Bài toán hóc búa về trọng lượng xe F1

Xe F1 thường nhẹ hơn và dễ điều khiển hơn, so với những loại xe được sử dụng trong các bộ môn đua xe thông dụng khác như NASCAR hoặc IndyCar. Xe đua IndyCar nặng khoảng 720 kg chưa bao gồm nhiên liệu và tay đua, trong khi xe đua NASCAR thường nặng khoảng 1.500 kg.

Những khác biệt này làm nổi bật cơ hội và thách thức đặc biệt liên quan đến việc tối ưu hóa trọng lượng xe F1. Và vì thế, đã có rất nhiều triết lý thiết kế, vật liệu và công nghệ khác nhau được sử dụng trong mỗi giải đua.

Các đội đua F1 luôn tìm cách tối ưu hóa xe của họ để có thể hoàn thành chặng đua nhanh nhất. Theo đó, các nhà thiết kế sẽ kết hợp các thành phần nhẹ và nặng để tăng cường độ cân bằng cùng hiệu suất cho xe. Các đội sẽ phân tích vật liệu sử dụng và liên tục điều chỉnh thiết kế xe để đạt được tỷ lệ trọng lượng trên độ bền lý tưởng nhằm duy trì tính cạnh tranh.

Các vật liệu siêu nhẹ được đưa vào xe mà không làm giảm độ tin cậy hoặc tính toàn vẹn về mặt cấu trúc nhằm đảm bảo an toàn cũng như vượt qua các bài test gắt gao của Liên đoàn Đua xe Quốc tế (FIA). Tuy nhiên, việc đáp ứng yêu cầu cân nặng không phải lúc nào cũng đơn giản vì sự phát triển của công nghệ có thể dẫn đến các thành phần nặng hơn buộc phải đưa vào xe, chẳng hạn như bộ động cơ hybrid phức tạp, hoặc loại lốp xe mới, an toàn hơn

Với việc ngày càng sử dụng nhiều thiết bị điện tử cũng như trang bị nhiều cơ cấu an toàn, ví dụ như HALO - thiết bị bảo vệ khoang lái, nặng 7kg, xe F1 cũng ngày càng nặng hơn theo thời gian. Ngoài ra, lệnh cấm tiếp nhiên liệu giữa cuộc đua từ 2010 khiến xe nặng hơn hẳn trước đây. Từ 2022, xe F1 phiên bản hiện tại là phiên bản có trọng lượng nặng nhất từ trước tới nay.

Điều 2.4 trong quy định kỹ thuật mùa giải 2024 của FIA định nghĩa "Trọng lượng xe là trọng lượng của xe bao gồm cả tay đua khi mặc đầy đủ trang phục đua xe, trong suốt thời gian diễn ra cuộc đua". Điều 4.1 thì ghi rõ giới hạn trọng lượng của xe "không bao gồm nhiên liệu, không được nhỏ hơn 798kg trong suốt chặng đua".

Lịch sử quy định trọng lượng tối thiểu xe F1 gần đây

Theo quy định, xe F1 hiện nay phải nặng tối thiểu 798kg. Nhưng chuẩn này ban đầu là 795kg, trước khi được nới tăng lên theo yêu cầu của một số đội đua vì quá khó để đạt chuẩn. Đầu năm 2023, FIA từng dự kiến giảm 2kg chuẩn trọng lượng xe nhưng bất thành, vì phải tính đến lốp nặng hơn cũng như các thiết bị điện tử bắt buộc mới trong xe.

Trọng lượng tối thiểu, theo quy định, có thể được kiểm tra bất kỳ thời điểm nào trong suốt những ngày diễn ra chặng đua. Nhưng trên thực tế, Ban tổ chức thường chỉ cân sau khi cuộc đua chính thức kết thúc, khi xe đã sử dụng gần như hết nhiên liệu. Định mức nhiên liệu tối đa của xe F1 lúc bắt đầu cuộc đua chính thức là 110kg, và như vậy, khi bơm xăng đầy đủ lúc bắt đầu cuộc đua, xe sẽ nặng ít nhất 908kg. Mức nhiên liệu được bơm vào xe sẽ còn tùy thuộc vào từng đường đua và chiến thuật của từng đội. Rất ít khi các đội đua bơm đầy 110kg nhiên liệu cho xe.

Trong khi toàn bộ xe F1 phải nặng không dưới 798kg, bộ phận nặng nhất của xe F1 là bộ động cơ, phải nặng tối thiểu 151kg, trong khi bộ phận nhẹ nhất là vô lăng, nặng tầm 1,3kg. Một số bộ phận có yêu cầu về trọng lượng tối thiểu được liệt kê trong quy định kỹ thuật của F1. Với một số bộ phận khác, các đội có thể tự do chế tạo, theo phương châm càng nhẹ càng tốt.

Trọng lượng của một số bộ phận trên xe F1 hiện nay

FIA không đặt ra giới hạn trần về trọng lượng của một chiếc xe F1, nhưng việc quá nặng so với trọng lượng quy định tối thiểu là điều không mong muốn. Việc quá cân sẽ khiến xe chậm hơn, nên các đội đều cố gắng giảm trọng lượng nhiều nhất có thể. Nếu xe ở dưới mức giới hạn mức tối thiểu, các đội sẽ bổ sung thêm các cục tải vào xe để đạt chuẩn.

Từ 2019, để giảm lợi thế của các tay đua nhẹ cân, FIA bắt đầu quy định trọng lượng tối thiểu của một tay đua là 80kg, nếu thấp hơn thì các đội phải bổ sung thêm các cục tải vào buồng lái để đạt trọng lượng tính toán cho tay đua là 80kg. Trọng lượng tính toán cho tay đua bao gồm mũ bảo hiểm, bộ đồ đua và giày, nên 80kg không phải là cân nặng đơn thuần của cơ thể tay đua, các tay đua hiện nay thực tế đều nhẹ hơn 80kg. Các tay đua sẽ được các trọng tài cân sau mỗi cuộc đua để tính toán trọng lượng xe.

Trước quy định 80kg này, trọng lượng của tay đua không bị tách riêng, mà được tính quy định chung trong phần trọng lượng xe, có nghĩa là những tay đua nhẹ cân hơn sẽ giúp các đội có lợi thế về khối lượng cũng như nhiều không gian hơn để cải thiện sự cân bằng của xe. Vì thế, khi đó, nhiều tay đua đã bị ép giảm cân xuống thấp hơn cả mức trọng lượng cơ thể khỏe mạnh.

Các đội đua đều muốn chiếc xe nhẹ nhất có thể trong cả cuộc đua và vòng loại. Mỗi 10kg trọng lượng tăng thêm tương đương với mất thêm khoảng 0,3 giây mỗi vòng đua. Một số bộ phận, như khung gầm và các thành phần khác không thay đổi khối lượng qua các vòng đua. Nhưng một số bộ phận tiêu hao như lốp xe, dầu máy, hộp số, phanh, tấm ván gầm xe, nước giải khát cho tay đua (được giới hạn ở mức 1,5 lít) hay trọng lượng tay đua (giảm 2-3kg sau một chặng) đều giảm dần theo thời gian thi đấu.

Các kỹ sư phải ước tính lượng hao hụt dự kiến từ mỗi bộ phận tiêu hao này để đảm bảo rằng chiếc xe đảm bảo quy định về trọng lượng khi kết thúc cuộc đua. Tất cả phép tính cho mỗi bộ phận đều có mức độ dao động cần kiểm soát. Ví dụ, đĩa phanh sẽ mòn ít hơn nếu tay đua thực hiện nhiều lần kỹ thuật "Lift & Coast" trong suốt cuộc đua. Lift & Coast là kỹ thuật bao gồm việc nhả ga sớm rồi thả trôi xe khi vào cua và sau đó phanh nhẹ nhàng hơn. Kỹ thuật này được sử dụng để tiết kiệm nhiên liệu, lốp và phanh. Ở Spa- Francorchamps vừa qua, Lewis Hamilton đã sử dụng Lift & Coast rất tốt để quản lý nhiệt độ lốp xe của chiếc W15. Các kỹ sư sẽ căn có dữ liệu từ các buổi chạy thử khi quyết định biên độ sai số cần đưa vào cho tính toán tiêu hao trọng lượng.

Mỗi chiếc lốp trước nặng khoảng 11kg, và lốp sau nặng 13kg. Ngay cả với lốp mới, dao động trọng lượng giữa các bộ lốp được Pirelli cho phép lên tới 1,2kg. Các đội phải cân từng bộ lốp vào đầu chặng đua để có trọng lượng chính xác của từng bộ. Sau các buổi đua thử, lốp xe sẽ được cạo sạch mẩu vụn cao su dính vào lốp trước khi cân lại. Các đội sử dụng kiến thức này cùng với dữ liệu từ quá khứ để ước tính độ hao mòn lốp dự kiến cho mỗi vòng đua.

Việc quản lý trọng lượng xe là bài toán rất tỉ mỉ và phức tạp mà các đội đua luôn đau đầu. Trong quá khứ, trước George Russell vừa qua cũng đã có một số tay đua bị hủy kết quả thi đấu do không đảm bảo quy định trọng lượng của FIA.