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国庆假期的F1赛车界,大家都被一个重磅新闻吓到了——本田正式宣布将于2021年末退出F1,与红牛和小红牛车队的合作关系随之宣告结束。这不仅给处于改革上升期的F1当头一棒,同时也给我这个十几年的F1车迷一个新的思考:在汽车智能化和电动化愈演愈烈的今天,赛车运动该如何改革,才能不被参赛厂商和车迷观众所抛弃?
本田曾四度参与F1,参赛历史最早可追溯到1964年,但其作为F1车队的参赛成绩其实并不亮眼,作为F1引擎供应商参与F1显然更加顺风顺水。1983-1992年是本田引擎在F1最辉煌的时期,使用本田引擎的威廉姆斯车队与迈凯伦车队分别在1986-1987年和1988-1991年拿下了世界冠军,而1987-1991年也拿下了5个车手世界冠军,其中就包括了“车神”埃尔顿·塞纳的3个冠军头衔。
回到涡轮混动引擎时代,本田在2015-2017年为迈凯伦提供引擎,但这段合作关系可谓糟糕。这段时间受制于迈凯伦极端的车架设计,本田的动力单元要速度没速度、要可靠性没可靠性,更是把为了赌一把本田引擎而转会迈凯伦的费尔南多·阿隆索活生生逼成了围场大活宝。2015年他在日本铃鹿赛道上的那段著名语录“GP2 Engine!”到现在还被传为佳话,但在日本乡亲父老前如此吐槽,恐怕是伤透了本田工厂里所有人的心。
2018年迈凯伦与小红牛的引擎供应合同交换成了本田动力单元的转机,在与小红牛合作一年后,红牛车队也使用了本田动力单元。这一次本田动力单元终归走上正轨,到目前为止,本田动力单元为红牛和小红牛共带来5次分站胜利。本田的动力单元绝对动力输出现在已经排名围场第二,一切都在向好的地方发展,但是本田这次为什么选择急流勇退呢?
让我们回到F1现在使用的动力单元的规则上。现在的动力单元规格是从2014年就开始使用,主要分为6大部件,分别是内燃机、动能电机、热能电机、电池、涡轮增压器和控制系统。其中热能电机是这套动力单元的技术难点,其与涡轮增压器同轴,在内燃机低转速时驱动涡轮增压器强制向内燃机压入空气,减少涡轮迟滞;而在减速时涡轮增压器驱动热能电机转子为电池充电。目前F1动力单元热效率可达到50%,这个热能电机功不可没。但由于热能电机紧挨涡轮增压器并与其同轴,热能电机极易被内燃机尾气加热,再加上本身充放电产生的热量,热能电机较易被烫坏。在目前的F1动力单元部件配额中,热能电机仍是单赛季使用配额数最多的部件之一,达到了3个。这表明热能电机无疑是这套动力单元中成本最高的部件。
由于热能电机成本高且可靠性差,各大厂商在很长一段时间内都不敢将其用在量产车上,有关下一代动力单元取消热能电机的呼声便不绝于耳,其中便包括了本田。但是F1规则修订有一个非常奇怪的规定——规则修订需要车队和引擎供应商投票决议一致通过才可实施,这便导致了规则修订被车队利益绑架。目前围场最强动力单元供应商——梅赛德斯肯定是坚决反对这一决议的,作为2012年就开始提前研究当下的引擎规则,并在当下规则中玩得最6的引擎供应商和车队,他们怎么可能轻易出让自己的竞争优势?所以在2022年新的车架和空气动力学规则面世之时,现有的动力单元规则只能沿用到2025年。
对于本田而言,短时间内想借着规则修改和梅赛德斯一决高下的机会没有了。而本田想要立足当前的技术框架去追赶梅赛德斯难度非常大,梅赛德斯从2012年起动力单元基本没出差错,而本田从2018年起才步入正轨。他们要花4年的时间补别人6年的研发成果,在本田眼里看来这么做性价比其实不高。而且在每车队每年1.45亿美元的预算限制下,一旦科技树点错了,研发走歪了,一切的投入都将打水漂——就像现在的法拉利引擎一样。(注:法拉利在2018-2019年通过特殊方式骗过了官方的燃油流速传感器,获得了动力单元优势。但2019年末FIA发现后法拉利与其达成了非公开协议,禁止其使用该技术,从此法拉利引擎表现一落千丈。)而且现在F1动力单元所使用的技术,已经部分偏离了量产车电动化的趋势。
本田退出F1所折射出的问题其实由来已久,在很多赛事中厂商参赛热情越来越低,车迷观众也受够了一家独大的比赛。赛车该如何改革才能让重新点燃厂商和车迷们的参与热情?不妨让我们回归赛车运动的本源,思考一下厂商为什么要参与赛车运动。
厂商玩赛车其实就是两大目的,一个是在参与赛车的过程中积累量产车研发经验,将赛车中经过检验的技术运用到量产车中,二是通过赛车宣传自身品牌或者是品牌旗下的车型。两种参赛目的会将未来的赛车往不同的发展方向推进,那首先来谈一下以技术研发为主的赛车。
现在无论是传统汽车厂商还是造车新势力,都在大手笔投入电动汽车和无人驾驶汽车。因此电动赛车和无人驾驶赛车项目应运而生。其中电动方程式(Formula E)是电动赛车中历史最悠久的,同时也是最成熟的,目前为止已有9大厂商12支车队参赛。到了2021年,电动方程式将晋升为世界锦标赛,与目前的F1平起平坐。这项目前仅进行了6个赛季的年轻赛事,为什么会在如此短时间内受到厂商的热情追捧?
原因可以归结为两点——“把钱花在刀刃上”和“循序渐进”。
在电动方程式规则中,即使赛车动力单元由各车队自主研发,但最大功率输出都被限制在250kW,统一提供的电池容量为52kWh,比赛时长为45min+1圈。由于电池电量的限制,在所有比赛中车手均不能全程满功率冲刺,他们需要通过滑行和操控电量回收拨片(效果和别克微蓝7上面那个拨片一样的,但提供无级控制)管理电量,从而让赛车在具备速度的同时使用有限的电量完成比赛。这就让提高赛车的电量转化效率成为了研发重点。
现在的量产纯电动汽车大多都逃不掉里程焦虑,这其中的原因就是电池的能量密度和充电速度迟迟得不到飞跃性的提升。在车企缺乏自主电池研发能力的情况下,想要进一步延长纯电动车的续航里程,只能着手提升动力系统的效率。让有限的电量尽可能地支持汽车跑得更远,在当下的技术水平这是比堆电池或者提升电池能量密度更有效的方法。
电动方程式便很好地贯彻了这一点——使用效率更高动力单元的赛车,就能在赛道上保持更长时间的全电门状态,从而在比赛中跑出更好的圈速并拿下胜利。这和大部分厂商目前的研发重点是一致的,厂商自然愿意花钱参加比赛。而运营一支电动方程式车队,最低可去到单赛季3400万欧元,而且作为核心技术之一的软件,能以极快的速度在量产汽车上完成技术转化,这样的投资极其高效,就叫“把钱花在刀刃上”。
Roborace现正使用的赛车DevBot2.0,依然保留了驾驶舱
一项初创赛事不能一开始就把参赛门槛拔得很高,这样只会吓跑想要参赛的制造商和车队。所以电动方程式在6年的历史中是逐渐放开技术研发限制的,这就能让参赛车队以较低的成本熟悉比赛流程、度过比赛磨合期,找到竞争力。同时,电动方程式所使用的技术,与当时的科学技术发展高度匹配,不会过于超前,以进一步控制成本。电动方程式赛车目前所用的索尼电芯能量密度仅为135Wh/kg,放眼目前的量产车市场比它高的电池遍地都是。但考虑到电动方程式赛车长时间高功率充放电的工作状态,以及一套电池组要用一个赛季的规定,这样的能量密度也算是相当不容易。如果急于追求电池能量密度,在电动方程式目前的工况下,为了避免性能大幅度衰退可能需要2-3站比赛一换,这也不利于控制成本。所以循序渐进,稍超前于科学技术发展水平,也是电动方程式得以成功的法宝。
完全没有驾驶舱的Robocar将在不久的将来投入使用
而在无人驾驶赛车领域,受限于目前FIA旗下并没有较为成熟的无人驾驶赛车赛事,汽车制造商多会与大学生无人驾驶方程式车队合作,以赞助商或技术合作伙伴的身份参赛。当然,首项无人驾驶赛车赛事Roborace即将进入到测试赛季阶段,这项赛事究竟能运营得如何还需要时间观察。但是无人驾驶赛车对于进一步研发自动驾驶技术具有重大意义。无人驾驶赛车所需要的极限状态下的精确操控和快速反应能力,理论上能用于自动驾驶系统中的快速避险,对避免鬼探头/加塞会起到非常大的作用。我们的ICT300智能汽车横评中对于驾驶辅助系统的测试项目就包含了鬼探头/加塞的工况。
所以对于汽车制造商而言,一项赛事如果能够给予他们在汽车研发上的试验空间的话,厂商自然会将资金投入到比赛中。有厂商比赛,自然就会有激烈的比赛,吸引更多车迷参与。
当然并不是所有厂商参赛都是为了捣鼓新技术。比如领克推出了领克03之后,想把它塑造成钢炮运动车的形象怎么办?把它改装成TCR赛车,去参加WTCR和各地的TCR系列赛就可以了。事实上诸如TCR、GT这样以量产车为基础或赛车造型与量产车接近的赛车项目,其主要目的还是宣传品牌或旗下车型,他们的技术并不是顶尖的。比方说WTCR赛车在量产车基础上进行改装,2.0T发动机最大功率320PS上下,很多钢炮量产车的发动机都可以直接用在赛车上了(如本田思域Type R)。那么对于这类比赛而言,如何让比赛更加激烈,吸引更多受众群体就成为了最重要的问题。
要解决这样的问题同样有两条路可走,其一是通过性能平衡(BoP)尽可能拉近不同赛车的性能差距,其一是使用更多的统一部件,压缩研发空间。首先我想跟大家聊一聊性能平衡的原理及其背后的商业逻辑。
WTCR性能平衡表
在同一规则框架下的赛车都需要通过认证和赛道测试,赛会会根据不同赛车在测试台架和赛道上的圈速对赛车进行性能平衡。一般来说可进行调整的参数有车重、离地间隙、引擎进气口尺寸、涡轮增压压力等,对于耐力赛还可以调整加油管尺寸等参数。一般来说性能平衡不会将所有赛车的参数调整到完全一致,而是调整参数使得赛车性能接近。因此我们可以从性能平衡表中看到不同的赛车性能平衡参数是存在差异的。
另外性能平衡参数并不是一成不变的,在不同的比赛中,赛会会根据不同的赛道特性和不同赛车的结构和操控特性对性能平衡参数进行调整。这在GT跑车类比赛比较多见,因为GT跑车的布局非常丰富,虽然同为后驱赛车,但引擎布局上前置、中置和后置都有。这就导致在某些赛道上前置引擎赛车比较吃香,而到了另一些赛道后置引擎赛车会占据优势,因此需要平衡各种赛道布局中赛车的性能。
将于2022年面世的WEC/IMSA LMDh规格赛车,在与量产车更加接近的外表下是一具成熟的LMP2底盘
那么在商业上性能平衡如何起作用?厂商投入资金研发赛车,为了能让赛车跑得更快,厂商肯定会投入更多的资金。但是如果投入资金太多,赛车跑得太快,却容易在性能平衡中遭到性能削减。所以厂商只会适度投入资金进行赛车研发,赛车比赛便不会演化成为“军备竞赛”。另外,绝大部分使用性能平衡的赛事中没有厂商车队参与,厂商通过将赛车出售给私人车队,由私人车队运营赛车,这意味着赛车售价不能太贵。所以赛车研发的程度也是有限的。
Super Formula统一使用Dallara SF19车体
至于统一规格部件就很好理解了。一方面统一规格部件相对于自研部件产量大得多,更容易分摊成本;另一方面统一规格部件禁止厂商和车队升级,也为参赛者节省了成本。像美国的IndyCar、日本的Super Formula除了引擎外基本都是统一规格部件。
一切的一切,都是为了能让厂商通过赛车打广告,宣传品牌和车型的价格更便宜、更实惠。
那么在现在的环境下,F1该走向何方?F1作为全球速度最快、科技含量最高的赛车比赛,他们是不可能主动把这个头衔丢掉的,无论是车队、厂商还是车迷都不愿意看到越来越多的统一规格部件出现在F1赛车上,或是人为方式限制某辆赛车的性能。所以他们转到了另一条道路——通过严格执行的预算帽制度限制车队投入的资金。
在2019年,梅赛德斯为了车手总冠军和车队总冠军所付出的资金是4.3亿美元,而红牛车队也投入了2.37亿英镑。在1.45亿美元的预算帽下,两家车队的开销将会少一半有余。这看起来是一件好事,但梅赛德斯动力单元的基础摆在那,在2025年前想要用有限的资金追上梅赛德斯动力单元的水平并不容易。
因此只能寄希望于2026年开始启用的新一代动力单元了,好消息是本田的退出加速了国际汽联和各支车队对于新一代引擎规格的考虑。据外媒报道,国际汽联和10支车队代表将在下周进行的葡萄牙大奖赛上商讨是否将新一代引擎提前引入。据悉,摆在各支车队面前的将是两个选项:
Achates Power对置活塞二冲程发动机
1.直接在现有动力单元上进行进一步简化,使用统一的动能电机和动能回收系统,昂贵的热能电机将被弃用,引入全新的人造生物燃油,最早在2023年即可启用。
2.打造一款全新的动力单元,其中内燃机将可能使用对置活塞式两冲程结构,热效率将达到50%,同样使用人造生物燃油,保留混合动力系统。
对于F1而言,方案1固然是一个更好的缓解燃眉之急的办法,但是在无法吸引新的厂商加入的情况下,F1的引擎科技含量却在一定程度上出现了退步。而对置式二冲引擎虽然较少使用,但其热效率更高,同时做工频率更快,声浪更加悦耳。虽然两冲程引擎风险更大,但只要能提出行之有效的控制成本方案,同时防止参赛厂商“抢跑”研发引擎(梅赛德斯就是通过这样的方式缔造如今的引擎帝国的),二冲引擎就能带来新的参赛厂商,带来更精彩的比赛。但无论如何,可再生燃料的引入将会在环保层面上拉近与电动赛车的距离,从而为2030年F1实现碳中和打下基础。
F1作为一项拥有70年悠久历史的赛事,其锐意创新的精神贯穿其整个历史。而正处于改革的十字路口的F1,此时正需要抛弃历史的包袱,除了新的引擎规格,诸如倒序发车、车迷通过社交媒体参与比赛等新的比赛形式,都会让F1变得更好看、更精彩。(文:太平洋汽车网 赵信杰)
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