一级方程式赛车揭密.docx
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一级方程式赛车揭密
一级方程式赛车揭密---空气动力学篇
虽然一级方程式赛车是一种高速汽车,但在机械概念上却较接近喷射机,而非家庭房车。
它们巨大的双翼不但具用商业广告牌的作用,同时还可以产生至关重要的「下压力」。
这种空气动力会使流经汽车上方的气流将车身向下压,使车子紧贴在车道上。
相反地,飞机则是利用巨大的双翼产生「上升力」。
将车身压在车道上可使轮胎获得更大的抓地力,进而在弯道时产生更快的加速度。
由于一般普通房车没有下压力,因此甚至无法产生1G(一个重力单位)转弯力。
一级方程式赛车能产生4个G的转弯力。
在时速230公里时的状况下,F1赛车上方气流产生的下压力足以使它在隧道里沿着隧道的底部行走。
在设计当今一级方程式赛车的过程中,扮演重要角色的空气动力学家正面临着一个基本的挑战:
如何在产生下压力的同时不增加空气阻力。
这正是汽车必须克服的问题。
在汽车空气动力设计的过程中,风洞扮演着重要的角色。
进行风洞实验时,通常先制作一半体积的模型,而风洞就像一个巨大的吹风机,将空气吹向静止的模型。
虽然这个吹风机的价格非常昂贵,但积架车队仍然编列四千九百万美元的预算,将在该车队新建的银石(Silverstone)工厂建造一个风洞。
空气动力可以根据不同赛车场的特征而调整。
较直的跑道需要较低的下压力设定值,如此可减少阻力,并且有助于赛车提高极速。
较曲折的车道需要较高的下压力设定值,如此可令赛车的极速降低。
例如,在曲折的Hungaroring车道上,赛车很难达到300km/h的速度,但在Hockenheimring车道上,车速可以超过350km/h。
一级方程式赛车揭密---制动能力篇
由于使用了碳纤制动器(这种装置最先使用在商用飞机上),一级方程式赛车有着惊人的制动(煞车)能力。
这种制动器是利用将动能转换成热能的原理减速的,工作温度接近摄氏 700 度。
在阴天比赛时,转弯减速时不难见到制动器炙热发红的景像。
一级方程式赛车可以在 1.7 秒和 26 公尺的距离内,从 100 km/h 减速到完全停止,而斜背式家庭房车则需要 2.86 秒 和42 公尺的距离才能达到同样的效果。
一级方程式赛车揭密---计算机篇
计算机改变了一级方程式的比赛方式
除了实际测量的资料外,在将赛车驶往车道之前,车队会先使用仿真软件设定变量,例如齿轮比和车翼设定值等等。
同样的,车队会在测试台上,仿真赛车道的应力特性而对引擎进行测试。
一级方程式赛车装满了感应器,测量任何可用来提高性能的资料。
积架声称它利用微波联机,在赛车每跑完一圈时,就可以从赛车上下载4MB的资料到维修站。
维修站和和车队总部之间已建立起网络联机,因此双方都可对资料进行评估。
一级方程式赛车揭密---转向篇
由于最新型的方向盘配备内建 LCD 显示屏、碳纤结构、和各种控制装置,因此价格高达 5 万英镑。
方向盘的形状奇怪是因为车手根本无须将手移离方向盘。
标准的一级方程式方向盘只须转动半圈就可完成从最左到最右的转向动作,但标准房车却需要转三圈才能达到相同的结果。
方向盘是可以拆卸的,以方便车手进出驾驶室。
方向盘后面的控制板用来换档,开始比赛时可操作离合器。
一级方程式赛车揭密---变速箱篇
虽然赛车比赛规则禁止使用自动变速箱,但是赛车比赛规则也只规定车手必须自己选择换档,因此车手们可以使用半自动系统,利用液压操作离合器和转档叉,方便车手可以随时拉起方向盘后方的两个排档杆进行换档。
半自动系统可以达到急速换文件的目标,车手只需要0.02秒就可完成全部换档动作,而一般轿车则需要0.5秒才能完成换档。
进入特定弯道时,车手可以预先设定一连串的定时换挡,免除了在接近弯道时用手操作数次排档杆的麻烦。
一级方程式赛车揭密---重量篇
赛车比赛规则规定赛车加车手的总重量不可低于600公斤。
为了使重量保持最小,所有车队都广泛使用碳纤材料,而这些材料的强固性足以支撑车子的重量。
碳纤材料在七十年代末期首先应用在飞机机翼上。
1981年,麦克拉伦车队(McLaren)首次以碳纤材料制造整个赛车底盘,并以之取代传统的铝制底盘。
一个碳纤车身的生产需要六个星期的时间,制成之后再放入压力锅进行高压烘烤,让这种高科技的碳纤材料可以坚固起来。
碳纤车身是在净室中以手工方式制造而成,因此,可防止在编织碳纤板之间混入异物,进而防止碳纤产生弱点。
虽然赛车比赛规则规定了最小重量,但车队还是尽可能削减多余的重量,因此,会再使用压舱物把重量提升到600公斤。
压舱物可以堆放在车上的任何部位,因此车队可以针对不同的车道变更车子的重量平衡。
而顶级车队使用的压舱物重量甚至高达80公斤重。
一级方程式赛车揭密---轮胎篇
F1 赛车轮胎的工作温度大约高达摄氏100度。
只要温度稍低一点,轮胎就变得容易打滑。
所以在上胎之前,工作人员会先把轮胎放到一个叫做「轮胎保温袋」的特殊毯子里,以便尽量使轮胎保持工作温度。
弯道打滑容易引起轮胎过热或者起泡,加快磨损的速度。
车手必须小心保护轮胎,以便撑到下一次进维修站,或撑到比赛终点。
比赛之前,车手必须从赛车官方的合法轮胎供货商普利司通(Bridgestone)提供的不同轮胎组合中选择轮胎。
较硬的组合较耐用,但是抓地力较小。
因此使用这种轮胎组合的赛车绕圈速度会稍微慢一些,但是可以用较少的进站维修次数作为弥补。
较软的组合较易磨损,但是抓地力较大,可使赛车产生较快的绕圈速度,但是这种轮胎很少能撑过100公里。
车队为不同的天气准备不同的轮胎。
四槽轮胎在干地时可发挥最大性能,而湿地轮胎的触地面会有花纹,方便排出车道表面的雨水。
中间型轮胎适用于潮湿天气。
一级方程式赛车揭密---引擎篇
虽然所有车厂都使用 V10 结构,但五个汽缸两侧之间的角度却不尽相同。
由于赛车比赛规则规定引擎容量不可超过 3000 cc,因此,引擎供货商们莫不竭尽全力想尽办法制造接近这个标准的引擎。
福特 Coworth V10 CR2 的排气量为 2998 cc。
今年宝马 BMW 将会使用自制的V10 引擎来参加一级方程式赛车。
宝马公司在墨尔本的第一分站赛中提供了 10 具引擎,并希望在本赛季中可以生产 50 具 V10引擎。
V10 可提供"大约"800 匹马力的动力(车队通常不愿透露正确数字),相当于一般家庭房车 1.6 公升引擎马力的 8 倍。
宝马声称,最强的 F1引擎马力记录是 1986 年由涡轮增压四缸引擎产生的将近 1100 匹马力 。
大部分普通房车的引擎每分钟最大转速约为 6000 转,但 F1 引擎的转速可达每分钟 18000转,其活塞加速比子弹还快。
F1 引擎是非常轻巧的。
积架(Jaguer) R1 的引擎只有 569 mm 长、506 mm 宽、492 mm 高 (包括风箱)。
离合器只比成年男子的拳头大一点而已。
高科技材料使得引擎变得很轻,重量只有 97 公斤。
详细资料花絮:
例如,F1 火花塞的韧性比一般普通房车强,如此才能承受每分钟转 18000 下的震动。
但它们的尺寸却比较小,螺纹直径只有 10 mm(标准火星塞为 14 mm),所产生的火花也比标准火花塞大。
令人惊讶的是,虽然 F1 引擎的燃烧温度可达摄氏 1,000 度,但在运转时却比普通房车引擎温度稍低。
一级方程式 V10 的冷却剂温度可低到摄氏 110 度,油料温度可达 140 度,大约比普通房车低 20 度。
这么小的机器却能产生如此之大的能量,你难道不想把 F1 的引擎装到自己的车里吗?
也许不想,因为 F1 引擎每跑 100 公里就吃掉 60 公升的汽油。
赛车PI系统介绍
在本地赛车界人气急升的赛车配件PI SYSTEM令很多车迷着迷。
好像装上了它,车便可马力急升,所向无敌似的。
在这里让我们为这系统来作一个简单的介绍。
DATA ACQUISITION或DATA LOGGING 是这系统的正确名称。
而PI只是众多品牌中的其中一个生产商,其他著名的品牌有STACK、ASTRATECH和MOTEC 等。
顾名思义,DATA LOGGING是搜集数据的一种系统,如民航机上的黑盒一样。
它通过放置在赛车上不同运动部分的感应器来取行走时个别部件的运行状况和变化,再把数据放在一个储存器上,当赛车回维修站时,车队工作人员会把数据下载到系统附设的分析软件里。
接着车队人员和车手便一同对那些经过整理的数据来作一详细分析。
一般来说,CLUB LEVEL 的系统会LOG大概十至十五个CHANNEL。
包括引擎的转速,水和机油的温度和压力、车的行驶速度。
直和横向的G FORCE度数,方向盘的角度和油门的开合时间等。
大家不要看轻这些DATA。
它可以把车手和车在跑道上的状态和表现完全揭露出来。
而最重要的是系统可以把车手在驾驶时的每一个改变,如刹车的距离,TURN IN 的时间甚至是RACING LINE的选择对LAP TIME的影响。
另一方面如车队有超过一名车手的DATA,便可以把两人的表现在电脑上作一个非常详细的比较,例如每一个弯角的刹车点,入弯与出弯的速度,而且还可看到不同车手在控制方向盘角度和油门加油时间时对出弯速度的影响。
个别车手可以从中知道自己的弱点和怎样去改善,继而改善自己的表现。
另一方面,车队人员亦可知道不同的SET UP ,如CAMBER(倾角)、TOe IN/OUT(束角) 或避震器的软硬调校对LAP TIME的影响。
而引擎和监视数据亦可令车队知道引擎的状态和很快的找出故障原因。
以上列举的只是系统的一小部分功能,要完全明白和充分选用整个系统所搜集的数据来改善车和车手的表现,是要经过一个很长时间的学习,所以车手们不要期望系统可以把自己的问题一下子便全部解决。
事实上在高层次的赛事如F1和BTCC、DATA LOGGING的应用更广泛和深入。
在F1赛车上装有超过一百个的SENSOR(感应器),而监察的部件由最基本的水箱温度到最不可思议的车在高速运转时四个轮胎内的温度及气压的变化。
由于系统的SAMPLING RATE(取样速度)达到每秒过千次。
而且是REAL TIME TELEMETRY(即时传送)。
因此车队人员可即时掌握赛车在跑道上的每一个细节。
近年FIA禁止了相向的TELEMETRY,否则的话车队可以即时根据情况如气温。
湿度和轮胎磨损状况甚至是赛车场上的风向,来调校正在跑道上的赛车,或用电脑来帮助驾驶那赛车,情况就像玩遥控车和PLAY STATION 一样,而车手则会成为一名乘客而已!
F1完全手册(18)赛车的电子设备
1989年,一级方程式赛车开始意识到电子技术对性能所起的重要作用,象主动悬
架、牵引力控制装置、防抱死制动系统和自动变速器等设备,对驾驶舱中的车手
起着越来越重要的作用并成为对夺标日益关键的因素。
1993年底,为了再次强调
驾驶技巧,国际汽车联合会宣布类似“辅助设备”为非法。
目前,电子技术几乎
只是用于发动机管理的数据遥测。
[发动机电子管理装置]
电子测算器根据环境气温、大气压力和其他功能参数来保持稳定的混合气浓度和
调整燃油喷射和点火的时间。
[电动油门]
人们熟悉的油门钢丝拉线不仅占地方而且会伸长或折断。
今天,越来越多地来用
一个更能逐步控制加速的系统,将指令转变为电子信号,由油门踏板传送到发动
机上去。
[电子辅助系统]
比赛规则允许有4个“车手辅助系统”,分管赛车性能或保证一切顺利运行。
[半自动变速器]
车手们再也不用从转向盘上撒手去换档了。
他们只要用手指尖去拨弄一下两根小
杆就行了。
离合器踏板只在起步挂一档时才用得上。
[遥测技术]
由于在赛车周围各个重要部位处装有传感器,遥测技术对选定的各个发动机和车
架数据不断地进行跟踪。
技术人员利用无线电或软盘取出数据。
[监测]
遥测技术对发动机的50多个与压力和温度有关的数据进行连续不断的监测,并在
赛车每次经过修理站时用无线电转发到站里的计算机上去。
这个系统使专业工程
师能保留一份发动机的逐圈“健康检查表”。
[电子听诊器]
通过装在赛车各个重要部位上的几十个传感器,实时地或在赛车每次经过修理站
的时候,将数据发送到修理站使工程师仍能不断地对车架和发动机进行观察。
[1989:
变速器技术的最新革命]
1989年巴西大奖赛将作为在一级方程式比赛中第一次有一辆装有半自动变速器的
赛车夺标而载入史册。
利用由约翰.巴纳德设计的一个变速器,尼杰尔.曼赛尔用
双手在赛程的任何阶段都不必离开转向盘。
换档变成一件轻轻地拨一下转向盘背
面左右两侧的一两个开关的简单事情。
这个电动液压转向系统很快就被所有车队
包括WILLIAMS、BENETTON和MCLAREN采用了。
[一级方程式赛车还是电子游戏?
]
一级方程式赛车的高技术形象吸引了许多专门从事尖端技术的赞助人的注意。
19
93年,日本电子游戏制造商SEGA与WILLIAMS车队携手合作。
F1完全手册(17)驾驶技术
一级方程式赛车是一只需要极为小心驾驭的粗野怪物。
光是用大约800马力从后面
推动,使它保持直线行驶就是一项高度精细的工作。
最轻微的错误都会让车打转
甚至冲到跑道外面去。
参加一级方程式车赛的车手,一般都有至少10年的比赛经
验。
不管他们的车怎么样,基本的比赛驾驶技术----双手的放置位置、脚踏动作
、在什么地方制动、在什么地方开始拐弯----都是一样的。
[转两个急弯]
在通过两个急弯时,为了尽量不减速,车手们都要在两个弯角之间寻找一条最直
的路线,经过两个顶点进入直线路段,尽早加速。
[急弯]
为了不致在弯角的外面拐进太晚,车手们在直线路线将近大弯角就开始制动,受
过训练的车手其制动时间的把握都是差不多的。
(当然有天才之称的大舒马赫和
哈基宁他们的制动区会更短一些),一般的,车手们不紧贴着弯道拐弯,为的是
要走一条尽可能直的路线以便转出来以后占据一个很快就能重新加速的位置。
[S形弯道]
若第一个弯比第二个弯要急,车手在第一个弯的顶点前面开始制动减速,一旦拐
了进去就立刻朝向下一个顶点开过去转过第二个弯。
在第一个弯处减速后,他马
上就可以重新加速。
[达转]
打转是由于比赛路线不好、车速过快或车手重新加速过猛致使后轮突然丧失附着
力的结果。
50公里的时速和250公里的时速同样容易引起达转。
[抄直道]
抄直道时必须十分小心,一般在直线路段上就要放慢车速。
最要紧的是尽可能保
持冲劲。
因此车手必须尽可能走直线,并尽量减少打转向盘的动作。
[双手把着转向盘]
转向盘从一头转到另一头只要转半圈,因此车手们千万不能撒手。
即使是最急的
弯,只要翻一下手腕就足以把转向盘打到头了。
在直路上,两手应在“1/4到3/4
圈”处,转小弯时,“内侧”的手把转向盘“往回拉”,转急弯时,两手可以叠
在一起把转向盘打到头。
[踩两次离合器]
早期的一级方程式赛车没有同步齿合器,因此车手在换入低档前必须踩两次离合
器,在赛车挂空挡时将油门关小。
[希尔:
稳健]
达蒙.希尔开车时比较喜欢坐得直直的,而且他走的路线总是非常稳健、精确。
他
很爱护他的赛车。
因此,他在试车排位赛中常常能用一套轮胎飞快地跑完3圈。
[阿莱西:
攻击精神]
阿莱西把手高高地放在转向盘上,低着头望前探,象是要把跑道吃掉似的。
他制
动很晚,加速很早,总是不断变化,总是冲击。
[大舒马赫:
真正的勇气和耐力]
他擅长拐急弯,这是他胜过对手的地方。
他的秘诀?
利用油门永远控制住他的赛
车达到平衡、极限!
F1完全手册(16)一级方程式赛车的调试
为了具备100%的竞赛能力,必须对一级方程式赛车进行仔细的调整或“调试”,
以适应赛场的特点。
每到一条新跑道或每次遇到天气变化,都要重新调试。
一些
准备工作可以根据以往对场地取得的经验,在以前的赛季中记录的数据和计算机
模拟的结果,事先在基地进行,但总要在跑道上精细调试一次。
调试赛车是一项
技术性工作,需要调整的部位,有时是这几个,有时是那几个,变化几乎是无穷
的,而且几乎所有的发动机和车架的部件都可以调整到适应每一条跑道的特定要
求。
最大的困难在于鉴别需要做哪些调整来解决所遇到的问题,这就是有经验的
车手常常胜过新手的地方。
[一级方程式赛车上所有的东西都可调整]
从转向盘到发动机,从踏板到车轮角度,从离地间隙到空阻系数,一级方程式赛
车上的大部分零件都是可调的。
那些不可调的零件可以更换!
一般来说,在试车
期间,车手每次出去转3圈,每转完一次就停在修理站内与他的工程师交谈。
所有
调整情况都要仔细地观察到,试车期过后,将发现的问题与用遥测技术打印出的
数据进行比较。
[前后轮的协调]
不足转向和过度转向的原因很简单,前者就是转弯时拐得太晚,后者是拐弯后加
速得太早,但有时候,原因比较复杂,可因调整不当而引起。
前后轮向下的压力
不足、轮胎充气不足致使附着力小或差速器调整不正确都会使前后轮不大协调。
[轮胎压力]
为了获得最大的附着力,轮胎必须处于理想的工作温度,并且还要兼顾到轮胎压
力的影响。
[发动机]
发动机的电子控制单元(ECU)监督它本身的设定情况并自动对气压和环境温度等
参数进行调整。
不过,车手还是能直接从驾驶舱调整喷入燃烧室中的空气、燃油
混合器的浓度。
[变速器]
档位应根据赛道的特点来选择。
[离地间隙]
赛车的离地间隙会影响前后轮的协调状况(不足转向或过度转向),并且可以用
改变拉杆长度的方法进行调整。
[侧舱]
打开或关闭通向发动机的冷风通道可有助于降低或提高发动机的温度。
[悬架]
悬架调软或硬会显著地影响赛车的整体性能(转弯速度、延直道行驶的离地间隙
、均衡制动甚至牵引力)
[制动器冷风通道]
到达制动器处的冷却空气的多少会影响它们的温度,从而影响他们的效率。
今天
的含石墨制动器在350-500摄氏度的温度下效率最高。
[前束和车轮外倾角]
不足转向和过度转向可通过调整前后轮的外倾角得到补偿。
[后翼板]
后轮的下压力可用调整后翼板的角度或尺寸来改变。
[前翼板]
改变前翼板的尺寸以改变前部的下压力,因此改变赛车前后轮的协调状况。
[雨天和晴天的调整不一样]
在雨天,对制动器和牵引力的要求最严格,而且要使功率在路面上得到充分的发
挥。
赛车一般跑得很快,但要将制动器和发动机的冷风通道全部或局部地盖住,
使这些装置能更快地达到理想的工作温度。
干燥天气时:
离地间隙10毫米左右,
用小翼板以减小阻力,硬弹簧,低轮胎压力,发动机冷风通道完全打开,使发动
机保持理想工作温度,制动器的冷风通道完全打开,以冷却制动盘。
潮湿天气时
:
高离地间隙以适应雨季用轮胎本身的加大的行程,加大翼板以提高向下的压力
,使用软弹簧,较高的轮胎压力,部分阻挡发动机的冷风通道以帮助发动机达到
理想工作温度,制动器管道被盖上以减弱对制动盘的冷却效果。
[流线型、经济性和高阻力系数]
象雷诺萨法娜那样的轿车的性能取决于它的车身线条的流畅程度。
将车身外形作
成流线型有助于降低燃油消耗量。
一级方程式赛车的“无挡泥板”式的设计和它
那调整下压力的翼板意味着它的阻力系数要比雷诺萨法娜差。
[吸在路面上]
一级方程式赛车的空气动力学特性使它能以高速度转弯,因为前后翼板帮助把它
“粘住”在路面上。
翼板可用改变其角度或在角端加一反作用片的方法加以调整
。
由下压力和高达每小时300公里的高速在赛车下面形成一个低压共同产生吸附作
用,这意味着赛车从理论上说可以驶过天花板。
F1完全手册(7)一级方程式赛车比较
雷诺的TWINGO型和SPIDER型汽车同威廉姆斯的一级方程式赛车都有哪些共同之处
呢?
答案是:
四个轮子、一个转向盘和一台雷诺发动机,大概就是这些了。
一级
方程式赛车要求在很短距离内跑得尽量快。
大奖赛的距离约300公里,只要黑白格
子旗一摇,一级方程式赛车就算完成了任务。
而雷诺TWINGO和SPIDER则必须顺利
地行驶10万公里以上。
[TWINGO、SPIDER、WILLIAMS-F1各数值比较]
[价格、尺寸]
TWINGO:
1995年法国价格:
59500法郎,长3430毫米,宽1630毫米。
SPIDER:
1995年法国价格:
200000法郎,长3800毫米,宽1830毫米。
威廉姆斯F1:
1995年价格:
约4000000法郎,长4200毫米,宽2000毫米。
[轮胎、发动机]
WILLIAMS-F1:
后轮宽360毫米,高660毫米;前轮宽270毫米,高640毫米;发动机
10缸,
3000CC,约700马力。
SPIDER:
后轮宽225毫米,高615毫米;前轮宽205毫米,高615毫米;发动机4缸1
998CC,150马力。
TWINGO:
后轮宽145毫米,高540毫米;前轮宽145毫米,高540毫米;发动机4缸1
239CC,55马力。
[转弯性能]
在同一弯角(银石赛道的克勒布角),同一人驾驶(当时为COULTHAD驾驶),TW
INGO拐过此弯时速为80公里每小时,SPIDER拐过此弯时速为110公里每小时,而W
ILLIAMS-FW17拐过此弯时速为160公里每小时(现今的F1比赛也许还可能更快!
)
[极速]
在空气中穿过时具有减速作用的宽体轮胎和翼板,使一级方程式赛车既快又灵敏
,而SPIDER的最高时速比WILLIAMS-F1低130公里每小时。
据说在法国勒芒,一级
方程式赛车运动样车沿着有名的亨诺第尔直线跑道曾跑出超过400公里的时速。
(
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