【Autosport专栏】梅赛德斯在转变设计理念过程中遇到的各种困难
在本年度第一场比赛之后，梅赛德斯领队托托·沃尔夫立即表示：他的车队需要彻底改变赛车概念才能重返胜利之路。但这实际上意味着什么呢？技术专栏作家帕特·西蒙斯拥有超过 40年的一级方程式赛车工程经验，其中为包括数名冠军得主服务过，他非常了解当一个想法行不通时是什么感觉……
在我担任威廉姆斯首席技术官期间，我有机会定期与沃尔夫进行专业交流。我真的很佩服他的管理能力：他知道什么时候该用胡萝卜，什么时候该用大棒。
此时，虽然他仍然是威廉姆斯的股东，但他已经放弃了任何实权角色，以避免与他在梅赛德斯的新角色发生利益冲突。 因此，我和他的关系是动力单元的客户。可能我看到的胡萝卜比大棒更多，尽管当我们的车队挑战他的时候，悬挂胡萝卜的绳子明显缩短了。然而，我在威廉姆斯的同事们非常清楚他挥舞大棒的能力，因为威廉姆斯在2014年之前的几年里一直非常失败，而且托托对车队的某些方面提出了直率的批评。
沃尔夫对梅赛德斯2022年和2023年初的表现直言不讳。在2014年至2021年取得巨大成功的几年里，他总是第一个称赞车队。因此，他完全有权质疑技术团队的方向，并结束2022年的赛车设计之路。
作为一个亲力亲为的领队，人们可以想象他在过去一年左右的时间里参与了多少次在布拉克利的一些困难且可能是激烈的讨论。毫无疑问，他一直想听听赛后技术分析的结果，并且还会听取对设计内容的定期性的审查报告。他一直要求技术团队解释为什么车队失去了竞争优势，以及采取了哪些行动来纠正这种情况。
不幸的是，即使如今车队可以使用复杂的数据工具，但是对竞争对手的分析结果并不总是很清楚。即使很清楚，也不能立即得出解决方案来扭转缺乏竞争力的局面。 例如，数据可以确认赛车在中速弯速度慢或尾速太低，但解决方案需要由工程师通过优化过程来确定。例如，尾速太慢可以被认为是汽车阻力太大，但提高尾速的途径不仅仅是减少阻力，而是提高空气动力学效率——这是一项复杂得多的任务。
减小阻力很容易——较小的尾翼就可以实现这一点，但也会导致下压力下降和弯速降低。 性能优化是一个多维问题，不容易理解，尤其是在您拥有的数据很少的情况下。
概念与执行
因此，对于沃尔夫来说，W14的概念是错误的，W13没有留下任何可以进行改进的开发空间，这是一个重要的声明。问题是，如果一个概念是错误的，首先必须确定这个概念到底是怎么错的。是概念本身错了，还是实施该概念所采用的路径错了？如何检查和量化可能存在的多条路径呢？其中一条发展方向可能会带来所需要的性能突破，但其中许多可能只是死胡同。
认准一个方向非常容易，因为你会为它的成功投入大量资金。您可能会觉得对已采取的特定方向负有责任，或者您可能坚信，尽管屡战屡败，但下一次的设计迭代会成功。我曾与雷诺的一位非常有才华的工程师合作，他的想法使我们的赛车性能取得了突破，但与此同时，他花了两年时间去尝试进行另一项创新设计工作，然后最终被告知将其扔进垃圾桶。在逆境中坚持做某件事需要坚强的意志，但放弃一个已经成为你生活重心但没有产生积极结果的项目可能需要更坚强的意志。
当2022年的规则发布并且车队开始努力解释这些规则以求获得最佳性能时，一些事情就会变得显而易见。多年来，空气动力学性能的秘诀一直是将干净的高能气流输送到赛车后角。 这在2022年变得更加重要，因为前轮尾流不再被推到一边，而是被包含在更靠近赛车本体的地方。
将干净气流输送到赛车后部的需求变得越来越重要，因为这种空气有三个用途。首先，它作用于后制动导管小翼，不通过悬架直接在车轮上产生下压力；其次，当它经过扩散器顶面时，它会从下方吸入空气，从而增加车身底部的气流；第三，也许是最重要的一点，它将后轮尾流吹离汽车中心线。后轮尾流对扩散器区域的任何形势的侵入都会对总体下压力造成极大的损害，因为它会扰乱赛车下方最重要的气流。
与产生下压力的能力同样重要的是使用它的能力。 目前的赛车与其平底的前辈形成鲜明对比，较低的后部行驶高度的赛车得到了奖励。为了在高负载和低负载条件下保持较低的行驶高度，就需要刚性悬架。人们还需要可预测的稳定空气动力学设计，让车手相信赛车不会在其运行范围内的任何区域出现异常行为。因此，当赛车性能不佳时，可能是概念正确但执行有缺陷。也许行驶高度的最佳位置离地面太近而无法发挥作用；可能车身刚性不足，导致气流从表面脱离并不稳定。
那么问题出在在所谓的概念范围内，还是在执行过程中呢？
历史有迹可循
在我们深入了解梅赛德斯W13/W14赛车的细节之前，让我们回顾历史来寻找一些可能有缺陷的概念的出处。当法拉利246在1960年赢得意大利大奖赛时，这是前置引擎赛车最后一次赢得大奖赛。三年前Cooper T43的首次亮相意味着法拉利虽然仍然具有竞争力，但使用了一个有缺陷的概念。法拉利根本没有看竞争对手在做什么，也没有以开放的心态评估他们的设计。
在1960年代后期，一级方程式中出现了四轮驱动的未知领域，包括考斯沃斯在内的许多人都在四轮驱动方向上进行开发。这是一个有趣的例子，一个概念可能是正确的，但执行失败的原因乍一看并不明显。我最近采访了考斯沃斯联合创始人麦克·考斯汀，他现年93岁，但一如既往地头脑灵光，我问他是否觉得这个概念是错误的，他觉得不是。
“牵引力一直是个问题，即使只有 400 马力，但我们缺乏空气动力下压力，”他告诉我。“这个概念是将55%的驱动扭矩传递到后部，将45%的驱动扭矩传递到前面，这会奏效的。”
迈克不仅是一位出色的工程师，而且还是一位出色的车手，而且是他首先测试了这辆车。 “在银石赛道开了五圈后，我精疲力尽，转不动方向盘——它太重了。” 那个时代的一级方程式赛车没有液压系统，因此动力转向并不是可以轻易添加上去的东西。减轻转向阻力的唯一方法是把扭矩向后分配。
当我们把扭矩分配到70%后和30%前时，赛车可以驾驶，但优势已经消失，”迈克总结道。 所以这个概念可能是正确的，但成功的必要推动因素并不存在。随着我们进入地面效应时代，乔迪·斯科特驾驶笨拙的法拉利312 T4赢得了1979年的车手冠军。 它由一台水平对置12缸发动机提供动力，其结构完全不适合地面效应汽车的要求：发动机的宽度侵占了赛车其他的翼下放置区域。尽管如此，它还是赢得了冠军，是一个罕见的有缺陷的概念最终获得成功的例子。
根据我自己的经验，雷诺RS22引擎在概念上也有类似的缺陷。超广角V10发动机的设计初衷是为了降低发动机的重心，但进气歧管的横向间距意味着气缸无法交叉供油，这在发动机制造之前并没有被发现。结果是由于概念上的缺陷而导致极度缺乏扭矩，如果不回炉重造就无法改变。
好主意，坏后果
有时某个概念在纸面上很好，但预期的问题比预期更难解决。这台车就是布拉汉姆BT55。布拉汉姆使用BMW四缸发动机有一段时间了，他们觉得通过将发动机倾斜一个角度而不是直立放置可以对赛车进行有价值的改进。尽管对油底壳和回油泵进行了多次重新设计，但排油问题一直存在，但从未真正解决——这是另一个有魄力想法的例子。
即使是最优秀的人也有偶尔的抽风时刻。阿德里安·纽维，在我看来是近年来最好的技术领导者，但是他设计了一辆有缺陷的并且从未参加过比赛的赛车：迈凯轮MP4-18。这辆设计于2003年的赛车融合了很多想法，但也许在概念上走得太远了。纽维在他的书中指出，这个问题“与底盘的形状和侧箱的前部使侧箱前面的三角翼形成的涡流过载有关，导致涡流在某些条件下不稳定和爆裂。这个问题可以通过修整翼片来缓解，但这会损失下压力”。
恕我直言，我怀疑这只是无数问题之一。这辆车有一个吹气扩散器，这是我们当时在雷诺努力解决的问题。稳定这一点的唯一解决方案是对引擎进行彻底的重新映射，我相信梅赛德斯没有这样做。马克·普雷斯顿是负责底盘的总结构工程师。我问他关于这辆车的事，他告诉我：“纽维想在所有地方都使用单向碳纤维。在某些地方这很好，但在其他地方却很困难。 由于缺乏刚度，前翼主结构在最大速度下会改变其迎角约5度，这使得赛车难以平衡。”
问题不仅限于结构和空气动力学。马克继续说道：“降低底盘中发动机位置的愿望和极其紧凑的车身共同创造了一种理论上不错但实际上很糟糕的东西。”
这是一款概念可能过于雄心勃勃且可能超前于时代的赛车。零尺寸车身和低位安装的传动系统现在已成为常态。
侧箱可能不是全部问题
回到现在的梅赛德斯，如果所有赛车的概念都是让高能气流进入后角，那么人们可能会在执行过程中看到更多差异——赛车的结构可能会提高其性能或者拖后腿。2022年初，我们看到了两种处理侧箱空气动力学设计的方法。
有些人选择让气流流过侧箱顶部，然后促使气流向下冲向扩散器。最极端的例子是威廉姆斯，它依靠强大的附壁效应来保持气流附着在“豆荚”顶部的极端曲率面上。但这很快就被放弃了，更柔和的形状取代了这一切。另一种方法更类似于2022年之前的赛车，在散热器下方布置有一个深底切，以允许低位置的气流流到后角。
事实表明前者更成功（红牛、法拉利和阿斯顿马丁），但这并不是说后一种方法是不正确的。 梅赛德斯无疑通过极其巧妙的冷却布局将这一概念发挥到了极致。虽然红牛和其他公司一直使用“空对空”中冷器来冷却来自压缩机的发动机空气，但梅赛德斯和法拉利一样，使用的是“水对空”中冷器。在梅赛德斯的案例中，这实现了赛车后部的极其紧凑的设计，这是我见过的所有赛车中唯一能在有复杂的燃料电池区域的底盘后部实现这一点的。
但汉密尔顿说他对这辆车不满意，这有什么细节值得深究吗？车手需要信心，而不稳定的赛车会摧毁这种信心。反过来，这可能是由空气动力学设计不稳定或运动感引起的。也许复杂的底盘形状无法提供所需的刚度。只有梅赛德斯知道答案。
抄作业是有限制的
也许更重要的是，梅赛德斯对此能做些什么？预算上限允许车队进行一个常规的开发计划，但限制了全面的回炉重造，如果确实需要的话。复制别人的概念总是很困难，一个设计表现出了性能，但你永远不知道这是否是值得梭哈。离开现有的发展的方向，你只能从消极的结果开始做起，直到理解细微差别并且做出改变使得一切变得积极。
我在威廉姆斯的时候，我参与设计的第一辆车是2014年的FW36。这非常成功，主要是因为我们在当时在新的涡轮混动时代提出了许多正确的设计目标。在赛季初运气不佳之后，我们经常与占统治地位的梅赛德斯车队作战，在奥地利夺得前排，在银石赛道领先，并在阿布扎比艰难追逐汉密尔顿获得第二和第三名。
这辆车总体上是可靠的，并承载了大约17公斤的压舱物。对于 2015 年的赛车，我想将压舱物转化为性能，并且有一个明显的地方可以实现这一想法。当时，所有其他赛车的下后叉骨都与驱动轴对齐，以寻求空气动力学优势。FW36的叉骨位置较低，这意味着相对于更常见的设计，叉骨中的负载有所减少。较低的负载意味着更轻的结构，因此这就是我们关注的地方。将叉骨与驱动轴对齐会导致重量显着增加，并且会导致空气动力学性能下降。我们已经围绕局部最大性能优化了赛车，当我们偏离轨道时，其他部分只能为了新气流而协调移动。
最初赛车性能下降很大，重新优化需要一些时间。虽然最终我们得到了我们想要的结果，但这是一个典型的例子，说明在没有充分理解和研究一个概念的情况下，我们不能仅仅简单的复制另一辆车的技术细节。
如果梅赛德斯的问题是空气动力学问题，它需要快速评估成功赛车的设计概念，我相信它正在这样做。如果问题更系统化，比如结构性问题，那么是真的道阻且长。
我认为让这个问题的答案变得更加困难的是，2022年底，梅赛德斯似乎处于领先地位，竞争力正在回归。上个赛季的结束，尤其是在巴西的结果，是虚假的黎明吗？在巴西的胜利可能让梅赛德斯高层相信这辆车本质上没有任何问题。因此，这场胜利实际上是进一步深陷泥潭的诱因？
到目前为止，2023年的结果表明情况确实如此，如果预算上限的影响已经开始显现，这对梅赛德斯来说将是一个漫长且艰难的赛季。