Để xây dựng được một chiến lược đua hiệu quả trong F1, mỗi đội đua đều phải phân tích một hệ thống biến số vô cùng phức tạp. Bên cạnh những yếu tố quen thuộc như độ mòn lốp hay mức tiêu thụ nhiên liệu, bản thân bề mặt đường đua cũng đóng vai trò vô cùng quan trọng - vượt xa những gì người chúng ta vẫn thường nghĩ.
Độ nhám, thành phần vật liệu, thậm chí cả màu sắc của mặt đường đều có thể ảnh hưởng đến độ bám của xe. Vì vậy, mặt đường đã trở thành yếu tố then chốt mà các đội đua phải cân nhắc nếu muốn giành lợi thế.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu sự "tiến hóa" của mặt đường (track evolution) trong F1, nhiệt độ mặt đường và các loại bề mặt đường đua khác nhau tác động như thế nào đến chiến lược thi đấu.
Các loại bề mặt đường đua khác nhau
Bề mặt của hầu hết các đường đua thường được làm từ nhựa asphalt - hỗn hợp giữa chất kết dính bitumen và các vật liệu như đá hoặc sỏi. Thông thường, lớp asphalt này được trải lên trên nhiều lớp đá nghiền và đá dăm theo kỹ thuật Stone Mastic Asphalt (SMA).
Loại bề mặt đường đua (bao gồm chất lượng và đặc tính của lớp asphalt) có thể khác nhau rất nhiều giữa các trường đua, từ đó ảnh hưởng trực tiếp đến độ bám và mức độ mài mòn của lốp.
Điều thú vị là, các loại đá được trộn trong asphalt có thể tác động mạnh đến mức độ bám, đến mức nhiều trường đua mới trên khắp thế giới thường phải nhập đá từ các mỏ đá, cụ thể tại Vương quốc Anh về thi công nhằm đảm bảo bề mặt đường đua đạt chất lượng cao.
Độ nhám vi mô và độ nhám vĩ mô là gì?
Để đặc trưng hóa kết cấu của các loại bề mặt đường đua khác nhau, các kỹ sư sẽ phân tích dựa trên độ nhám vĩ mô (macro roughness) và độ nhám vi mô (micro roughness).
Độ nhám vĩ mô là mức độ gồ ghề được tạo ra khi các viên đá được sắp xếp trong lớp asphalt, trong khi độ nhám vi mô nói đến độ nhẵn hay thô của bề mặt từng viên đá riêng lẻ.
Ví dụ, một bề mặt có độ nhám vĩ mô cao khi khoảng cách giữa các viên đá lớn và chúng nhô lên khỏi bề mặt, tạo ra các "đỉnh" như đường màu xanh trong sơ đồ minh họa bên dưới. Ngược lại, khi các khoảng trống này được lấp đầy bằng vật liệu, bề mặt sẽ có độ nhám vĩ mô thấp.
Trong khi đó, nếu bề mặt của chính các viên đá thô ráp, thì độ nhám vi mô sẽ cao, còn nếu các viên đá bị mài nhẵn và trơn, thì độ nhám vi mô sẽ thấp.
Độ bám của lốp xe
Lốp xe tạo ra độ bám theo hai cơ chế biến dạng chính: biến dạng do độ nhám bề mặt (indentation) và biến dạng do sự kết dính (adhesion).
Cả hai cơ chế này đều liên quan đến tính đàn hồi nhớt (viscoelasticity) của cao su. Khi cao su bị biến dạng không đối xứng, nó sẽ sinh ra lực ma sát - hay còn gọi là độ bám.
Biến dạng do độ nhám bề mặt (indentation) xảy ra khi cao su bị kích thích bởi độ nhám của mặt đường, còn biến dạng do sự kết dính (adhesion) xảy ra khi có sự liên kết ở cấp độ phân tử giữa cao su và mặt đường, như minh họa trong hình bên dưới.
Do đó, độ nhám của mặt đường ảnh hưởng rất lớn đến lực ma sát được tạo ra giữa cao su lốp và mặt đường.
Nếu lực ma sát hay độ bám quá thấp, lốp sẽ bị trượt trên bề mặt đường đua và nhanh chóng bị mài mòn. Điều này làm mức độ suy giảm hiệu suất của lốp tăng lên, rút ngắn tuổi thọ sử dụng lốp, từ đó gây đau đầu cho các chiến lược gia khi họ buộc phải tính toán lại độ dài mỗi stint (quãng thời gian xe chạy liên tục giữa hai lần vào pit).
Sự tiến hóa của mặt đường (track evolution) trong F1 ảnh hưởng đến chiến lược đua như thế nào?
Trong F1, "track evolution" hay sự tiến hóa của mặt đường dùng để chỉ quá trình độ bám của đường đua tăng dần theo thời gian, khi cao su từ lốp xe được lắng đọng lên mặt đường, đặc biệt tại những khu vực có lực ma sát lớn như điểm phanh và đỉnh cua (apex). Lớp cao su này giúp cải thiện thời gian vòng đua trong suốt các phiên, tuy nhiên nó cũng có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như mưa hoặc gió - vốn có thể cuốn trôi lớp cao su, khiến mặt đường trở nên "xanh" hoặc "bẩn" với độ bám thấp hơn.
Các đường đua tạm thời - chẳng hạn như trường đua Formula E tại Berlin thường thể hiện sự tiến hóa mặt đường rất nhanh do cao su tích tụ liên tục, đặc biệt trên bề mặt bê tông. Vì vậy, các đội đua F1 luôn theo dõi sát sao quá trình track evolution, từ đó họ sẽ điều chỉnh chiến lược để thích ứng với sự thay đổi độ bám đường trong từng phiên đua.
Nhiệt độ mặt đường
Nhiệt độ mặt đường cũng đóng vai trò quan trọng quyết định độ bám sẵn có của đường đua. Khi mặt đường nóng lên, nhiệt độ lốp tăng sẽ tăng theo. Yếu tố này thường giúp lốp đi vào dải nhiệt độ làm việc tối ưu, từ đó tăng độ bám. Tuy nhiên, nhiệt độ mặt đường quá cao có thể gây ra các hiện tượng như graining (tạo vảy) và blistering (phồng rộp lốp). Chúng sẽ làm giảm hiệu quả của lốp và khiến lốp nhanh xuống cấp.
Ngược lại, nhiệt độ mặt đường thấp sẽ khiến cao su khó biến dạng, do đó khó tạo ra lực ma sát (độ bám) cần thiết.
Chính sự biến động của độ bám là lý do tại sao các đội đua luôn theo dõi chặt chẽ thời tiết và nhiệt độ mặt đường trong suốt mỗi phiên đua. Những ngày nắng, quang mây sẽ làm mặt đường nóng lên rất nhanh, đặc biệt là các đường đua mới trải nhựa, vốn có màu sẫm hơn và hấp thụ nhiệt nhiều hơn. Trong khi đó, một ngày nhiều mây có thể làm nhiệt độ mặt đường giảm tới khoảng 20°C.
Việc tái trải nhựa và ảnh hưởng của nó đến điều kiện đường đua
Tái trải nhựa mặt đường có thể làm thay đổi chiến lược đua một cách đáng kể. Các bề mặt đường đua mới thường được phủ kín bằng bitumen, tạo nên kết cấu vĩ mô và vi mô khá trơn nhẵn. Yếu tố này khiến mặt đường ban đầu có độ bám thấp.
Một ví dụ điển hình là GP Thổ Nhĩ Kì 2020, mặt đường khi đó vừa được tái trải nhựa gần như không có độ bám, khiến các tay đua gặp rất nhiều khó khăn với lốp trong cả điều kiện đường khô lẫn ướt.
Các đội đua F1 sử dụng công nghệ như thế nào để quản lý điều kiện đường đua?
Trên thực tế, không có một phép đo trực tiếp nào dành cho tình trạng mặt đường. Vì vậy, các đội đua phải dựa vào những công cụ như RaceWatch để tổng hợp nhiều luồng dữ liệu khác nhau vào cùng một nền tảng. Nhờ đó, các chiến lược gia có thể theo dõi thời tiết, nhiệt độ mặt đường, thời gian vòng đua và nhiều yếu tố khác theo thời gian thực, từ đó đánh giá trạng thái của đường đua trong từng phiên đua cũng như xuyên suốt cả cuối tuần thi đấu.
Bởi nếu điều kiện đường đua và nhiệt độ thay đổi, vấn đề graining (tạo vảy) ở lốp trước trong buổi đua thử ngày thứ Sáu hoàn toàn có thể chuyển thành hiện tượng blistering (phồng rộp lốp) ở lốp sau trong cuộc đua chính ngày Chủ nhật.
Để hiểu rõ hành vi của lốp, các chiến lược gia sẽ xây dựng các đường cong suy giảm hiệu suất (degradation curves) cho từng loại hợp chất lốp. Những đường cong này mô tả cách quá trình làm nóng, mài mòn và quá nhiệt dự kiến sẽ ảnh hưởng đến thời gian vòng đua trong suốt một stint đối với mỗi loại lốp.
Điều kiện mặt đường, nhiệt độ, thậm chí chỉ một đoạn đường vừa được tái trải nhựa cũng có thể làm thay đổi hoàn toàn hình dạng của các đường cong này. Chính vì vậy, những phần mềm như RaceWatch có khả năng cập nhật các đường cong lốp theo thời gian thực. Chúng đã trở thành công cụ không thể thiếu đối với các chiến lược gia.
Sử dụng các đường cong suy giảm hiệu suất trong mô phỏng chiến lược
RaceWatch tự động xây dựng đường cong suy giảm hiệu suất cho mỗi lượt đua của từng tay đua trong suốt một phiên đua. Sau đó, các đường cong này được lấy trung bình nhằm đưa ra ước tính đáng tin cậy hơn về mức độ suy giảm của lốp đối với từng loại hợp chất, đồng thời loại bỏ những lượt đua không mang tính đại diện.
Khi đã được tinh chỉnh, các đường cong suy giảm hiệu suất này sẽ được đưa vào các mô phỏng chiến lược, để dự đoán diễn biến cuộc đua ứng với những phương án pit stop và độ dài stint khác nhau. Nhờ đó, chiến lược gia có thể xác định số lần pit stop tối ưu, cũng như lựa chọn loại hợp chất phù hợp cho từng stint, nhằm đạt tổng thời gian đua nhanh nhất.
Kết luận
Việc hiểu rõ mối tương tác phức tạp giữa track evolution, nhiệt độ mặt đường và các loại bề mặt đường đua là yếu tố then chốt đối với các chiến lược gia F1. Những yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến độ mòn lốp, mức độ bám và chiến lược đua. Với sự hỗ trợ của các công cụ tích hợp dữ liệu tiên tiến, các đội đua có thể thích ứng với điều kiện đường đua theo thời gian thực, từ đó tối ưu hóa chiến lược để đạt hiệu suất cao nhất.