمول یک نیازی به اهرم (Paddle) کلاچ برای تعویض دنده ندارند، اما همچنان این اهرم پشت فرمان تعبیه شده است و علت آن این است که راننده‌ها برای حرکت از حالت سکون، یعنی در استارت مسابقه، پیت استاپ‌ها و حرکت بعد از اسپین شدن، نیاز به استفاده از کلاچ دارند.

استفاده از اهرم کلاچ روی فرمان از سال 1989 توسط تیم فراری آغاز شد و تا سال 1995 تقریباً استفاده از آن در مسابقات فراگیر شد.

تا قبل از مسابقات سال 2016 راننده‌ها از دو اهرم کلاچ، که عملکردی یکسان داشتند و نیز سیستم نرم افزاری هوشمند برای به حرکت در آوردن خودرو استفاده می‌کردند؛ بدین نحو که پس از قرار گرفتن در جایگاه‌های خود در خط استارت، با یک دست اهرم اول (فرقی بین دو اهرم وجود نداشت و راننده متناسب با راحتی خود اهرم اول و دوم را به کار می‌گرفت) را به صورت کامل می‌کشیدند، با دست دیگر اهرم دوم را در نقطه درگیری نگه می‌داشتند، خودرو را در دنده یک قرار می‌دادند، در حالی که با پای چپ پدال ترمز را فشار می‌دادند، با پای راست و با فشار بر روی پدال گاز دور موتور را افزایش می‌دادند. سپس با خاموش شدن پنج چراغ و شروع مسابقه، ابتدا اهرم اول را کاملا رها می‌کردند و با کنترل اهرم دوم سعی در جلوگیری از هرزگردی لاستیک‌ها داشتند. پس از آن که راننده احساس می‌کرد ترکشن کافی را در اختیار دارد با رها کردن تدریجی اهرم دوم و با کنده شدن کامل خودرو، شروع به شتاب گیری در دنده اول می‌کرد.

اما از جایزه بزرگ بلژیک در سال 2015 بخشی از قوانین تغییر کرد و تغییرات کامل به شروع فصل 2016 موکول شد. تمامی این تغییرات در راستای کم شدن کمک تیم‌ها به راننده‌ها و پررنگ تر  شدن نقش راننده‌ها بود. تغییرات سال 2015 بر روی نقطه درگیری انگشت گذاشته بود، اما نقطه درگیری چیست؟

اگر پشت فرمان خودروهایی که از جعبه دنده دستی استفاده می‌کنند نشسته باشید، حتما متوجه شده‌اید با بالا آوردن پدال کلاچ در یک نقطه خودرو شروع به حرکت می‌کند. این نقطه در اصطلاح نقطه گازگرفتن کلاچ و یا نقطه درگیری کلاچ است. کلاچ‌های خودروی فرمول یک، کربنی هستند که باعث عملکرد بهتر آن‌ها می‌شود اما در مقابل نسبت به گرما حساس هستند لذا نقطه درگیری آن‌ها ثابت نیست. قبل از تغییرات سال 2015 که از مسابقه بلژیک اعمال شد، تیم‌ها در روزهای تمرین و با تکرار استارت‌های تمرینی هنگام خروج خودرو از پیت استاپ و در روز مسابقه به کمک حرکت اولیه خودرو در دور گرم کردن، با استفاده از اطلاعات به دست آمده از خودرو، نقطه درگیری کلاچ را تشخیص می‌دادند و به راننده اعلام می‌کردند. اما پس تغییر قوانین، مجاز به این کار نیستند و راننده باید متکی به تشخیص خود باشد. درنتیجه احتمال تشخیص اشتباه نقطه درگیری و درپی آن هرزگردی لاستیک‌ها، افزایش می‌یابد.

بنا به قوانین سال 2016، استفاده از دو اهرم کلاچ برای به حرکت در آوردن خودرو در شروع مسابقه ممنوع می‌باشد و راننده‌ها تنها مجاز به استفاده از یکی از آن‌ها به کمک تنها یک دست برای شروع حرکت می‌باشند اما در سایر مواقع مانند حرکت بعد از اسپین شدن، استفاده از دو اهرم کلاچ بلامانع است. بنابراین تیم‌ها بنا به تصمیم خود می‌توانند همچنان از دو اهرم کلاچ خودرو بر روی فرمان استفاده کنند.

در تصویر زیر فرمان خودروی سال 2016 ردبول را از زاویه پشت مشاهده می‌کنید که مجهز به دو اهرم کلاچ می‌باشد و با فلش‌های قرمز رنگ نشان داده شده‌اند:

نیکو روزبرگ نیز همانند رانندگان تیم ردبول تصمیم به استفاده از دو اهرم کلاچ برای خودروی مرسدس سال 2016 خود گرفته‌است:

در تصویر فوق فلش‌های بالا به اهرم تعویض دنده اشاره می‌کنند.

اما برخی تیم‌ها پس از تغییر قوانین ترجیح داده‌اند از یک اهرم کلاچ استفاده کنند:

تصویر بالا فرمان خودروی فراری در سال‌های 2015 و 2016 را نشان می‌دهد که به ترتیت دارای یک و دو اهرم کلاچ می‌باشد.