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无惧F1新规,英国顶尖赛车工业引领新趋势

汽车导报·2014-11-04 08:01
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  本赛季技术规则的革命性变化,为本就毫厘必争的赛道比拼增添了更多悬念。

  虽然最终赛果将在世界各地的19轨赛道上决出,但早在数月以前,一场赛车制造技术的较量就已在英国银石赛道周围的“赛车谷”没有硝烟地展开。号称赛车行业硅谷的“赛车谷”(motorsport valley)聚集着世界最顶尖的赛车技术研发中心和产业供应链,在这里,这个行业中最优秀的人才分秒必争地为各自服务的车队打磨将要出征的新座驾。

F1终刮绿色风:新规则强调增效节能

  有媒体通俗地将2014年度F1新技术规则总结为“又要马儿跑,又要马儿不吃草”。经历了多年环保主义者对F1“油老虎”们高能耗的诟病之后,国际汽车联合会(FIA)终于顺应了低碳环保的总体汽车制造趋势,颁布的新规则以节能增效、降耗减排为突出特点。

  为了达到这样的目标,2014年的技术变化同时触动动力单元和设计单元。比起2006年引擎规则改革和2008年车体设计规则改革,此次规则改变之大,可称为F1技术的分水岭。对于牵一发而动全身的F1赛车制造,此次调整堪称大换血。

下面让我们看看这些主要改变。

  涡轮增压引擎回归。时隔二十六年,涡轮增压引擎又回来了!今年起,F1用1.6升的V6涡轮增压引擎配合能量回收系统(ERS)构成的动力单元取代此前的2.4升自然吸气V8引擎。涡轮增压引擎从1977年开始,曾经与F1度过短暂的蜜月时光,但在1988年被以过于昂贵和危险为由禁止使用。这次的重新引入,主要是考虑到涡轮增压引擎在提高能源使用效率方面的贡献。新涡轮增压引擎的排气量限制在1.6升,最高转数从此前的18,000rpm降低到15,000rpm,规则允许使用缸内直喷系统来增进燃油效率。

  能量回收系统进入动力单元。新规则让引擎输出总功率变小,这就要求效率更高的能量回收系统(ERS)做配合,提供额外的马力输出。ERS系统的功率比去年翻了一番,达到120kw,能量存储达到4MJ,是原来的10倍。由于今年车辆总动力将大大倚重ERS,F1规则第一次将其划入动力单元中。

  耗油限制降低到三分之二。新动力单元的目标是将耗油效率提高35%,新规则对燃油消耗的限制变得更加严格。每辆赛车每场比赛的燃油消耗从过去的150kg直降至100kg。

  车重下限增加仍要求车身轻量化今年,由于新的动力单元和轮胎质量均有所增加,F1赛车的车重下限从原来的642KG增加到691KG。虽然总车重下限相比去年增加了49KG,但是,仅新动力单元一项就增加了50KG,更不要提倍耐力轮胎新胎体结构和配方带来的质量增加。为了保证赛车的场上速度、操控性、加速及稳定性能,车队多会要求赛车总重与车重下限差值保持最小,在不少赛手不得不挖空心思减肥的同时,这也对轻量化车身提出了更进一步的要求。

  鼻翼尾翼的空气动力学调整。FIA今年对于F1赛车尾翼和鼻翼的调整,成为F1赛事在空气动力学上的创新与突破。在下压力减少的今年,为了达到同等的减阻效果,DRS的开度从原来的50mm增加到65mm。而赛车前翼的宽度从1800mm毫米缩短到1650mm。鼻锥锥尖端的最大允许高度从550mm降低到185mm。为了减少对流向扩散器的气流的阻挡,车队依旧想方设法地维持底盘的高度,这也促成了今年花样百出的鼻锥设计。多支车队采用的食蚁兽鼻锥方案,让尖端急剧下沉以满足规则要求。像路特斯那样的双叉鼻也成为不少车队借鉴模仿的范例。

     (克里斯蒂安·霍纳)

赛果更加倚重技术:英国赛车工业应对新要求

  上述这些颠覆性的新规则,很可能引发一轮F1大洗牌,赛场上的成败更多地依赖于各支队伍采用的制造技术。根据英国《卫报》报道,今年赛事伊始,即使是拥有蝉联过4届F1总冠军车手维特尔的红牛车队,也曾对这些新规则表示过担忧。其车队主管克里斯蒂安·霍纳曾表示,“今年的结果有些未知,因为规则变化太大了。车队必须得先解决好技术的问题,再去进行策略安排。在这一点上,所有的车队都在与时间赛跑,整个赛季的输赢可能就只靠赛前这几个月的技术比拼。”

  这些关键性的技术比拼,不夸张的说,多半发生在英国赛车工业的核心地区。提到汽车制造,人们往往会想到的是德国、美国甚至日本这样的民用汽车品牌拥有国。而事实上,英国在汽车研发制造能力方面具有雄厚实力,尤其是在赛车制造这个先进制造领域,具有无可撼动的地位。

  英国拥有孕育了F1赛事的银石赛道,11支F1车队中8支的总部就建立在距离赛道125公里的范围内,其中包括红牛、迈凯轮、威廉姆斯、卡特汉姆、玛鲁西亚、印度力量、梅赛德斯和莲花车队。而据《米兰体育报》报道,曾发掘了舒马赫的前F1车队经理弗拉维奥•布里亚托利在今年5月接受采访时表示,法拉利有必要在英国建立基地,因为F1的所有技术人员集中在那里。英国经历了六十多年为F1车队服务的历史,从中衍生出了全球最大的一级方程式赛车产业。这些研发、设计和制造机构集中分布在英国北安普敦郡、牛津郡和南安普顿郡这三个毗邻的地区,构成了享有美誉的“赛车谷”。根据英国赛车工业协会(MIA)的统计,英国的“赛车谷”聚集了4,500家相关企业,平均每年将超过30%的营业额投入到技术研发中,用于发动机技术、能源存储、空气动力学、轻量化材料及车身设计等方面的改进和突破。行业从业人员大约41,000人,年营业总额约为90亿英镑。

  技术积淀和超前研究,让英国赛车谷有足够的实力引领F1的技术变革。本年度动力单元革命之后,影响各队成绩首当其冲的因素便是全新引擎的研发。今年F1的引擎提供商减少到了三家,其中就有建立在英国北安普敦郡附近的梅赛德斯F1引擎工厂。本年度梅赛德斯引擎共赞助了四支车队:梅赛德斯、迈凯轮、威廉姆斯和印度力量。从数据上看,梅赛德斯引擎的性能处在领先地位,它比雷诺引擎多出166马力,超过法拉利引擎接近100马力。而从迄今为止的赛况上看,梅赛德斯引擎从开赛伊始就表现出领先态势。目前梅赛德斯车队不仅积分登顶,而且领先卫冕的红牛车队几乎一半积分。使用梅赛德斯引擎的车队在积分排名前五席中占据三席。据悉,明年莲花车队也将弃雷诺而转与梅赛德斯引擎签约。

   (梅赛德斯车手 汉密尔顿)

  值得一提的是,日本汽车制造商本田作为曾经辉煌过的F1引擎供应商,在08年曾退出 F1队列,现在计划于2015年牵手迈凯轮重返F1,并在英国米尔顿凯恩斯建造一个大本营。英国确实是引擎制造的福地。诸多F1的引擎商,如科斯沃斯(Cosworth),梅赛德斯AMG(MercedesAMGHigh Performance Powertrain),Engine Developments Ltd,Zytek集团,Swindon Engine,Ricardo,Intergral Powertrain等都设立在英国。除了独立公司的技术研发之外,英国政府及汽车行业也对引擎技术开发高度支持。在过去三年中,英国政府及汽车行业总计投入了3,600万英镑,用于发动机系统的学术研发。同时,10亿英镑资金成立的专注发动机、电机技术的先进动力中心,也在2014年启动。

  在引擎制造之外,今年F1“引擎不够,ERS来凑”的新动力单元结构,也使得各支车队还必须在能量回收系统上下足功夫。英国“赛车谷”的诸多公司始终走在能量回收及储存技术的前沿,并在F1新规颁布之前就已经进行了长期的技术储备。其中特别值得一提的是飞轮技术,这是一种高效的动能回收系统,它的研发融合了Flybrid、Torotrak和Xtrac三家公司的技术资源。它于2007年首先出现在F1赛道上,如今已经开始了它的民用路线,被运用到混合动力量产汽车身上。除了公司的开发行为,英国也有不少顶尖的研究中心,致力于能量回收的技术研发,如克兰菲尔德、圣安德鲁斯、帝国理工、华威和拉夫堡研究中心等。

  应对车身材料的轻量化诉求,英国坐拥大批顶尖的轻量化技术企业和研究中心,开展碳及复合材料的重要研究,如先进制造研究中心和华威大学制造工程学院内的复合材料研究中心等。英国在这方面的领先地位并非偶然,她不仅拥有全球最大的一级方程式赛车产业,而且拥有第二大航空航天产业,轻量材料制造是二者的根基之一。而英国政府也为扶持轻量化技术的研发创造了良好的环境,在材料研究方面有大量资金投入:3,800万英镑投入英国国家石墨烯研究院、5,300万英镑用于建设国家复合材料中心、9,500万英镑作为年度经费拨款给英国各大学开展材料研究,4,500万英镑用于先进材料研究等。

  而在空气动力学方面,英国有世界领先的大学院校为其研究推波助力。南安普顿大学在过去几十年内为F1赛车地面效应空气动力学的研究提供支持。这里也培养了如今的F1赛场上唯一一名和三支不同的F1车队一起获得过F1制造商总冠军的工程师——艾德里安·纽维(AndrianNewey)。艾德里安·纽维在近二十年中设计了数款最为成功的F1赛车,其中包括摘得2013年车手总冠军和车队总冠军的红牛赛车。


“赛车谷”的新使命:F1技术与民用汽车技术接轨

  赛车运动每年为英国经济创造50亿的价值,并引领了许多后来应用在主流汽车制造上的创新。如防锁死刹车系统、轻质材料和碳火技术等,都曾经从F1中获取灵感,并应用到民用车上。2013年,威廉姆斯车队的拥有者威廉姆斯就在英国首相卡梅伦的见证下,于英国牛津郡揭幕了威廉姆斯先进工程研究站(William’s Advanced Engineering),目标是将发端于F1赛车技术的混合动力及电动技术、动力学技术、轻量材料和空气动力学技术应用在量产车生产当中。

  但是,过去F1迟迟不对环保低碳的主流汽车制造方向做出回应,单纯追求高速、油量耗费巨大的F1赛车长期走在一条和民用汽车技术趋势背道而驰的道路上,许多顶尖技术在量产车身上没有适用性。

  如今,F1赛事规则终于有了朝向增效节能的革新,而且是大刀阔斧式的,这对未来赛车技术的发展方向给出了明确信号,使得F1赛车一跃而成为低碳节能技术的引领者,为赛车技术应用于民用汽车铺平了道路。无论是涡轮增压引擎,还是动能热能回收系统的建造,都与量产汽车的市场潮流相一致。英国“赛车谷”及其所代表的赛车产业面对的,一方面是新规则的技术挑战,另一方面则是由此带来的更广阔的商业机会。当赛车技术的发展方向与量产车技术需求并轨之后,花费巨大资金和人才投入催生出来的顶尖技术会有更大的用武之地,将可能创造更为深远的商业和社会意义。

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