[轉貼]解析奧迪R18

路人甲乙丙(e21322)

2011/01/16 19:45:10

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解析奧迪R18 由 wastegate 發表在HelloF1賽車·F1賽車場 http://bbs.hellof1.com/f1
LEMANS: Inside The Audi R18


SPEED.com常駐技術專家與您分享奧迪全新LMP1賽車——R18


by Marshall Pruett

奧迪R18的發布讓跑車賽車迷的聖誕節提前了兩個星期,對於這部即將角逐2011年勒芒24小時耐力賽的賽車來說,即便是匆匆一瞥你都會覺得這部全新的封閉式座艙賽車將會成為德國製造商向前邁出的一大步。

今年(2010年)奧迪在勒芒收穫了1-2-3的傲人戰績,但即便是奧迪運動部內部也不得不承認,如果沒有標緻908雙渦輪增壓V12引擎壯烈的三連爆,R15+登上領獎台的機會非常渺茫。

上一次奧迪在與標緻的柴油機大戰中占據優勢還要追溯到2008年,不過當時已服役3年的奧迪R10在面對標緻的強勁速度時依然顯得力不從心。所以奧迪迫切需要一部新賽車取代搭載雙渦輪增壓V12柴油引擎的R10,2009年搭載V10引擎的R15在Sebring亮相——比原計劃提前了1年,雖然這部原型車贏得了揭幕站的勝利,但距離完美還很遙遠。





(R15+和R18之間的異/同點數量相當)

雖然奧迪R10當年從令人肅然起敬的R8上吸取了很多經驗,但R15對於德國製造商來說卻是一個徹底的顛覆。其中最大的收穫——或者他們希望至少做出一些引人注目的改進,所有這些都包含在F1風格的空氣動力學設計中。

R15的空氣動力學理念帶有非常濃重的Ferrari印跡,最終卻成為了奧迪工程師眼中的永遠的謎。R15不單在空氣動力學上難以預測,其V10引擎的輸出和標緻充滿野性的V12引擎相比也處於下風。

2009年在被標緻廠隊打得滿地找牙之後,奧迪回到案前繼續埋頭於R15項目——為2010年準備的R15+。雖然R15+依舊無法擺脫一些影響R15性能的原始設計缺陷,但對於空氣動力學簡潔性的重視——尤其是為勒芒準備的大幅改進的低阻力車體設計,幫助奧迪縮短了與領跑者標緻的差距。但想要一舉超越法國人,奧迪無疑需要一部全新的賽車。

隨著2011年ACO對賽例進行的大範圍修改,奧迪得以重新開始設計一部原型車——徹底擺脫倒霉的R15,並以本周五(2010年12月10日)發布的作品取而代之。

奧迪目前尚未透露R18的詳細技術規格,但經過一番系統研究後,對於這部被奧迪寄予厚望擊敗標緻新款原型車90X的賽車,SPEED.com已經掌握了可觀的技術細節。

下文您將看到R18上下遍布的創新型及革命性設計,而且在引擎方面,奧迪痴迷於引擎馬力的科學怪人——Ulrich Baretzky復活了一種已經絕跡約30年的引擎方案——上一次駕駛搭載這種引擎賽車參賽的兩位車手的名字是Gilles Villeneuve和Didier Pironi。


底盤

奧迪在R18上再度與Dallara聯手——意大利賽車製造商負責製造R18底盤和撞擊潰縮區域。

這一次奧迪不單在車身結構上做出改變——R18是既1999年R8C之後奧迪第一款封閉式座艙的勒芒賽車,德國人還首次將車手的駕駛位置挪到了賽車右側。

在R18之前車手需要跑到賽車較遠的一側才能鑽進座艙,但R18的車手可以在維修區一側進出座艙,這在諸如Spa,勒芒和Road Atlanta之類的地方每次進站時會節省一點點時間。

多方面的訴求最終促使奧迪轉向封閉式座艙的設計。2011年的規則意在廢除LMP1組別當年心血來潮的引擎規格——要知道這些引擎已經統治勒芒多年,因此隨著引擎功率的下降P1車隊的首要任務是達到最佳的空氣動力學效率。

在失去了直道上那般蠻橫的動力後,平滑的封閉式座艙設計理應成為德國人不二的選擇——奧迪也的確選擇了這條技術路線。








(奧迪R18和Bentley Speed 8依舊有些許相似之處,後者搭載奧迪引擎並充分吸取奧迪R8C的經驗)

在開蓬式原型車上增加一塊硬頂的主意聽上去似乎比較簡單,但奧迪工程師在選擇風擋造型時仍面臨一系列挑戰。R18的座艙要比908和90X稍大一些,這樣奧迪車手的坐姿將更加靠後。

據駕駛過R18的車手說,由於車手距離風擋更遠,以及風擋自身的複合曲線輪廓,都會造成一定程度的失真——就像某些汽車後視鏡上的警示標籤寫的一樣:"鏡中物體比實際距離更近"。

奧迪工程師已經非常賣力的通過多種風擋造型解決失真問題,據說他們曾經考慮直接用薄膜遮蔽風擋失真區域。

這種薄膜的原理和電腦顯示器上的防窺保護膜相似——不直面屏幕就無法看到屏幕上的內容。

由於規則強制封閉式座艙的賽車安裝空調,這樣空調成為奧迪又一項在原型車上首次投入使用的設備。

儘管中央區域被夾在撞擊潰縮區域之間,而且和R15+不同的是R18的中央區域延長至鼻錐邊緣,但奧迪依舊在底盤前方保留了"法國長棍麵包(Baguette)"式的撞擊潰縮區域。



(在稱霸開蓬式原型車領域將近10年後,奧迪終於追隨標緻的腳步加入了封閉式座艙陣營)

前部撞擊潰縮區域的碳纖維單體殼結構盡可能的收窄,但為了承受增加的重量和前寬胎的作用力,奧迪已經對單體殼結構進行了加強。據信R18的底盤繼續沿襲了"零龍骨"設計,這種設計首次出現在Acura ARX-02a上,隨後被奧迪R15所採用。

當年Dallara曾經根據奧迪的要求對R15+進行了輕量化改造,有人認為這削弱了R15的強度,據信上述項目在R18上已被盡數省去。

R18的前分流板和R15+一樣由鋁材經機加工製造而成,但R18分流板的組合化程度更高——整個分流板由多塊獨立的板材拼接而成。R15的分流板在破碎時更傾向於維持一個整體,這會損傷底板,而R18的設計則更傾向於使其分解為多個碎片,這樣單體殼就能節約很多無謂的維修成本。

選擇鋁材的原因依舊是奧迪無法保持分流板所需的表面質量。經過比賽中石子和碎片的輪番撞擊打磨後,分流板上下表面經由磨損導致凹坑造成了驚人的下壓力損失。


動力系統

奧迪新款3.7L渦輪增壓柴油V6引擎的圖片尚未對外發布,但如若SPEED.com得到的信息屬實的話,德國人的新引擎將非常耐人尋味——渦輪增壓柴油引擎採用"盤蛇"狀排氣布局。

3.7L V6引擎由2010年的5.5L V10引擎壓縮而來,據說應用一隻大號渦輪增壓器和120°V型夾角設計。我們得到的消息稱排氣管和渦輪增壓器布置於廣角V型的中央,恰好位於引擎上方,而傳統上布置排氣管的引擎兩側則用來吸入新鮮空氣。

將排氣管和渦輪增壓器移至V型結構內部,同時進氣部分被移出引擎布置於較低的位置,Baretzky沿襲了80年代初F1式的渦輪增壓引擎形式——只是距離這種結構上一次應用已經過去快30年。

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路人甲乙丙(e21322)

2011/01/16 19:47:27

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#3046693 IP 90.175.*.* 無任何修改 檢舉這篇文章

(1981年版的Ferrari 126C F1的排氣管和渦輪增壓器布置於引擎V型結構內部(如圖所示),不過這種結構還是首次出現在跑車賽的柴油引擎上)

單渦輪增壓器負責製造馬力,同時將排氣管/渦輪增壓器移至引擎V型結構內部意在使尾氣到達渦輪增壓器驅動渦輪的距離最短化,大幅提升油門反應。

此外據說R18的中冷器距離引擎也更近,這意味著進氣系統增壓氣流的流動距離也相應縮短了。

奧迪在引擎進氣口和中冷器(更多請見"空氣動力學部分")氣流供應方面採用了一個更加迥異的方案,此外據信R18通過鼻錐上的網狀開口向渦輪增壓器輸送新鮮空氣。

車頂上的進氣口則用來為中冷器輸送氣流。

奧迪選擇3.7L V6方案的初衷並非是對應旗下某款特別規格的民用版引擎——而是其內部通過ACO設定的引擎進氣限流比率推算出的最佳氣缸和排量數值。由於採用廣角V6的設計並降低了缸體內的曲軸位置,新引擎看上去異常緊湊。




(和標緻90X相比,R18的引擎蓋更窄,其內的引擎看上去也更小。後輪拱向前延伸的部分從上方更易於觀察)

Baretzky曾表示多數情況下自己都不是V6引擎的簇擁,但似乎奧迪運動部其他部門的研究最終促使德國品牌不顧Baretzky的反對採用了V6引擎的方案。

包括馬力和扭矩數值在內的所有引擎參數出於某種原因都沒有被公布。但根據我們掌握的消息來看,馬力基本依舊維持在5.5L V10引擎650hp的水平線上,而扭矩相對於V10引擎的1200lb-ft則有大幅下降。

還有一種說法是V6引擎的功率和扭矩數值可能會與V10引擎較為相近,但在極限轉速上——和V10只有5000rpm多一點的極限轉速相比,2011年的TDI引擎的極限轉速能夠達到6000rpm以上。渦輪增壓值應該也會有大幅提升,也許近10年來跑車賽中已經絕跡的泄壓閥的"嘶嘶"能夠就此回歸,要知道每個人都熱愛這種聲音。

V6引擎的重量參數同樣未知,但據我們掌握的資料來看,柴油賽車引擎增加或減小氣缸數量對引擎重量增加(或減少)的影響都是非常線性的。

R10的5.5L V12引擎的重量在275kg左右,而R15的5.5L V10引擎的重量在225kg左右。差不多每個氣缸25kg,由此推算3.7L V6引擎的重量應該在150kg左右,這將使R18的重量分配和極慣性矩得到大幅改善。

R10的操控感覺如同背負著一個巨大的鐘擺一般,R15在這方面已經有了較為明顯的改善;相比之下R18的V6引擎在體積,重量和長度上都有所降低,奧迪的車手應該能夠獲得自R8以來操控性最佳的賽車。

軸距參數同樣未知,但引擎長度縮短後,奧迪會順勢將離合器殼體和變速箱前移,進一步改善整車的重量分配。

由於奧迪將渦輪增壓器布置在引擎上方,排氣管順勢而下由車尾伸出,管口為三角形。



(R18的單管三角形排氣管正好位於紅色拖車鉤上方)

作為與Xtrac再度合作的產物,經過漫長的等待後,R18的變速箱終於增加到了6個擋位。R18的縱置變速箱並非多數原型車採用的盒帶式結構,但據說更換齒輪比幾乎和盒帶式變速箱一樣簡便,而且變速箱可以在不拆解後懸掛的情況下進行拆卸。

工程領域對於增加第6擋的爭議已經持續多年。奧迪確認自2007年起在加速方面一直完敗於標緻(當時R10仍在服役),儘管908的6擋變速箱在出彎時為標緻帶來了額外的加速優勢,但令眾人驚訝的是,2009年奧迪推出的R15仍舊沿用5擋變速箱。

由於在新賽車上奧迪需要竭力從各個方面榨取速度,R18終於眾望所歸的摒棄了5擋變速箱。


懸掛系統

R18保留了R15/R15+的推桿式懸掛系統,並使用扭桿彈簧取代了螺旋彈簧。

R18和Acura ARX-02a一樣在前輪應用了寬胎,連接前懸掛和底盤的A字臂的長度不得不隨之縮短,這會限制外傾角曲線,進而增大賽車在彎角中的前束變化。

後懸掛的布置形式亦不得而知,我們還沒有得到包括減振器和防傾桿在內的照片,不過考慮到R18自引擎上方順勢而下跨過離合器殼的單筒式排氣管設計,我們推算離合器殼上方的部件將會減少。這些零件多半將被移至引擎兩側。

奧迪之前3部原型車上笨重的V10/V12引擎意味著德國人不得不在鼻錐區域增加相應的壓艙物以保證賽車的平衡。換用更小更輕的V6之後,並且考慮到前輪增加的重量,R18應該無需在底盤前部增加額外的壓艙物。
重量增加的前輪/前胎的一個劣勢就是對應增加的簧載質量(詳細分析見後文"輪胎"部分)。


空氣動力學

R18的尺寸要比加上頂蓋,更換引擎的R15+小得多。如果Baretzky在引擎規格的選擇上較為極端的話,那麼R18的首席空氣動力學家Martin Gershbacher對於車體的設計理念則與前者完全背道而馳。

之前Gershbacher的很多聰明的改進方案使得R15的空氣動力學特性不再難以捉摸,他主持了R15+上諸多頗為有效的升級。

R18預示著Gershbacher可以卸去以往的包袱開拓一番新的天地,避免其前任沉溺於F1風格的空氣動力學設計。

如果說R15/R15+的車體組件有100個不同的角度的話,那麼R18可能連前者的一半都不到。R15/R15+絕對稱不上是那種簡潔平滑的賽車,與兩位前輩相比R18整體切割氣流的方式更為乾淨利落——而非將自己的想法強加於氣流之上——像R15/R15+那樣強行使氣流扭曲到無數個不自然的方向。




(前輪使用寬胎後R18和Acura ARX-02a一樣面臨著前輪拱和底盤之間氣流量減小的問題)

R18的第一個版本完全是基於勒芒的低阻力要求設計的。在奧迪發布的照片中,尾翼高度有多種變化,但其中一些照片顯示勒芒規格的R18的尾翼高度出奇的低。

一些傳統的空氣動力學調整裝置在R18身上亦有所體現——尤其是和多款尾翼翼型配合在一起的下探式前輪外側整流格式。如同2009年一樣可調的下探式前輪外側整流格式已經延伸至車頭的最大寬度,2010年下探式前輪外側整流格式被安裝於一個固定位置,根據2011年新規則的精神繼續留用。

路人甲乙丙(e21322)

2011/01/16 19:49:58

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#3046697 IP 90.175.*.* 無任何修改 檢舉這篇文章

(R18和標緻90X相比看上仍稍顯複雜,但與R15+相比R18在空氣動力學的簡潔性上仍是一個巨大的飛躍)

奧迪將根據不同賽道在前輪內側採用3-4個"凸起"結構。而在某些低阻力特性或者需要轉向鎖止角度較小的賽道上,將凸起結構將被收緊;需要更大的轉向鎖止角度時凸起結構將被加寬。

和Acura ARX-02a一樣,前輪採用寬胎後,需要重點考慮整車前部的設計。除了懸掛和車輪/輪胎帶來的整合問題外,車輪內側凸起和駕駛艙之間的距離將被嚴格控制。


R18後輪拱向前誇張的延伸部分相當於一個氣流調整裝置)

氣流一旦自由通過前輪拱和座艙之間的通道後便毫無用處,根據輪拱內側凸起的寬度推算,據說R18的這個通道距離阻塞氣流已經非常危險了。

這種現象通過"零龍骨"懸掛布局的引入已得到緩解,零龍骨結構可以為流入鼻錐下方和流向前輪拱後方的氣流提供更大的空間。

即便R18採用上述方案,但據說在保證引擎所需新鮮空氣的前提下,冷卻散熱器和中冷器的氣流量依然較為緊張。據信為此Gershbacher將氣流兵分兩路:一路穿過側箱冷卻引擎,另一路引擎進氣氣流則通過鼻錐內部的管道輸送至引擎艙,同時顯然車頂的進氣口用來為中冷器降溫。


(引擎蓋和擴散器之間的狹小空隙減小了尾部外延幅度)

嚴重的熱浸問題一直困擾著R15/R15+,此問題直接導致中冷器的增壓溫度直線上升,同時意味著V10引擎多半隻能吸入130-150°C之間的炙熱空氣。現在在車頂的進氣口的幫助下,溫度數值應該能夠降至兩位數以內。

R18使用了和R15+相似的雕塑型側箱,氣流裝置能夠對進入和流經側箱進氣口的氣流進行梳理。側箱後部的小型導管負責冷卻後剎車。
R18通過緊湊的淚滴狀引擎蓋緊緊包裹著V6引擎。其排氣管口位置已經從R15/R15+的引擎蓋表面改為賽車尾端,如此一來其尾部擁有一大塊平坦的平面。



(R18的車尾和標緻90X相比要短很多)

引擎蓋表面非常平滑,其中央通過單根粗壯的"天鵝狀輪廓"結構將尾翼和尾部撞擊結構連接起來。根據ACO最新的規則,豐滿的天鵝狀結構與2011年賽例強制的鯊魚鰭設計巧妙的融為一體。

R18尾部一個迥異的解決方案是後輪拱向前很長的延伸區域——幾乎已經到了車門的位置,據報道後輪拱向前延伸的幅度是可變的——奧迪工程師可以按需選擇長、短兩種方案。

這種變形的後輪拱相當於另一種空氣動力學調節裝置,但據流言稱較長的後輪拱的延伸部分會導致偏航時的不穩定性。同時就像我們在一些新車發布圖片中看到的一樣,後輪拱延伸部分的另一個作用是改變左右後輪拱之間氣流的運動方向,使其指向尾翼下方。


(從空氣動力學的角度看,R18像是Toyota GT-One和Bentley Speed 8的後代)

奧迪可以根據期望的下壓力等級,通過改變輪拱延伸部分的長度控制流向尾翼的氣流量,有效提高彎道或直線速度。

勒芒規格的R18的另一個有趣之處是其車尾的外延區域非常之短:尾翼端板實際上就是整部賽車最靠後的車體組件。由於引擎蓋末端和擴散器之間的距離非常近,因此R18無需過長的漸變式的結構將上下方的氣流合二為一。

路人甲乙丙(e21322)

2011/01/16 19:51:22

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#3046701 IP 90.175.*.* 無任何修改 檢舉這篇文章
輪胎

為2011年研發的全新"後(胎寬度)"的前胎首次搭載於90X上亮相。搶先將賽車駛上賽道能夠使法國人在新輪胎的學習和研發進程中占據一定優勢,而且據說他們非常不樂意和德國人分享其成果,擔心德國人會從他們的經驗中獲益。

根據我們目前掌握的信息來看,米其林專為90X和R18設計的新款前寬胎雖然寬度和後胎相同,但並非簡單的後胎的翻版。與2009年Acura ARX-02a單純的將37-71/18的後胎拷貝到前輪不同,米其林新款2011版(後胎寬度)的前寬胎不但和後胎毫無關係,而且寬度還要比2011年版的後胎窄了約20mm(不到1英寸)。

Nick Wirth設計的ARX-02a在前輪裝用寬胎後增加了約7%的觸地面積,但由於90X/R18尚無精確的前胎寬度數值,因此具體觸地面積的增加值也無從而知。


(前胎寬度的增加直接引起前輪拱寬度的增加)

ARX-02a的前輪牽引力的問題的根源在於其前胎並非專用規格的寬胎。將標準後胎直接安裝到前輪並承擔轉向動作造成了嚴重問題——原因在於後胎的作用和前胎完全不同。

頂級原型車後胎的作用是將作用於其上的豐盈扭矩傳遞到路面上——這和直線加速賽車後胎的功能非常相似——即推動賽車前進。因此Acura在原始設計中簡單的將後胎安裝到前輪導致的後果是前輪將一直推動賽車賽車向前運動,無論車手如何操縱方向盤。


(即便對於Bentley時代而言,前寬胎的設計都會成為LMP賽車的主流,但R18裝用的前胎無疑將左右奧迪新款原型車的外觀)

鑒於米其林的新款前胎是專為奧迪R18和標緻90X設計的,我們有理由相信兩部賽車都應獲得ARX-02a所未能觸及的操控優勢。

R18"前輪裝後胎"的設計唯一的劣勢在於額外增加的重量——簧載質量和轉動慣量。R15+一個的後胎/後輪總成的重量大約為23kg,相比之下之前"標準的"前胎/前輪組件單套重量為16kg。

如果新款前胎/前輪的重量可以與後輪相同,也就是說每個車輪增加7kg(15鎊多一點)的重量。賽車前部以提升彎道和剎車性能的名義增加的30鎊重量將迫使車手和工程師適應賽車最前端增加的簧載質量。

傳統上LMP的重量大都集中在賽車尾部,但從R18和90X開始的很多很多年裡重量集中在前部的賽車將逐漸成為主流。


可維護性

R15/R15+每天在保養和維持比賽狀態上的開支非常高昂。據說R15/R15+所需的大量工時使得奧迪的技師每天的睡眠時間只有幾個小時。

據說R18在設計時著重強調了機械可維護性,奧迪的技師將在例行項目上節約時間,賽車上絕大多數的部件亦將更加易於觸及。據說R18的設計師從快速且易於維護的基準——R8原型車上攝取了很多靈感,並將其設計哲學盡可能多的的融入到R18的原始設計中。

據說R18的4個巨大而沉重的車輪也為維修區的技師提出了更高的要求。據信來自奧迪運動部專職運動醫生的報告稱,負責更換R18輪胎的技師在之前更換R15/R15+兩個大號/小號車輪的時間內,需要拆下/換上重23kg(50磅)的重物,如此一來更換輪胎的技師需要增加6-8kg的肌肉質量。

由於R18的輪胎,地面和輪拱三者之間的空間已經所剩無幾,而且換胎的技師需要蹲到非常低的位置才能在預定時間內完成輪胎的拆卸/安裝工作,在勒芒24小時耐力賽中需要完成30次左右的換胎,因此這部奧迪在勒芒的新任挑戰者如何在24小時中將自己的技師推向極限將非常耐人尋味。


測試

2010年R15+曾經在Homestead Miami進行直線空氣動力學測試,就在賽百靈12小時耐力賽之前——據信R18也將在Homestead完成相似的測試,但時間將會定在年初。預計R18在來年(2011年)4月回到歐洲參加勒芒官方測試日的公開亮相前將會頻繁的在美國進行測試。

R15的第3版——R15++將在來年3月出賽賽百靈12小時耐力賽。

R15++將採用和R18相同的前寬胎設計,據信這部用做研發的賽車將會幫助奧迪和米其林進一步收集新款前胎的數據。

SPEED.com將會繼續為您更新R18和90X的消息。


http://bbs.hellof1.com/1834462.html

JPing(jping1107)

2011/01/16 20:32:37

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