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2021/08/11

【F1】賽季雜談︰Vettel被DSQ的原因與油量相關的問題

經過Aston Martin的一番上訴,FIA今天還是裁定Vettel的賽車在匈牙利站賽後沒有剩下足夠的油量(1L)以供檢測,因而遭取消資格,辛苦跑來的P2就這樣白白沒了。Vettel為何會出現幾乎沒油的情況?而筆者也想借此機會,討論一下油量相關的問題,例如為何F1賽車要盡量輕油?而輕油的影響又有多大?

經過Aston Martin的一番上訴,FIA今天還是裁定Vettel的賽車在匈牙利站賽後沒有剩下足夠的油量(1L)以供檢測,因而遭取消資格,辛苦跑來的P2就這樣白白沒了。Vettel為何會出現幾乎沒油的情況?而筆者也想借此機會,討論一下油量相關的問題,例如為何F1賽車要盡量輕油?而輕油的影響又有多大?


 

為什麼Vettel會沒剩下足夠油量?

根據Aston Martin自己作出的分析,他們認為Vettel的AMR21的燃油系統出現了故障。按常理,儲油箱(Fuel Cell)2的燃油會透過空氣泵(Air Pump)注入氣缸,不過Vettel賽車的油箱似乎出現了壓力缺失的問題(可能是有裂縫或碰撞損壞),導致空氣泵的輸出被最大化,因此有大量的燃油被排出了燃油箱。(圖片取自ScarbsF1)所以本來Aston Martin預計「四冠王」還剩下1.74L的油量,但就因這個原因出現了誤差(FIA只能提取到0.3L的油量,換言之其實Vettel多跑半圈就會沒油了)。



那麼中間1.44L的燃油是憑空消失了麼?值得留意的是,Vettel的情況並不是漏油,而是燃油排出了油箱,因此那1.44L的油還是在車的其他地方。不過在什麼地方卻難以估計,可以是空氣泵、內燃機、輸油管道等等。當然,FIA是不會管你什麼故障不故障的,規則第6.6.4條訂明,「1L燃油只可在油箱提取,且不得打開車身引擎蓋榨取剩餘燃油」。換言之,今站Vettel的油箱就是剩下0.3L的油,FIA怎樣測也都只會是0.3L,因此按規矩被狠狠地給了一個DSQ作懲罰。

需知道F1車隊對比賽油量是精打細算的,事關輕油可以帶來一定的優勢,而車隊也不會料到燃油系統會出現這樣罕見的故障,因此當問題出現的時候,車隊其實沒什麼可以做,換著是其他車隊也肯定是被賞一個DSQ,今場只能說Vettel有點不走運了。

為何F1賽車要盡量輕油?
 

上文提到F1車隊對比賽油量是精打細算的,那帶油量對比賽有影響嗎?賽例規定,F1賽車在起步前最多可帶110kg的油量,不過普遍車隊都不會用足110kg的額度的。要回答這個問題,這就牽涉到車隊的賽前部署,也就是車隊希望少帶一些油,以提升戰車的圈速和起步表現。這理論上可以用加速度形式的牛頓第二定律進行解釋(Newton's Second Laws of Montion),定律訂明 F=ma,亦即是說物體所受到的外力等於質量與加速度的乘積,F為外力(Force,在此可當成F1引擎動力),m為質量(Mass,即車身重量),a為加速度(Accleration,這裡可指圈速)。

假設大家引擎動力(Force)一樣,車身較輕的那方(Mass)會因為需要推動的重量較少而加速度(Accleration)會更高,提高加速度即表示單圈圈速會有所下降,令較輕的賽車擁有單圈速度優勢;而較輕盈的賽車在起步上也較有優勢,因為需要推動的重量較少而起步啟動時間較短。在匈牙利這樣難以超車的賽道中,對Aston Martin來說,像Hamilton一樣利用車的優勢表演砍瓜切菜式的超車是不可能的,因此對他們而言超車方法有兩個,要麼憑較快的起步超車;要麼施展Undercut進行超越。而少帶一點油就可以強化這兩方面的超車機會,哪怕只是快0.1秒,分分鐘這就影響了一個位置爭奪的勝負。

而在實際的操作上,普遍的中游和墊底車隊每場比賽都會少帶1~2圈的油,因為反正在比賽期間會被套圈,帶得太多的油也用不完。以奧地利站為例,超過一半車手被套一圈以上,Haas兩輛車更被套兩圈,因此在71圈的比賽中他們其實只需完成69圈的賽事。車隊在賽前對於自家戰車表現其實心中有數,工程師會把被套的圈數算走估算油量的數式之中,從而減少一點燃油成本之餘,也可加大上個段落提及的好處。



輕油的影響有多大?一味輕油就可以嗎?


上文說了輕盈的賽車在圈速上會有優勢,那麼實際上優勢是多少?這優勢又是否值得車隊減少比賽起步時的油量?

Mercedes的技術總監James Allison曾經說過,少帶一圈油每圈會有0.1秒的優勢,F1評述員Martin Bundle也附和過這個說法。而在數據上,筆者則參考了Mclaren與皇家工程學院(Royal Academy of Engineering)合作推出過的課程(資料來自F1 Technical.Net),內文指出F1賽車每多1kg的油量會做成0.03秒左右的損失,並假設每圈油耗為3kg(事實上,F1單圈油耗差不多就是這個數字),那麼單圈就會輸0.1秒,20圈之後的差距就會多達2秒。以匈牙利站來說,一場比賽為70圈,那麼多帶1kg的油量就等於先輸7秒給對手,今場比賽Ocon和Vettel才領先Hamilton 1秒不到,或許只要多載一點油的話比賽的勝負就會改寫也說不定。

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