影响汽车赛道圈速的广义因素都有哪些？
这个问题只有晚期车迷还有极其热爱驾驶/赛车的工程师可能会琢磨，作为两者结合我打算来说一下自己建立的模型及看法。 多数人在一个细分领域通常会讲得头头是道，作为整合广义宏观概念的尝试，这个回答可能是头一个。这个问题的关键不是把每个局部分析得特别清楚（如果要分析清楚，则至少要写不只一本书），而是能够从整体的角度来看待这个问题，意识到他们本质上都是一回事儿。 对于多数受众：理解这个问题只需要基础力学知识，以及一些对汽车的热爱。 也欢迎其他有意义的探讨。 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 问题其实很简单。因为任何一个人造车辆，（多数情况下）都有以下共性。 首先车辆具备四个车轮和前轴转向的功能，同时车辆和地面的相互作用（加减速和转向）是通过四个车轮实现的，而且，车轮的抓地力（纵向和侧向）是和车轮的正压力成比例的。 其次，车辆具备加速的动力和减速的刹车力，加速的动力和车载动力单元相关，刹车力一般只取决于轮胎的极限纵向抓地力，动力足够时加速也只取决于轮胎的极限纵向抓地力。 第三，行驶过程中，除了滚动阻力和空气阻力，空气还会随着车速的增加产生升力或者下压力，从而增加或者减少轮胎理论上可用的最大抓地力。 所以按照以上事实，不难得出产生影响的一阶因素分别为（在广义范围，排名不分或者说无法分先后）： ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 下面我们就纽伯格林北环这条赛道，从赛道圈速9分左右的家用车，到7分50左右的跑车，到7分20左右的超级跑车，到6分40-50左右的GT赛车，到6分20秒左右的LMP2赛车，到5分50左右的LMP1赛车，到5分出头的F1赛车，逐一来看看首要的影响因素是哪些？ 2.1 从普通乘用车到跑车 这个比较好理解。从一两百匹马力的家用车，到三四百匹的跑车，动力显然是提升车辆在特定赛道圈速的首要原因。但是这里需要强调的是，马力不是本质原因，马力质量比才是（两者有本质区别）。因为此时，对于多数目前民用车辆的重量而言（1200-1600kg），300匹（对于前驱）到400匹（对于后驱），是（通常2档出弯时）抓地力的上限，在这个范围内增加动力，显然能够基本上被全部转化为圈速的提升。从动力进入跑车量级（300-400匹）开始，更加运动和硬朗的底盘调教以及抓地力更强的轮胎也成为提升圈速的原因，所以传统意义上跑车的对比以及竞争，就在动力和底盘之间决定优劣。当然，轮胎对比轿车也会有一些提升，但是在这个领域应该属于半二阶因素。 2.2 从跑车到超跑 从宏观来看，这部分在一阶影响因素上的变化是最不明显的，基本上是轿车到跑车部分相同性质的延续，即动力的进一步提升和底盘的优化。理论上，对于前置后驱的跑车（我们暂不讨论保时捷），就目前的技术而言400匹基本上是后轮能够承受的极限（低于这个数值二档漂移无力，高于这个数值在合理的范围能游刃有余）之所以会出现超级跑车，是因为工程师们玩儿了重心分布这个游戏，基本相同的动力，把发动机从前置调整成中置，就可以增加入弯灵活性和出弯稳定性及可用最大动力。 如此一来，在给定相同出弯稳定性的情况下就可以把动力单元的输出进一步提升，这是超跑的本质问题。当然，轮胎对比跑车也会有一些提升，但是在这个领域应该属于半二阶因素。 空气动力学是另一个很多人经常讨论的话题，不过作为一个事实，任何一个这个时代的正常超跑，即使包括Hypercars，都不存在在通常可见的速度范围产生足够提升赛道圈速的下压力值。在多数超跑领域中，早年间（2005以前）不产生升力，和近些年（2009-2017）产生传统意义上可观的下压力（200-300Kg@200km/h），是超级跑车空气动力学研究的核心（详见如何评价兰博基尼Huracán Performante纽北破纪录？中关于空气动力学基础和现状的部分）。最好的情况，比如一些超跑的赛道版还有Hypercars，能够在中高速产生大几百公斤的下压力。总体从宏观上讲，通过空气动力学产生下压力不是这个领域提升赛道圈速的一阶问题。 轮胎是大家经常忽视的问题。目前对于多数supercars，PZero或者PSS是合适的轮胎选择。这种轮胎是具有湿地性能（也就是有花纹）的民用轮胎抓地力的上限，再提高抓地力，则需要取消花纹使用CUP2/TrofeoR级别的轮胎，则会在雨天较轻易失去抓地力。（注意，这和从民用轿车到跑车，从跑车到超级跑车轮胎橡胶材质提升，从而提升抓地力的情况已经发生了本质变化，说明在超级跑车范畴，能够满足日常使用要求（噪音，磨损，成本等因素）的橡胶材质在抓地力方面的提升已经走到了极致（所以才会有TrofeoR和CUP2取消花纹的做法，因为轮胎不线性）） 从这个角度讲，可以非常好理解去年（2016年）底，AMG-GTR在纽北创造的7分11秒的记录，以跑车身份，超越了多数超跑（7分20-30秒），以及Performante在今年（2017年）初，创造的6分52秒的记录。只不过因为使用了定制的CUP2和TrofeoR而已。（详见如何评价兰博基尼Huracán Performante纽北破纪录？） 至于Hypercars，多数已经标配CUP2级别的轮胎，这取决于厂家的尿性。比如法拉利迈凯轮提供公路胎作为标配，而保时捷主要以CUP2为基准做研发。这里没有对错，因为对于1000匹级别的动力，依照现今技术，是需要更抓地的轮胎解决traction的问题，不然一定程度上没有太大的意义来造这样的车。 跑车到超跑，做个总结： 这里本质上是一个重心分布的变化导致可用动力和操控灵活性上升的问题，同时空气动力学不是一阶问题，轮胎请以PZero和PSS为基准点。展开轮胎只是为了解决一下最近的一些小特例。 2.3 从超跑到GT赛车 从这里我们就开始进入赛车世界了。不过显然在此之前，我们需要澄清一些问题。赛车可也是有很多种，房车赛车，GT赛车，勒芒赛车，方程式赛车，印地赛车，拉力赛车，越野赛车。这里我们只取在欧洲正规军车手（指沿袭卡丁车培养流程造就的场地赛车手）多数情况下会经历的赛车，因为这些赛车是最“正点”的理解赛车的方式。如此一来我们只取房车赛车，GT赛车，勒芒赛车和方程式赛车圈速的提升继续扫描。 因为情况类似，房车赛车的情况，可以类比为超跑到GT赛车的方式，在民用轿车或者跑车身上的同样沿袭（轿车还是跑车取决于赛车不同，比如ETCC或者BTCC，还是DTM），唯一的区别是空气动力学的作用会小一些。所以这里我们只分析超跑到GT赛车。 答案很简单，一阶因素就是 多数GT赛事的赛车还是基于目前的量产超跑所打造，唯一的区别就是重量更轻一些（基于超跑普遍1300kg-1500kg的状况，目前GTE赛车重量在1200Kg），空气动力学的设备更多一些（大尾翼，大扩散器），轮胎好许多（1.5g+的grip）。如果硬要在两个一阶因素中分出主次，轮胎应该是首要因素，因为这个是一个在全速度域均有效的提升圈速的方式，而即使到了这个级别，空气动力也只有在较高速才有比较明显的作用。但是这里空气的作用已经不像超跑中只是在多数情况下起到提供稳定性了，大幅提升轮胎等价抓地力（50%-150%在不同速度范围）已经是可行的了。 重量算一个二阶因素，因为多数情况下GT赛车和超跑的马力推重比是一样的，但是重量降低了，这显然会因为轮胎的非线性而提升圈速。 同样的因素在GT赛车内的不同组别也有影响，或者可以说是（不同组别内）主要的影响。比如取2010-2011年左右跑勒芒赛事的GT2和GT3组别（因为赛车赛事的复杂性（等价级别的频繁变迁），这里不强行科普），显然GT2是高于GT3级别的，但是458的GT2只有460匹马力左右，而GT3有550匹马力。 这是一般GT赛车领域会经常看到的现象，也就是级别更高的赛车可能马力反而更小（但是更轻）。因为重量不是重量，是显现轮胎非线性本质的渠道（450马力1200公斤和550马力1450公斤的马力推重比是一样的，但是前者在多数赛道上会比后者快得多（除非只跑直线），本质原因是轮胎非线性） 如接下来从GT赛车到勒芒赛车，勒芒赛车到方程式赛车，这种趋势都会被更明显地展现。（当然还有其他因素） 2.4 从GT赛车到LMP2赛车 这是两种完全不同的赛车，但是从广义模型上看也没什么特别的，还是这些因素。 马力推重比是一大原因，GT赛车和超跑目前多在350-450马力/吨，LMP2在600-700马力/吨。当然如此大的圈速区别除了马力推重比之外肯定还有空气动力学，轮胎以及重量降低的因素。 空气动力从LMP2开始就比较可观了，因为虽然介于GT和LMP1之间（也就是说从绝对值上下压力不会比GT赛车大很多），但是毕竟没有了车身设计的限制，下压力的选择上要自由很多，更重要的是相比GT赛车1200公斤的，LMP2目前900公斤左右的重量，让下压力的影响力一下子就大大提升了。 再加上更好地轮胎和轻了300公斤以后轮胎的非线性因素，圈速大幅提升就是合理的事情了。 2.5 从LMP2赛车到LMP1赛车 和上面的情况如出一辙，马力推重比，下压力（绝对值的增加和重量减轻的双重作用），重量减轻100公斤（LMP1在800公斤左右）之后由于轮胎非线性获得的额外抓地力。 这里需要特别提出的一点是，很多人意识到的LMP1比LMP2技术含量更高并非圈速提升的直接原因，不管是使用更先进的发动机，制造车身的材料（比如只有在LMP1才允许有CFRP），本质上最终都会作用在影响最开始广义模型提出的5个因素上。 只不过LMP1确实在动力输出（马力推重比达到1），空气动力学等因素上（已类方程式赛车），较LMP2有非常大的提升。 2.6 从LMP1赛车到F1 这里基本是人类能够触碰到的极限。 其实我们发现，F1强于LMP1的地方无非是LMP1强于LMP2的地方。马力推重比更强（1300马力/吨左右），下压力更大，抓地力由于重量更轻有少许额外的收获，同时轮胎比LMP赛车有比较大程度的提升，因为F1轮胎不需要考虑任何磨损的需求，基本是人类能够造出来的抓地力最好的橡胶。这个质变有一点像从PZero到TrofeoR的情况，即为了速度可以不需要在乎轮胎的湿地性能。 以上几层分析看似很简单，但是没有像其看起来那么简单。因为多数人其实无法理解也不愿意承认，只需要5个一阶因素就可以characterize一个看起来确实非常复杂的现象，即人造赛用车辆的圈速。
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 综上所述，不管人造赛车用车辆如何复杂，最终决定其赛道圈速的因素是有限的，或者至少可以说是可以识别的。目前的归类和讲解均是基于现象和事实，如果有朝一日有后来者可以找出这个问题的量化答案，那就更完美了。 2017年5月于北京。 关于轮胎非线性的问题，可以参照诺诺的文章 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 补上一个今天顺手看到的。F1跑nordschleife在5分出头是我估算的，只是不要太准。具体参考截图最后一句话。 其实这是送分题，蔚来EP9上赛在2分01左右，F1在1分35左右，求EP9在纽北跑6分45的情况下，F1大概在多长时间？