Tốc độ, sự chính xác và cuộc chạy đua tìm kiếm từng phần nghìn giây đã biến Formula 1 thành một phòng thí nghiệm kỹ thuật đặc biệt. Trong nhiều thập kỷ, các kỹ sư liên tục tìm cách khai thác những khoảng trống trong bộ quy định để tạo ra lợi thế trên đường đua.
Có những ý tưởng chỉ tồn tại trong vài chặng đua, có những giải pháp làm thay đổi hướng phát triển của chiếc xe. Cũng có những sáng chế hiệu quả đến mức FIA phải thay đổi quy định để đóng lại kẽ hở mà chúng khai thác.
Dưới đây là 12 sáng chế và giải pháp kỹ thuật tiêu biểu từng đẩy giới hạn của Formula 1 đến sát ranh giới của bộ quy định kỹ thuật.
Mercedes W11 (2020)
DAS - viết tắt của Dual Axis Steering, hay hệ thống lái hai trục - là một trong những sáng chế tiêu biểu cho cách các đội F1 hiện đại khai thác kẽ hở trong bộ quy định kỹ thuật. Hệ thống cho phép tay đua thay đổi góc toe (góc chụm) của hai bánh trước bằng cách kéo hoặc đẩy vô-lăng khi chiếc xe đang chạy. Mercedes lần đầu công khai DAS trên chiếc W11 trong các buổi chạy thử nghiệm trước mùa giải 2020.
Khi chạy trên đường thẳng, tay đua kéo vô-lăng về phía mình để thay đổi góc toe, đưa hai bánh trước về trạng thái gần song song. Cách thiết lập này giúp giảm lực cản từ lốp và hỗ trợ kiểm soát nhiệt độ lốp trước.
Khi chuẩn bị vào cua, tay đua đẩy vô-lăng ngược trở lại vị trí ban đầu. Hai bánh trước trở về thiết lập toe phù hợp hơn cho việc đổi hướng và vào cua.
Điểm đặc biệt của DAS nằm ở chỗ tay đua có thể thay đổi thiết lập bánh trước ngay trong lúc chiếc xe đang chạy. Vô-lăng vì thế trở thành một phần trực tiếp của cơ cấu điều chỉnh hệ thống lái.
FIA cho phép Mercedes sử dụng DAS trong mùa giải 2020, nhưng quy định đã được sửa lại để ngăn những hệ thống tương tự từ năm 2021. DAS vì thế chỉ tồn tại trong một mùa giải. Tuy nhiên, nó là một ví dụ điển hình về cách một chi tiết rất nhỏ trong bộ quy định có thể mở ra một hướng phát triển hoàn toàn mới.
McLaren MP4-25 (2010)
Sau cuộc chiến về bộ khuếch tán kép, McLaren tìm ra một hướng đi khác để giảm lực cản trên đường thẳng với hệ thống có tên gọi là F-Duct.
Hệ thống này lấy không khí từ một cửa hút trên thân xe rồi dẫn luồng khí tới cánh sau. Khi tay đua dùng chân che cửa hút trong khoang lái, sự thay đổi áp suất làm dòng khí đi qua hệ thống và khiến cánh sau rơi vào trạng thái mất tác dụng khí động học (stall).
Khi đó, downforce và lực cản của cánh sau cùng giảm xuống, giúp chiếc xe đạt tốc độ tối đa cao hơn trên đường thẳng. Khi tay đua bỏ chân ra, cánh sau trở lại trạng thái tạo downforce để phục vụ việc vào cua.
Điểm đặc biệt của F-Duct là tay đua trở thành một phần của hệ thống khí động học. Cơ cấu này tạo hiệu ứng giảm lực cản mà không cần bất kỳ một bộ phận khí động học chuyển động nào, qua đó khai thác được kẽ hở trong quy định khi đó.
Các đội khác cũng nhanh chóng phát triển những giải pháp tương tự. FIA loại bỏ F-Duct từ mùa 2011, khi DRS (Drag Reduction System: hệ thống giảm lực cản) xuất hiện với mục tiêu tạo hiệu ứng giảm lực cản thông qua một cơ cấu được quy định rõ ràng.
F-Duct vì thế trở thành một bước phát triển quan trọng trên con đường dẫn tới DRS.
Brawn GP BGP 001 (2009)
Khi bộ quy định năm 2009 được thiết kế lại nhằm giảm downforce, Brawn GP tìm thấy một kẽ hở trong cách diễn giải quy định về bộ khuếch tán.
Thiết kế bộ khuếch tán kép sử dụng một phần sàn xe để dẫn luồng khí qua một đường dẫn đặc biệt tới tầng khuếch tán thứ hai. Cách bố trí này tạo thêm downforce mà không cần mở rộng bộ khuếch tán theo cách bị giới hạn trực tiếp bởi quy định.
Brawn GP không phải là đội duy nhất tìm ra ý tưởng này. Toyota và Williams cũng sử dụng những thiết kế tương tự, nhưng chiếc BGP 001 khai thác giải pháp với hiệu quả đặc biệt cao ngay đầu mùa giải.
Các đối thủ đã phản đối tính hợp lệ của thiết kế này. Tuy nhiên, FIA xác định bộ khuếch tán kép phù hợp với bộ quy định năm 2009. Brawn GP sau đó giành cả hai chức vô địch thế giới trong mùa giải đầu tiên và duy nhất của đội.
Bộ khuếch tán kép bị loại khỏi bộ quy định từ mùa 2011, khép lại một trong những kẽ hở kỹ thuật nổi tiếng nhất của kỷ nguyên F1 hiện đại.
Renault R25 và R26 (2005–2006)
Ít có giải pháp nào thể hiện rõ ranh giới giữa cơ khí và khí động học như tuned mass damper (bộ giảm chấn khối lượng điều chỉnh, TMD) của Renault.
Hệ thống sử dụng một khối tạ dao động được treo bằng lò xo bên trong chiếc xe. Khi xe đi qua đoạn đường không bằng phẳng hoặc chịu tải lớn, khối tạ này chuyển động ngược pha với dao động của thân xe.
Nhờ đó, chiếc xe kiểm soát tốt hơn những dao động theo phương thẳng đứng. Điều này giúp nền tảng khí động học ổn định hơn, đặc biệt khi chiếc xe vận hành với độ cao gầm thấp.
Renault phát triển hệ thống này từ thời chiếc R25 và tiếp tục hoàn thiện trên chiếc R26. Hiệu quả của giải pháp đủ lớn để các đối thủ bắt đầu nghiên cứu những thiết kế tương tự.
Tranh cãi bùng nổ tại Grand Prix Đức 2006. Sau quá trình xem xét và kháng nghị, Tòa phúc thẩm quốc tế của FIA kết luận hệ thống vi phạm Điều 3.15 của Quy định kỹ thuật. Renault sau đó buộc phải loại bỏ TMD.
Điều đáng chú ý là tranh luận không nằm ở việc hệ thống có tạo ra hiệu quả hay không, mà ở cách một thiết bị cơ khí có thể tác động tới hiệu suất khí động học của chiếc xe.
Brabham BT46B (1978)
Cuối thập niên 1970, F1 bị thống trị bởi Lotus với những chiếc xe ground effect (hiệu ứng mặt đất) mang tính cách mạng.
Nếu như ground effect tạo downforce bằng cách tận dụng luồng không khí chạy sát mặt đường dưới gầm xe, thì Brabham lại có một ý tưởng khác: dùng một chiếc quạt lớn để hút không khí khỏi khu vực này. Ý tưởng đó đã tạo nên chiếc BT46B, hay còn được gọi là Fan Car.
Trên chiếc BT46B, Gordon Murray đưa một chiếc quạt lớn vào phía sau xe. Về mặt quy định, chiếc quạt được giới thiệu với chức năng chính là làm mát động cơ.
Khi hoạt động, nó đồng thời hút không khí từ bên dưới chiếc xe. Vùng áp suất thấp được tạo ra dưới sàn xe giúp chiếc BT46B tạo downforce rất lớn mà không phụ thuộc hoàn toàn vào các bề mặt khí động học truyền thống.
Chiếc BT46B chỉ xuất hiện tại một chặng đua duy nhất. Tại Grand Prix Thụy Điển 1978, Niki Lauda giành chiến thắng cùng chiếc xe này. Brabham sau đó rút thiết kế quạt khỏi các cuộc đua tiếp theo.
Fan Car trở thành một trong những ví dụ nổi tiếng nhất về việc một chức năng được ghi trong quy định có thể che giấu một mục đích hiệu suất quan trọng hơn.
Williams FW14B (1992)
Chiếc FW14B của Williams đã đưa hệ thống treo chủ động lên một cấp độ mới trong Formula 1.
Thay vì để độ cao gầm thay đổi hoàn toàn theo tải trọng và chuyển động của thân xe, hệ thống sử dụng cơ cấu thủy lực và điều khiển điện tử để liên tục điều chỉnh vị trí của từng góc xe.
Mục tiêu quan trọng nhất là giữ chiếc xe trong vùng hoạt động khí động học tối ưu. Khi phanh, tăng tốc hoặc vào cua, hệ thống có thể hạn chế hiện tượng chúi đầu, nhấc đuôi và nghiêng thân xe. Nhờ đó, sàn xe và bộ khuếch tán hoạt động ổn định hơn.
Chiếc FW14B cũng khai thác khả năng điều chỉnh độ cao phía sau trên đường thẳng để giảm lực cản. Đây là một ví dụ cho thấy hệ thống treo có thể trở thành công cụ kiểm soát khí động học chứ không đơn thuần phục vụ cơ học.
Williams thắng 10 trong 16 chặng đua năm 1992 và giành cả hai chức vô địch. Hệ thống treo chủ động tiếp tục được phát triển trước khi FIA cấm công nghệ này từ mùa 1994.
Chiếc FW14B trở thành biểu tượng của giai đoạn điện tử bắt đầu can thiệp sâu vào cách một chiếc F1 vận hành.
Red Bull RB6/RB7 (2010–2011)
Năm 2010, Red Bull đưa ý tưởng sử dụng khí xả để hỗ trợ khí động học lên một cấp độ mới với bộ khuếch tán thổi bằng khí xả (exhaust-blown diffuser).
Khí xả từ động cơ được dẫn tới khu vực bộ khuếch tán để tạo ra dòng khí có năng lượng cao, giúp duy trì hiệu quả khí động học bên dưới chiếc xe. Ý tưởng này từng xuất hiện trước đó, nhưng Red Bull đã phát triển nó thành một giải pháp hiệu quả trên chiếc RB6 và tiếp tục hoàn thiện trên chiếc RB7.
Lợi thế đặc biệt xuất hiện khi tay đua nhả chân ga. Thông thường, khi bướm ga đóng, lượng khí đi qua động cơ và khí xả giảm mạnh, khiến dòng khí tác động lên bộ khuếch tán yếu đi. Red Bull và Renault tìm cách duy trì dòng khí này ngay cả khi động cơ không còn tạo công suất ở mức cao.
Với chế độ thổi lạnh (cold blowing), bướm ga vẫn được mở dù tay đua đã nhả chân ga. Nhiên liệu và tia lửa đánh lửa bị cắt, khiến động cơ không tạo công suất nhưng vẫn tiếp tục hút và đẩy một lượng lớn không khí qua động cơ, sau đó đưa lượng khí này ra ống xả. Dòng khí đó tiếp tục tác động lên bộ khuếch tán, giúp duy trì downforce phía sau chiếc xe khi giảm ga và phanh.
Với chế độ thổi nóng (hot blowing), hệ thống tiến xa hơn bằng cách tiếp tục đưa nhiên liệu vào động cơ và làm trễ thời điểm đánh lửa. Nhiên liệu chưa cháy hết có thể cháy trong hệ thống xả, giải phóng thêm năng lượng và tạo ra dòng khí xả mạnh hơn.
Nhờ đó, bộ khuếch tán nhận được luồng khí có năng lượng cao hơn, giúp duy trì downforce hiệu quả hơn khi tay đua nhả ga. Formula 1 ghi nhận phương pháp này sử dụng việc trễ đánh lửa để tạo dòng khí xả ngay cả khi động cơ đang ở trạng thái nhả ga.
Điểm khác biệt cốt lõi nằm ở cách tạo ra dòng khí. Thổi lạnh chủ yếu tận dụng luồng không khí đi qua động cơ mà không đốt nhiên liệu, trong khi thổi nóng sử dụng thêm năng lượng từ quá trình đốt cháy để làm dòng khí xả mạnh hơn.
Giải pháp này đặc biệt hiệu quả trong vòng phân hạng và khi phanh, bởi vì chiếc xe có thể duy trì downforce phía sau ngay cả khi tay đua đã giảm ga. Trên chiếc RB7, hệ thống này giúp cải thiện đáng kể độ ổn định phía sau khi phanh và bắt đầu vào cua.
Red Bull tiếp tục phát triển ý tưởng trong mùa 2011 trước khi những thay đổi về quy định dần đóng lại hướng phát triển này. Adrian Newey sau đó mô tả việc khai thác khí xả để hỗ trợ bộ khuếch tán là một trong những khoảng trống kỹ thuật đáng chú ý trong sự nghiệp của ông.
Bộ khuếch tán thổi bằng khí xả cho thấy một dòng khí vốn được tạo ra để thoát khỏi động cơ có thể trở thành công cụ tạo downforce.
Lotus 78 và Lotus 79 (1977–1982)
Ground effect đã thay đổi hoàn toàn cách các kỹ sư F1 tạo downforce.
Trên chiếc Lotus 78, Peter Wright và Tony Rudd phát triển các đường hầm Venturi ở phần dưới thân xe. Luồng khí được tăng tốc qua những khu vực có hình dạng đặc biệt, tạo vùng áp suất thấp và hút chiếc xe xuống mặt đường.
Các sliding skirts (tấm chắn trượt bên hông xe) giúp bịt kín khoảng không bên dưới thân xe, cho phép hiệu ứng này hoạt động mạnh hơn.
Đến chiếc Lotus 79, thiết kế được hoàn thiện và khai thác hiệu quả hơn. Mario Andretti sau đó giành chức vô địch thế giới năm 1978 cùng Lotus.
Tuy nhiên, ground effect cũng khiến những chiếc xe trở nên nhạy cảm với độ cao gầm. Khi luồng khí bên dưới xe bị phá vỡ, downforce có thể giảm rất nhanh.
FIA loại bỏ những thiết kế ground effect toàn phần khỏi F1 từ cuối năm 1982. Nguyên lý này sau đó trở lại từ năm 2022 trong một bộ quy định mới, với mục tiêu cải thiện khả năng bám đuổi giữa các xe.
Ground effect vì thế là một trong những ví dụ rõ nhất về một công nghệ từng bị loại bỏ rồi trở lại nhiều thập kỷ sau với một cách tiếp cận khác.
Tyrrell P34 (1976–1977)
Không có chiếc xe nào trong lịch sử F1 có ngoại hình đặc biệt như chiếc P34 của Tyrrell. Thay vì bốn bánh, chiếc xe sở hữu sáu bánh, với bốn bánh nhỏ ở phía trước và hai bánh kích thước thông thường ở phía sau.
Ý tưởng của Derek Gardner - thiết kế trưởng của Tyrrell khi đó là nhằm đưa bốn bánh trước vào phía sau thân xe để giảm ảnh hưởng của bánh xe lên luồng khí. Đường kính nhỏ hơn cũng cho phép phần đầu xe thấp và gọn hơn.
Chiếc P34 ra mắt trong mùa giải 1976 và nhanh chóng chứng minh tiềm năng của mình. Tại Grand Prix Thụy Điển 1976, Jody Scheckter giành chiến thắng cùng chiếc xe sáu bánh. Chiếc P34 sau đó có tổng cộng một chiến thắng, một pole position và 13 lần lên podium trong 30 cuộc đua.
Tuy nhiên, việc phát triển chiếc P34 cho mùa 1977 khiến thiết kế trở nên phức tạp hơn, trong khi lợi thế ban đầu không còn rõ rệt.
Tyrrell cuối cùng từ bỏ ý tưởng sáu bánh. Những thay đổi quy định sau đó cũng đóng lại hướng phát triển cho các thiết kế tương tự.
Cuộc chiến động cơ turbo vào thập niên 80
Kỷ nguyên turbo của F1 trong thập niên 1980 không gắn với một chiếc xe hay một thiết bị duy nhất. Đây là cả một cuộc chạy đua phát triển động cơ, nơi các nhà sản xuất liên tục tìm cách tăng công suất và tối ưu hóa hiệu suất.
BMW, Honda, Renault và Ferrari cùng tham gia cuộc chiến tăng áp suất và tối ưu hóa động cơ. Trong vòng phân hạng, các đội có thể sử dụng những thiết lập động cơ cực đoan hơn so với cấu hình dành cho cuộc đua để tìm kiếm hiệu suất trong thời gian ngắn.
Đổi lại, mức tiêu hao nhiên liệu và nhiệt độ động cơ tăng lên đáng kể, trong khi độ bền lại bị giảm đi. Vì vậy, các kỹ sư phải cân bằng giữa công suất cực đại và khả năng hoàn thành cuộc đua.
FIA sau đó từng bước siết chặt các giới hạn đối với động cơ turbo trước khi kỷ nguyên turbo đầu tiên của F1 kết thúc sau mùa giải 1988. Đây không phải là một sáng chế cụ thể bị cấm, nhưng là ví dụ rõ ràng cho cách cuộc đua phát triển động cơ có thể buộc các quy định liên tục thay đổi để kiểm soát hiệu suất.
Red Bull RB10 (2014)
Các đội Formula 1 bắt buộc phải mang camera phục vụ truyền hình, nhưng thiết bị này cũng tạo ra một vấn đề khí động học. Những camera và vỏ camera đặt bên ngoài thân xe có thể tạo thêm lực cản, trong khi vị trí lắp đặt lại được quy định khá cụ thể.
Adrian Newey và đội ngũ Red Bull nhận ra một khoảng trống trong cách diễn giải quy định. Bộ quy định xác định vị trí camera và các yêu cầu liên quan đến giá đỡ, nhưng không quy định một cách rõ ràng rằng toàn bộ camera phải nằm bên ngoài thân xe.
Trên chiếc RB10, Red Bull đưa camera vào bên trong phần mũi xe. Thân xe chỉ được tạo một lỗ mở rất nhỏ để ống kính có thể quan sát ra phía trước. Phần vỏ camera vì thế nằm gọn bên trong kết cấu khí động học thay vì nhô ra ngoài như cách bố trí thông thường.
Giải pháp này giúp giảm đáng kể phần bất lợi khí động học do một cụm camera bên ngoài tạo ra. Đây là một ví dụ điển hình cho cách các kỹ sư có thể biến một thiết bị bắt buộc phải mang trên xe thành một chi tiết gần như không còn ảnh hưởng tới luồng khí bên ngoài.
Red Bull sử dụng thiết kế này trong những chặng đầu mùa 2014. Tuy nhiên, cách bố trí camera gây tranh luận về tính phù hợp với quy định, đồng thời, vị trí quá sâu trong mũi xe cũng tạo ra vấn đề về chất lượng hình ảnh và góc quay truyền hình.
FIA sau đó yêu cầu Red Bull thay đổi cách lắp đặt trước Grand Prix Monaco. Đội chuyển trở lại giải pháp camera đặt bên ngoài, khép lại một trong những cách diễn giải quy định tinh vi nhất của mùa giải 2014.
Điểm đặc biệt của sáng chế này nằm ở quy mô của lợi thế. Red Bull không cần tạo ra một hệ thống cơ khí phức tạp hay một thiết bị khí động học mới. Đội chỉ tìm thấy một khoảng trống trong vài dòng quy định về một thiết bị vốn bắt buộc phải có trên chiếc xe.
McLaren MP4-12 (1997–1998)
Một trong những sáng chế kín đáo nhất từng xuất hiện trên một chiếc F1 là hệ thống brake steer (hỗ trợ đánh lái bằng phanh) của McLaren.
Năm 1997, nhiếp ảnh gia Darren Heath phát hiện một bánh sau trên chiếc McLaren phát sáng bất thường khi chiếc xe vào cua. Sau khi Mika Häkkinen bỏ cuộc tại Grand Prix Luxembourg, Heath có cơ hội quan sát bên trong khoang lái và phát hiện một bàn đạp thứ ba.
Bàn đạp này điều khiển phanh riêng cho một bánh sau. Khi vào cua, tay đua có thể tác động lên bánh phía trong hoặc phía ngoài tùy tình huống để giảm understeer (thiếu lái) và kiểm soát wheelspin (hiện tượng trượt bánh).
Hệ thống mang lại lợi thế đáng kể về thời gian vòng đua. Theo thống kê, brake steer có thể đem lại khoảng nửa giây hoặc hơn tùy đặc điểm đường đua.
McLaren chỉ sử dụng hệ thống này trong một thời gian ngắn trước khi FIA cấm brake steer vào đầu mùa 1998. Brake steer cho thấy một thay đổi rất nhỏ trong hệ thống phanh cũng có thể tác động trực tiếp đến khả năng kiểm soát chiếc xe khi vào cua.
Vì sao FIA phải can thiệp?
Việc một sáng chế bị cấm không đồng nghĩa với việc ý tưởng đó thất bại về mặt kỹ thuật. Trong nhiều trường hợp, chính hiệu quả của nó khiến FIA phải can thiệp.
Khi một đội tìm được lợi thế lớn, các đối thủ thường phải sao chép hoặc phát triển giải pháp tương tự để duy trì khả năng cạnh tranh. Cuộc chạy đua này có thể khiến chi phí phát triển tăng cao hoặc đẩy các đội vào những hướng mà bộ quy định ban đầu không dự tính.
FIA vì thế phải liên tục xác định ranh giới giữa những gì được phép và những cách diễn giải đi quá xa mục tiêu của luật.
Lịch sử F1 thường lặp lại cùng một chu kỳ: một đội tìm thấy khoảng trống, biến nó thành lợi thế, các đối thủ tìm cách bắt kịp và FIA điều chỉnh quy định để đóng lại khoảng trống đó.
Di sản của những sáng chế từng vượt giới hạn
Nhiều sáng chế từng bị cấm hoặc bị hạn chế chưa bao giờ biến mất hoàn toàn khỏi lịch sử kỹ thuật của Formula 1.
F-Duct góp phần mở đường cho DRS. Hệ thống treo chủ động cho thấy khả năng kiểm soát độ cao gầm có thể thay đổi hoàn toàn cách khai thác khí động học. Bộ khuếch tán thổi bằng khí xả cũng chứng minh rằng những dòng khí tưởng như chỉ có nhiệm vụ thoát khỏi chiếc xe vẫn có thể trở thành một phần của gói khí động học.
Ground effect là ví dụ rõ ràng nhất. Sau khi những thiết kế ground effect toàn phần bị loại bỏ vào cuối năm 1982, nguyên lý này trở lại Formula 1 trong giai đoạn 2022-2025 dưới một bộ quy định hoàn toàn mới.
Điều đó cho thấy một công nghệ có thể bị cấm trong một giai đoạn nhưng vẫn tiếp tục tồn tại dưới dạng kiến thức kỹ thuật, chờ một bộ quy định khác mở ra cơ hội cho nó trở lại.
Kết luận
Mỗi khi FIA đặt ra một giới hạn mới, các phòng thiết kế lại bắt đầu tìm kiếm một khoảng trống khác để khai thác. Chính cuộc đua giữa sáng tạo và kiểm soát đã tạo nên một phần đặc biệt trong lịch sử kỹ thuật của Formula 1.
Những sáng chế này cho thấy các kỹ sư F1 đã nhiều lần tiến sát ranh giới của bộ quy định, và trong không ít trường hợp, chính những ý tưởng đó đã buộc luật chơi phải thay đổi.
