F1賽車的起由

一級方程式錦標賽是由FIA國際汽車聯盟在1950年起所舉辦的The FIA World Championship開始，全世界第一場F1是在英國銀石（Silverstone）賽道上舉行，車輛規格以1947年所制定的規則為依據，引擎最大排氣量為4500c.c非增壓引擎或是1500c.c機械增壓引擎。



1950年F1全年賽季總共有七場比賽，其中包含一場美國Indianapolis 500大賽，第一場F1比賽冠軍由Giuseppe Farina駕駛Alfa Romeo賽車所取得，而他也成為F1使上第一位世界冠軍。



F1車隊每年的預算約有50%用在引擎的研發與製作上，Mercedes-Benz每年花1.4億美金來研發製作供應McLaren-Mercedes車隊全年參賽所需的引擎，BMW則投入高達1.85億美金來供應BMW-Williams車隊所需的引擎，應該是目前年度預算最高的引擎供應商。Ferrari車隊投入的金額約1.75億美金，Toyota預估是1.5億美金，而Renault和Honda的預算都超過1億美金。



現在的F1規定使用排氣量3000C.C.以下的10汽缸自然進氣引擎，目前各車隊都採用V型排列的10汽缸引擎，汽缸夾角則從72度到110度不等，90度夾角則是目前主流。目前頂尖車隊的F1引擎最大馬力超過910匹馬力，最高轉速超過每分鐘19000轉，重量介於90-100公斤之間，使用的燃料是符合FIA規定的無鉛汽油。



高轉速、動力輸出驚人的F1引擎，所需的零件都需具備高強度與輕量化的特質，因此會用上多種特殊合金材質，讓F1引擎的造價驚人。不含研發費用，每具F1引擎的造價就高達新台幣500萬元，以Mercedes-Benz為例，每年需要約製作80~100具F1引擎以供McLaren-Mercedes車隊使用。



低油耗也是一具優秀F1引擎的重要特性，F1引擎在全速運轉時每，行駛100公里約需消耗70公升的無鉛汽油，而最省油的Mercedes-Benz引擎，據稱只需要60公升汽油。在同樣的馬力輸出下，油耗較低的賽車在正式決賽時起跑的載油量與進維修站的策略可以更具彈性，這在競爭激烈的F1賽場是很關鍵的。





在1998年Good Year退出F-1之後，直到2001年之前所有的F-1賽車都使用Bridgestone輪胎，但是從2001年開始Michelin輪胎加入之後，目前10支F1車隊中各有5支車隊分別使用這兩家品牌的輪胎。



以往F1輪胎使用無胎紋的光頭胎，在1998年，FIA規定以有溝紋的輪胎取代原有的光頭胎，以降低比賽的平均車速，1999年開始輪胎的溝紋數目更由原有的三條增加到四條。雖然車手不斷地抱抓地性能大打折扣、危險性大增，但眾車隊還是不斷地研發出應變之策。



輪胎是賽車速度的來源，強大的動力與地面的媒介，如果沒有一套好的輪胎，就算擁有最強勁的引擎，技巧一流的車手，效率超高的空力套件，是無法把力量轉換成速度的，所以輪胎在F1是相當重要的一個環節。



F1的乾胎規定直徑必須是660釐米以內，寬度則是350釐米以內，同時胎面上要有四條對稱縱向深2.5釐米的溝紋，從輪胎中心向外排列，每條溝紋之間必須距離50mm，這種和以前慣用的光頭胎完全不同的乾胎，是FIA為了降低F1越來越快的過彎速度所制訂的新規格，以降低意外發生後造成重大傷亡的機會。



乾胎：

在一場比賽中，每一位車手被限制使用10套輪胎，而其中3套用於星期五自由練習的輪胎則不能再被使用 胎壓：約為1.1bar 輪胎壽命：約為80～200公里視輪胎胎質而定 理想工作溫度：約為80～100℃



雨胎：

在一場比賽中，每一位車手被限制使用7套輪胎 胎壓：約為1.1bar 輪胎壽命：情況允許的話可跑完整場比賽 理想工作溫度：約為30～50℃



半雨胎：

在一場比賽中，每一位車手被限制使用7套輪胎

胎壓：約為1.1bar

輪胎壽命：根據天氣狀況而定

理想工作溫度：在濕地約為30℃，在乾地約為100℃





F-1賽車風馳電掣的速度，能在5秒之內瞬間加速到200km/h以上，最大過彎側向加速可達4個G，極速最高超過350km/h，這樣高的速度與過彎能力，除了需要優異的懸吊設定來讓輪胎盡可能的保持與跑道路面接觸之外，也需要足夠的下壓力來產生足夠的摩擦力，否則空有強大的馬力，在過彎時將無從發揮，因此空氣動力學設計的優劣已成為今日F1決勝的關鍵之一。



空氣動力學的工程師們在風洞中實現他們的空力藝術，由功能強大的設計電腦所產生的3D模擬，並在大型的風洞中不斷的測試。F1車隊每年都會花上300萬美元到1500萬美元不等的風洞操作經費來驗證空氣動力學組件的效率。



空氣動力學效率就是下壓力和空氣拖曳阻力的比例。目標就是要獲得最大的抓地力，和最小的拖曳阻力。下壓力是空氣動力學上垂直方向的向下壓力總合，這些力量是由前鼻翼和後尾翼所產生，用來把賽車壓在地面上，下壓力越大，賽車在跑道上的抓地力就越大。



理論上，由前後翼產生的可怕力量，可以讓一部F-1賽車抵抗地心引力，讓600公斤重的F1賽車在隧道的天花板上倒吊著跑，因為賽車可以產生超過車身重量數倍的下壓力。要讓F-1賽車那樣高速的過彎，那麼必須把車底、車頂以及車身周圍的氣流引導到完美的境界！



關鍵的前後翼

影響F1賽車空力穩定性的最重要因素是前鼻翼，這是決定通過車身上方、下方和其他如散熱器、後尾翼氣流的比例和方向的關鍵性元件。除了分流前方的空氣之外，前鼻翼在操控上也扮演重要的角色，那就是產生下壓力來將前輪壓在地面上。



尾翼是F-1賽車外觀上重要的一部份，尾翼的組合被目前的比賽規則限制在只能有三片。透過調整前後翼的設定，車隊可以控制賽車的抓地力來配合不同的賽道特性及底盤本身所產生的定值的下壓力。理論上，翼面角度越陡，產生的空氣動力學的拖曳阻力越大，車速提高時對車輛產生的下壓力越大。同時，陡峭的翼面設定會降低賽車的速度表現以及增加油耗。



F-1賽車空氣力學的最高境界就是『平衡』。F-1賽車的抓地力約有1/3是由前輪負擔，有超過2/3則是由後輪負擔。在前輪採用低下壓力的設定可以提高車速，但同時也會提高轉向不足的趨勢；轉向不足就是車頭會開始滑向彎外側。相對的，如果車尾的下壓力不足，那麼會有轉向過度的傾向，車尾就會開始打滑。



循跡控制系統TCS（Traction Control System）約是在'90年代初期發展出來的電子系統，在'94年之前可合法使用這項系統，然後連同主動式懸吊都遭禁用，後來Senna的死則引發這些高科技設備的爭論。直到2001年西班牙GP，循跡控制系統才又再度解禁。



循跡控制系統的原理是在輪胎打滑時，包括了起跑、過彎、下雨天等等的情況，利用各式各樣的方法來降低扭力的輸出，讓輪胎重新獲得抓地力，進而讓車手能夠控制賽車，將動力發揮到最極限，並增加賽車速度。而降低扭力的方法有油門的控制、點火延遲、或是關掉數個汽缸的點火或供油系統。



由於傳動輪在加速時會超過50G，所以降低慣性所需的反應要非常快速，但是利用油壓電子油門控制需要30毫秒，反應時間不夠快；延遲點火又有耐用度的問題；因此現行的循跡系統是利用裝置在輪胎處的感應器來偵測輪胎狀況，當輪胎打滑時電腦就會降低引擎輸出功率，通常是數個汽缸不點火，或是在供油程式下功夫，讓輪胎停止打滑，以降低車輛因為輪胎打滑所造成的失控狀況，進而增加賽車速度。



不過現在的循跡控制系統可不只是那樣簡單，隨著電子技術的進步，現在電腦已可以做出較過去更為順暢的循跡控制，不只是單純地點火與供油而已，目前的程式技術已可讓賽車在即將打滑時，循跡控制系統就開始作動，保持在最大摩擦力的邊緣，得到最佳的引擎動力運用。



循跡控制系統不只有在慢速彎道中有幫助，在高速彎中也有所助益，系統不只會在打滑的時候做出補償的動作，就當車輛正開始滑動時就會介入，過去要以時速190公里半油門方式通過的彎，在配備循跡控制系統之後，可以時速200公里全油門的速度通過。