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都說電動車開起來帶勁,那在F1的賽道上純電車為什麼沒譜?

話說上月剛收尾沒多久的2020-2021賽季電動方程式錦標賽(英文:FormulaE,簡稱FE)柏林站可謂是一波三折,賽前,居然有10支車隊以及18位車手擁有理論上的奪冠可能;最後一回合比賽之前,仍有14位車手擁有理論上的奪冠可能。

都說電動車開起來帶勁,那在F1的賽道上純電車為什麼沒譜?

在經過一場完全無法預測的大混戰之後,原本並不處於領先集團的梅賽德斯-賓士車隊戲劇性地包攬了車隊以及車手的雙料冠軍,成為最大贏家。

然而,可能這次突如其來的冠軍令賓士自己都始料未及,因為就在收官戰舉行的不久前,賓士車隊已經宣佈在賽季結束後正式退出FE賽事;而距離賓士車隊在2018賽季末退出DTM房車大師賽,加入這項已經舉辦到第八年的世界最頂級電動汽車賽事,也僅僅過去了2年。

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無獨有偶,早在賓士宣佈退出之前,同為德系豪華品牌的奧迪以及寶馬車隊早已相繼宣佈在2021賽季結束之後退出FE賽場,尤其是奧迪,作為見證FE賽事成長的“八朝元老”,如此舉動實在令人惋惜。而奧迪給出的理由則耐人尋味:FE專案已經達到了其“目的”,但具體是什麼目的,奧迪似乎也未明說。

至此,FE賽事僅剩下了5家汽車製造商車隊。從門庭若市再到無人問津,FE僅僅用了一年時間,也是聞所未聞,見所未見。

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照理說,作為民用電動汽車技術的“金字塔”,FE電動賽車是車企施展其高精尖技術的最佳舞臺。雖然的確會比較燒錢,但作為世界汽車發展的大方向,若能將賽用的電動技術進行民用化,其前景之廣闊,想必也是一比非常值得投資的買賣。

既然如此,奧迪這邊“達到目的”的措辭就顯得比較荒謬,畢竟先進技術一定是向前發展的,總得有個先行的試驗場吧?

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▲ 作為目前奧迪陣營最高階的純電動車,奧迪e-tron GT實為保時捷J1平臺誕生的姊妹轎跑車型,雖然效能出眾,但依舊不能擺脫電動車的“續航焦慮”問題

因此,BBA像是“商量好”一般地退出FE賽事,其中必定還有故事可挖。

果然,原來在2021年7月3日,一場事關2025年之後F1賽事動力單元規則的重要會議在奧地利悄然進行,與會各方包括未來留在F1的三家引擎供應商——戴姆勒(梅賽德斯-賓士的母公司)、法拉利以及雷諾這三家車企的CEO;此外,還包括雖然不造車但卻自掏腰包研製F1引擎的紅牛運動飲料老闆馬特西茨、F1主席多梅尼卡利,以及國際汽聯主席讓·託德。

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▲ F1 2022賽季的全新世代樣板車

而據外媒報道,除了三家主機廠引擎供應商以及紅牛之外,兩家德國車企的CEO——保時捷的奧利弗·布魯姆以及奧迪的馬庫斯·杜斯曼也參與了此次會議。

因此,這極有可能是未來有新主機廠進入F1賽事的積極訊號——這不就是剛剛宣佈退出FE賽事的奧迪麼?好傢伙,把自家兄弟保時捷也給一塊帶進場了。

兜兜轉轉,難道這些濃眉大眼的主機廠玩的都是一出“自吸大V8,環保去**”?

事情顯然沒有那麼簡單。

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最為世界上最頂級的汽車賽事,F1(Formula 1)世界一級方程式錦標賽的熱度近幾年在國內確實有所衰退;但在全球範圍內,仍然沒有任何汽車賽事能夠讓F1的霸主地位動搖一分。

而F1在國內熱度的減退也可以從很多角度去解釋,例如電視賽事轉播的減少,賽事宣傳部門對於網路媒體的不重視;一代“車王”邁克爾·舒馬赫的退役;以及可能是最重要的原因之一——F1動力單元的混動化。

已經有多少人在7年前的2014年,一聽到混動世代F1賽車的V6渦輪增壓引擎的“孱弱”聲浪後,遺憾地關掉了電視機的?其實車轍君也是曾經之一。

但促使在從事汽車媒體行業後重新關注F1賽事的契機顯然也不是這個確實是“差點意思”的V6引擎聲浪,而是在其它方面。譬如,在取消“極不環保”的加油環節之後,各大車隊的戰術使用策略會發生什麼變化(比如最典型的,什麼是“undercut”,大家如果感興趣的話可以另寫一篇文章),以及更重要的,對於F1的混動技術的興趣。

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作為這個星球上科技含量最高也是造價(指的是造價,而不是所謂的“身價”)最高的車種,沒有之一,F1賽車所蘊含的“黑科技”那是數也數不完,說那也是說不透。

但作為一臺賽車,F1賽車自然也不會違背以下幾個宗旨:結構儘量“簡單”,當然這裡可能更會指向可靠性以及輕量化等要素;安全,包括結構安全、功能安全,以及車隊技師的維保安全等。

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▲ 雷諾2014賽季動力單元示意圖

因此,F1的混合動力單元,從大體的結構來說,也依舊是屬於一種不插電的重混結構,實質也就是HEV結構的一個性能取向的超級變種。

根據FIA釋出的2014版F1技術規則,F1的混合動力單元被細分為6個模組,它們分別是:內燃機(Internal Combustion V6 Engine)、渦輪增壓器(Turbo Charger)、動能回收電機(MGU-K)、熱能回收電機(MGU-H)、能量儲存單元(Energy Store)以及控制單元(CE)。

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參考上圖可以發現,即使是黑科技點多如繁星的F1混合動力單元,依舊有我們熟悉的名詞出現,譬如MGU-K,從基本原理上說,也可以看作是一個究極賽用版本的動能回收電機。在車手踩下剎車制動車輛時,透過回收發動機與變速箱暫時分離時的曲軸能量來給賽車的電機單元進行實時補能,以爆發出整套混合動力單元的最強水平。

而MGU-H可以算是整個F1混合動力單元中的“黑中黑”科技,以至於在2021賽季的引擎新規中,由於其研發成本以及造價過於高昂,對於部分非廠商車隊的門檻實在太高,而被賽會宣佈移除。

MGU-H雖譯為“熱能回收電機”,但其基本原理與動能回收電機並無差異,只是在實現難度上遠超MGU-K。這是因為MGU-K的本體實質會串聯在F1賽車單渦輪增壓器(限制渦輪數量是賽會規定,並且F1賽車不被允許使用可變截面渦輪)的轉軸之上。

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▲ 我們有時會在某些渦輪增壓車上聽到類似“啾啾”的聲音,這就是在渦輪進氣道改裝了“洩壓閥”的排氣聲;而現今的量產車基本都會把多餘空氣直接直接排入排氣管道內,這樣就不會擾民了

我們都知道,渦輪增壓器的起壓永遠具有遲滯性,這是因為其原理本身就是透過利用發動機排出的廢氣從而進行增壓的,而排氣永遠是發動機四衝程的最後一個步驟;而相對的,其洩壓自然也會慢發動機本體一步,因此,便會經常出現壓力“過剩”的情況。這個時候,一般的車輛便會在渦輪的進氣端設定一個洩壓閥,以排出這段多餘的空氣。

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▲ MGU-H系統工作示意圖

但對如今倡導“環保”的F1賽事來說,自然是連這段“多餘”的能量也不想放過。而MGU-H的精妙之處便在於透過串聯渦輪增壓器的轉軸,回收渦輪在“超轉”時的那部分動能,儲存起來,既能在回收多餘動能時充當“旁通閥”的作用,還能夠反向充當一個“電動渦輪增壓器”:在需要渦輪迅速起作用時,更早推動渦輪內部葉片的旋轉以快速建壓,以減少發動機的渦輪遲滯。

但問題就在於,即使是一臺技術頂尖的F1 V6賽車發動機,其最高轉速也就“只”能攀升到16000rpm左右;而即使是我們民用的渦輪增壓器,也能輕輕鬆鬆上到100000rpm(你沒有看錯,就是每分鐘10萬轉!),更何況是F1的渦輪呢(雖然F1技術規則對於渦輪的最大轉速也是有一定限制的,但顯然也會超過10萬轉/分)?

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因此,對於這個小小的MGU-H單元來說,其需要面對的工作環境是可想而知的複雜,對於其溫度以及強度都有著無比嚴苛的頂級需求。說句白話,這就是一份使勁往裡砸錢,也難得濺起兩滴水花的苦差。

雖然前文提到過,MGU-H單元已經在2021賽季被正式移除了,但既然是賽會做出的決定,自然還是會有部分車隊在一開始反對的,這畢竟關係到車隊成績的根本利益。而這幾支車隊,其實也就是財大氣粗的引擎供應商車隊,譬如法拉利、賓士以及雷諾。

那麼,為什麼這些大車隊還捨得繼續給MGU-H“燒錢”呢?答案其實也不難猜,因為它們各自都已經能把類似MGU-H的技術給民用化了。而倘若MGU-H能夠繼續存在,對於其後續的民用技術的開發以及使用顯然是依舊得利的。

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我們就拿賓士這邊來舉例說明。全新一代賓士C63 AMG“八缸變四缸”的訊息想必大家也有所耳聞,當然了,相信各位投“不接受”票的一定佔絕大多數;但咱們用鍵盤投的票還真不作數,大勢所趨,就先得拿最“便宜”的八缸AMG來“開刀”(若此處有C63車主,不妨來留言區聊聊您的看法)。

參考上圖全新一代C級AMG動力傳動系統的示意圖,說實話,還真沒啥大新意。簡單說,這就是一套P0+P4的插電式混合動力系統。其中,“P”指的是position,也就是混動系統中的電機位置。“P0”,指的是經由皮帶輪傳動的48V啟發電一體電機,這套機構相信大家也並不陌生了;而“P4”,則指的是獨立於後軸的純電驅動單元。

都說電動車開起來帶勁,那在F1的賽道上純電車為什麼沒譜?

雖然其具體引數目前還是不確定的,但就光憑賓士這臺暴躁無比的M139四缸發動機,就已經能在A45 S AMG上輸出整整421Ps馬力,因此,只要後驅電機稍微“使點勁”,其混合動力單元的綜合馬力顯然是能夠達到600Ps的水準的。

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但畢竟是一臺C63,難道真沒什麼“乾貨”瞧瞧?那顯然是不可能的。答案就在這個看似“平平無奇”的渦輪增壓器上。賓士為何要採用對車輛效能幾乎毫無作用的P0混動系統(當然,這顯然會帶來更經濟的油耗表現),想必有給這套渦輪增壓器“騰位”的考量——沒錯,這是一個電驅動的渦輪增壓器,簡單說,也就是電動渦輪,E-Turbo。

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各位是不是想到了什麼?沒錯,這套E-Turbo的工作原理,與F1混動賽車上的MGU-H單元極為類似。這套由蓋瑞特提供的電動渦輪能夠在400V電壓的作用下,透過其同軸電機進行更早的起壓,直至攀升到156000rpm的最高轉速。當然了,E-Turbo之中的電機顯然不具備MGU-H電機的動能回收功能,所以也使其結構變得更為簡練。

在這套電動渦輪輔助P0電機的加持下,官方宣稱,這臺M139發動機有著能夠輸出超過330kW(450Ps)的恐怖實力;此外,在渦輪電機的輔助下,渦輪遲滯現象必然會進一步減弱,再加上車輛後橋獨立電機的輔助出力,這套動力單元的實際表現,興許深不見底。

寫在最後

FE到底好看嗎?如果是喜歡瞬息萬變的車手排位變化,那麼FE值得一看。但為什麼理應作為“大趨勢”的FE賽事卻屢遭拋棄?答案除了賽事規則的諸多限制,想必還離不開二字,那就是絕對的效能。

現今的FE賽車,其續航甚至撐不起一場頂級的GP賽事,於是只能放在街道舉行,令觀賽體驗大打折扣;此外,電動車糟糕的續航表現與補能效率,使車手甚至需要在比賽期間直接“跳車”,以代替傳統的進站補能環節。

而為何會出現如此“緊張刺激”的排位變化?其實質或許便是因為純電賽車的續航表現實在太過糟糕,因此車手紛紛採取“吸尾流”式的跑法節省能源,以便在最後時刻採用“攻擊模式”進行超車。因此,FE賽事的絕大部分時間,就像是在玩一場“老鷹捉小雞”的省電遊戲,到底好不好看,這就看個人了。

也怪不得,即使表面上大聲呼籲,但各大傳統主機廠自己也都玩不下去了,還是老老實實做好混動吧。

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分類: 體育
時間: 2021-09-15

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