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知乎：F1赛车方向盘上暗藏着哪些秘密？

2015-04-23 15:20阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1641520663

By Kent Zeng
F1规定比赛中车队不能通过无线通讯向赛车传输任何数据（除了与车手的Team radio对话），但反过来是可以的，即赛车可以向车队传输数据。也就是说，车队的工程师可以看到很多赛车发来的实时数据，但是他们无法远程对车辆设置做任何的修改。比赛开始后对赛车的任何调整，必须由车手本人手动完成。这就是为什么方向盘上有大量的按钮。
所以呢，我们经常在Team radio里头听到一些莫名其妙的“Torque Ten”或者“Mode A”之类的暗语，以及一旦车出现了什么奇怪的问题，车手会在Team radio里头无助地哭诉“What can I do ...?”原因都是这一条：比赛开始后，工程师只能看，不能动手，一切对赛车的修改，必须通过车手本人，以及这个强大的方向盘。
根据最新的消息（2014年9月11日），FIA开始严禁任何与“提升赛车性能”相关的team radio，以保证车手是在“独立地、未受到外界帮助地”驾驶赛车。这或许会导致方向盘上某些按钮失去意义：因为这玩意确实太复杂了，许多很复杂的操作（比如那个MFRS）都是车手照着工程师的team radio来做的。如果这一类通话被禁，很可能在方向盘上保留那些车手弄不懂的按钮也没必要了。
1. DRS: Drag Reduction System，减少空气阻力系统（即可变尾翼）。按钮。很好理解，就是启动DRS的。DRS启动后可以减小风阻，使车辆获得更大的加速度和更高的最高车速，是为了鼓励超车而引入的技术。当你在DRS检测点（每条赛道都只有一个或两个检测点）与前车的差距小于1秒时，才可以在本圈使用DRS。不过，每条赛道只有一段或者两段特定的直道允许车辆使用DRS，而且，在比赛最开始的几圈以及事故发生时，赛会会禁止
使用DRS。
Sauber方向盘上还有一个小灯标注了DRS LED，我猜测那盏小灯是用来指示现在是否可以使用DRS的（即与前车差距是否小于1秒，且赛会允许），而不是用来指示DRS是否已启动的。
2. BRKBAL：Brake Balance，直译是制动平衡，不过习惯上应该叫前后制动力分配。这是一个旋钮（RSW，Rotary switch），也就是说有很多档不同的制动力分配可以供选择。我们知道司机一脚刹车踩下去，四个轮子上的制动器会给轮子一个反向的力矩。左边的轮子和右边的轮子力矩一定是相等的，要不然车会跑偏，而前轮的力矩和后轮的力矩，却不一定要相等。如果制动力矩太大，车轮会抱死，此时制动效果下降（来自地面的前后方向的作用力减少了），轮胎磨损加大（加很大），更重要的是地面几乎无法提供侧向力。对于民用车而言，这个分配的原则很简单（虽然设计起来也很麻烦）：当制动踏板踩太深轮胎抱死不可避免时，保证前轮先于后轮抱死。因为前轮抱死的后果是制动距离变长加上无法转向（直着冲出去），后轮抱死的后果是甩尾失稳（这就严重了，撞护栏冲对面车道滚下山什么都有可能发生，这就是为什么ABS很重要，可是现在的F1没有ABS）。详细的力学分析请参见任何一本汽车理论教材。
为什么F1的制动力分配需要调整呢，首先是随着比赛进行燃油消耗，赛车的总重量和重心位置都发生了变化，前轮和后轮的磨损也会不同，因此需要调整。另外，更重要的是，赛车得追求极致，而赛道的不同弯道的最佳制动力分配是不一样的，所以很多时候车手需要在同一圈内不停地调整制动力分配比。这也就是为什么这个旋钮位于最好操作的位置，车手手不用离开方向盘也可以调整它。
3. BBal-/BBal ：Brake Balance -/ ，制动力分配微调。拨片。就是在BRKBAL旋钮位置的基础上，进一步微调前后制动力分配比。在Sauber车上，这是一个拨片（和换挡、离合器一样），所以车手可以很方便地在不同弯道之间微调制动力分配。
4. BRK-/BRK ：Brake-/ ，按钮，用于切换两套制动力分配参数：程序预设好的，和当前BRKBAL旋钮指示的。它旁边也有一个小LED指示灯。我查了一下今年的规则，在赛车行驶中对制动系统的任何调整必须来自于车手的“direct physical input（直接物理输入）”，也就是说，如果制动力分配有程序预设，那它必须是一个不变的固定值。
5. Prel：Preload，预先载入。旋钮。这里指的是使用某一档程序预设的差速器设定，也是一个旋钮。车辆在转弯的时候左右轮轮速是不一样的。如果这个轮子不是连在驱动轴上，那还好办，把左右轮各用一个轴就好。可是如果这个轮子是驱动轮，也就说最终一定是要连接到发动机上的，问题就不那么简单了。好在伟大的机械工程师们发明了差速器，可以解决这个难题。但是，最简单的差速器是没有锁止功能的，也就是说，有可能一边轮子完全不转（传到这个轮子的转矩几乎是零），另一边轮子则是空转。于是有了限滑差速器，保证任何一个轮子能分配到一个大于零的最低转矩，简单说，比如，不低于30%的输入转矩。而这个限滑的具体参数，也是可调节的。显然，如果要追求最佳的车辆性能，这个值与轮胎磨损、路面状况都有关。


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6. Entry：Entry应该指的是“入弯”，与之对应的Exit“岀弯”（不过我在Sauber的方向盘上没找到写着exit的按钮）。旋钮。对于差速器而言，入弯（制动时）和岀弯（加速时）的最佳设置应该是不一样的，这个应该是专门针对入弯时的差速器设定。梅赛德斯车的方向盘上有完全对称的“Entry”和“Exit”差速限滑设置，而Sauber上只有“Entry”。
7. Diff-/Diff ：Differential-/ ，差速器调节。按钮。和“BRK-/BRK ”类似，是一个用于切换程序预设差速器设定和当前Prel旋钮指示的差速器设定的开关。同样它也有一个与之关联的LED指示灯。
8. Box：Box就是进站，车手在确认本圈要进站的时候，会按下这个按钮，这样车队在维修区就能收到信号。有人说不是有team radio可以讲话么？要知道team radio这玩意不太可靠，在比赛中坏掉是常有的事，这个按钮应该就靠谱多了。而且当车手比赛中平均心跳高达170的时候，估计没啥大事也不太愿意张嘴说话。另外，遇上一些不喜欢说话的车手（比如Kimi），你跟他说他停站他根本不会理你。有个按钮的话，他心情好时倒是可以考虑按一下。
9. Ack：Acknowledge，确认收到。按钮。这个按钮旁边也些了个Yes。资料里的解释我不是很懂，但我可以肯定这个按钮包含以下这个作用，就是向车队回复表示信息收到，即和打开team radio说一句yes一样的效果。设置这个按钮的原因参见上一条，通话功能会坏（是的，而且经常单向坏，一边只能说一边只能听），每分钟心跳170，注意力高度集中，懒得说话（而且说话还得按另一个按钮）。
10. R：Radio，无线通信。按钮。和车队通话。方向盘中间有个白色的LED指示灯，用来显示是否正在通话。


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11. PL：Pit Limiter，维修区限速。按钮。维修区通道有最高时速限制，超速会被罚。这个速度值通常是80km/h，但在摩纳哥、新加坡等特殊的赛道，会降到60。这个速度不是靠车手看车速表来控制，而是由程序限定的。按下按钮，限速启动。
12. SOC: State of Charge，电池荷电状态。旋钮。SOC说白了就是电池剩的电量，0%是没电，100%是满电。对于当今F1这样的“非插电式混合动力车辆”来讲，SOC平衡是很重要的，要尽量避免“想用电时没电”，或者“能充电时满电”这类事件发生。方向盘上标着SOC的是个旋钮，我猜测这是用来设定“目标SOC值”的。毕竟在比赛中SOC不会是不变的，更底层会有更复杂的能量控制策略，而车手能控制的目标SOC就是车手希望的“SOC平衡点”，如果接下来几圈要多用电，就先设高点，提前把电充起来，然后到了发力猛跑时再设低了，把电能给用掉。（这只是我的猜测，欢迎有了解更多资料的朋友前来评论。）
13. OT：Overtake，超车。按钮。按下去进入超车模式，发动机（可能还有电机）都会进入“高能耗高损耗高性能”的模式。所以在需要超车和防守时都可以用。可是别用太久，太久了要么超油耗限制要么减少部件寿命。如果车手按着这个开三圈，估计工程师会和他拼命。
14. N：Neutral，空挡。按钮。如果你要把车留下来让别人推，挂上空挡是必须的。而为了防止车手在比赛中通过换挡拨片误入空挡，挂空挡时需要按着这个按钮，再拨降挡拨片。看Sauber的资料，它们的车在一挡或者二挡时，按住N键再降挡，都可以进入空挡。
15. Shift Up/Down：加减档位用的换挡拨片。这个大家应该很熟了，许多高级运动型轿车也都可以选装换挡拨片。


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16. Clutch lever：离合器操纵杆。F1赛车的离合器基本只在起步时使用（换挡时不需要操作离合器）。
起步时的离合器操作是手动的。方向盘后一般有左右两个操纵杆，其实就是两个拨片，两个的效果是完全一样的（这也是规则的要求）。松开是离合器结合，按下（其实是向驾驶员身体方向“拨下”）则是离合器分离。当左右两个操纵杆位置不一致时，以'按下更深的那个”为准。所以车手起步的操作方式其实是：一只手把离合器操纵杆拨到底，另一只手把离合器操纵杆拨到大约半结合的位置固定不动。当红灯灭比赛开始时，拨到底的那只手迅速松开，这样离合器会很快到半结合位置并维持在那个位置。车辆完成起步之后再松开半结合位置的那个离合器操纵杆。
根据网上的资料以及F1规则要求，我推测离合器操纵杆很可能不是连续的，而是只有若干挡，甚至可能只有三挡：全结合，半结合，全分离。半结合的那个点就是所谓的“bite point”。
17. BP：Bite Point，离合器半结合点标定。开过手动挡车的人都知道，起步时要把离合器维持在半结合点，待车速上来了之后再完全松开离合器。而这个半结合点的具体位置，和离合器磨损、工作温度，还有执行机构的工作状态温度等等都有关系。这个点又对赛车起步时的性能起到极大的影响。所以为了找准这个点，需要在使用前专门标定。
其实标定倒是挺简单的，这事儿我都做过。当时我做的那车的离合器执行器是个电机，所以只要给电机一个恒定的小电流，使其刚刚好可以推开弹簧让两个摩擦面接触上，记录下此时位置传感器的值，就好了。
当然，这个电流多大，怎么算“刚刚好”，就有点讲究了。反正我那时要求不高，能用就成了。换成顶级赛事的赛车，恐怕就不行了。
18. Pedal：踏板map图，旋钮。这个我就只能猜一下了：可能是调节油门-转矩对应关系的map图。即使在民用车上，同样发动机转速下，加速踏板和发动机转矩也不是线性关系，在低转矩区，甚至偏离线性很远（“实际转矩”远大于“油门百分比”乘以“最大转矩”）。这样设置发动机是工程师们故意而为的，可以让人开起来更舒服。这个map在F1赛车上或许可以实时调整。
19. Fuel：油耗旋钮。喷油量多少通常是和加速踏板及发动机转速相关的。如今F1比赛有严格的油耗限制，每场比赛100千克。需要省油时，同样油门和转速下，可以少喷一点油（当然也就会相应少一点转矩）。尤其在全油门时，这么做显然是可以很直接地降低油耗的。所以车手可以通过这个旋钮，调节赛车的瞬时油耗。
20. IGN：Ignition，点火，旋钮。调节点火提前角的。对于发动机性能而言，点火提前角大概和喷油量差不多重要吧，它能影响输出的转矩、发动机工作是否平顺、乃至噪音等等。所以这玩意也是可以实时调的。在比赛中具体怎么调，我也不清楚。


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21. Oil：按钮。把发动机机油油从辅助机油箱转移到主油箱中。详情我就不知道了，网上资料说F1赛车的辅助机油箱一般也就有一两升油，工程师会让车手在必要的时候按下这个按钮，让这些机油也进入主油箱供发动机使用。
22. Tyre：轮胎设置，旋钮。这个旋钮的作用应该是告诉车辆控制系统当前轮胎的状态，赛车控制器会依据这个状态作相应的调整。赛车上没有能感知轮胎磨损情况的传感器，所以这个得靠车手手动输入给控制器。至于控制器收到轮胎信息后具体怎么调整，我也不知道了，或许从喷油点火到踏板map图都会变化吧。
这个旋钮有以下几挡：
（1）OPT DRY：option dry，较软的那一款干胎，底下再细分为绿黄红三挡分别表示新胎、中度磨损和严重磨损。
（2）PRI DRY：prime dry：较硬的那一款干胎，同样有绿黄红三级。
（3）INT：intermediates，中性胎，或者叫小雨胎，雨不大的时候用的，底下细分为绿红两挡。
（4） WET：大雨胎，同样细分为绿红两挡。
另外Sauber这个车的Tyre旋钮上还有一个小拨杆，写着RL，rain light，雨灯，就是赛车后面那个一闪一闪的红灯。在雨天及夜赛时，规则要求需要打开这个灯，让后面的车手更容易知道前车的位置。我猜测，这个灯在Tyre选择到雨胎时是会自动打开的，而在夜晚比赛时则需要手动拨这个小杆儿。
23. 10-/1 ：这是两个按钮，联合起来的作用，就是可以用来输入0-99之间的各种数字（当然，得按好多下）。这两个按钮是和一会要将的MFRS配合起来一起使用的。
24. MFRS：multi function rotary switch，多功能旋钮。这基本上就是一个强大的万能调试的旋钮。旋到不同位置，再用10-/1 两个按钮输入数字，可以调整更多参数。
这个旋钮有以下几挡：
（1）DIAG：不太清楚，似乎是恢复默认设置。
（2）PREF：preference，设置发动机模式（不懂，或许是排位/正赛/无关紧要圈之类的）。
（3）ENG：engine，图上说是限制发动机，我猜可能是设置最高转速。
（4）MIX：mixture，混合气的意思，调节空燃比。
（5）TURBO：涡轮-增压器相关的设置，具体是啥我也不清楚。
（6）VISCO：viscosity，差速器粘度，岀弯时的差速器锁止设置（可能就是之前提到的某些其它车队车上的“exit”）。
（7）BRK：brake，电机回收转矩（或者功率）限制。
（8）BOOST：电机驱动转矩（或者功率）限制。
（9）DASH：dashboard，仪表版设置（大概是亮度啊什么的）。
（10）CC：cruise control，自动巡航，当然这个只是在测试的时候用的。
（11）SHIFT：换挡模式（不懂）。
（12）CLU：clutch，离合器半结合点偏置设置，应该是在BP按钮测量得到的离合器半结合点位置基础上，增加一个偏置（offset），使这个半结合点位置能最大程度地提升赛车性能。
25. S2/S1：特别按钮，或者是预留按钮，或者是保密按钮，反正就是方向盘上多出来的两个可以留给编程的工程师随便用的按钮。


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最后再讲一个方向盘上那个显示屏。顶上一排灯通常是用来指示发动机转速的，车手可以依据灯显示的个数来决定换挡时刻，不过偶尔也会有当一些警告灯用来显示一些重要信息（详情我就不知道了）。左右各三个小灯，是指示赛道上信号旗的情况（如黄旗小心驾驶禁止超车，蓝旗给套圈车要求让出赛车线路等）。显示屏当然是可编程显示各种参数 的。比赛时常用的状态下，要显示车速、挡位、圈速（或者和个人最佳圈速的差距，或者排位赛时和目标圈速的差距）、电池SOC、油耗等等等等。
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