从抗争到驯服,路特斯的F1驭风之道

从抗争到驯服,路特斯的F1驭风之道
2021-05-10 17:32:31 汽车商业评论

编辑/ 张   南

设计/ 赵昊然

谈起跑车,相信法拉利、兰博基尼、保时捷这些运动汽车品牌,会第一时间反映在你的脑海里,但若论空气动力学技术和赛道表现,与保时捷、法拉利并称为“世界三大跑车制造商”的路特斯(Lotus)才是独树一帜的引领者。

最近,定名为 Emira(意为“领袖”或“司令”)的路特斯 Type 131 首次神秘地在人们眼前露了一小脸。作为路特斯品牌在燃油车领域的封山之作,汇集着73年跑车历史沉淀的Emira ,既是路特斯对燃油跑车的最好告别,也预示着由首款纯电超跑Evija(配置|询价) 开启的电动时代的到来。

路特斯汽车设计总监Russell Carr,同时也是Evija车型的首席设计师,主持了新款Emira的设计工作。他表示:“我们从Evija 的开发中提炼出了一套全新的设计语言,并将以‘性能定义美学’的理念给未来车型适配相应级别的空气动力学,‘会呼吸’的Emira正是延续了Evija最精华的设计元素。”

对汽车来说,速度增加1倍,空气阻力会增加3倍,当速度超过100km/h时,有60%以上的能耗是与风阻抗争,在车厂们千方百计地降低风阻系数,以提升速度和能效的时候,路特斯却在利用空气动力学研究成果把风由阻力变成了助力。

路特斯创始人柯林·查普曼▼

1948年,就读于伦敦大学工程技术专业的柯林·查普曼(Colin Chapman),出于对汽车的热爱,将一辆1930年出厂的奥斯汀7进行了改装,并参加赛车比赛,成为第一辆路特斯Mark 1。之所以叫做路特斯(Lotus),据查普曼儿子克莱夫·查普曼透露,是源于他母亲海瑟尔·威廉姆斯(Hazel Williams)的昵称。

路特斯Mark 1▼

同年,查普曼加入英国皇家空军,成为战斗机飞行员。在与蓝天白云共舞的经历中,他对空气动力学的研究也更加深入和专业,并为之后路特斯利用空气动力学在赛车创造的辉煌历史埋下伏笔。

1952年1月1日,查普曼正式创立路特斯机械工程有限公司,并选择了自己最擅长的轻量化作为发力方向。

当时,许多超级跑车喜欢用动力强劲的发动机,如V8、V10、甚至是V12,似乎只有大功率发动机才能打造出顶级跑车。而查普曼认为:“增加动力可以让车在直道更快,但轻量化让车无论在哪儿都能更快”。因此,“以轻量化、高效率为性能标准”的理念就深深植入在每一款路特斯产品当中。

空气动力初试牛刀

1950年代初,查普曼的合伙人迈克·考斯汀(Mike Costin)把在De Havilland飞机公司工作的哥哥弗兰克·考斯汀(Frank Costin)叫来,帮路特斯设计赛车。

路特斯Mark 8设计者弗兰克·考斯汀▼

弗兰克是De Havilland公司空气动力整流部的主任,也是一个狂热的飞机爱好者,曾开发过De Havilland 的首款喷气式战斗机Vampire。

当弗兰克被查普曼邀请参观赛车时,毫不留情地批评车辆设计太重,而且毫无空气动力性。查普曼不但没生气,还邀请弗兰克来看最新设计的Mark 8赛车的缩小模型。

弗兰克把模型带回家,把橡皮泥粘到管架上,塑造出了迷人的新外形——流动的线条,低趴的车头,侧线逐渐上升至车尾,形成一对圆润的尾鳍,颇具未来感,最终这个外形被用在了原型车上。

在铝制车壳造好的时候,弗兰克开始担心车的高速稳定性,毕竟设计出低风阻的外形和能让车稳稳地在赛道上行驶是两码事。

于是,弗兰克在原型车外壳上粘了许多羊毛,随风观察羊毛的走向,确定空气的流动方向。弗兰克还要求路特斯的技师把他绑到原型车的发动机舱盖上,在160km/h的高速行驶中观察那些羊毛的摆动,敬业精神令人敬佩。

这辆首款兼具管架结构和空气动力学外形的路特斯Mark 8,拥有超乎寻常的高速稳定性,仅重半吨的车身,搭配62kW的MG 1.5L发动机,极速可以突破200km/h,一经推出就引起了轰动。

1954年7月17日,查普曼开着这辆Mark 8,参加了在银石赛道举行的F1英国站大奖赛(RAC British Grand Prix)垫场赛。参赛的还有保时捷车队的三辆550 Spider赛车,它们采用保时捷的最新科技——“四凸轮轴”水平対置四缸机,最大功率80 kW,峰值扭矩120 Nm。虽然在参数上辗压路特斯Mark 8,但在实际比赛中,这三辆保时捷从发车就被Mark 8远远甩在身后。

从图片中我们可以看出,路特斯Mark 8(上)与保时捷550 Spider(下)相比,侧面中心更后移,类似箭尾的设计让车身在高速过弯时更加稳定。Mark 8开启了路特斯的空气动力车身之路,这种车身设计理念至今仍为各类赛车所使用,最常见的就是F1和勒芒赛场上的尾鳍设计。

除了尾鳍以外,Mark 8车身上的多处设计也都围绕气流管理展开。车头下方的进气口很宽,中间矩形部分安排了发动机的散热器,两侧半圆孔用气流给制动器散热。中央散热器前后都有导管,是完全导流的,前方用铝制导管从进气口位置导入,后方向车身下方导出。

该车还拥有一个完善的底板,在当时专门考虑车底的气流而制作底板,也是一个非常超前的理念。

引领F1走进“翼时代”

在上世纪60年代,飞机和太空的元素深刻地影响着汽车的外形设计,尾鳍是这个时代汽车设计的主流元素。

路特斯Type 49▼

1967年,查普曼率先在F1赛车Type 49的前后,分别安装了专门用来增加下压力的翼片,后翼还可手动调节高度。在最初始的设计中,工程师将翼片通过支撑结构固定在悬架上,但是出于安全方面的考虑,最终将翼片以簧上的形式固定在了车架上。

翼片让以往只通过底盘、轮胎提供抓地力的F1赛车有了另一个抓地力来源,也标志着F1赛车真正进入空气动力学时代,奠基了如今F1赛车的空气动力学翼面造型。

1969年,查普曼根据风翼特点做了进一步创新,安装“高位定风翼”的Type 49赛车出现在赛场,有效解决了此前赛车竞技时的车身不稳定因素。

高位安装翼片,可以让产生下压力的空气来自乱流较少的位置,下压力大;而且翼片的车身固定位置在车轮的立柱上,利于将空气下压力直接传递至车轮,从而产生更大的抓地力。“高位定风翼”极大改善了赛车在疾驰时的车身状态,引起各家车队纷纷效仿。

打造最成功的F1赛车

路特斯Type 72▼

1970年,路特斯车队推出了历史上最成功的F1赛车——Type 72。之所以称之为最成功,是因为它从1970年一直服役到1975年,并收获了两届车手总冠军、三届车队总冠军,20场分站冠军。这在当时赛车一年一换的F1赛场上是完全不可想象的。

路特斯Type72上在空气动力学设计上得到了改善,不仅尾翼尺寸扩大,而且车头采用了楔形设计,进一步降低了风阻。为了这种楔形设计,路特斯采用了内侧制动器,并用内侧扭杆弹簧替代螺旋弹簧,把车头的散热器移至车身两侧侧箱。

在1970年英国大奖赛上,Type72引入了车手头部上方的进气盒,极大地提高了发动机的进气气压,进而提升了进气量,加大了发动机的输出功率。

这一系列的改进和创新经过多个赛季的历练,让以空气动力学主导整车布置的新思路,成为了F1车队们效仿的范例。Type 72将F1赛车从光溜溜的雪茄造型变成了今天的楔形造型,而越来越低的底盘高度和安置散热器的侧箱也催生了下一代车型的开发重点——地面效应。

主攻地效再破F1极限

地面效应(Ground effect)亦称为翼地效应(Wing-In-Ground effect)或翼面效应(Wing-In-Surface-Effect),是指通过革新的空气动力学设计,让赛车底部维持低压状态,并通过底部低压区和上部高压力一起作用,产生极大的下压力,从而为赛车建立起一种吸地效果。

Type 72车型的多项创新让空气动力学成了F1车队们追随的目标,而此时查普曼已经开始通过理论研究和探索,把下一步的目标瞄准了地面效应。

一方面,他赞助了一项美国加州大学肖恩•贝克利(Shawn Buckley)教授分析流过车底的空气分层的特性的研究,另一方面,他从英国赛车车队BRM挖来了主导空气动力学研究的托尼•卢德(Tony Rudd)和彼特•莱特(Peter Wright),进行专项研究,让路特斯走上了更加正规的发展之路。

地面效应示意图▼

彼特·莱特领导的研发团队在多次风洞试验后偶然发现,赛车侧箱安装完整侧裙后,车底气流彻底隔绝于外界,于是此处产生的下压力瞬间翻倍。了解了这个发现后,查普曼十分兴奋,全力以赴将该成果应用到新车研发中。

路特斯设计师先是将赛车做成反翼形状,并通过风翼来增加下压力,后来演进为进气格栅、导流通道、下沉驾驶舱、尾翼、扩散器、内凹式尾部造型,再进一步利用文丘里管道和尾部风眼设计,增加底盘下的气流并借助侧裙板防止气流逸散,同时对气流动态进行节奏化管理,解决了风阻与下压力的矛盾。

这种高孔隙率的车身设计,为赛车带来了更大的下压力的同时,也带去更好的操控,更快的散热和更低的风噪。

路特斯 Type 79▼

地效技术率先应用于Type 77,在Type 78上初步成型,在Type 79上走向成熟,它的排气管在车尾两轮中间位置,管口朝后上方,虽然没有完全解决隔热问题,但将热气吹到尾翼下沿,加快了此处的空气流速,降低压强,提高尾翼制造的下压力。这一设计一直到2010年代的F1赛场都十分常见。

从Type 79开始,路特斯真正让赛车与风完美地和谐相处。空气不再是阻力,而是成为了赛车稳定高速行进的助力,地面效应的应用也迅速得到多家车队跟风效仿。

得益于空气动力学方面的出色表现,极致的车身轻量化设计及优秀的驾控感受,路特斯在品牌发展历史当中共获得了7个世界一级方程式锦标赛厂商年度总冠军、6个世界一级方程式锦标赛车手年度总冠军、81个世界一级方程式锦标赛分站赛冠军、9个勒芒大奖赛分组冠军、1个印地500大奖赛冠军以及1个世界拉力锦标赛冠军的头衔。

电动时代再树超跑标杆

古德伍德速度节上,时任路特斯CEO的冯擎峰(中)与柯林·查普曼之子克莱夫(右)以及古德伍德庄园主里士满公爵(左)一道,为路特斯70周年庆生▼

2018年,在品牌成立70周年之际,路特斯发布了Vision 80的十年品牌复兴计划。路特斯总经理Matt Windle公布了“EAS-IP”行动路线,将电动化(Electrify)、进化(Amplify)、纯粹化(Simplify)、强化(Intensify)、个性化(Personify)作为路特斯下一阶段的技术纲领。

2019年7月,路特斯推出了首款纯电超跑 Evija,这款寓意“生命力(the living one)”或“开创者(the first existence)”的新车,再次引领了超跑领域电动化的浪潮。这也是2017年吉利入主路特斯后,路特斯推出的首款车型,凭借其2000hp(1471kW)的最大功率,1700Nm峰值扭矩,1680kg的车重,9秒内从静止加速到300km/h,超过320km/h的极速,树立了电动超跑的新标杆。

由于纯电动车车身结构的变化,路特斯的空气动力学改造能力也有了新的用武之地。

路特斯汽车集团设计总监Russell Carr说:“我们借鉴了勒芒赛车富有创造性的空气流体应用方法,不仅使气流从车底、车顶、车身四周穿过,也使气流得以穿过车体本身。孔隙设计的概念对于Evija的设计至关重要,它使我们能够创造出具有超常下压力的经典设计。”

孔隙设计理念有助于将气流输送到车尾,继而对抗较低的空气压力,进一步降低风阻。通过全车多达3处文丘里效应,前后扰流器、扩散器、悬架、文丘里通道、隐藏后视镜等16处气动套件,Evija以超过车重的1.8t空气下压力刷新了量产车纪录。

前不久召开的路特斯新闻发布会,不但公布了最后一款燃油车的名字,曝光了Emira的一部分轮廓造型,新车在拥有优雅外观的同时,也让车能够自然地吸入空气,利用空气,获得空气的每一份力量为己所用,再产生强大空气动力学效应。

此外,路特斯发布了全新四大产品架构,包括生产Emira的跑车架构、诞生Evija的超跑架构、专注于跨界及生活方式用车的高性能纯电架构和开放性的电动跑车架构。

这一系列架构的推出,意味着路特斯将逐步进入大众市场,从超跑向轿车、SUV等更多的细分市场拓展,满足当今用户多元化、个性化定制需求,进入一个突出现代设计、高效动力、日常可用性和卓越性能的全新时代,迎来品牌发展的全新阶段。

路特斯集团CEO冯擎峰表示:“自2017年与吉利控股集团携手以来,路特斯传承了空气动力学,轻量化设计,极致操控的品牌基因,并凭借吉利控股集团出色的资源整合能力,在研发,制造,供应链等环节深入布局。我们希望,凭借深厚的技术底蕴与不断的科技创新,共创路特斯下一个‘黄金十年’,驱动路特斯乃至整个汽车行业的未来。我们相信,只要心向远方,每个人都是驾驶者。”

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