一級方程式賽車 (F1) 的方向盤爲什麼需要那麼多按鈕?

一級方程式賽車 (F1) 的方向盤為什麼需要那麼多按鈕?

一級方程式賽車 (F1) 的方向盤為什麼需要那麼多按鈕?

因為F1規定,比賽中車隊不能通過無線通訊,向賽車傳輸任何數據(除了與車手的Team radio對話)。但反向是可以的,即賽車可以向車隊傳輸數據。

也就是說,車隊的工程師可以看到很多賽車發來的實時數據,但是他們無法遠程對車輛設置做任何的修改。比賽開始後對賽車的任何調整,必須由車手本人手動完成。這就是為什麼方向盤上有大量的按鈕。

經常在Team radio裡頭聽到一些莫名其妙的“Torque Ten”或者“Mode A”之類的暗語,以及一旦車出現了什麼奇怪的問題,車手會在Team radio裡頭無助地哭訴“What can I do ...?”原因都是這一條:比賽開始後,工程師只能看,不能動手,一切對賽車的修改,必須通過車手本人,以及這個強大的方向盤。

根據最新的消息(2014年9月11日),FIA開始嚴禁任何與“提升賽車性能”相關的Team radio,以保證車手是在“獨立地、未受到外界幫助地”駕駛賽車。這或許會導致方向盤上某些按鈕失去意義:因為這玩意確實太複雜了,許多很複雜的操作(比如那個MFRS)都是車手照著工程師的team radio來做的。如果這一類通話被禁,很可能在方向盤上保留那些車手弄不懂的按鈕也沒必要了

1. DRS: Drag Reduction System,減少空氣阻力系統(即可變尾翼)。按鈕。很好理解,就是啟動DRS的。DRS啟動後可以減小風阻,使車輛獲得更大的加速度和更高的最高車速,是為了鼓勵超車而引入的技術。當在DRS檢測點(每條賽道都只有一個或兩個檢測點)與前車的差距小於1秒時,才可以在本圈使用DRS。不過,每條賽道只有一段或者兩段特定的直道允許車輛使用DRS,而且,在比賽最開始的幾圈以及事故發生時,賽會會禁止使用DRS。

Sauber方向盤上還有一個小燈標註了DRS LED,猜測那盞小燈是用來指示現在是否可以使用DRS的(即與前車差距是否小於1秒,且賽會允許),而不是用來指示DRS是否已啟動的。

2. BRKBAL:Brake Balance,直譯是制動平衡,不過習慣上應該叫前後制動力分配。這是一個旋鈕(RSW,Rotary switch),也就是說有很多檔不同的制動力分配可以供選擇。

知道司機一腳剎車踩下去,四個輪子上的制動器會給輪子一個反向的力矩。左邊的輪子和右邊的輪子力矩一定是相等的,要不然車會跑偏,而前輪的力矩和後輪的力矩,卻不一定要相等。如果制動力矩太大,車輪會抱死,此時制動效果下降(來自地面的前後方向的作用力減少了),輪胎磨損加大(加很大),更重要的是地面幾乎無法提供側向力。對於民用車而言,這個分配的原則很簡單(雖然設計起來也很麻煩):當制動踏板踩太深輪胎抱死不可避免時,保證前輪先於後輪抱死。因為前輪抱死的後果是制動距離變長加上無法轉向(直著衝出去),後輪抱死的後果是甩尾失穩(這就嚴重了,撞護欄衝對面車道滾下山什麼都有可能發生,這就是為什麼ABS很重要,可是現在的F1沒有ABS)。詳細的力學分析請參見任何一本汽車理論教材。

為什麼F1的制動力分配需要調整呢,首先是隨著比賽進行燃油消耗,賽車的總重量和重心位置都發生了變化,前輪和後輪的磨損也會不同,因此需要調整。另外,更重要的是,賽車得追求極致,而賽道的不同彎道的最佳制動力分配是不一樣的,所以很多時候車手需要在同一圈內不停地調整制動力分配比。這也就是為什麼這個旋鈕位於最好操作的位置,車手手不用離開方向盤也可以調整它。

3. BBal-/BBal+:Brake Balance -/+,制動力分配微調。撥片。就是在BRKBAL旋鈕位置的基礎上,進一步微調前後制動力分配比。在Sauber車上,這是一個撥片(和換擋、離合器一樣),所以車手可以很方便地在不同彎道之間微調製動力分配。

4. BRK-/BRK+:Brake-/+,按鈕,用於切換兩套制動力分配參數:程序預設好的,和當前BRKBAL旋鈕指示的。它旁邊也有一個小LED指示燈。查了一下今年的規則,在賽車行駛中對制動系統的任何調整必須來自於車手的“direct physical input(直接物理輸入)”,也就是說,如果制動力分配有程序預設,那它必須是一個不變的固定值。

5. Prel:Preload,預先載入。旋鈕。這裡指的是使用某一檔程序預設的差速器設定,也是一個旋鈕。車輛在轉彎的時候左右輪輪速是不一樣的。如果這個輪子不是連在驅動軸上,那還好辦,把左右輪各用一個軸就好。可是如果這個輪子是驅動輪,也就說最終一定是要連接到發動機上的,問題就不那麼簡單了。好在偉大的機械工程師們發明了差速器,可以解決這個難題。但是,最簡單的差速器是沒有鎖止功能的,也就是說,有可能一邊輪子完全不轉(傳到這個輪子的轉矩幾乎是零),另一邊輪子則是空轉。於是有了限滑差速器,保證任何一個輪子能分配到一個大於零的最低轉矩,簡單說,比如,不低於30%的輸入轉矩。而這個限滑的具體參數,也是可調節的。顯然,如果要追求最佳的車輛性能,這個值與輪胎磨損、路面狀況都有關。

6. Entry:Entry應該指的是“入彎”,與之對應的Exit“岀彎”(不過在Sauber的方向盤上沒找到寫著exit的按鈕)。旋鈕。對於差速器而言,入彎(制動時)和岀彎(加速時)的最佳設置應該是不一樣的,這個應該是專門針對入彎時的差速器設定。梅賽德斯車的方向盤上有完全對稱的“Entry”和“Exit”差速限滑設置,而Sauber上只有“Entry”。

7. Diff-/Diff+:Differential-/+,差速器調節。按鈕。和“BRK-/BRK+”類似,是一個用於切換程序預設差速器設定和當前Prel旋鈕指示的差速器設定的開關。同樣它也有一個與之關聯的LED指示燈。

8. Box:Box就是進站,車手在確認本圈要進站的時候,會按下這個按鈕,這樣車隊在維修區就能收到信號。有人說不是有Team radio可以講話麼?要知道Team radio這玩意不太可靠,在比賽中壞掉是常有的事,這個按鈕應該就靠譜多了。而且當車手比賽中平均心跳高達170的時候,估計沒啥大事也不太願意張嘴說話。另外,遇上一些不喜歡說話的車手(比如Kimi),你跟他說他停站他根本不會理你。有個按鈕的話,他心情好時倒是可以考慮按一下。

9. Ack:Acknowledge,確認收到。按鈕。這個按鈕旁邊也些了個Yes。資料裡的解釋不是很懂,但可以肯定這個按鈕包含以下這個作用,就是向車隊回覆表示信息收到,即和打開team radio說一句yes一樣的效果。設置這個按鈕的原因參見上一條,通話功能會壞(是的,而且經常單向壞,一邊只能說一邊只能聽),每分鐘心跳170,注意力高度集中,懶得說話(而且說話還得按另一個按鈕)。

10. R:Radio,無線通信。按鈕。和車隊通話。方向盤中間有個白色的LED指示燈,用來顯示是否正在通話。

11. PL:Pit Limiter,維修區限速。按鈕。維修區通道有最高時速限制,超速會被罰。這個速度值通常是80km/h,但在摩納哥、新加坡等特殊的賽道,會降到60。這個速度不是靠車手看車速表來控制,而是由程序限定的。按下按鈕,限速啟動。

12. SOC: State of Charge,電池荷電狀態。旋鈕。SOC說白了就是電池剩的電量,0%是沒電,100%是滿電。對於當今F1這樣的“非插電式混合動力車輛”來講,SOC平衡是很重要的,要儘量避免“想用電時沒電”,或者“能充電時滿電”這類事件發生。方向盤上標著SOC的是個旋鈕,猜測這是用來設定“目標SOC值”的。畢竟在比賽中SOC不會是不變的,更底層會有更復雜的能量控制策略,而車手能控制的目標SOC就是車手希望的“SOC平衡點”,如果接下來幾圈要多用電,就先設高點,提前把電充起來,然後到了發力猛跑時再設低了,把電能給用掉。

13. OT:Overtake,超車。按鈕。按下去進入超車模式,發動機(可能還有電機)都會進入“高能耗高損耗高性能”的模式。所以在需要超車和防守時都可以用。可是別用太久,太久了要麼超油耗限制要麼減少部件壽命。如果車手按著這個開三圈,估計工程師會和他拼命。

14. N:Neutral,空擋。按鈕。如果要把車留下來讓別人推,掛上空擋是必須的。而為了防止車手在比賽中通過換擋撥片誤入空擋,掛空擋時需要按著這個按鈕,再撥降擋撥片。看Sauber的資料,它們的車在一擋或者二擋時,按住N鍵再降擋,都可以進入空擋。

15. Shift Up/Down:加減檔位用的換擋撥片。這個大家應該很熟了,許多高級運動型轎車也都可以選裝換擋撥片。

16. Clutch lever:離合器操縱桿。F1賽車的離合器基本只在起步時使用(換擋時不需要操作離合器)。起步時的離合器操作是手動的。方向盤後一般有左右兩個操縱桿,其實就是兩個撥片,兩個的效果是完全一樣的(這也是規則的要求)。鬆開是離合器結合,按下(其實是向駕駛員身體方向“撥下”)則是離合器分離。當左右兩個操縱桿位置不一致時,以"按下更深的那個”為準。所以車手起步的操作方式其實是:一隻手把離合器操縱桿撥到底,另一隻手把離合器操縱桿撥到大約半結合的位置固定不動。當紅燈滅比賽開始時,撥到底的那隻手迅速鬆開,這樣離合器會很快到半結合位置並維持在那個位置。車輛完成起步之後再鬆開半結合位置的那個離合器操縱桿。

根據網上的資料以及F1規則要求,推測離合器操縱桿很可能不是連續的,而是隻有若干擋,甚至可能只有三擋:全結合,半結合,全分離。半結合的那個點就是所謂的“bite point”。

17. BP:Bite Point,離合器半結合點標定。開過手動擋車的人都知道,起步時要把離合器維持在半結合點,待車速上來了之後再完全鬆開離合器。而這個半結合點的具體位置,和離合器磨損、工作溫度,還有執行機構的工作狀態溫度等等都有關係。這個點又對賽車起步時的性能起到極大的影響。所以為了找準這個點,需要在使用前專門標定。

其實標定倒是挺簡單的,這事兒都做過。當時做的那車的離合器執行器是個電機,所以只要給電機一個恆定的小電流,使其剛剛好可以推開彈簧讓兩個摩擦面接觸上,記錄下此時位置傳感器的值,就好了。當然,這個電流多大,怎麼算“剛剛好”,就有點講究了。反正那時要求不高,能用就成了。換成頂級賽事的賽車,恐怕就不行了。

18. Pedal:踏板map圖,旋鈕。這個就只能猜一下了:可能是調節油門-轉矩對應關係的map圖。即使在民用車上,同樣發動機轉速下,加速踏板和發動機轉矩也不是線性關係,在低轉矩區,甚至偏離線性很遠(“實際轉矩”遠大於“油門百分比”乘以“最大轉矩”)。這樣設置發動機是工程師們故意而為的,可以讓人開起來更舒服。這個map在F1賽車上或許可以實時調整。

19. Fuel:油耗旋鈕。噴油量多少通常是和加速踏板及發動機轉速相關的。如今F1比賽有嚴格的油耗限制,每場比賽100千克。需要省油時,同樣油門和轉速下,可以少噴一點油(當然也就會相應少一點轉矩)。尤其在全油門時,這麼做顯然是可以很直接地降低油耗的。所以車手可以通過這個旋鈕,調節賽車的瞬時油耗。

20. IGN:Ignition,點火,旋鈕。調節點火提前角的。對於發動機性能而言,點火提前角大概和噴油量差不多重要吧,它能影響輸出的轉矩、發動機工作是否平順、乃至噪音等等。所以這玩意也是可以實時調的。在比賽中具體怎麼調,也不清楚。

21. Oil:按鈕。把發動機機油油從輔助機油箱轉移到主油箱中。詳情就不知道了,網上資料說F1賽車的輔助機油箱一般也就有一兩升油,工程師會讓車手在必要的時候按下這個按鈕,讓這些機油也進入主油箱供發動機使用。

22. Tyre:輪胎設置,旋鈕。這個旋鈕的作用應該是告訴車輛控制系統當前輪胎的狀態,賽車控制器會依據這個狀態作相應的調整。賽車上沒有能感知輪胎磨損情況的傳感器,所以這個得靠車手手動輸入給控制器。至於控制器收到輪胎信息後具體怎麼調整,也不知道了,或許從噴油點火到踏板map圖都會變化吧。

這個旋鈕有以下幾擋:

(1)OPT DRY:option dry,較軟的那一款幹胎,底下再細分為綠黃紅三擋分別表示新胎、中度磨損和嚴重磨損。

(2)PRI DRY:prime dry:較硬的那一款幹胎,同樣有綠黃紅三級。

(3)INT:intermediates,中性胎,或者叫小雨胎,雨不大的時候用的,底下細分為綠紅兩擋。

(4) WET:大雨胎,同樣細分為綠紅兩擋。

另外Sauber這個車的Tyre旋鈕上還有一個小撥杆,寫著RL,rain light,雨燈,就是賽車後面那個一閃一閃的紅燈。在雨天及夜賽時,規則要求需要打開這個燈,讓後面的車手更容易知道前車的位置。猜測,這個燈在Tyre選擇到雨胎時是會自動打開的,而在夜晚比賽時則需要手動撥這個小杆兒。

23. 10-/1+:這是兩個按鈕,聯合起來的作用,就是可以用來輸入0-99之間的各種數字(當然,得按好多下)。這兩個按鈕是和一會要將的MFRS配合起來一起使用的。

24. MFRS:multi function rotary switch,多功能旋鈕。這基本上就是一個強大的萬能調試的旋鈕。旋到不同位置,再用10-/1+兩個按鈕輸入數字,可以調整更多參數。

這個旋鈕有以下幾擋:

(1)DIAG:不太清楚,似乎是恢復默認設置。是指diagnose,診斷。

(2)PREF:preference,設置發動機模式(不懂,或許是排位/正賽/無關緊要圈之類的)。

(3)ENG:engine,圖上說是限制發動機,猜可能是設置最高轉速。

(4)MIX:mixture,混合氣的意思,調節空燃比。

(5)TURBO:渦輪-增壓器相關的設置。

(6)VISCO:viscosity,差速器粘度,岀彎時的差速器鎖止設置(可能就是之前提到的某些其它車隊車上的“exit”)。

(7)BRK:brake,電機回收轉矩(或者功率)限制。

(8)BOOST:電機驅動轉矩(或者功率)限制。

(9)DASH:dashboard,儀表版設置(大概是亮度啊什麼的)。

(10)CC:cruise control,自動巡航,當然這個只是在測試的時候用的。

(11)SHIFT:換擋模式(不懂)。

(12)CLU:clutch,離合器半結合點偏置設置,應該是在BP按鈕測量得到的離合器半結合點位置基礎上,增加一個偏置(offset),使這個半結合點位置能最大程度地提升賽車性能。

25. S2/S1:特別按鈕,或者是預留按鈕,或者是保密按鈕,反正就是方向盤上多出來的兩個可以留給編程的工程師隨便用的按鈕。

一個方向盤上那個 顯示屏。頂上一排燈通常是用來指示發動機轉速的,車手可以依據燈顯示的個數來決定換擋時刻,不過偶爾也會有當一些警告燈用來顯示一些重要信息。左右各三個小燈,是指示賽道上信號旗的情況(如黃旗小心駕駛禁止超車,藍旗給套圈車要求讓出賽車線路等)。顯示屏當然是可編程顯示各種參數 的。比賽時常用的狀態下,要顯示車速、擋位、圈速(或者和個人最佳圈速的差距,或者排位賽時和目標圈速的差距)、電池SOC、油耗等等等等。


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