F1的動力

 自2014年起,所有的F1賽車都完成油電混合動力化,配備1.6 L V6渦輪增壓引擎。對不了解引擎的人來說,在「L」之前的數字表示引擎所有汽缸的排量體積,以升為單位。「V」就是V型引擎。在「V」後面的數字代表引擎的汽缸數量。

 車隊的建造者必須根據他們的需求,想盡一切可行的辦法去優化馬力、扭矩、能量管理。光是燃油效率就是一門極其精密的科學,工程師們得花上好幾年的時間去鑽研,才能搞定燃燒穩定性、燃油流體力學與汽門開啟時間的完美配合。這就是為什麼F1賽車的引擎非常複雜,而且也會根據不同的賽道微調。

 引擎曲軸每分鐘的旋轉次數,或者我們稱之為轉速,對F1賽車來說,最大轉速都在12,000轉左右。由於現今F1賽車的引擎是油電混合,不僅僅只靠一顆內燃機來輸出了,所以現在F1賽車搭載的叫做「動力單元(Power Unit,PU)」,其六大核心元件包含 ——

  • 內燃機(ICE)
  • 渦輪增壓器(TC)
  • 動能電機單元(MGU-K)
  • 能源儲存電池(ES)
  • 控制電子單元(CE)
  • 排氣系統(EXH)

※ 動能電機單元、能源儲存電池、控制電子單元這三大元件合稱為「能量回收系统」,即ERS(Energy Recovery System),在2026新規則下,其影響力已達到舉足輕重的程度。

※ 動能電機單元本質上就是「馬達兼發電機」,它既可以當馬達用(耗電輸出動力),也可以當發電機用(回收能量發電)。但不管是輸出還是回收,都有非常嚴格的功率規範。

※ 電池容量其實很小,可用的能量上限只有4兆焦,大概只夠一輛特斯拉開6~7公里,但F1賽車要在幾秒內完成極大功率的充放電。


2026年的全新動力規則

 2026年的內燃機採用百分之百永續燃料,輸出馬力大約540匹;電機輸出馬力大約470匹,兩者的貢獻幾乎各佔一半。這需要明智而巧妙的運用電池,所以新規範制定了精確的出力曲線,試著提防電力過早耗盡。簡單來說就是車速越快,允許使用的電池動力就越少。在一般模式下,電機的350千瓦全功率出力僅維持到時速290公里(摩納哥為200),然後電機出力會隨車速增加而遞減,直到時速345公里時降為0。而啟動超車模式後,電機的350千瓦全功率出力可維持到時速337公里,然後才開始遞減,直到時速355公里時降為0。

 車手有幾種通用模式可選:

  • 能量回收(RECHARGE):有4種充電途徑 —— 煞車、過彎補油、鬆油滑行、全油門(把大量扭矩拿去充電)。
  • 加速/增壓(BOOST):按下去能將儲存的電量倒向驅動輪,車手可以在任何地方任意使用。但前提是電量夠用。
  • 超車模式(OVERTAKE):在偵測點咬進前車1秒內,下一圈的電機出力延後遞減(直到時速337公里),且充電量增加0.5兆焦。

 按照技術規則,電池容量、每圈的充電及放電量都有上限,電力無法像燃油引擎那樣持續全功率輸出,所以車隊都要事先針對不同的賽道做好能源管理,以預編程(Pre-programming)寫好電控軟體中的充放電節奏,每一焦耳都要斤斤計較。工程師會準備好幾套劇本,即「能量釋放地圖(Energy Deployment Map)」,就像「電力使用計畫書」,車手只要撥動方向盤上的旋鈕,就能在這些預置好的程式間切換,來應付不同戰況。但這套看似完美的能源管理系統,在實際比賽中卻讓賽車陷入另一種物理和規則的拔河。

 由於電池成了主角、但電量卻入不敷出,現在的賽車經常會因為沒電而動力不足,即所謂的「削峰/動力斷層(Clipping)」現象,動能電機沒有在輸出,只剩下內燃機在工作。而「全油門充電」時還會觸發「超級Clipping」,強行吸收內燃機產生的大部分扭矩轉化為電能、同時會出現電磁阻力(反向扭矩),讓車速突然驟降,變成後方的待宰羔羊。但這也成為各車隊爭奪能源、讓賽車獲取動力的首選途徑,在直道末端甚至高速彎中主動觸發超級Clipping,以確保在攻防時能有滿格的電池可以揮霍。

紅牛RB22賽車的能源儲存電池

 除此之外,今年我們還會看到車手們在進彎之前鬆油滑行(Lift and coast,簡稱LiCo),以此帶動充電。簡單來說,如果高效殺彎之後會在下一段直道沒電,那還不如鬆油滑行、多充一些電,反正本來就準備要踩煞車了,只是提早一點抬油門而已,這樣造成的秒數損失其實微乎其微。由於進彎時車速極高、蘊含的動量非常充沛,回收量是非常驚人的。與其一腳重踩煞車瞬間減速、馬上終結蓄電的時間,倒不如把回收過程拉長,這樣反而能充到更多的電。(彎道越慢、直道就有電跑越快/彎道越快、直道就越沒電可用)

 這套全新規則的動力單元變得極其複雜,如同運算複雜的移動伺服器,任何微調都可能在演算法中引發難以預料的意外後果。當程式碼有缺陷時,也不能邊開車邊修正電控軟體,車手即使改變駕駛方式也無法改善車輛表現。電控邏輯主宰了一切,車手從「速度的追求者」變成「電量系統管理員」。當車手試圖挑戰極限、做出非典型操作以尋求突破時,經常會觸發系統的「重置」或「自適應」(為了保護電池或電動機而強制介入調降輸出),這導致秒數損失比賺到的更多,車手越拚反而越慢,幾乎只能照程式碼開車。

 以下是F1今年的奇葩現象:
  • 動力輸出並非線性,而是用複雜的軟體分配馬力、自動調整管理方案。
  • 內燃機被當成發電機使用,引擎聲浪與實際的速度感脫節。
  • 為了存電,必須以「標準答案」來跑,車手們被迫發展出極其不自然的駕駛動作(例如提前退檔)。
  • 車手不敢在所有彎道都全力加速,因為必須留電給大直道。
  • 當軟體為了保護電池或強制充電而突然超級Clipping時,就會出現非預期性的隨機減速,很危險。
  • 如果車手發生失誤、晚踩油門,反而會因為電量剩餘,在接下來的直道有更多動力。
  • 很多超車通常是因為電池發力(或是被超的車正在充電),不完全是車手的膽識或技術。
  • 有時強硬的防守變得沒有意義,做出抵抗只是無謂的耗電,戰術性的讓路反而更有利。
  • 轉播時也沒有完整展示電量遙測,觀賽的邏輯性缺了一大塊,所以超車跟被超常常都讓觀眾不明不白。

尾燈的燈號

 F1賽車的尾燈(RIS,尾部碰撞結構燈)是一種溝通工具,它能告訴後方車手、賽道工作人員、觀眾目前賽車的能量分配模式 ——

  • 閃爍一下:低功率輸出(De-rating),動能電機輸出功率低於350千瓦,內燃機的馬力(約540匹)仍正常傳到後輪。
  • 閃爍兩下:電能完全切斷(Clipping),動能電機完全沒有在輸出,只剩下內燃機的馬力(約540匹)仍正常傳到後輪。
  • 快速連閃:全油門充電(Super Clipping),車手油門踩到底,但是系統正強行將內燃機的大部分馬力轉移給動能電機充電,只有小部分馬力(約200匹)傳到後輪。
 當賽車換上半雨胎或全雨胎時,尾燈則改為雨燈使用。在安全車、虛擬安全車、防熄火模式、空擋、限速、引擎熄火、通過雙黃旗區域、賽車低於時速20公里時也會閃爍示警。另外,如果車手還沒拿到正式的超級駕照,像是只持有練習賽執照的新人車手在第一節自由練習賽(FP1)代班上場時,這個平常為紅色的燈號會改成藍色,表示駕駛者為「新手上路」。

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