Ý – F80 là siêu xe mới của công ty Ferrari, sẽ gia nhập cùng các mẫu ô tô biểu tượng từ GTO 1984 đến LaFerrari Aperta 2016.

Loạt bài “F80: Siêu xe mới của công ty Ferrari” gồm 3 phần. Mời Quý vị xem nội dung phần 1 bên dưới.

Công ty Ferrari có trụ sở tại vùng Maranello (Ý), đã giới thiệu dòng xe F80 và viết nên một chương mới trong lịch sử siêu xe huyền thoại mang huy hiệu ngựa chồm. Xe F80 sẽ được sản xuất với số lượng giới hạn chỉ 799 chiếc, với công nghệ và hiệu suất cao.

Kể từ năm 1984, công ty Ferrari đã định kỳ phát triển một siêu xe mới đại diện cho đỉnh cao của công nghệ tiên tiến và sự đổi mới của thời đại và được xác định sẽ trở thành biểu tượng trong văn hóa đại chúng. Dành cho những khách hàng sành điệu nhất của thương hiệu, những chiếc xe này ngay lập tức trở thành huyền thoại trong suốt cuộc đời của chúng, tạo nên dấu ấn không thể phai không chỉ trong lịch sử của Ferrari mà còn trong lịch sử của chính ngành ô tô.

Sản phẩm mới nhất của thương hiệu này, xe F80, được giao nhiệm vụ hiện thực hóa kỹ thuật tối ưu cho một ô tô sử dụng động cơ đốt trong và sử dụng tất cả các giải pháp công nghệ tiên tiến nhất, bao gồm công nghệ hybrid thế hệ mới nhất cho hệ thống truyền động, để đạt được mức công suất và mô-men xoắn vô song. Các chi tiết trong thiết kế đều được hình thành để tối đa hóa hiệu suất, từ khung gầm sợi carbon và các giải pháp khí động học cực đại vượt xa mọi thứ từng thấy trước đây trên một chiếc xe tham gia giao thông trên đường, cho đến hệ thống treo chủ động mới được tối ưu hóa nhằm để khách hàng tận dụng mọi ounce hiệu suất từ ​​chiếc xe trên đường đua.

Trong thế giới siêu xe hiện tại, xe F80 đã được kết hợp tất cả các thuộc tính với mức độ tiện dụng, nhằm mang đến trải nghiệm lái xe một cách dễ dàng. Khả năng này định hình mọi lựa chọn được đưa ra về mặt công nghệ và thiết kế để đạt được mục tiêu, tạo ra một siêu xe đua nhưng có thể lái trên đường trường.

Tất cả những điều này có nghĩa là khách hàng sẽ dành nhiều thời gian hơn trong xe và có thể tìm hiểu và tận hưởng hiệu suất của xe cũng như trải nghiệm lái xe thú vị mà nó mang lại. Kiến trúc của F80 cực kỳ ấn tượng, với cách bố trí cabin hẹp hơn lấy người lái làm trung tâm, nhưng vẫn mang lại không gian và sự thoải mái tuyệt vời cho hành khách. Lựa chọn này có những lợi ích quan trọng về mặt giảm lực cản và trọng lượng cho xe.

Do đó, khu vực buồng lái tạo cho tài xế có cảm giác đây là một chỗ ngồi riêng biệt, mặc dù thực tế là hai chỗ ngồi, tạo ra một kiến ​​trúc mà chúng ta có thể gọi là “1+”. Lý do chính cho cách thiết kế này là để giảm chiều rộng, vì lợi ích của khí động học (với lực cản ít hơn) và tiết kiệm trọng lượng. Điều này hoàn toàn phù hợp với thế giới đua xe thể thao mà chiếc xe này không chỉ lấy cảm hứng mà còn thừa hưởng các giải pháp công nghệ.

Như thường lệ với những siêu xe Ferrari trước F80, hệ thống truyền động dựa trên công nghệ tinh tế nhất trong môn đua xe thể thao. Những chiếc ô tô GTO và F40 được trang bị động cơ V8 tăng áp, vì xe đua công thức 1 (1) sử dụng động cơ tăng áp vào những năm 1980. Ngày nay, trong cả xe đua công thức 1 và Giải vô địch thế giới WEC (World Endurance Championship), hệ thống truyền động bao gồm động cơ ICE V6 tăng áp kết hợp với hệ thống hybrid 800 V. Khi đó, thiết kế động cơ được sử dụng cho xe 499P, đã giành hai chiến thắng liên tiếp tại Giải 24 Hours of Le Mans, và thiết kế này sẽ được chuyển sang xe F80 mới.
(1) Xe đua công thức 1: (F1 – Formula 1) là loại xe được thiết kế đặc biệt cho môn thể thao đua xe F1. Chúng được trang bị động cơ V6 turbo mạnh mẽ, cấu trúc tạo lực nâng để tăng tốc nhanh, và nhiều công nghệ tiên tiến khác để đảm bảo an toàn và hiệu suất đỉnh cao.

Tuy nhiên, hệ thống truyền động còn được bổ sung thêm công nghệ tăng áp điện (e-turbo) lần đầu tiên xuất hiện trên một chiếc Ferrari. Công nghệ này có một động cơ điện được lắp giữa tua-bin và máy nén của mỗi bộ tăng áp, cho phép tạo ra công suất riêng cực lớn và phản ứng tức thời ngay từ dải vòng tua thấp.

Khí động học đóng vai trò quan trọng trên xe F80, với các giải pháp như cánh gió sau chủ động, bộ khuếch tán sau, gầm xe phẳng, cánh gió ba cánh trước và hốc gió S-Duct phối hợp với nhau để tạo ra 1.000 kg lực ép xuống ở tốc độ 250 km/h. Kết quả này được cải thiện hơn nữa nhờ hệ thống treo chủ động, góp phần trực tiếp vào việc tạo ra hiệu ứng mặt đất. Hiệu suất được tăng cường nhờ trục trước điện, mang lại khả năng dẫn động bốn bánh để sử dụng hiệu quả hơn nữa mô-men xoắn và công suất khi tăng tốc, cùng với hệ thống phanh mới với công nghệ CCM-R Plus từ xe đua.

Cũng như các siêu xe trước đó, F80 đánh dấu sự khởi đầu của một kỷ nguyên thiết kế mới cho Ferrari, với thiết kế đặc trưng, mạnh mẽ hơn làm nổi bật tính chất đua xe. Có những ứng dụng từ công nghệ tiên tiến và kỹ thuật tinh tế của từng giải pháp kỹ thuật trong ngành hàng không vũ trụ. Nhưng cũng mang những đặc điểm truyền thống thương hiệu Ferrari của F80.

Hệ thống truyền động

Động cơ đốt trong

Động cơ F163CF V6 120° 3 lít của xe F80 là biểu hiện tối ưu của động cơ 6 xi-lanh Ferrari: động cơ này sản sinh công suất cực đại là 900 mã lực, trở thành động cơ Ferrari có công suất riêng cao nhất mọi thời đại (300 mã lực/ lít), trong khi trục trước điện (e-4WD) và động cơ sau (MGU-K) của hệ thống hybrid bổ sung thêm 300 mã lực.

F80 có thiết kế động cơ và nhiều thành phần có nguồn gốc từ động cơ của 499P, chiếc xe đã giành chiến thắng trong hai trận của Giải 24 Hours of Le Mans. Những điểm giống nhau giữa xe F80 và chiếc xe tham gia Giải vô địch sức bền thế giới (WEC) bao gồm: thiết kế, hộp trục khuỷu, bố trí và xích truyền động, mạch phục hồi bơm dầu, ổ trục, kim phun và bơm GDI.

Tất nhiên, với công nghệ tiên tiến từ xe đua F1, xe F80 thừa hưởng cả động cơ MGU-K (2) (động cơ điện có thể sản xuất công nghiệp tương tự như loại được sử dụng trong xe Ferrari F1) và động cơ MGU-Hs (3) (chuyển hóa nhiệt năng từ khí thải) với ứng dụng e-turbo tùy chỉnh.
(2) Động cơ MGU-K: là thiết bị vừa có chức năng chuyển hóa động năng thành năng lượng điện (chức năng máy phát điện) vừa có chức năng làm cho trục bánh xe quay (chức năng động cơ điện).

Để đạt hiệu suất tối đa trong mọi điều kiện, mọi yếu tố của quá trình hiệu chuẩn động cơ đã được thực hiện, đặc biệt tập trung vào thời điểm đánh lửa và phun nhiên liệu, số lần phun trên mỗi chu kỳ và quản lý thời điểm đóng mở van biến thiên. Xe F80 được trang bị động cơ xe thương mại đầu tiên của Ferrari được thừa hưởng từ phương pháp tiếp cận mới để kiểm soát tiếng gõ, cho phép động cơ hoạt động gần hơn với giới hạn tiếng gõ, cho phép sử dụng áp suất buồng đốt cao hơn bao giờ hết (+20% so với 296 GTB) để phát huy hết tiềm năng của động cơ.

Một yếu tố quan trọng khác là dự án dành riêng cho việc hiệu chuẩn động của đường cong mô-men xoắn ở mọi cấp số, lần đầu tiên cho một chiếc xe Ferrari chạy trên đường trường. Phần này của dự án tập trung vào các điều kiện lái xe thực tế trên đường và việc quản lý hệ thống e-turbo, vì giới hạn tiếng gõ và giới hạn tăng áp của máy nén thay đổi tùy thuộc vào việc chúng được đo trong điều kiện động hay tĩnh. Kết quả của nghiên cứu này là một hiệu chuẩn chuyên dụng đã được phát triển cho từng cấp số, cho phép động cơ đạt được mức độ phản hồi tương đương với động cơ hút khí tự nhiên trong mọi điều kiện vận hành.

Các e-turbo, với một động cơ điện được lắp đặt theo trục giữa tua-bin và vỏ máy nén, cho phép các kỹ sư tối ưu hóa động lực học chất lỏng của động cơ để đạt công suất tối đa ở tốc độ động cơ trung bình đến cao mà không phải thay đổi độ trễ turbo ở tốc độ động cơ thấp. Việc đưa công suất điện vào giúp kiểm soát e-turbo, loại bỏ độ trễ turbo và đảm bảo thời gian phản hồi nhanh như chớp.

Các kim phun 350 bar của hệ thống GDI được đặt ở trung tâm buồng đốt để trộn nhiên liệu/ không khí tối ưu và cùng với nhiều phương pháp phun được áp dụng, đảm bảo hiệu quả cho hiệu suất vượt trội với lượng khí thải thấp hơn. Các cấu hình cam nạp và xả đã được sửa đổi để tối ưu hóa hiệu suất động lực học của chất lỏng và tăng tốc độ động cơ tối đa lên 9.000 vòng/ phút, với bộ giới hạn động ở 9.200 vòng/ phút.

Cả ống nạp và ống xả đều được đánh bóng để có hiệu suất tốt hơn; ống nạp đã được rút ngắn để giảm sức cản và làm mát hỗn hợp không khí/ nhiên liệu thông qua quá trình điều chỉnh động lực học chất lỏng, và được thiết kế đặc biệt để tăng độ nhiễu trong buồng đốt. Đường ống xả dạng ma trận tuân thủ các tiêu chuẩn khí thải hiện hành (Euro 6E-bis), có tính đến những thay đổi trong tương lai về quy định khí thải trên thế giới.

Ống xả Inconel được thiết kế để giảm tổn thất áp suất và được điều chỉnh để tạo âm thanh đặc trưng của động cơ Ferrari V6. Trục khuỷu bằng thép được gia công từ một bộ phận đúc khuôn và có chốt khuỷu rèn nóng với góc lệch 120°. Thứ tự đánh lửa 1-6-3-4-2-5 mang lại cho F80 âm thanh đặc trưng của Ferrari. Để giảm trọng lượng, các thanh trục khuỷu và đối trọng đã được làm nhẹ hơn.

Thanh truyền và piston cũng đã được sửa đổi: thanh truyền titan có bề mặt răng cưa ghép giữa thân và nắp đầu lớn, nhằm đảm bảo sự liên kết hoàn hảo giữa hai bộ phận và độ chính xác lắp ráp tuyệt đối với ổ trục. Piston nhôm được tối ưu hóa để giảm trọng lượng và chịu áp suất cao hơn và tải nhiệt trong buồng đốt do mô-men xoắn và công suất cực cao. Cụ thể, thép phủ DLC (carbon giống kim cương) có độ bền cao đã được sử dụng cho chốt piston. Ngoài ra, một lỗ dẫn dầu chuyên dụng đã được thêm vào khu vực giữa chốt piston và thanh truyền để cải thiện khả năng bôi trơn.

Để hạ thấp trọng tâm của xe, động cơ đã được lắp đặt càng gần càng tốt về mặt vật lý với bệ đỡ phẳng. Kết quả là không có bộ phận nào nằm ở đáy của thùng chứa thấp hơn 100 mm so với đường tâm của trục khuỷu. Các kỹ sư cũng quyết định nghiêng cụm động cơ – truyền động 1,3° theo trục Z, nâng hộp số lên để không làm giảm hiệu quả của bệ đỡ khí động học.

Để làm nhẹ động cơ, khối xy-lanh, hộp trục khuỷu, nắp và các thành phần khác đã được sửa đổi, các vít titan cũng được sử dụng. Kết quả, động cơ không nặng hơn động cơ V6 của 296 GTB mặc dù công suất tăng thêm 237 mã lực.

Vị trí lắp đặt thấp hơn của cụm động cơ – truyền động được cho phép nhờ bánh đà mới có đường kính nhỏ hơn, được hình thành và thiết kế từ đầu cho ứng dụng này. Giải pháp cải tiến này có thể thực hiện được nhờ việc sử dụng hai bộ lò xo, cũng góp phần làm giảm độ cứng tổng thể của hệ thống và lọc rung động truyền đến hộp số hiệu quả hơn. Bộ giảm chấn cũng được phát triển riêng cho ứng dụng này để giảm lực rung xoắn tốt hơn trong hệ thống truyền động và phân tán tải nhiệt cao hơn do hiệu suất tăng lên.

Hệ thống truyền động hybrid

Động cơ điện được sử dụng cho siêu xe F80 là động cơ điện đầu tiên được Ferrari phát triển, thử nghiệm và sản xuất hoàn toàn tại vùng Maranello (Ý), tất cả để đạt mục tiêu tối đa hóa hiệu suất và giảm trọng lượng. Thiết kế của chúng (với hai động cơ ở trục trước và một động cơ ở phía sau xe) được phát triển từ kinh nghiệm đua xe của công ty Ferrari; cụ thể là stato và rotor trong cấu hình mảng Halbach (3) (sử dụng cách bố trí đặc biệt của nam châm để tối đa hóa cường độ từ trường) và ống bọc nam châm bằng sợi carbon đều là các giải pháp có nguồn gốc từ thiết kế của động cơ MGU-K được sử dụng trong xe đua công thức 1.
(3) Mảng Halbach: là sự sắp xếp của các nam châm vĩnh cửu tạo ra một trường mạnh hơn ở một bên trong khi giảm trường ở phía bên kia về gần bằng không. Điều này được thực hiện bằng cách lắp các nam châm sao cho các cực của chúng lệch pha nhau, thường là 90 độ. Động cơ được làm bằng nam châm mảng Halbach có hiệu suất cao mà động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu thông thường không thể đạt được.

Rotor áp dụng công nghệ mảng Halbach để tối đa hóa mật độ từ thông và giảm thiểu trọng lượng và quán tính. Mặt khác, ống bọc nam châm sợi carbon đã được sử dụng để tăng tốc độ động cơ tối đa lên 30.000 vòng/ phút. Stator cuộn dây tập trung làm giảm trọng lượng đồng được sử dụng cho các cuộn dây cuối, trong khi dây Litz giảm thiểu tổn thất tần số cao. Litz bao gồm nhiều sợi cách điện thay vì một dây duy nhất, làm giảm ‘hiệu ứng bề mặt’ và cho phép dòng điện chạy đều qua toàn bộ mặt cắt ngang của dây giúp giảm thiểu tổn thất. Lớp phủ nhựa cho tất cả các bộ phận hoạt động của stato giúp cải thiện khả năng tản nhiệt.

Bộ chuyển đổi DC/DC chuyển đổi dòng điện một chiều (DC – direct current) ở một điện áp thành dòng điện DC ở một điện áp khác. Công nghệ cải tiến này giúp có thể sử dụng một thành phần duy nhất để xử lý ba điện áp khác nhau cùng lúc: 800 V, 48 V và 12 V.

Sử dụng dòng điện một chiều do pin điện áp cao tạo ra ở mức 800 V, bộ chuyển đổi dòng điện của Ferrari tạo ra dòng điện một chiều ở mức 48 V để cấp điện cho hệ thống treo chủ động và hệ thống tăng áp điện tử, và dòng điện một chiều 12 V để cấp điện cho các bộ điều khiển điện tử và tất cả các thiết bị điện phụ trợ khác trên xe. Công nghệ cộng hưởng tiên tiến cho phép thành phần này chuyển đổi dòng điện mà không có độ trễ với hiệu suất chuyển đổi vượt quá 98%, do đó nó hoạt động theo mọi mục tiêu như một bộ tích lũy. Thành phần này loại bỏ nhu cầu về pin 48 V, tiết kiệm trọng lượng và đơn giản hóa kết cấu của hệ thống điện. 

Trục trước bao gồm hai động cơ điện, một bộ biến tần và một hệ thống làm mát tích hợp cũng được công ty Ferrari phát triển và sản xuất hoàn toàn tại nhà máy. Thành phần này giúp có thể sử dụng mô-men xoắn vectoring cho trục trước. Việc tích hợp các chức năng khác nhau trong một thành phần duy nhất và bố cục cơ học mới đã giúp giảm trọng lượng khoảng 14 kg so với các ứng dụng trước đây và toàn bộ thiết bị chỉ nặng 61,5 kg. Tối ưu hóa hiệu quả cơ học là mục tiêu chính: dầu có độ nhớt thấp (Shell E6+) và hệ thống bôi trơn chủ động cacte khô với bình chứa dầu tích hợp trực tiếp vào trục giúp giảm 20% tổn thất công suất cơ học. Việc sử dụng các bánh răng có tỷ số phủ sóng cao (HCR) góp phần giảm tiếng ồn phát ra 10 dB.

Dòng điện một chiều nhận được từ pin điện áp cao được biến đổi thành dòng điện xoay chiều cần thiết để cung cấp năng lượng cho động cơ điện bằng bộ biến tần. Bộ biến tần tích hợp ở trục trước là bộ biến tần hai chiều, nghĩa là nó cũng biến đổi dòng điện xoay chiều do trục tạo ra trong quá trình phanh tái tạo thành dòng điện một chiều để sạc lại pin. Bộ biến tần được sử dụng để chuyển đổi điện năng và điều khiển hai động cơ phía trước có khả năng cung cấp tổng cộng 210 kW điện năng cho trục. Trên xe F80, bộ biến tần được tích hợp trực tiếp vào trục và chỉ nặng 9 kg, góp phần làm giảm khối lượng của bộ phận này so với bộ phận tương tự trên xe SF90 Stradale. 

Một bộ biến tần khác được sử dụng cho động cơ điện phía sau (MGU-K). Bộ biến tần này thực hiện ba chức năng: khởi động động cơ đốt trong, thu hồi năng lượng để sạc lại pin điện áp cao và bổ sung mô-men xoắn cho động cơ trong một số điều kiện động nhất định. Nó có thể tạo ra tới 70 kW ở chế độ tái tạo và hỗ trợ động cơ đốt trong với công suất lên tới 60 kW. Được tích hợp vào cả hai bộ biến tần này là hệ thống Ferrari Power Pack (FPP), một mô-đun nguồn với tất cả các thành phần cần thiết để chuyển đổi năng lượng được kết hợp trong một thiết bị nhỏ gọn nhất. Thiết bị này bao gồm sáu mô-đun bằng silicon carbide (SiC), bảng điều khiển cổng và một hệ thống làm mát chuyên dụng.

Lõi của hệ thống tích lũy năng lượng – pin điện áp cao – được hình thành để có mật độ công suất cao. Thiết kế sáng tạo của pin dựa trên ba nguyên tắc: hóa học pin lithium có nguồn gốc từ xe đua công thức 1, sử dụng rộng rãi sợi carbon để chế tạo vỏ liền khối và phương pháp thiết kế cũng như lắp ráp được cấp bằng sáng chế (cell-to-pack) giúp giảm thiểu trọng lượng và thể tích của bộ phận. Nằm thấp trong khoang động cơ, bộ pin góp phần cải thiện động lực học của xe bằng cách hạ thấp trọng tâm của xe. Tất cả các đầu nối mạch điện và thủy lực đều được tích hợp vào bộ phận này để giảm chiều dài cáp và ống, trong khi bộ pin được cấu hình với 204 cell được liên kết dạng nối tiếp và chia đều thành 3 mô-đun, cho tổng công suất năng lượng là 2,3 kWh và công suất đầu ra tối đa là 242 kW.

Cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng, để cải thiện khả năng tích hợp giữa các thiết bị điện và điện tử bên trong, công ty Ferrari đã phát triển bộ cảm biến không dây CSC (cell sensing circuit), có chức năng theo dõi điện áp tế bào bằng các tiếp điểm lò xo và đo nhiệt độ tế bào bằng cảm biến hồng ngoại.

Mời Quý vị xem tiếp bài “F80: Siêu xe mới của công ty Ferrari (Phần 2)”

Để xem các tin bài khác về “Ô tô”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Automotive World