胡 帥，辛 運(yùn)，沈時(shí)明，韓夢(mèng)姣

(1.西華師范大學(xué) 體育學(xué)院，四川 南充 637002；2.廣州汽車集團(tuán)股份有限公司 汽車工程研究院，廣東 廣州 510000)

基于技術(shù)變革下的一級(jí)方程式賽車運(yùn)動(dòng)發(fā)展研究

胡 帥1，辛 運(yùn)2，沈時(shí)明1，韓夢(mèng)姣1

(1.西華師范大學(xué) 體育學(xué)院，四川 南充 637002；2.廣州汽車集團(tuán)股份有限公司 汽車工程研究院，廣東 廣州 510000)

采用文獻(xiàn)資料法、邏輯分析法，以探索一級(jí)方程式賽車運(yùn)動(dòng)的發(fā)展趨勢(shì)為目的，首先對(duì)一級(jí)方程式賽車運(yùn)動(dòng)進(jìn)行宏觀闡釋，然后從動(dòng)力性、操控穩(wěn)定性、燃油經(jīng)濟(jì)性、制動(dòng)性角度對(duì)2005-2016賽季期間在賽車中衍生的技術(shù)變革進(jìn)行分類匯總，分析其對(duì)賽車性能指標(biāo)的影響，最后得出結(jié)論：從技術(shù)應(yīng)用角度看，賽事競技性日益增強(qiáng)、節(jié)能環(huán)保趨勢(shì)凸顯、賽車的科技含量進(jìn)一步提升將是今后一級(jí)方程式賽車發(fā)展的主要趨勢(shì)。

一級(jí)方程式賽車；賽車技術(shù)

回顧一級(jí)方程式賽車的發(fā)展歷史可以發(fā)現(xiàn)，與FIFA、NBA等規(guī)則相對(duì)固定的賽事相比，其規(guī)則始終在不斷變化之中。究其原因，日新月異的賽車技術(shù)作為一個(gè)強(qiáng)有力的變量，驅(qū)動(dòng)著賽事發(fā)展趨勢(shì)的不斷演變。在一級(jí)方程式賽事研究領(lǐng)域，學(xué)者們通常將目光集中于其對(duì)城市形象的影響、賽事電視轉(zhuǎn)播權(quán)開發(fā)等外部性領(lǐng)域，而技術(shù)變革作為一只“看得見的手”對(duì)一級(jí)方程式賽車運(yùn)動(dòng)本身的影響卻很少有人提及。本文對(duì)近年來賽車技術(shù)變革進(jìn)行梳理、匯總、分析，以期探尋一級(jí)方程式賽車運(yùn)動(dòng)發(fā)展趨勢(shì)。

一、一級(jí)方程式賽車

(一)一級(jí)方程式賽車運(yùn)動(dòng)簡介

世界一級(jí)方程式錦標(biāo)賽(FIA Formula 1 World Championship，簡稱F1)是由國際汽車聯(lián)合會(huì)(FédérationInternationale de l'Automobile，簡稱FIA)舉辦的世界性高水平賽事，與奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)、世界杯足球賽并稱“世界體育的三大盛事”。從1950年舉辦首屆比賽開始，F(xiàn)1已經(jīng)走過了近70年的發(fā)展歷程，成為賽車領(lǐng)域的標(biāo)志性賽事，擁有600億人次的年收視率。F1的影響力是世界性的，為賽事舉辦地的城市形象提升和旅游業(yè)發(fā)展提供了絕無僅有的平臺(tái)。截止到2016年，征戰(zhàn)在F1賽場(chǎng)上的車隊(duì)總數(shù)為11支，其中既有老牌強(qiáng)隊(duì)法拉利、梅賽德斯、威廉姆斯，也不乏黑馬新星紅牛、印度力量。參賽車手既有老將菲利普·馬薩、費(fèi)爾南多·阿隆索，也有新科冠軍劉易斯·漢密爾頓、塞巴斯蒂安·維特爾?？梢哉f，F(xiàn)1在完成了一輪車隊(duì)重組和車手更替之后依然繼續(xù)著昔日的輝煌。

(二)一級(jí)方程式賽車比賽影響因素分析

總體來說，影響F1比賽成績的因素主要有：賽車性能、車手能力、車隊(duì)策略以及天氣和事故等不可預(yù)測(cè)性因素。與世界汽車?yán)﹀\標(biāo)賽(WRC)等其他賽車運(yùn)動(dòng)中強(qiáng)調(diào)車手能力至上相比，F(xiàn)1比賽中賽車性能對(duì)比賽結(jié)果影響占據(jù)更大比重，優(yōu)秀的賽車設(shè)計(jì)與先進(jìn)的制造水平是各車隊(duì)在F1賽事立足的基礎(chǔ)。

近年來FIA在賽事規(guī)則、技術(shù)規(guī)則等方面的改革愈演愈烈。專業(yè)汽車?yán)碚摃袑④囕v性能指標(biāo)分為動(dòng)力性、操控穩(wěn)定性、燃油經(jīng)濟(jì)性、制動(dòng)性、平順性和通過性[1]幾個(gè)主要方面，筆者對(duì)近十年來發(fā)生在F1賽車應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)變革進(jìn)行分類匯總,從新型低排量引擎的使用、由空氣動(dòng)力學(xué)部件演變引起的賽車空氣動(dòng)力學(xué)特性變化、能量回收系統(tǒng)的應(yīng)用、輪胎規(guī)格的變革和精細(xì)化的輪胎策略選擇四個(gè)層面闡述技術(shù)變革對(duì)賽車性能指標(biāo)的影響。

二、技術(shù)變革對(duì)賽車性能指標(biāo)的影響

(一)動(dòng)力性——新型低排量引擎的使用

動(dòng)力性是最為重要的賽車性能指標(biāo)之一，出色的動(dòng)力性能離不開車隊(duì)工程師對(duì)引擎、變速箱和底盤懸架的綜合調(diào)教。2014賽季，F(xiàn)1迎來了近年來最大的技術(shù)變革——新型低排量引擎的引入。傳統(tǒng)的2.4LV8自然吸氣引擎被1.6LV6渦輪增壓引擎取代，這是在2006年禁用V10引擎后進(jìn)一步削減引擎排量的舉措。如表1所示，新款賽車引擎在性能參數(shù)上較舊款引擎存在顯著性差異，排量、功率、轉(zhuǎn)速的限制意味著更慢的單圈速度和更低的加速性能，燃油消耗也相應(yīng)降低。同時(shí)，引擎的進(jìn)氣形式由自然吸氣變?yōu)闇u輪增壓，而F1上一次采用渦輪增壓引擎還要追溯到20世紀(jì)70年代的雷諾RS10賽車。渦輪增壓引擎在高轉(zhuǎn)速區(qū)間的扭矩輸出具有明顯優(yōu)勢(shì)，但在低轉(zhuǎn)速區(qū)間相比于自然吸氣引擎呈現(xiàn)的線性分布扭矩輸出而言，動(dòng)力輸出明顯不足。反映在宏觀動(dòng)力性層面的現(xiàn)象是：渦輪增壓引擎動(dòng)力輸出存在遲滯性，高速性能優(yōu)異但低速性能欠佳。引擎的變更帶來的影響是全新的操縱體驗(yàn)，對(duì)于車手的操縱習(xí)慣和適應(yīng)能力提出了新的要求，對(duì)現(xiàn)役的F1車隊(duì)工程師來說，新款引擎的賽場(chǎng)調(diào)教是一個(gè)陌生而又充滿挑戰(zhàn)的領(lǐng)域。筆者截取V8引擎換裝前后的2005、2006賽季和V6引擎換裝前后的2013、2014賽季前10場(chǎng)比賽，進(jìn)行最快單圈時(shí)間的對(duì)比，如圖1所示。以V6引擎為例，在換裝后，每一個(gè)分站賽的最快圈速相比換裝之前慢了2-3秒，其中馬來西亞站、中國站和英國站的最快單圈速度更是落后4秒之多，這對(duì)以分秒定勝負(fù)的F1賽車運(yùn)動(dòng)來說可謂是質(zhì)的變化，也從結(jié)果上印證了賽車動(dòng)力性能下降的總體趨勢(shì)。

表1 V10、V8、V6引擎基本參數(shù)對(duì)比

圖1 引擎換裝前后F1前10站比賽最快圈速對(duì)比

除動(dòng)力性能下降外，低排量引擎也帶來了諸多優(yōu)勢(shì)。首先，在動(dòng)力系統(tǒng)使用數(shù)量限制方面，2009賽季FIA規(guī)定車隊(duì)在整個(gè)賽季中使用的引擎數(shù)量不能超過8臺(tái)，2015賽季減少到5臺(tái)，而且根據(jù)官方預(yù)測(cè)，2018賽季引擎使用數(shù)量限制將進(jìn)一步縮減到3臺(tái)，若車隊(duì)超額更換引擎則會(huì)退后10位發(fā)車。使用數(shù)量的限制促使各大車隊(duì)在提升引擎性能的同時(shí)積極研發(fā)新技術(shù)，以提高引擎的耐用性。其次，在引擎結(jié)構(gòu)方面，曲軸、連桿、凸輪軸、氣門等部件都進(jìn)行了更為輕量化的設(shè)計(jì)，活塞在接近9000G的加速度條件下更是達(dá)到了200g左右的輕量化水平，配合高噴油壓力和低“沖程-缸徑比”，進(jìn)一步提升引擎性能。最后，在碳排放方面，據(jù)英國Trucost公司發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，F(xiàn)1本身的碳排放較過去降低了24%，這大部分要?dú)w功于低排量引擎的使用。

(二)操控穩(wěn)定性——由空氣動(dòng)力學(xué)部件演變引起的空氣動(dòng)力學(xué)特性變化

懸架的出色調(diào)教和空氣動(dòng)力學(xué)部件的合理使用是提高F1賽車操控穩(wěn)定性的兩大因素。相較于基本定型的懸架設(shè)計(jì)，近年來F1空氣動(dòng)力部件的變化尤為突出。從早期賽車羸弱的水滴形車尾減阻設(shè)計(jì)，到如今鼻錐、前翼、尾翼、導(dǎo)流板、流線型車身共同形成的一體化氣動(dòng)布局，F(xiàn)1賽車對(duì)空氣動(dòng)力的利用走過了坎坷的發(fā)展歷程。在空氣動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域，F(xiàn)1賽車行駛時(shí)會(huì)產(chǎn)生三道來自不同方向的流場(chǎng)，分別是流經(jīng)車體和尾翼的頂部流場(chǎng)、流經(jīng)散熱器再由排氣口排出的側(cè)向流場(chǎng)、以及流經(jīng)車體底部的底部流場(chǎng)[3]，F(xiàn)IA對(duì)于前翼、尾翼等氣動(dòng)部件的規(guī)則更改從未停止，如圖2所示。近年來最為重要的技術(shù)革新是:與頂部流場(chǎng)相關(guān)的減少空氣阻力系統(tǒng)(Drag Reduction System，簡稱DSR)和與底部流場(chǎng)相關(guān)的底部導(dǎo)流板(Diffuser)兩項(xiàng)空氣動(dòng)力技術(shù)的使用。1.DRS系統(tǒng)。工程師通過改變尾翼上翼面與水平面的迎角，在高速賽段將尾翼上翼面放平以減小賽車尾部的下壓力、提高直線速度，在低速賽段則重新調(diào)整到先前的迎角保證賽車獲得足夠的下壓力。一般情況下，DRS會(huì)節(jié)約80馬力的動(dòng)力，帶來10-15km/h的尾速提升，在理論上，更快的直線速度可以增加超車的可能性?？梢哉f，DRS系統(tǒng)在特定使用規(guī)則下的應(yīng)用在保證賽車操控穩(wěn)定性的同時(shí)，提高了F1賽事的觀賞性；2.Diffuser。擴(kuò)散器的形狀類似Venturis管，賽車設(shè)計(jì)師通過精確的曲線控制，使氣流在流經(jīng)擴(kuò)散器時(shí)獲得更大的流管，此時(shí)的流體為不可壓流，因此更多的氣流將從底盤前部吸入擴(kuò)散器，造成底盤流速增大，獲得壓力差以產(chǎn)生大量的下壓力[4]。擴(kuò)散器本身并不產(chǎn)生下壓力，而是誘導(dǎo)產(chǎn)生下壓力的工具，它的使用革命性提高了賽車底部流場(chǎng)的空氣動(dòng)力性能，進(jìn)而大幅度提高了賽車的安全性和操控品質(zhì)。

在空氣動(dòng)力部件設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域，計(jì)算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics，簡稱CFD)被更為廣泛應(yīng)用。CFD是在計(jì)算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展基礎(chǔ)上，對(duì)某一氣動(dòng)部件設(shè)計(jì)樣品的流場(chǎng)利用、空氣噪聲、進(jìn)排氣規(guī)律進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)，得出相應(yīng)模擬測(cè)試數(shù)據(jù)的一項(xiàng)技術(shù)。CFD在F1賽車制造中的應(yīng)用在縮短氣動(dòng)部件設(shè)計(jì)周期、可反復(fù)改進(jìn)初始設(shè)計(jì)的同時(shí)，也減少了車隊(duì)用于空氣動(dòng)力研究的經(jīng)費(fèi)、提高了科學(xué)研究的費(fèi)效比[5]。

表2 近年來F1賽車空氣動(dòng)力學(xué)部件限制的對(duì)比

數(shù)據(jù)來源[6]:百度百家http:∥ecosports.baijia.baidu.com/article/544702

(三)燃油經(jīng)濟(jì)性——能量回收系統(tǒng)的應(yīng)用

繼2009賽季F1嘗試使用KERS系統(tǒng)之后，在2014賽季放開了能量回收系統(tǒng)(Energy Recovery System,簡稱ERS)的使用。ERS包括了動(dòng)能回收系統(tǒng)(ERS-K)和熱能回收系統(tǒng)(ERS-H)，分別對(duì)引擎工作時(shí)的多余動(dòng)能和熱能進(jìn)行回收和再利用。能量回收系統(tǒng)分為能量回收與釋放兩個(gè)工作階段：1.回收階段。ERS-K的作用原理與民用混合動(dòng)力技術(shù)類似，將動(dòng)能電機(jī)安裝在引擎的曲軸附近，利用賽車剎車時(shí)引擎空轉(zhuǎn)產(chǎn)生的多余動(dòng)能發(fā)電，進(jìn)而將電能儲(chǔ)存在電池中。對(duì)于高速旋轉(zhuǎn)的賽車引擎而言，多余動(dòng)能的回收潛力和價(jià)值是非?？捎^的。ERS-H則是將熱能電機(jī)安裝在渦輪附近，與渦輪同軸，對(duì)高速行駛時(shí)引擎排出的廢氣熱能進(jìn)行回收，在電機(jī)中將熱能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存至儲(chǔ)能電池中；2.釋放階段。ERS-K通過儲(chǔ)能電池放電驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，進(jìn)而為賽車提供額外的動(dòng)力輸出。傳統(tǒng)的渦輪增壓引擎存在渦輪遲滯現(xiàn)象，在低轉(zhuǎn)速階段進(jìn)氣壓力不足，而ERS-H的應(yīng)用有效解決了這個(gè)問題。在引擎低轉(zhuǎn)速區(qū)間，通過儲(chǔ)能電池放電，熱能電機(jī)工作進(jìn)而驅(qū)動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，而此時(shí)渦輪高達(dá)125000rpm的高轉(zhuǎn)速使引擎進(jìn)氣管內(nèi)的空氣壓力驟增，克服了渦輪遲滯現(xiàn)象。在賽車急需動(dòng)力時(shí)，ERS-H回收的能量可以直接為ERS-K電機(jī)供電以驅(qū)動(dòng)引擎旋轉(zhuǎn)。ERS的能量釋放對(duì)賽車完成策略性的快速超車意義重大。

整套ERS系統(tǒng)由統(tǒng)一的控制單元進(jìn)行調(diào)度，以協(xié)調(diào)引擎、電機(jī)、儲(chǔ)能電池之間工作狀態(tài)。從宏觀層面上講，ERS不但能有效對(duì)引擎在高轉(zhuǎn)速時(shí)的多余能量進(jìn)行回收利用，同時(shí)也將其在低轉(zhuǎn)速時(shí)的多余能量利用最大化，提高燃料能量的轉(zhuǎn)化率。ERS使F1賽車逐漸剝離了高油耗的固有標(biāo)簽，在對(duì)引擎動(dòng)力進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)充基礎(chǔ)上，極大地提高了賽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。FIA近年來顯然在積極推進(jìn)ERS的應(yīng)用，以2014賽季為例，整個(gè)ERS的系統(tǒng)功率由2013賽季的60kw提高到了120kw，能量存儲(chǔ)是前者的10倍，達(dá)到了4MJ，單圈釋放時(shí)間從6.6秒延長到了33.3秒——ERS在整個(gè)動(dòng)力總成中的地位已今非昔比。雖然各大車隊(duì)都投入巨額資金進(jìn)行ERS系統(tǒng)研發(fā)與更新，但不同車隊(duì)和廠商對(duì)ERS系統(tǒng)的運(yùn)用成熟度仍然參差不齊。例如2015賽季的邁凱倫本田車隊(duì)，就因ERS系統(tǒng)問題導(dǎo)致在賽場(chǎng)上頻頻退賽，而同時(shí)期的雷諾、梅賽德斯奔馳車隊(duì)則因在該領(lǐng)域有著較深的技術(shù)積累而獲得了相對(duì)較多的比賽積分。

圖2 F1賽車能量回收系統(tǒng)工作原理簡圖

(四)制動(dòng)性——輪胎規(guī)格的變革和精細(xì)化的輪胎策略選擇

輪胎規(guī)格和材料方面，總體來說，F(xiàn)1的輪胎規(guī)格變遷經(jīng)歷了“有溝槽窄胎——光頭胎——有溝槽寬胎——光頭胎”幾個(gè)發(fā)展階段，每一發(fā)展階段都伴隨著引擎動(dòng)力和空氣動(dòng)力套件的變革。據(jù)國際汽聯(lián)統(tǒng)計(jì)，早期的光頭胎相比于溝槽胎雖然能獲得15%-20%的抓地力提升，但是因其與地面接觸面積較大，無法獲得較高行駛速度，也不利于輪胎熱量散發(fā)。而如今的光頭胎通過改進(jìn)配方，在膠料中添加了碳纖維和鈦合金的復(fù)合材料[7]，使輪胎在硬度、耐磨性上與初期的光頭胎相比在性能上出現(xiàn)了質(zhì)的飛越。同時(shí)，對(duì)熱熔溫度的控制更加精確，比賽中的賽車輪胎大部分時(shí)間都接近于最佳工作溫度(干胎90-100℃，濕地胎30-50℃)。這種輪胎能夠提供更高的摩擦系數(shù)和更大的接地面積，使賽車在橫向和縱向方向都能獲得足夠抓地力，在高速過彎時(shí)避免轉(zhuǎn)向不足和轉(zhuǎn)向過度的發(fā)生。

輪胎使用策略方面，自賽會(huì)實(shí)施單一輪胎供應(yīng)商制度以后，用于比賽的輪胎也衍生出更多可供選擇的輪胎類型，輪胎策略的選擇呈現(xiàn)精細(xì)化。以倍耐力在2016賽季為F1提供的7種輪胎為例，如表3所示，其中干胎有5種，濕地胎2種，根據(jù)不同賽道和不同天氣狀況可采取不同輪胎組合策略：1.針對(duì)街道賽的輪胎策略。諸如摩納哥等街道賽道，相對(duì)于封閉式的公路賽道而言，路面摩擦系數(shù)較低，各車隊(duì)采取“極軟胎+超軟胎+軟胎”組合以提高賽車與路面之間摩擦力；2.針對(duì)積水賽道的輪胎策略。在賽道有積水時(shí)使用光頭胎會(huì)產(chǎn)生“水漂效應(yīng)”，從而降低賽車的操控品質(zhì)，各車隊(duì)通常采取“雨胎+半雨胎”組合?；y較淺的半雨胎的排水效率可達(dá)到20L/s,而花紋較深的雨胎可以達(dá)到60L/s。半雨胎與雨胎的組合能迅速排空車輪與地面間的積水，保證輪胎接地面積。3.針對(duì)排位賽的輪胎策略。車隊(duì)在排位賽中為取得更加優(yōu)異的成績，往往會(huì)選擇較軟的中性胎和軟胎，在對(duì)輪胎磨損要求較低的排位賽中，這種輪胎組合能夠?yàn)檐囀痔峁┳銐虻牡孛婺Σ料禂?shù)以提高最快圈速。

表3 2016賽季倍耐力提供的輪胎種類

三、對(duì)一級(jí)方程式賽車發(fā)展的趨勢(shì)分析

(一)競技性逐漸增強(qiáng)

競技性是體育比賽具有特殊觀賞性的源泉。近年來，針對(duì)F1品牌影響力減弱、收視率下降的現(xiàn)實(shí)，國際汽聯(lián)在賽車技術(shù)方面進(jìn)行了可謂是大刀闊斧的改革。從最初對(duì)絕對(duì)速度的追求——絕對(duì)追求速度，到限制速度保證賽車安全，再到增加超車機(jī)會(huì)以提高觀賞性，F(xiàn)1賽車運(yùn)動(dòng)在高強(qiáng)度比賽下的強(qiáng)大競技性逐漸得以重新發(fā)揮。競技性的提升主要表現(xiàn)在桿位的爭奪日趨激烈、比賽中超車數(shù)量增加、車隊(duì)總冠軍和車手冠軍分布更加離散化。導(dǎo)致這種趨勢(shì)的技術(shù)層面因素有：1.引擎動(dòng)力性能參數(shù)的下降和以ERS為代表的輔助動(dòng)力系統(tǒng)的介入。全新的引擎動(dòng)力形式將各大車隊(duì)拉向了同一起跑線，傳統(tǒng)強(qiáng)隊(duì)在引擎技術(shù)方面的優(yōu)勢(shì)被逐漸削減，各大車隊(duì)面臨著同樣的、新的技術(shù)難題。車手對(duì)新型動(dòng)力系統(tǒng)的適應(yīng)程度也有顯著性差異，這是各自不同的駕駛風(fēng)格所決定的。例如，前世界冠軍邁克爾舒馬赫的駕駛風(fēng)格較為平和，而曾經(jīng)同為法拉利車隊(duì)隊(duì)友的阿隆索則偏愛更加激進(jìn)的駕駛風(fēng)格，這也導(dǎo)致其多次引擎爆缸事故發(fā)生。而ERS的應(yīng)用在此基礎(chǔ)上使賽車在某一賽段獲得突然性的動(dòng)力提升，增加了車手超車的可能性，增加了比賽變數(shù)；2.以DRS為代表的空氣動(dòng)力部件的變遷和輪胎技術(shù)的變革。近10年來空氣動(dòng)力學(xué)部件規(guī)格的改革結(jié)果是賽車獲得的下壓力呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)。FIA在空氣動(dòng)力部件方面的改革不僅局限于部件規(guī)格層面，更是細(xì)致到了比賽中車手對(duì)氣動(dòng)部件的使用，規(guī)定只允許在特定賽段，且賽車與前車的時(shí)間差在1秒內(nèi)時(shí)才能觸發(fā)DRS，而前車卻不能用DRS進(jìn)行防守。嚴(yán)格的制造、安裝規(guī)則和繁雜的使用規(guī)則的目標(biāo)相同，就是增加賽事競技性。在理論上，處于同技術(shù)水平條件和相同輪胎磨損情況下的兩輛賽車，后車會(huì)獲得比前車大得多的速度優(yōu)勢(shì)。

(二)節(jié)能環(huán)保趨勢(shì)凸顯

從賽事舉辦伊始，F(xiàn)1就被譽(yù)為是最為“燒錢”的運(yùn)動(dòng)，單是每場(chǎng)賽事每輛賽車的燃油消耗就在150公斤以上。為減緩全球氣候變暖趨勢(shì)，各國開始限制以二氧化碳和氮氧化合物為主的溫室氣體排放，F(xiàn)1比賽極高的燃油消耗和尾氣排放顯得與節(jié)能環(huán)保理念格格不入，也招致環(huán)保組織的口誅筆伐。但不可否認(rèn)的是，F(xiàn)1賽在節(jié)能環(huán)保方面的努力的確有目共睹：據(jù)FIA官方統(tǒng)計(jì)，低排量新引擎的應(yīng)用和ERS系統(tǒng)的成功研制使得賽車的燃油效率比之前提高了35%，同時(shí)按照賽會(huì)規(guī)定添加至少5.57%的生物燃油成分，有效減少了碳排放。這種跡象顯示，F(xiàn)1賽車運(yùn)動(dòng)本身正在進(jìn)行積極的自我調(diào)整，以適應(yīng)低能耗、低排放時(shí)代的到來。節(jié)能環(huán)保目標(biāo)不是一朝一夕可以達(dá)到的，必須通過一代代賽車工程師、設(shè)計(jì)人員的共同努力，通過逐項(xiàng)技術(shù)壁壘的克服和理念的創(chuàng)新來實(shí)現(xiàn)。

在改進(jìn)已有技術(shù)的同時(shí)，F(xiàn)IA還斥資建立了一項(xiàng)“純綠色”的運(yùn)動(dòng)——電動(dòng)方程式。電動(dòng)方程式的賽車不論在理論技術(shù)還是制造工藝方面都與現(xiàn)如今的F1有著密不可分的聯(lián)系：車身造型類似于F1賽車，由法國斯帕克賽車公司統(tǒng)一制造，電機(jī)(MGU)和控制單元(GCU)由邁凱倫電子提供，底盤和空氣動(dòng)力學(xué)套件由意大利達(dá)拉拉公司打造，制動(dòng)系統(tǒng)來自Alcon，變速箱由Hewland提供，電池則來源于威廉姆斯車隊(duì)旗下的Williams Advanced Engineering。電動(dòng)方程式賽車與F1賽車不同的是，采用18寸的大輪轂，由40塊鋰電池提供全車動(dòng)力，駕駛員加整車重量達(dá)到800公斤。但268馬力的最大功率、240km/h的最高時(shí)速、不足3秒的百公里加速時(shí)間意味著其性能絲毫不亞于F1賽車。FIA希望通過該賽事促進(jìn)電動(dòng)汽車技術(shù)的發(fā)展，特別是電池技術(shù)的進(jìn)步，這在一定程度上也是在探索F1賽車運(yùn)動(dòng)的未來。

(三)賽車科技含量進(jìn)一步提升

可以說，一部F1賽車就是集諸多高新科技于一身的產(chǎn)品。筆者在文中已經(jīng)羅列了近年來在F1賽車上發(fā)展迅猛的高新技術(shù)，如新型引擎技術(shù)、ERS系統(tǒng)、DRS系統(tǒng)等的應(yīng)用。實(shí)際上，在F1賽車上存在的“黑科技”遠(yuǎn)不止于此。首先，在材料研發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料底盤[8]的引入和碳纖維“三明治”單殼體座艙的廣泛使用極大提高了賽車的安全性。其次，在賽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域,Pro-E、ANSYS、CFD[9]等一大批計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用，在提高部件設(shè)計(jì)能力的同時(shí)，也在一定程度上減少了車隊(duì)在空氣動(dòng)力部件研發(fā)上的資金投入。最后，先進(jìn)的賽車遙感和賽場(chǎng)通訊技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為車隊(duì)和車手之間的溝通搭建起了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)橋梁，車隊(duì)運(yùn)用傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析、跟蹤賽車實(shí)時(shí)狀態(tài)也成為可能。

在過去的幾十年中，F(xiàn)1不僅僅是作為一項(xiàng)世界性的賽車比賽而存在，更為重要的是，它一直引領(lǐng)著汽車制造產(chǎn)業(yè)的技術(shù)革新。各大車隊(duì)為獲得好的名次競相投入大量資金和人員進(jìn)行技術(shù)研發(fā)。而從F1賽車研發(fā)領(lǐng)域下放的技術(shù)，極大地改變了民用汽車制造業(yè)的格局，使高新技術(shù)更多地惠及民用汽車，例如渦輪增壓和雙離合變速器技術(shù)、混合動(dòng)力技術(shù)、線傳操控技術(shù)等等。F1賽車先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念、澎湃的動(dòng)力表現(xiàn)、謹(jǐn)慎的車輛調(diào)教、出眾的駕駛安全性，無一不影響著民用汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域。環(huán)保機(jī)構(gòu)對(duì)F1賽事前景的看衰并沒有令其止步于現(xiàn)有技術(shù)而走向消亡，節(jié)能環(huán)保理念反而倒逼了F1賽車技術(shù)的升級(jí)，在可預(yù)見的未來，筆者相信F1賽車運(yùn)動(dòng)會(huì)繼續(xù)引領(lǐng)汽車技術(shù)的進(jìn)步。

小 結(jié)

在簡單介紹F1賽車運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)上，從動(dòng)力性、操控穩(wěn)定性、燃油經(jīng)濟(jì)性和制動(dòng)性方面對(duì)近十年來F1賽車上出現(xiàn)的技術(shù)變革進(jìn)行匯總，從技術(shù)角度得出F1賽車運(yùn)動(dòng)的發(fā)展趨勢(shì)是：競技性日益增強(qiáng)，節(jié)能環(huán)保趨勢(shì)凸顯，賽車科技含量進(jìn)一步增加。

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ResearchontheDevelopmentofFormulaOneRacingBasedonTechnologicalChange

HU Shuai1,XIN Yun2,SHEN Shi-Ming1，HAN Meng-Jiao1

(1.Institute of Physical Education，China West Normal University，Nanchong 637002,China;2. Automotive Engineering Research Institute,Guangzhou Automobile Group Co.,Ltd,Guangzhou 510000,China)

The paper uses the method of literature and logical analysis to explore the development trend of Formula 1.Based on a brief introduction of Formula 1,the paper makes a classification and summary on technical changing from 2005 to 2016.From aspects of power,fuel consumption,handling stability and braking,the paper analyzes the effect of technological progress on Formula One. Conclusion:From the view of the application of technology,gradual increasing of sports’ competitive,saving of energy and environmental trends,enhancing of the scientific and technological content are the main development trend of formula 1 in the future.

F1； automobile racing technology

G872.1

A

1009-9743(2017)04-0098-07

2017-06-21

1.胡帥，男，漢族，山東濰坊人，西華師范大學(xué)體育學(xué)院在讀碩士。主要研究方向：體育教育訓(xùn)練、體育產(chǎn)業(yè)。2.辛運(yùn)，男，漢族，山東濰坊人，廣州汽車集團(tuán)股份有限公司 汽車工程研究院工程師，主要研究方向：汽車車身研究。1.通訊作者：沈時(shí)明，男，漢族，安徽合肥人，西華師范大學(xué)體育學(xué)院教授、碩士生導(dǎo)師。主要研究方向：體育教育訓(xùn)練學(xué)。1.韓夢(mèng)姣，女，漢族，湖北宜昌人。西華師范大學(xué)體育學(xué)院在讀碩士。主要研究方向：體育人文社會(huì)學(xué)。

10.13803/j.cnki.issn1009-9743.2017.04.018

趙峰)