电子在一级方程式中的重要性

什么在一级方程式中提供了更好的优势——车手的技能还是经过微调的机器？这场辩论在 1980 年代随着一级方程式 (F1) 赛车中电子系统的发展而爆发。工程师们不断地努力优化赛车，调整 18,000 多个部件的配置， 包括传感器、ECU和机械部件。

兰多·诺里斯，迈凯轮 MCL35

一级方程式工程团队跨越科学领域，从机械和电子到数据分析和空气动力学。赛车队之间的竞争转化为技术巡回演出，以提高他们对汽车动态行为的理解，精确到微秒。

国际汽车联合会 (FIA) 的严格规定严重限制了这项技术，以确保驾驶员的能力仍然是一个重要因素。商用车中的许多解决方案，例如防抱死制动系统 (ABS) 和自动变速箱，都在一级方程式环境中被禁止使用。

近年来，赛车发生了翻天覆地的变化。借助遥测技术，赛车工程师可以通过分析来自位于 F1 赛车各个点的不同设备的 300 多个传感器的数据来监控和提高赛车的性能。可实时测量数百个参数。所有数据都由记录器收集，并使用汽车前部的天线通过无线电发送给团队。

McLaren Racing 电子部门负责人 Stephen Watt 在接受 EE Times 采访时表示：“赛道上的赛车只是冰山一角；车队现在大量使用数据驱动，以通过围场范围内的 5 Mbps 遥测链路接收的数据为基础，并从各种车载记录器卸载数据，以便赛道和工厂的工程师分析赛车的性能隔离，以及通过研究其他团队的表现来进行战略分析。”

现代一级方程式赛车是一种智能互联数据系统，时速超过 200 公里。每秒都会有大量数据从汽车发送到车队，传输各种类型的信息，从轮胎磨损到发动机温度。

ECU 和传感器
每辆车都安装了多个 ECU。系统的中心是标准 ECU 或 SECU。SECU 本质上是一个小型但功能强大的计算机，它可以控制、处理大量数据并将其从 F1 赛车传输到车队。SECU 包括优化与发动机、变速箱和差速器以及空气动力学系统的交换。SECU 也是主要的数据存储和采集服务，通过遥测向车队和比赛控制提供实时值。这使团队可以实时可视化他们的汽车性能，检查发动机健康状况、轮胎退化和油耗。

SECU 由 McLaren Applied（McLaren Racing 的姊妹公司）TAG-320B 提供，并且按照法规的要求，它必须由所有一级方程式车队运行。TAG-320B 为车队、动力装置供应商和 FIA 提供了一个共享平台。TAG-320B 拥有从动力装置的核心操作到通常被认为理所当然的八速变速箱无缝换档的功能，它允许 FIA 限制控制软件的功能以确保驾驶员无法实施诸如牵引力控制之类的辅助设备——或者如果团队要使用它们，至少可以检测到它们的效果。

该车有大约300个传感器，SECU监测4000多个参数。在典型的比赛过程中，赛车将传输大约3 GB的遥测数据以及大约4 GB的日志记录；然而，这只是计算的种子。当经过处理并与音频和视频分析等其他来源相结合时，这可能意味着一支球队在离开一个典型的比赛周末时，会有超过1 TB的有价值的数据——这些数据在未来的赛事和季节之前和期间被一次又一次地提取出来。

标准ECU

放置在单座车上的传感器用于监测潜在问题；工程师可以根据收集的数据立即做出决定。例如，如果检测到发动机温度升高，可能是因为驾驶员离前面的汽车太近；驾驶员团队可以提醒他，在温度降到敏感值以下之前，不要进入排气的热通道。

传感器有三类：与线控驱动功能相关的控制传感器，如油门踏板传感器、用于监测汽车健康状况的监测传感器，如液压系统压力，以及用于监测摩擦材料的仪表传感器，如非接触式温度传感器。

一级方程式赛车有很多生命，”瓦特说。“在排位赛和比赛期间，它变成了一辆轻型赛车，只配备了完成比赛所需的最少设备，但即使在这种配置下，汽车上也会有超过1.5公里的布线和200多个传感器。相反的极端是冬季测试，当我们对汽车进行验证时，它几乎变成了一个车轮上的测试实验室。

“对高质量数据的需求决定了我们所做的很多事情，”他继续说。“多年来，技术和体育法规的变化以及赛道测试的减少，使得人们越来越重视对每一辆在赛道上行驶的汽车都有深入的了解。在新冠肺炎流行之后，最近对一级方程式规则的修改旨在通过冻结汽车开发的某些领域来减少支出，这再次改变了这一现状挑战并使我们在成本和供应链方面比以往任何时候都更加努力，同时最大限度地从我们仍然拥有的自由领域中获益。”

自 2014 年以来，FIA 开始要求使用流体流量计 (FFM)。FFM 还使用超声波测量流体流量，从而确保对车辆的燃油性能进行非常准确的读数和即时分析。超声波流体流量测量需要使用两个压电传感器。这些传感器来回发送超声波脉冲，并使用飞行时间计算来确定流体流速。

审核编辑 黄昊宇