NASCAR车队为什么要根据每条赛道重新调校赛车?
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NASCAR车队每场比赛都会根据赛道重新调校技术上完全相同的Next Gen赛车,因为获胜的调校方案会因赛道类型而有天壤之别: 短椭圆形赛道采用适应左转的倾角和悬挂几何结构,超高速赛道为将风阻降到最低而使用封闭式进气格栅和长齿比变速箱,公路赛道则为双向弯道采用对称几何结构和雨刮装备. 也就是说,赛车是同一辆,但其背后的工程设计每周都从头改写.
亮点
- Next Gen自2022赛季起在NASCAR杯系列赛中使用,车队自行将统一规格的底盘适配到每条赛道.
- 椭圆形赛道上左侧采用正倾角,右侧采用负倾角; 公路赛道两侧则都采用负倾角.
- Next Gen配备5挡顺序手动变速箱,最高挡位始终为1:1的传动比.
- 公路赛道的改装主要通过更换螺栓固定的板件和支架来完成; 无需焊接定制底盘.
- 进气格栅饰带通过改变散热器上的压力约-10 Pa,来调节冷却与空气动力学之间的平衡.
“同一辆车”的说法有多现实?
在杯系列赛中,所有人都驾驶同一规格的赛车; 它被称为Next Gen,也有人称之为Gen-7. 它于2022年2月20日随Daytona 500完成了首秀. 钢管桁架底盘、5.86升自然吸气V8发动机、Goodyear轮胎、Sunoco Green E15燃油…… 也就是说,Chevrolet、Ford和Toyota的车身外观各不相同,但底下的骨架和基础装备是共用的. 甚至连重量都由规则规定: 含车手、不含燃油时最低1.451 kg.
那么,既然说是同一辆车,为什么在Daytona驾驶过赛车的车手来到Martinsville时会说“这完全是另一回事”? 奥秘就在调校里. NASCAR有意将Next Gen设计得更少依赖空气动力学花招: 完全对称的车身、阶梯式前分离器,以及NASCAR历史上首次出现的后扩散器. 其目的是减少气流对比赛的主导作用,把重点重新转移回车队的机械功力上. 结果是: 同一副车身,每周都是全新的工程方案. 你觉得这是钻空子,还是这项运动真正的魅力所在?
倾角: 一个车轮角度如何决定比赛
椭圆形赛道与公路赛道之间最显著的调校差异就是车轮倾角,即车轮相对于垂直方向倾斜多少度. 在椭圆形赛道上,车队给左侧正倾角、右侧负倾角. 为什么? 因为赛车逆时针行驶,也就是说始终向左转弯. 把车轮向左“倾斜”后,弯道中能获得更大的接触面积和更好的抓地力. 想象一下: 骑自行车过弯时身体会微微倾斜,就是这个道理.
而在公路赛道上,既有右转也有左转. 因此,两侧都会采用负外倾角; 赛车不再像单向的圆锥体,而更像一个两侧表现均等的圆柱体. 由于右侧在两种赛道类型上都本就使用负外倾角,大部分部件得以通用,改动主要集中在左前角. 这个细节实实在在地为车队减轻了很多工作负担.
多亏螺栓固定部件:一个底盘,多条赛道
Next Gen最聪明的悬架滑柱设计决策之一就藏在细节之中. 滑柱本身对所有赛道都是同一款; 上方通过螺栓安装针对赛道的Ackermann支架,下方则固定针对赛道的控制臂剪切板. 也就是说,无需扔掉昂贵的滑柱,只需更换支架和板件,同一根滑柱就能在不同赛道上使用.
控制臂和前束连杆也根据配置而变化: 椭圆赛道配置下左右两侧使用不同部件,而公路赛道配置下两侧则使用相同部件. 后悬架的控制臂为负倾角而镜像设置,传动轴与轮毂之间的支承板则根据悬架角度进行定制. 简而言之,过去每种赛道类型都需要焊接专用底盘; 现在要转换成公路赛道配置,大多数时候只需通过螺栓安装新的板件和支架就足够了. 从工程角度看这是巨大的节省,不是吗?
公路赛道套件还有额外的装备: 雨刮电机、雾化装置、雨灯以及减少水花飞溅的后翼片. 为了不让雨刮片像空气动力学部件那样被使用,其尺寸也受到了规则限制: 最大2.50英寸高、1.50英寸宽. 当宣布湿天时,还必须关闭车手的冷却通道.
弹簧刚度与后轴导向: 看不见的平衡
悬架弹簧是实际上决定赛车出弯时如何表现的部件. 较硬的左后弹簧能在车辆上保持较高的动态对角线重量,从而产生转向不足(即前轮打滑)的倾向; 较软的左后弹簧则恰恰相反. 右后弹簧刚度能让那个车轮保持在较高位置,而较硬的后弹簧则能在风中保持后扰流板处于高位,从而在出弯时提供抓地力,即向前"咬合". 由于针对每个椭圆赛道分别调校的弹簧、减震器和连杆组合,Cup赛车的悬架确实应该被视为一种"逐赛道手工打造"的系统.
第二项精细调整是后轴转向,即rear steer. 将后轴线引导至右侧会使推力角偏向中心右侧,使赛车更加"松散"; 尾部滑溜的车辆在弯道中转向更快,但控制起来也更困难. 这个领域是一把如此有效的武器,以至于NASCAR不得不随时间推移用规则加以收紧. 在Next Gen最初的阶段,后轮转向角允许的公差范围是-0.30到0.30度之间; 后来这个公差收紧到0度的规范值. 此外,甚至还出台了一项专门限制Hendrick Motorsports那些为车手提供轻松后轮转向的改进措施的规则. 一项规则修改竟能瞄准单个车队的改进,在我看来这是这些细节能带来多少优势的最有力证明.
补充说明: 在2022年戴通纳500的比赛中,独立后悬挂被用来扭曲车身以获得额外的偏转效应(skew),NASCAR在排位赛之前限制了这种做法. 车队的创造力确实在不断挑战极限.
齿轮比: 同一台发动机,不同的呼吸方式
Next Gen赛车采用5挡顺序手动变速箱,最高挡的传动比始终是1:1; 也就是说,发动机在直接挡位下运转. 那么区别在哪里呢? 区别在于最终传动比,也就是传动轴小齿轮与差速器齿圈之间的比率. NASCAR允许车队根据赛道类型灵活选择不同的齿轮比: 在短而多弯的椭圆赛道上用短齿轮从出弯处立即加速,而在超级赛道上则用长齿轮保持低转速,以最高速度滑行.
因此,在马丁斯维尔或布里斯托尔这样的短椭圆赛道,以及戴通纳和塔拉迪加这样的超级赛道上,车队在整个赛季中会使用不同的最终传动比区间. 想一想: 同样的发动机,同样的变速箱,但根据赛道的特性却有完全不同的挡位设定. 我喜欢这个类比: 骑自行车爬坡时你会换到小齿轮,平路加速时则换到大齿轮. NASCAR车库每周都在做同样的计算,只是带着工程级的精确度.
空气动力学平衡: 格栅贴带的微妙艺术
多年来,调整空气动力学平衡最简单也最受欢迎的方法始终没变: 在前格栅上贴带子. 过去,散热器的进气气流直接来自前格栅; 多年来,车队一直通过在进气格栅上贴胶带,来平衡散热与空气动力学. 每贴住一个通风口,进入车辆的空气就会减少: 据测量,这会使下散热器上的压力变化大约-10 Pa. 更少的进气意味着更小的阻力; 也就是直道上车速更快,但这有风险,因为发动机的冷却会变差.
超级赛道上为什么会出现单列行车的情况?
在超级赛道上,决定因素不是发动机功率,而是空气. 车队在这里希望尽可能降低阻力: 格栅开口被贴住,发动机在最高挡以1:1的传动比保持经济转速,赛车彼此跟车,借助尾流(slipstream)切破空气阻力来加速. 当所有人都朝着同样的优化方向努力时,赛车就不可避免地排成单列; 为了制造差异,车手们会利用在尾流中发起进攻的时机,以及与队友建立的协作. 在这种时候,调校扮演着看不见的角色: 哪辆赛车能在车队队列中更好地滑行,取决于车库里那些微小的空气动力学选择.
在短椭圆赛道上,情况则完全相反: 前格栅开口比超级赛道赛车的更大,并且还设有直接向制动系统吹送空气的额外通风口. 因为在短赛道上,直道上挣来的速度毫无意义; 关键是刹车不过热、不衰减,能一次又一次地入弯. 2023年,NASCAR还宣布了针对短赛道的升级套件: 新的后保险杠、重新设计的后底盘夹具以及经过改进的中部底盘夹具. 也就是说,即使是"同一辆车"也会像运动员一样根据冬季和夏季调整比赛计划.
不同赛道类型的调校差异一览
| 调校项目 | 椭圆赛道(短道/超级高速赛道) | 公路赛道 |
|---|---|---|
| 后桥 | 左侧正外倾角,右侧负外倾角 | 两侧均为负外倾角 |
| 控制臂/前束连杆 | 左右两侧使用不同部件 | 两侧使用相同部件 |
| 悬架立柱 | 相同立柱 + 赛道专用支架 | 相同立柱 + 赛道专用支架 |
| 齿轮比(终传动比) | 根据赛道长度选择短或长 | 根据弯道组合进行选择 |
| 进气格栅开口 | 超级高速赛道上较窄,短赛道上较宽 | 根据冷却和平衡进行调整 |
| 额外装备 | 无 | 雨刮器、除雾装置、雨天车灯 |
我认为这个表格是文章的核心: 同一辆基础赛车,在三栏中呈现出三种不同的性格. 要展示车队在赛道之间进行的改装规模之大,很难找到比这更好的总结了.
同一底盘"出色"的原因在于哪些可变因素——问题的答案
简而言之,问题的答案是: 真正决定底盘好坏的,是它能多轻松地适应不同的配置. Next Gen在这一点上改变了游戏规则. 得益于对称车身和减少的空气动力学辅助,获胜的车队不再是开发最多空气通道的车队; 而是将后桥、弹簧、后轮转向角度和齿轮比最准确地转换到当天赛道的车队. 像短道更新这样的规则变更也表明,这一平衡在不断重新校准.
所以下次看比赛时,不要想"他们都用同样的赛车比赛,难在哪里?" 这些车辆的下方是每周重新搭建的完整工程体系,而获胜的车队通常正是把那些看不见的细节解对的车队. 我认为这是NASCAR在看得见的表演之下最迷人的秘密. 那么如果是你,你会选择短椭圆赛道的凶险弯角,还是超级高速赛道的单排飞驰速度?