為什麼 F1 賽車極易出現故障？

本人長年觀看 F1 比賽，但對於車輛經常無端故障導致車手退賽的事件非常不解，比如邁凱輪的阿隆索的習慣性無故退賽，再比如上賽季收官之戰萊科寧的退賽。F1 賽車應該是融合汽車業尖端技術的精密機器，但為何部分車隊賽車的系統穩定性如此之差....此處所指故障是指非碰撞引發的車輛突然失去全部或部分動力、斷電、部分功能失效等故障。

謝邀。

剛看到這個問題邀請的時候撲哧一聲笑了, 有意思的好問題。簡直可以看到大家對於這種每輛造價數百萬歐元的車子所投來混合著殷切期待和無言鄙視的目光...

按照慣例, 先問是不是, 再問為什麼。

首先, 我們通常討論的F1不穩定性是相對大家熟悉的現代量產車駕駛情況而言的, 因為其實相對於自身歷史, 和其他級別的賽事, 當今F1賽車的可靠性都已經是領先一步了。

然後回到為什麼總是出現故障的問題。

因為F1賽車本質是一個複雜系統, 在各類物理極限極難提前獲知的情況下, 不斷全方面推向極限的過程。A complex system pushes to limits, when the limits are extremely hard to decide ahead of time.

展開來說, 可以舉如下幾個例子 (包括但不限於):

- 結構設計: F1的結構設計最主要的目標是減重, 因此設計的安全係數 (Safety Factor) 儘可能的低, 由此帶來的後果是F1賽車處理極端情況的能力很弱。與此相反的例子就是波音747, 設計冗餘度極大, 飛機的運行工況穩定, 使得其相比F1尤其穩定; 不過F1中也有真正利用過結構設計特性的例子: Micheal Schumacher曾經就為了在能夠比賽對抗而不損壞賽車, 專門要求增強Front Track Rod的結構, 這樣帶來的是單圈性能的損失, 但是對抗性增加;

- 使用工況: F1推到極限的駕駛可以說是它不穩定性最主要的來源之一, 這其中又包含車手的輸入和賽道客觀條件。比如最近出現得越來越多的"香腸路肩" ("Sausage Kerbs"), 就很容易由於產生懸架異常輸入 (unusual suspension impulse), 從而直接造成Race-Stop Failure;

- 散熱和液路系統: 下圖 (圖源見水印)是常見的F1藏在車身外殼 (Bodywork) 下的動力和散熱系統 (和隱藏的控制系統), 可以說如此緊密的佈局在汽車行業甚至航空航天都是很少見的。Bodywork的外型對於後部下壓力及阻力都有著相當大的影響, 所以動力單元散熱和氣動性能的雙重壓力, 給散熱管路的佈置和調校帶了了很大的挑戰。因此F1的液路控制通常走在極端, 油壓差和水壓差 (Oil drop Water drop) 都在處於極限, 而這個極限由於F1的複雜工況, 除了不斷在臺架 (Dyno) 測試以外並沒有更準確而有效的方式獲得, 但Dyno測試的完整性依然有限, 無法覆蓋所有極端情況。例如在賽道上極高G力下變速箱潤滑油的氣泡現象會驟升, 潤滑程度驟降, 幾秒的時間就可能帶來變速箱故障; 例如加拿大的低速賽道和長直道的特殊組合對於ERS-Water的散熱帶來了極高的要求;