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2021/03/18

【F1】2021年F1觀戰指南:技術篇

本篇將對F1賽車的主要配備做簡略介紹。

作者:Athrun

車架與空力套件

McLaren車隊於1981年推出首輛全碳纖維車架賽車MP4/1後,F1各車隊都以這種重量輕但強度相當堅韌的材質和最新的複合材料打造賽車車架,同時FIA也制定了相關技術規則保護車手的安全。

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空氣力學在F1是相當重要的一部份,一般來說,空力套件有增加下壓力與減少空氣阻力這兩項主要工作。加裝空力套件不僅能讓賽車輪胎更為貼緊地面,出入彎時更加穩定,同時還能讓賽車破壞前方的空氣阻力使整體速度更為提升,如果沒有這些空力套件,車手們將難以操控這些動力強悍的賽車。

雖然空力套件的研發已可逐步透過電腦流體力學計算軟體(Computational Fluid Dynamics, CFD)代勞,但整體來說,CFD目前仍無法完全取代風洞測試,因此擁有風洞的車隊至今仍不停投入資金來更新風洞設施。

通常各隊廠房都會有數十、甚至上百位工程師日以繼夜的透過風洞與CFD研發新型空力套件,這也是每輛F1賽車開發費用居高不下的原因之一。

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研發預算上限制(Budget Cap)

因此為了阻止無止盡的錢鬥,F1監理單位FIA、營運集團FOM與各參賽車隊決定在2021年起啟動討論已久的年度預算上限制,且原本設定的首年1.75億美元因COVID-19疫情衍生的經濟衝擊而一口氣下調至1.45億美元。

雖然說是「預算」,不過這些「預算」並不包含車手與部分車隊高層(如領隊、經理、技術監督等等)的薪資、差旅費、公關費、FIA相關規費、動力單元使用權利金,以及至2024年截止的4500萬美元廠房硬體更新豁免額度等等項目,因此更精確的來說應是「賽車車體研發預算」,由於今年的技術規則因疫情影響而幾乎凍結,各隊的預算大多會投入下賽季的大改款賽車當中。

除了研發預算外,FIA也在這次的規則修訂中推出空力測試時間比例分配制(ATR limitations),成績越好的車隊所能使用的風洞與CFD的時間越少,成績越差、或新加入的車隊會越多,以求各隊間的實力差距能夠逐步縮小。

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動力單元(Power Unit, PU)

自2000年代後半油價開始居高不下後,油電混合動力成為汽車界在動力來源轉換期的過渡性目標,身為汽車工業頂級結晶的F1自然也不能居於人後。

因此F1於2014年進入油電混合動力時代後,「引擎」(Engine)這個詞已不能完整概括稱呼F1的動力系統,目前F1現行的油電混合動力系統稱為「動力單元」,英語縮寫成PU。

雖然F1油電混合動力單元的構造與工作原理和市售油電混合動力車大致相同,但市售車的動力單元主要目的是節省引擎低轉速區域的油耗,F1的動力單元則是加強性能;在經過數年的研發後,各供應商動力單元的推估總和輸出功率至少為1000hps,可說是F1史上性能最強,且能源使用效率最高的動力系統。

一組動力單元由以下區塊組成:

引擎本體(internal combustion engine, ICE):1.6公升V6渦輪增壓引擎,最大轉速限制在每分鐘15,000轉。

渦輪增壓機(tubrocharger, TC):限制在每分鐘125,000轉,最大增壓值為3.5bar。

中央電子系統(control electronics, CE):處理動力單元各項運作。

以下三個區塊合稱為能量回收系統(Energy Recovery System, ERS)。

熱能回收系統(MGU-H):由渦輪增壓機驅動,功能為將ICE產生的熱能轉換為提供MGU-K作業的能源,或儲存至ES。

動能回收系統(MGU-K):為2009年賽季引進的KERS進化版,功能為將煞車時產生的動能轉化為電能,每圈有33秒的時間可為賽車額外提供約160hps的動力。

能量儲存裝置(Energy Store, ES):儲存回收的能量以供後續使用。

2021年F1賽季將有Mercedes、Ferrari、Renault與Honda等4家車廠為各車隊提供動力單元,各車廠供應的車隊如下表所示。

每輛賽車在2021年賽季中所允許更換的動力單元零組件數量如下,之後每多使用其中一套零組件,駕駛該輛賽車的車手必須在決賽時接受退後起跑順位的處罰,如果單場大賽更換兩個以上已經超過年度配額的零組件,駕駛該輛賽車的車手將直接退後到隊伍最後一排參與決賽起跑。

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