走进我们生活的F1

舒端阳

以高科技著称、位居汽车运动金字塔尖的F1（Formula1，世界一级方程式汽车大奖赛）是当今世界最昂贵、最能点燃人类激情的赛事之一。不用说组建一支车队、研发一辆尖端的赛车需要花多少钱，光是一个分站赛所需的物流、燃油、商业推广、车队食宿等费用就是个天文数字。可想而知，这是一项多么烧钱的运动。

从另一方面来看，F1运动在大量消耗金钱的同时，其尖端的研发更代表了一个时期内汽车技术领域的极致，F1赛车不仅是征战赛道的工具，而且为我们的日常生活提供一个技术标杆，让我们能一睹未来汽车工业发展的方向。

涡轮增压

现在我们去4S店买车，销售人员一般会问，是要带“T”的还是不带“T”的汽车？什么是“T”呢？所谓“T”，就是Turbo charger（即涡轮增压）。不带“T”，就是发动机在做功时通过活塞的移动自然吸气。汽车带“T”，就是发动机中配备了涡轮增压系统，这种汽车的发动机油耗与同款的自然吸气发动机相当，但马力要比后者高出 25%～30%。因此，带“T”的汽车逐渐成为汽车销售市场的新宠。那么，这项技术是怎么来的呢？

最早的汽车都是使用自然吸气的发动机。在1977年的F1赛场上，来自英国的泰瑞尔车队凭借着新款3.0升自然吸气发动机所向披靡，惊人的战绩令对手胆寒。法拉利、托莱曼车队纷纷研发新技术，力图追赶对手，但效果并不明显。倒是法国的雷诺车队另辟蹊径，拿出了一项“黑科技”，才扭转了不利局面。

这到底是一项什么样的“黑科技”呢？

原来，雷诺车队一名年轻的工程师去东南亚度假时发现，厨师在炒牛肉时，为了使灶头的火旺一些，顺手打开了鼓风机开关。鼓风机呜呜地轰鸣起来，将四周的空气迅速送进炉灶，霎时，火苗冒得老高。厨师三两下就把一盘炒得香喷喷的牛肉送到顾客面前……

工程师看得入了神，突然灵光一现—能不能把这个“鼓风机”搬到赛车上去？回到车队，他把自己的想法和同事们沟通后，大家一起动手设计出一套特别的“鼓风机”，其形状类似一个田螺壳，里面安装有一个可以旋转的叶轮。“鼓风机”一头连于发动机的排气口，另一头连于发动机的进气口。当发动机运转时，排出的废气本身具有较高的温度和压力，这些废气进入“鼓风机”后推动叶轮飞速旋转，将外部空气鼓入，再通过另一出口将其推入发动机的气缸，这样气缸内氧气的密度和压强升高，燃料燃烧得更为充分，进而可以产生更大的功率。这个田螺状的“鼓风机”就是后来人们所熟知的涡轮增压器。

团队的努力使雷诺车队在短时间内设计出一款最新的1.5升6缸涡轮增压引擎，它不仅马力大而且非常轻巧，这一秘密武器的投入使得原本叱咤风云的泰瑞尔车队顿时黯然失色。后来，其他车队也发现了涡轮增压的好处，纷纷放弃原先的自然吸气引擎，开始设计自己的涡轮增压系统。

在众多的制造商中，本田车队对涡轮增压的解读最为深刻，他们设计的RA168E型涡轮增压引擎创纪录地达到1050匹马力，在1988年，“车王”塞纳和另一位车手普罗斯特驾驶着搭载这款引擎的赛车拿下了全年16站比赛的15场分站冠军……

在我们的生活中，涡轮增压系统最早装备在一些中高档汽车上，车主发现排量为1.5升的涡轮增压发动机所产生的动力与原先老款1.8、2.0升的自然吸气发动机相当，但是排量越小的发动机油耗越小，尾气排放量也越少，因此涡轮增压技术不仅在民用汽车领域广受欢迎，现今也相继出现在内燃机火车头、坦克、大型发动机组的动力系统中。

定速巡航

前段时间，有媒体报道称，2018年3月14日，一位河南车主驾驶奔驰C级轿车行驶在高速公路上，由于打开的定速巡航系统失灵，导致车子以120千米的时速在公路上狂奔而无法停下来。虽然该事件后来被证实为车主的谎言，但这条消息还是让定速巡航这个概念成为人们茶余饭后的谈资。

定速巡航（Cruise Control System，简称CCS），顾名思义就是确保车辆以一个固定速度行驶的一种驾驶模式。这套技术也是从F1赛车移植过来的。

在F1比赛中，由于轮胎磨损、燃油消耗等原因，比赛车辆需要在中途进入维修站加油、换胎。为了保证工作人员的安全，国际汽联规定，凡是进站加油、换胎的赛车，在维修站内的时速不得超过80千米（早先的规定为60千米/小时），违者将会受罚。

这样一来，车手进站时，如果赛车时速低于80千米，就会导致在维修站停留的时间过长，在赛道上好容易攒下的优势很容易被对手反超；若狠踩一腳油门，时速可能超过80千米，结果又带来赛会的惩罚，车手们在这样的限速规定面前吃尽了苦头。

后来，一个聪明的技术员想出了一个办法：在赛车发动机的油门和进气门上加装一个电子传感器。传感器可以通过脉冲信号来控制油门与进气门开放的角度，使进入引擎的燃油与空气始终保持一个恒定的比例，从而使车手在不踩油门的情况下，发动机也能输出一个固定的转速。

今天的F1比赛中，车手在进站加油前只要按下一个定速巡航按钮，赛车就会自动保持80千米的时速行驶在维修站工作区。

目前，一些民用车辆也移植了定速巡航模式。这样一来，驾驶员尤其是从事跨省运输的大货车驾驶员，在高速公路上长时间开车时，可以不用一直把右脚放在油门踏板上，由此减轻了体力的消耗，缓解了长时间驾车的疲劳。

后视镜电加热

雨天，开车的人常会有这样的困扰：在变道转向时想看看后视镜，却发现镜片上都是雨滴，淘气的水珠“躺”在后视镜上造成的漫反射，令司机无法看清后面的路况，很容易发生追尾和侧碰。有些谨慎的司机会因此在变道时放慢车速；但这样一来，往往造成路面拥堵，尤其是在大城市。

其实，同样的难题在F1比赛中也出现过。因为F1的一个赛季通常是从每年的3月到当年的11月。这段时间，各车队要从揭幕战的大洋洲越过千山万水到我国的上海，之后回到欧洲，辗转北美，最后在中东的阿布扎比完成最后一站比赛。也就是说，各车队全年几乎要走遍世界各大洲。因此，在比赛中邂逅大雨在所难免，例如1993年的英国站、1996年的西班牙站以及1997年的摩纳哥站都是在滂沱大雨中进行的。由于整个赛道都是车轮带起的水花，致使车手头盔上的护目镜、驾驶舱两边的后视镜上全是水雾，车手无法看清身后的车况，导致擦碰、追尾事故不断，巨大的损失也令车队老板叫苦不迭……

如何解决雨天后视镜积水的问题呢？

技术人员的智慧是无尽的，他们尝试着在后視镜内安装一个加热电阻：一旦遇到雨水，电阻就会通电发热，将镜片上的水珠蒸发掉。小小的一个改进技术立刻缓解了在雨中比赛的困扰，提高了赛车的安全性。

如今，很多家用汽车都配备了后视镜自动加热装置，一些高端汽车甚至进化出一套利用雨滴感应器和空调系统自动进行后视镜加热的装置，这些对于雨雪天气的出行都是非常实用的。

动能回收与混合动力

F1雷诺车队的两名工程师希尔顿与克罗斯早先提出Flybrid的构想（Fly，即Flywheel，意思是“飞轮”；brid，即Hybrid，意思是混合、杂交），这套系统就像儿童玩的回力玩具车，当孩子用力按住车身使车轮倒转时，车内的发条就会拉紧，产生的势能被储存起来，而当孩子松开手时，发条的势能瞬时转化成动能释放出来，推动小车飞驰。

希尔顿和克罗斯设计的Flybrid系统由一台电机、蓄电池和一个标准控制单元（ECU）组成。当赛车需要制动减速时，除了4个车轮上的刹车片被烧得通红外，变速箱里的齿轮组也会产生一定阻力，从而在一定程度上起到降速的作用。

工程师创造性地将电机连在变速箱外，这样在制动时变速箱带动电机转动发电，不仅增加了制动阻力，使刹车反应更灵敏，同时电机转动产生的电能还能被蓄电池储存起来；一旦F1赛车需要加速超车，车手不仅可以将油门踩到底，而且可以打开按钮将蓄电池储存的电能释放出来，此时内燃机和连接在变速箱外的电机一起做功发力，瞬间迸发出比正常时高出10%的能量，让赛车可以轻松超越前车……

2010年，这套系统经过各车队的检测和完善后被装在F1的发动机舱内，并统一命名为动能回收系统（Kinetic Energy Recovery System，简称KERS）。KERS系统的应用使得比赛中前后车首尾相接时，后车只要开动这个电池按钮，就能瞬间额外迸发出10%的动力，将近距离超车变得更容易，增加了比赛的观赏性。

F1的这一革命性技术引起了布加迪、兰博基尼等超跑制造商的兴趣，他们试着把KERS系统移植到民用跑车上以增加卖点。不过，对这项技术转化和应用最为透彻的还是像丰田这样的紧凑型家用轿车生产商。日本工程师受到动能回收系统的启发，在轿车上也安装了电机和蓄电池，使得同一部汽车上同时有一台汽油机和电机。当汽车行驶在路况较好的郊外时，就用汽油机来驱动车身，同时带动电机旋转发电，电能被储存在蓄电池中；等到了人车较多、路况较为复杂的市区，系统在自动关闭汽油机的同时开动电机，电机的噪音小、扭矩大并且零排放，不仅能为汽车提供动力，还能有效减少城市的噪声和空气污染。

由于该车具有汽油和电能两套动力系统，所以它也被称作混合动力汽车。

最近的数据显示，普通的丰田卡罗拉综合油耗差不多是百千米六七升，而2017款卡罗拉混合动力车型百千米平均油耗只有4.3升，在油价节节攀升的时代，省油就是各大汽车制造商的大杀器，丰田也因此赚得盆满钵满。

神奇赛车服

对于F1车手来说，每年最不喜欢的分站要数巴林、马来西亚、新加坡和巴西了。

为什么呢？因为这些地方全部处于热带或者亚热带，气候湿热，加之狭窄的驾驶舱后部那台功率奇大的涡轮增压引擎不断喷出滚滚热浪，令车手苦不堪言。即便是这样，野心勃勃的国际汽联还在不断地筹备着F1扩张计划—传言东南亚的越南也要申办F1大奖赛，由此引来众多车手的吐槽与炮轰。即便在欧洲，一场比赛下来，车手往往也会脱水三四千克。如果是在炎热地区，车手会脱水更多，甚至有车手在赛后出现虚脱乃至休克的情形。在1992年的摩纳哥大奖赛上，因为疲惫和脱水，获得亚军的英国车手曼塞尔是靠着工作人员的搀扶才颤颤巍巍登上了颁奖台……

然而，科技的进步极大地缓解了这一状况。自20世纪七八十年代起，F1的一些车队开始研发隔热、防火的赛车服，其中最经典的当属诺梅克斯赛车服，它是由5层纳米纤维制成的，不仅不怕火烧，而且还可以保水、隔热。在中东、南亚这样的热带地区，即使赛车驾驶舱温度达到六七十摄氏度，运动员也能不受影响，专注比赛。

2009年，红牛车队的车手维特尔在比赛前身穿的一件白色内衣引起了媒体关注。这件贴身内衣是由特殊的冰沙凝胶材料制成的，可以有效吸热、吸汗，从而降低车手体温。后来，杜邦公司专门为F1车手开发了一种内衣。这种内衣暗藏着多个柔软纤细的冷凝导管，当车手坐进驾驶舱的时候，冷凝导管末端可以与驾驶舱内的一个微型制冷机相连；赛车启动时，制冷机就开始制冷，并将冷气送入导管，给车手身体降温。因为降温效果理想，这款内衣受到业内人士的一致点赞，并美其名曰“降温背心”。目前，每一位F1车手在比赛时都会穿着这种贴身、暖心的降温背心，外面再套上诺梅克斯赛车服。这样一来，内衣降温，外衣隔热、耐火，从而确保运动员可以专心投入比赛。

如今，F1车手的这套装备已经出现在我们生活的不同领域。例如诺梅克斯纳米材料具有很好的防火、防辐射、耐高温等优点，因此已经被飞行员、宇航员、炼钢工人和其他的赛车比赛所青睐。当然，欧美国家一些政府人员更为细心和人性化，他们想到了时常与火灾搏斗的消防员。毕竟，消防工作是这个世界上最危险、也是与我们关系最为密切的一种职业，所以在西方，部分城市已经让当地消防员穿上了与诺梅克斯赛车服材质相同的消防服，使消防员在与死神搏斗时可以多一重保护；因为降温背心具有很好的降温作用，所以在某些地区已成为户外工作的交警、筑路工人的盛夏标配。