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赛车入门
赛车入门 ─ 赛车空气力学
近年来，赛车的极速与过弯能力日渐增进，除了引擎性能的改善外，空气力学的发展更是功不可没。从1960年代开始单座位赛车的性能开始因为引进扰流翼而大增。自1968年起，F1车队开始实验以粗糙的空力设备来增进轮胎在赛道上的抓地力。而这些初期的设计是非常简陋而且脆弱的，常常于比赛时自赛车上掉落，还造成许多意外。
经过30年长期的发展，现在，空气力学已是赛车设计中最重要的一个部分，这一点我们可以从1991～1997的Williams车队与1998～2001年的McLaren车队，他们的赛车都是由同一个人所设计可以看出，而这个人就是鼎鼎大名的Adrian Newey。
扰流翼是如何运作
在F1赛车上所使用的扰流翼其实基本原理与飞机的机翼是相同的，只不过飞机的机翼是产生向上抬升的力量，而赛车的扰流翼则是要产生向下压制的力量。根据图示1，这是飞机机翼的剖面，当空气流经机翼时，由于通过机翼上方的气流所行走的距离较长，下方的较短，因此翼面上方的空气压力降低，相对的翼面下方较大，所以产上向上抬升的力量，而且速度越快压力差越大；所以如果把机翼倒过来，就是简单的赛车扰流翼了，效果也就相反，则产生向下压制的力量，通常我们叫做下压力（Downforce）。
当气流通过了赛车时，空气会因为赛车上的各种形体变得混乱而形成一种阻流（Drag），尽管这个力量与下压力相较是很小的，但会严重地影响赛车的极速与引擎的油耗，因此Drag对F1赛车来说非常重要，所有暴露于气流中的形体最好都是要流线型的，最明显的例子就是现在的悬臂，它们已被做成翼状，虽然上下两面是一样的，但这可以减少赛车在高速时由悬臂所产升的阻流（Drag），所以大概在同样的路段中，现在的悬臂产生阻流的机率会比过去的少10次以上。
空气力学悬臂为什么产生较少的阻流，是因为外观比率的关系，当赛车以高速行进时，圆柱体的悬臂（图二A）会让分开的气流无法保持一定的行径，而在悬臂周围流窜，结果悬臂的前后产生不同的气压，如此一来加大了阻流的产生。而空气力学悬臂（图二B）会让气流较能保持一定的路线而降低前后气压差别的增加，也就减少了阻流。除此之外，悬臂表面的摩擦力亦能左右阻流的产生，但是比起悬臂的形状小得多，也就是说如果气流无法顺畅地通过悬臂，就会产生阻流。
其实大家想要简单地了解上述的状况到底是怎么一回事的话，可以试着在车辆高速行驶时将手掌伸出车外，当你手掌向下平放时，你可以感觉到手掌被气流抬起；反之，手掌向下，你可以感到手被气流向下压，这就是下压力（Downforce）的作用；而当你手掌朝前然后握紧拳头，会在手背感到一些气流在扰动，这就是阻流（Drag）。
循迹控制系统TCS（Traction Control System）约是在'90年代初期发展出来的电子系统，在'94年之前可合法使用这项系统，然后连同ABS与主动式悬吊全都遭禁用，后来Senna的死则引发这些高科技设备的争论。直到去年赛季传出有一支车队秘密地使用TCS，可是FIA却找不出证据，因此担心不公平的秘密使用会造成反弹，倒不如开放大家一起装置这项配备以求公平。
循迹控制系统的原理是在轮胎打滑时，包括了起跑、过弯、下雨天等等的情况，利用各式各样的方法来降低扭力的输出，让轮胎重新获得抓地力，进而让车手能够控制赛车，将动力发挥到最极限，并增加赛车速度。而降低扭力的方法有油门的控制、点火延迟、或是关掉数个汽缸的点火或供油系统。
由于传动轮在加速时会超过50g，所以降低惯性所需的反应要非常快速，但是利用油压电子油门控制需要30毫秒，反应时间不够快；延迟点火又有耐用度的问题；因此现行的循迹系统是利用装置在轮胎处的感应器来侦测轮胎状况，当轮胎打滑时计算机就会降低引擎输出功率，通常是数个汽缸不点火，或是在供油程序下功夫，让轮胎停止打滑，以降低车辆因为轮胎打滑所造成的失控状况，进而增加赛车速度。
不过现在的循迹控制系统可不只是那样简单，随着电子技术的进步，现在计算机已可以做出较过去更为顺畅的循迹控制，不只是单纯地点火与供油而已，目前的程序技术已可让赛车在即将打滑时就开始做动循迹系统，保持在最大摩擦力的边缘，得到最佳的引擎动力运用，以最近Coulthard对这项系统所做的评论为例，他说：循迹控制不只有在慢速弯道中有帮助，在高速弯中也有所助益。系统不只会在打滑的时候做出补偿的动作，就当车辆正开始滑动时就会出现。过去要以时速120mph半油门方式过的弯，搭载循迹系统之后，可以125mph全油门的方式通过。
许多F1专家预言循迹控制系统这项电子辅助驾驶系统，将会改变目前的F1生态，但世界冠军M.Schumacher却持相反的看法，他说：循迹控制系统是预防突如其来的引擎动力而产生的轮胎打滑现象，这表示动力表现将会更平顺，赛车的速度将会更快，不过这是一个非常小的改变
M.Schumacher认为大车队在发展循迹控制系统上具有很大的优势，像是Ferrari与Mclaren，而且他很有自信的表示，Ferrari的循迹控制系统至少会像大家所做出来的一样好。他说：我们的系统会比其它车队好？这是很有可能的，因为我们有最好的工作团队，在技术上有一定的优势。我们为了这个系统工作了很长的时间，刚开始我们觉得没办法完全地准备好，因为这套系统牵涉的不仅仅是引擎，还有差速系统、变速箱与启动装置
而Ferrari车队也在不久前传出利用控制变速箱的换档时机，来达到类似循迹控制的效果，原本这对Ferrari来说是个很好的优势，但重新开放循迹控制系统之后将化为乌有。Ferrari发展出一套合法的循迹控制系统，由于FIA 2001年对于变速箱规定允许最大换档时间间距为200毫秒，却没有设定最小值，但Ferrari的新变速箱，可在不可思议的30毫秒内完成换档动作，这也就表示他们还有170毫秒的时间来做循迹控制，这就是Ferrari合法循迹系统的关键，这也难怪他们在赛季前坚决反对循迹控制系统重新回到F1，原来他们早另有准备
循迹控制系统自西班牙站正式开放之后造成很多的问题，由于大家在这方面都缺乏经验，不论是计算机程序设计人员、技术人员或是车手，甚至是FIA的规范制订等等，都处于学习阶段，所以常常出麻烦似乎是很正常的事情，但是却也因此引发安全性的问题，像奥地利站起跑时有四位车手因为包含在循迹控制系统中的起跑控制系统发生问题，或是车手的操作错误而停在原地，以F1的性能来说，起跑时有人停在原地是非常非常危险的事情，或许有许多读者看到Hakkinen被困在起跑点挥动着双手的画面而觉得有趣，但事实上那是非常恐怖的经验。不过起跑控制系统的效率非常地好，如果它正常工作的话，起跑的速度会比车手自己控制到最好还佳，根据Jordan车队的报告指出，在比赛中采用起跑控制系统是非常有效果的，他们的数据显示，使用起跑控制系统的Jordan EJ11赛车可在4.3秒内由0加速到100英里，但是没有使用起跑控制系统时却需要4.8秒，这就是为什么Coulthard在经历那么多的失误之后仍坚持使用起跑控制系统的原因
除了起跑控制系统之外，在自动变速箱的控制程序上也出了不小的问题，从西班牙站开放循迹控制系统以来，反而时常看见一些犯错不多的车手打滑、撞车，原因是全自动的变速箱程序设计上的问题，换文件程序在某些弯道换错档位，导致打滑，或者是循迹系统停止动作造成车手油门过度而打滑，这些都是程序设计经验不足所造成，
F1的自动变速箱程序可不是像一般房车那样简单，换档时机的选择非常地重要，更可不是像电动玩具那样到达多少转速或速度时就会自行升、降文件，程序必须要考虑除了转速、车速之外，变速箱齿比、车手习惯、赛道特性、循迹系统的做动等等，而且F1的换档反应必须快速且敏感，才能发挥最高的效率，不过还是可以由车手来控制档位
另外一些车队技术部门的首脑人物正在忧心，全然开放的引擎电子系统将会缺乏完善的规范，在这个周末的西班牙站，各车队都将揭去过去八年一直限制着的引擎电子系统封印，循迹控制系统、全自动变速箱、起跑控制系统重现江湖。引擎的差速也将能够藉由电子系统来控制，但是车队的技术首脑表示，开放这个系统应该要有更明确的规范，因为他们可以利用这个来做扭力转向装置，也就是说车手的作用将降到最低。
Benetton车队技术总监Mike Gascoyne表示，我们要有更明确的规范，我们还是希望车辆的转向工作是由车手控制，如果有了扭力转向装置，事情就不是这样了。
Ferrari车队技术总监Ross Brawn也对这个主题表示忧虑，他说：全然地开放电子系统，将会使得F1未来吵闹不休。我不认为人们完全了解，释放电子系统的封印所牵涉的效应会有多广。或许我们可以说开放电子系统能使引擎、变速箱、差速系统及离合系统达到我们预期的效果，但这是非常广大的范围。我想我知道未来将会有什么样的冲击，但是事实上可能会有两倍，甚至三倍于我想象的未来会向我们袭来。
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2004-09-09 19:32:05
