排量还没凯美瑞大，为什么这些车跑得比超跑还快？

每当提及赛车运动，大部分人都会第一时间想到F1，也就是一级方程式；F1作为目前级别最高的赛事之一，自2004年首次加入中国分站比赛后，F1在中国已具有极高的人气，培养了大批车迷与车手粉丝，在其顶级赛车身份以及汉密尔顿、Kimi、维特尔、阿隆索等明星车手的人气吸引之下，每年在上海国际赛车场举办的F1中国站都会吸引十多万观众入场观战。但是，你又知不知道，为什么以F1能跑得那么快？以F1为代表的方程式赛车和我们平常驾驶的民用车到底有什么区别？

何为“方程式赛车”

所谓“方程式赛车”，或者英文中的Formula Car，其实是依据规则限制进行研发的一种单座开放式座舱赛车，这种赛车具有非常悠久的历史，早在上世纪二三十年代，欧洲各国就已经开始举办Grand Prix大奖赛，直至第二次世界大战后才正式将此类赛车同一称作方程式赛车。

目前，由国际汽联管理的最高规格方程式赛事为一级方程式（Formula 1），其下还有Formula 2、Formula 3、Formula 4等不同等级的方程式赛事，从低级赛事到顶级赛事，形成了一条清晰明确的职业赛车手发展之路。

一级方程式（Formula 1）是目前最高规格的方程式赛车。

2017年，FIA国际汽联将原GP2系列更名为Formula 2锦标赛，成为仅次于F1的方程式赛事。

三级方程式（Formula 3）是青年车手进军F1赛事的必经之路。

诞生于2014年的电动方程式（Formula E）是当今环保大潮流下的产物。

碳纤单体壳

方程式赛车最大的特点就是其独一无二的单座开放式座舱设计，方程式赛车狭长的座舱多以碳纤维单体壳形式设计制造，构成方程式赛车的车身主体。这种座舱结构强度极高，安装悬挂、引擎、变速箱等都需要在座舱基础上完成，而座舱本身的高强度特征也能够在遭受剧烈撞击时保持座舱不发生明显变形、损坏，保证车手安全。

即便遭遇严重撞击、翻滚，方程式赛车的碳纤维单体壳都不会发生变形、断裂，保护车手安全。

轮胎

对于性能至上的方程式赛车来说，普通的街道用轮胎或者高性能轮胎是远远低于要求的，必须采用全热熔轮胎，也就是传说中的光头胎，这种轮胎没有表面纹路，完全依靠高温下轮胎表面热熔层与地面的粘合力提供超强的抓地力，而在高级别方程式赛车，轮毂也为减重而特意采用昂贵的镁合金材质制造；为了提高轮胎拆卸与安装，这些方程式赛车轮毂都采用中央锁止设计，训练有素的F1换胎技师小组能够在2秒内完成一台F1赛车的换胎流程，将进站时间损失降到最低。

对于一般的方程式赛事来说，一般可选择干地胎（光头胎）或雨胎（有排水纹路），但是在最高规格的F1赛事，倍耐力准备了不同硬度配方的7种干地胎和不同排水效率的2种雨胎，目前F1赛车能够使用的最软配方轮胎是图中采用粉红色标志的“Hyper Soft”，轮胎配方越软，表明其能提供的抓地力越强，但也意味着更快的轮胎消耗速度。

在十多位技师的“神配合”之下，一台F1赛车从停下到完成换胎重新出发，只需花费2到3秒的时间。

极高的换胎效率还得益于中央锁止式镁合金轮毂以及图中这种专业气动换胎风炮。

推杆式悬挂

同时，为竞速而生的方程式赛车，在悬挂结构上也与普通民用车辆有着巨大差别。方程式赛车采用的是前后双叉臂独立悬挂，虽然这种悬挂结构也能在民用车上见到，其具有调校范围广、自由度高，悬挂横向刚性大等优势，常被定位高性能、运动向的车型采用。而在方程式赛车身上，这些双叉臂独立悬挂采用了超长的悬挂摆臂，使其轮距增加，提高稳定性。不过方程式赛车的双叉臂悬挂与普通民用车最大的区别是采用了推杆式结构，其避震机并不像普通悬挂那样与下摆臂、塔顶相连，而是被水平安置于车架上方或下方；在悬挂摆臂上下活动时，推杆通过推动Bellcrank将悬挂动作转化为纵向动作，推动避震机。

方程式赛车的悬挂摆臂活动幅度极小，且基本只能靠悬挂摆臂自身的扭曲实现上下活动，再加上悬挂摆臂连接点较高，其滚动中心高于赛车的重心，方程式赛车在弯道中是几乎不存在倾侧的。

这种推杆式悬挂设计有助于大幅降低簧下质量，使悬挂反应更加敏捷，不被悬挂摆臂阻挡的避震器安装位置也更便于技师进行调校工作，而更重要的是，推杆式悬挂设计对空气动力学设计起到了重要的辅助作用！

空气动力学

没错，说到方程式赛车就必须讲一下空气动力学，因为作为一台仅重几百公斤的赛车，加速性能强大的方程式赛车在遇到弯道，尤其是高速弯道时会因下压力不足而导致机械抓地力下降，出现明显的转向不足，弯道极限很低；于是在上世纪60年代开始，一些F1车队开始尝试为赛车安装尾翼，利用这种类似倒置机翼的部件为赛车提供向下的空气压力，提高赛车在弯道中的稳定性。事实证明空气下压力的引入让当年的F1赛车性能获得显著提升，此后各大车队便开始不断尝试通过更加先进、复杂的空气动力套件来优化方程式赛车的空气动力性能，使得空气动力设计成为方程式赛车设计的核心之一，同时也是体现方程式赛车技术发展的重要内容。

最早期的方程式赛车尾翼高而大，看起来非常滑稽，但是提供空气下压力的效果显著。

出色的空气动力学套件不仅要提供充足的空气下压力，还需要同时考虑风阻的问题，尤其是对于采用开放式座舱、开放式车轮的方程式赛车，这些复杂的翼片还承担着整理车身周边气流，引导气流绕开车轮，降低风阻的重要工作。

增加空气下压力虽然能提高弯道极限，但是高下压力和大角度尾翼带来的风阻也会对直线速度也会带来负面影响，如今的F1赛车在尾翼上设置了DRS装置，在直道上开启该装置可以将尾翼上层翼片抬升至水平角度，降低风阻，提高直线速度；在正赛中，当后车与前车差距不足1秒时，便可在指定DRS路段使用该功能，帮助后车获得速度优势，对前车进行超越。

上文提到推杆式悬挂让避震得以安装在车架上方，这样一来，悬挂摆臂之间没有了避震器的阻挡，整理气流变得更加容易，甚至可以通过制作成翼片形状的悬挂摆臂让悬挂也成为空气动力设计的一部分。

动力单元

而至于动力系统，现今的方程式赛车均采用中置后驱布局，由于受体积和规则限制，一般依据组别不同采用统一规格研发引擎，且排量一般不超过2公升；而在最顶级的F1赛事中，梅赛德斯AMG、法拉利、雷诺和本田这些引擎供应商目前按照最新的引擎规则提供基于1.6T涡轮增压V6引擎的混合动力单元。

像入门级的F4、F3规格赛车，都采用统一规格的2.0公升自然吸气4缸引擎。

与民用车不同的是，方程式赛车不搭载启动电机，因此每一次启动都需要动用外接式启动装置，一旦在比赛中出现赛车熄火的情况，赛车就无法自行启动了，而像F1赛车这样引擎设计非常激进，仅1.6公升基础排量就能爆发出超过800匹马力的暴力机器，开始运转时就需要其润滑油达到最佳工作状态，因此F1赛车引擎都会在赛车启动前将经过预热处理的机油加注到引擎内，比赛结束后再次抽出。

当前的F1赛车动力单元中，以梅赛德斯AMG和法拉利推出的动力单元最为强劲，两家厂商虽然有着不同的技术设计，但其1.6T涡轮增压V6引擎转速都可轻松突破10000rpm，最大马力可超过800匹，再加上整套混合动力系统中160马力动能电机（MGU-K）的辅助，其综合输出功率接近千匹马力。

图中为雷诺F1赛车动力单元，位于引擎上方的MGU-H是热能电机，用于回收引擎废气的热能并转化为电能，而下方的MGU-K则用于进行动能回收，与引擎曲轴连接，在赛车减速时产生电能，在引擎加速时又能转化为辅助电机，为引擎提供约160匹马力的辅助动力。

结语

从悬挂设计、空气动力到动力单元，方程式赛车的每一个部分都是为了在规则范围内压榨出最强性能而生，而在方程式赛车的不断发展中积累的黑科技，日后又将为民用车的发展带来帮助，将方程式赛车称为一个精彩刺激的技术角斗场毫不为过。而对于普通车迷来说，看F1或者其他类型的汽车赛事，看的不应只是明星车手，关注一下赛车本身，也是很有意思的哦！

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