F1車手如何火海逃生?汽車安全技術(shù)簡史
【太平洋汽車網(wǎng) 技術(shù)頻道】“如果塞納的戰(zhàn)車如這臺(tái)F1堅(jiān)固,他今天或許還活著。”
這是昨晚筆者看到格羅斯讓(Grosjean)從火海中逃出F1賽車殘骸時(shí)的第一個(gè)想法,因此立刻動(dòng)筆寫了這篇文章。
事故發(fā)生在2020年11月29日,F(xiàn)1巴林大獎(jiǎng)賽,哈斯車隊(duì)的格羅斯讓與紅牛二隊(duì)的科維亞特碰撞,格羅斯讓的賽車直接撞到護(hù)欄斷成兩截,炸出一團(tuán)火球。
所幸的是,送院檢查之后,車隊(duì)宣布格羅斯讓只是受了輕傷,手臂和腳踝有輕微燒傷而已。
強(qiáng)調(diào)一個(gè)重要的數(shù)據(jù):格羅斯讓撞車時(shí)的車速是221km/h。
格羅斯讓在醫(yī)院中跟大家留言:“想跟大家報(bào)個(gè)平安,除了手之外,我都還好。謝謝祝福。以前我并不打算支持HALO系統(tǒng),現(xiàn)在我得感謝它被引入F1賽場(chǎng),沒有它就沒有我今天的這番話了。”
可惜車神塞納的時(shí)代并沒有如此高精尖的汽車安全技術(shù)。
塞納墓所在的圣保羅我還沒去朝拜過,但塞納兒時(shí)偶像吉姆·克拉克犧牲的霍根海姆賽道及在博物館內(nèi)的克拉克雕像,筆者此前倒是瞻仰過。天才的克拉克殉職于1968,足以封神的塞納殉職于1994。
用詹姆斯·亨特在電影《Rush》中的話來說,F(xiàn)1車手是在裝滿汽油的棺材中開車,所以不如及時(shí)行樂 —— “Sex, breakfast of champions.”(這句我就不翻譯了)
如今,一臺(tái)全重只有600多公斤的F1賽車在200多公里時(shí)速下撞毀斷裂爆炸,車手還能自己走出廢墟,這便是汽車安全技術(shù)提升的鑒證。但是,從19世紀(jì)末汽車誕生至今,我們?yōu)榇烁冻隽藰O多的代價(jià),在賽場(chǎng)和公路之上。
1887年,汽車燈具誕生了,距離汽車誕生僅僅一年。
實(shí)際上,馬車時(shí)代就有車燈,只不過當(dāng)時(shí)的人直接把馬燈(蠟燭/煤油)裝到汽車上而已。1905年之后,乙炔燈開始在汽車上運(yùn)用,不使用1879年發(fā)明的白熾燈是因?yàn)樘冀z經(jīng)不起顛簸。
等白熾燈的燈絲強(qiáng)度得到強(qiáng)化之后,鹵素?zé)粢呀?jīng)出現(xiàn)了,并被運(yùn)用到汽車照明用途之上,這一年才1925年,而這項(xiàng)配置目前還在運(yùn)用,窮如筆者,一直都在買標(biāo)配鹵素?zé)舻牡团滠嚒?/p>
隨后,氙氣大燈(1992)、LED大燈(2004年)、激光大燈(2011)陸續(xù)出現(xiàn),汽車外部照明越發(fā)清晰,配合上夜視系統(tǒng)(二戰(zhàn)德軍黑科技),簡直可以讓黑夜如白晝。
1937年,克萊斯勒集團(tuán)開始為旗下車型裝備軟性材質(zhì)的中控按鈕與裝飾零部件。
這看似一個(gè)很普通的舉動(dòng),其實(shí)大有來頭。來自底特律的外科整形醫(yī)生Claire Straith(1891-1958),發(fā)現(xiàn)一個(gè)很簡單的道理 —— 車的內(nèi)飾件多用軟性材質(zhì),臉砸過去的時(shí)候不就少受一點(diǎn)傷害嗎?
Straith醫(yī)生把觀點(diǎn)發(fā)布在醫(yī)學(xué)雜志上,并寫給克萊斯勒創(chuàng)始人。車內(nèi)飾設(shè)計(jì)從克萊斯勒這一刻的努力開始,變得越發(fā)柔軟(材質(zhì))與圓潤(外形)。
別忘了,這年代的汽車都還沒有安全帶。
1959年,三點(diǎn)式安全帶誕生,將其帶來汽車業(yè)界的偉大企業(yè)叫做沃爾沃。
發(fā)明者Nils Bohlin(1920-2002)是一名航空工程師,搗弄飛行員彈射器的工程學(xué)大神。大家都喜歡發(fā)他中年時(shí)期的禿頭圖,我選了張年輕帥氣的(下圖),讓大家了解一下技術(shù)大神也可以很帥的。
鑒于彈射器工作時(shí)必然要把飛行員綁在彈射器上,不然飛行員就成為炮彈了……那么這種將人和座椅捆綁在一起的方式,是不是可以運(yùn)用到汽車領(lǐng)域呢?
是的,且真的可以救下百萬的人,每年!
從1959年沃爾沃PV544開始,安全帶成為了成本最低、拯救效率最高的安全配置。大家還記得前幾天WEY VV7被撞之后翻下20多米的高架橋嗎?WEY官方回應(yīng)事件稱:不是WEY的堅(jiān)固救了五個(gè)人,而是五人都綁上了安全帶,安全意識(shí)救了他們。
這一點(diǎn)我們得感謝沃爾沃,因?yàn)閺娜c(diǎn)式安全帶發(fā)明之初,沃爾沃就把專利免費(fèi)開放給所有車企。
2019年,沃爾沃汽車啟動(dòng)“E.V.A. 沃爾沃安全平等行動(dòng)”,指出汽車安全開發(fā)領(lǐng)域的不平等問題(人人同等重要,反映在交通安全上也理應(yīng)被平等對(duì)待),并宣布向全世界免費(fèi)分享沃爾沃汽車60年來對(duì)汽車安全的深入研究成果和數(shù)據(jù)資料。
1959年,奔馳推出W111家族,成為全球第一款采用前后潰縮區(qū)車體設(shè)計(jì)的量產(chǎn)產(chǎn)品。
這臺(tái)車將車身劃分為三大區(qū)域,包括中間保護(hù)乘員艙完整性的剛性區(qū)域,以及前后負(fù)責(zé)吸能變形的潰縮區(qū)域。
貝拉·博瑞尼 Béla Barényi (1907-1997)是這項(xiàng)發(fā)明的牽頭人,而其實(shí)他早在1937年就提出了這個(gè)概念并申請(qǐng)了專利,但這與當(dāng)時(shí)業(yè)界的主流思路(整體都要硬硬硬)相差太遠(yuǎn),并未被接受。
奧地利人Barényi經(jīng)過兩次面試才終于進(jìn)入奔馳汽車公司,那一年是1939,這是一個(gè)敏感的年份,因?yàn)樾『右呀?jīng)在搗亂了,汽車安全技術(shù)不再是高層關(guān)心的東西。
直至戰(zhàn)后的50年代,這種車體潰縮區(qū)的設(shè)計(jì)才被接受,奔馳將其量產(chǎn)并推廣到全球各地,車體結(jié)構(gòu)安全進(jìn)入了一個(gè)全新的領(lǐng)域。
貝拉·博瑞尼 Béla Barényi 為什么被稱為“汽車安全之父”,那是因?yàn)樗粌H發(fā)明了車體潰縮區(qū),還“順便”發(fā)明了可潰縮式轉(zhuǎn)向柱,進(jìn)一步防止在復(fù)雜操縱機(jī)械機(jī)構(gòu)面前的駕駛者,在不可避免的碰撞中被方向柱擠死。
1963年,Barényi將可潰縮式轉(zhuǎn)向柱帶進(jìn)了現(xiàn)實(shí),但首次應(yīng)用要等到W123車系中,也就是1976年發(fā)布的奔馳E級(jí)。
一旦發(fā)生劇烈碰撞,這種轉(zhuǎn)向柱會(huì)自動(dòng)潰縮,拉開與駕駛者之間的距離,增加駕駛者的生存空間。還有一種結(jié)構(gòu)的方向柱,會(huì)在碰撞瞬間與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)脫離,避免轉(zhuǎn)向柱在此時(shí)因碰撞擠壓后移而擠向駕駛者胸前。
1966年,諾梅克斯(Nomex)材質(zhì)進(jìn)入美國賽車圈,從此成為全球賽車防火服的標(biāo)配材質(zhì)。在此之前,說多了都是慘烈的悲劇。
Nomex的學(xué)名是聚間苯二甲酰間苯二胺,Nomex是杜邦公司給它起的商品名。Nomex芳綸阻燃纖維有非常好的尺寸穩(wěn)定性,在250℃下的熱收縮率僅1%,纖維軟化溫度高達(dá)373℃,分解從400℃才開始。
因?yàn)橛兄懿诲e(cuò)的可紡性且手感柔軟,可以用來制作賽車服、消防服、宇航服都是杠杠的。現(xiàn)場(chǎng)賽場(chǎng)上的車手、車隊(duì)人員、拯救人員都要穿全套的Nomex服裝,包括內(nèi)衣、頭罩、襪子、手套等等。
大家還記得尼基·勞達(dá)(Niki Lauda)這位傳奇的F1三冠車手嗎?在《Rush》中的這位大公子爺,人生活得如此的勵(lì)志。
在1975年,開著法拉利312T賽車的勞達(dá)奪得了法拉利自1964年以來的首個(gè)世界冠軍,但在1976年的德國大獎(jiǎng)賽上(綠色地獄紐博格林),勞達(dá)失控撞墻成了一團(tuán)火球,隨后又被后方賽車二次撞擊,勞達(dá)被困在車?yán)锘罨顭?分鐘。
正因?yàn)橛蟹阑鹳愜嚪?,一代傳奇勞達(dá)得以幸存,可是因?yàn)槔г谲噧?nèi)時(shí)吸入了過量有害毒氣而肺部受損,臉部也毀容了(Rush編劇還杜撰了一段Hunt錘子哥暴揍嘴賤記者的片段,賊來勁)。當(dāng)很多人以為勞達(dá)的職業(yè)生涯就此完蛋時(shí),他只用了42天就重回賽場(chǎng)(劇中也有呈現(xiàn),硬核男人賊帥)。
2019年5月20日,尼基·勞達(dá)因病去世,享年70歲。因?yàn)橐患阑鹳愜嚪』鹬厣?,多活?3年,多拿了2座年度總冠軍獎(jiǎng)杯。
1972年,通用汽車首次進(jìn)行大范圍的安全氣囊現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),并于1974年將安全氣囊列為旗下部分車型的選購配置。
如今,每一年都有數(shù)百萬人受到安全氣囊的保護(hù)而免受更大的傷害,這種你我都離不開的安全配置,其實(shí)來自于美國海軍工程師John W. Hetrick(1918-1999)突然的腦洞,他在一次急剎車的時(shí)候條件反射地用手擋住了女兒前傾撞儀表臺(tái)的頭,于是陷入了沉思。
不是所有父親都有這位軍人的反應(yīng)速度,他決心制造一種“汽車安全緩沖組件”,并于1952年在自家廚房的桌子上創(chuàng)造了出來。
只不過,這項(xiàng)專利并沒有為他帶來多少收入,直至1972年專利過期之后,車企們才專注制造這種安全配置(好雞賊啊),世界上第一臺(tái)裝配安全氣囊的量產(chǎn)車要到1974年才出現(xiàn),我們剛剛提到過。
1996年,通用汽車推出業(yè)界第一個(gè)防止側(cè)面撞擊的安全氣囊;2002年,根據(jù)副駕駛座上乘員體重自動(dòng)啟閉的安全氣囊誕生;2012年,沃爾沃首次發(fā)布“行人安全保護(hù)氣囊”,置放在發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)部。
2020年,裝備首款后排乘客安全氣囊的量產(chǎn)車誕生,它叫W223世代奔馳S級(jí)。
1978年,奔馳與博世在W116世代S級(jí)上推出了首款量產(chǎn)ABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng)。ABS在實(shí)踐中大放異彩,在抓地力不良的路面上,它能讓車輪獲得物理可能上的最大制動(dòng)力和最短制動(dòng)距離,還能讓駕駛員保持對(duì)車輛軌跡的控制。
1992年,奔馳宣布旗下所有車型標(biāo)配ABS。
實(shí)際上,ABS技術(shù)誕生得很早,英國人霍納摩姆在20世紀(jì)20年代發(fā)明了ABS,30年代便運(yùn)用在鐵道車輪上,以防止車輪在制動(dòng)時(shí)抱死而損壞鋼輪與鋼軌。1936,博世買下了專利(所以現(xiàn)在滿街都是博世ABS和ESP);1940年代,ABS裝備到飛機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)上。
直至70年代,ABS才終于進(jìn)入民用車領(lǐng)域。
1962年,吉姆·克拉克駕駛著F1歷史上第一臺(tái)單體殼(monocoque)賽車奔襲在賽場(chǎng)上,并在次年砍獲7個(gè)分站冠軍并奪得年度車手總冠軍獎(jiǎng)杯。
輕量化+剛性足,為克拉克奪得了極大的客觀優(yōu)勢(shì)。
然而單體殼造價(jià)過于昂貴,直至如今只有賽車、超跑和部分新能源車有能力配備。你能買到的最便宜單體殼車體車型是寶馬i3,當(dāng)筆者在2013年中看到寶馬i3發(fā)布的資料是的確有被震撼到 —— 這么輕、這么韌,這是唯一可以掏錢買到的“黑科技概念車”吧?
說起i3,筆者就要說說材質(zhì)了。自始至終,鋼是目前車架與覆蓋件的最主要材質(zhì)來源,厲害一點(diǎn)的用高輕度熱成型鋼,達(dá)到1500MPa左右不是什么問題。
另一種思路是奧迪與捷豹路虎喜歡的全鋁車身(車架),可以兼顧操控好、加速快,缺點(diǎn)是很貴、很難修。
現(xiàn)在連奧迪都舍棄全鋁了,用上了混合材質(zhì)車身,在這一點(diǎn)上,寶馬7系、奔馳S級(jí)、凱迪拉克CT6等旗艦車型的開發(fā)團(tuán)隊(duì)都非常認(rèn)同。
那么,什么材質(zhì)和結(jié)構(gòu)是最好的呢?
暫時(shí)沒有定論,而F1賽車在用的碳纖維單體殼因?yàn)槌杀靖呱咸?,暫時(shí)沒辦法批量鋪貨。
2003年,HANS成為F1賽事的強(qiáng)制安全裝置,而在此之前,HANS的推廣可謂慘淡。
我們可以輕易查到HANS = Head And Neck Support(頭頸部支撐系統(tǒng)),發(fā)明者是Robert Hubbard,美國密歇根州大學(xué)的生物工程學(xué)教授。
HANS的原理很簡單,就是一種限位裝置,降低車手頸部和顱骨在碰撞中骨折的風(fēng)險(xiǎn)。Hubbard發(fā)明HANS之后被嘲笑了很久,逐漸就被遺忘了,直至1994年4月30日/5月1日這個(gè)黑色周末,羅蘭·拉森伯格(Roland Ratzenberger)與埃爾頓·塞納(Ayrton Senna)在圣馬力諾大獎(jiǎng)賽的伊莫拉賽道相繼殉職,F(xiàn)IA的大老爺們終于被驚醒了。
如果有了HANS,拉森伯格不會(huì)顱底骨折,塞納的傷勢(shì)可能不會(huì)這么重(當(dāng)然另有一說是折斷的懸掛零件刺穿了車神的頭盔)。隨后,HANS終于被逐步推廣開來。
在民用車領(lǐng)域,我們不可能去設(shè)置HANS,但類似原理的保護(hù)裝置也是有的,比如與HANS幾乎得到同期推廣的沃爾沃頭頸部保護(hù)系統(tǒng)(WHIPS)。研究發(fā)現(xiàn),除司機(jī)外,女性,尤其是個(gè)子較高的女性,在交通事故中更容易頸部受傷。 基于以上的研究成果,沃爾沃在1998年首次推出了搭載沃爾沃頭頸部保護(hù)系統(tǒng)(WHIPS)的安全座椅。
WHIPS可減少“頸部初始疼痛”30%,對(duì)持續(xù)一年以上的疼痛可減少超過50%。
此外,WHIPS還縮小了男性和女性之間在面臨頭頸部安全風(fēng)險(xiǎn)上的差異,給予男性和女性同樣的安全防護(hù)。
2018年,F(xiàn)1引入HALO系統(tǒng),這是昨晚救場(chǎng)的大明星,實(shí)際上2017賽季FIA開策略小組會(huì)議時(shí)有足足9支車隊(duì)反對(duì)引入這種“人字拖”……
HALO系統(tǒng)就是車手座艙前面那個(gè)鈦合金保護(hù)圈,這個(gè)7公斤的零部件可以經(jīng)得住12噸沖擊力,用F1官方的“王婆賣瓜”語術(shù)來說就是“扛得起一臺(tái)雙層巴士”。
FIA極力推崇HALO,雖然加裝了HALO之后,車手表示"We never look straight anyways"。就連小黑漢密爾頓都吐槽,HALO是他見過最糟糕的賽車零部件。
這不打緊,安全第一比賽第二。在FIA根據(jù)40個(gè)真實(shí)事故案例數(shù)據(jù)的模擬測(cè)試中,采用HALO系統(tǒng)的賽車,駕駛員存活率提升了17%。
從2018賽季開始,F(xiàn)1、F2、F3和Formula E都強(qiáng)制采用了HALO系統(tǒng)。
格羅斯讓在視頻中也感謝了HALO,因?yàn)?974年美國大獎(jiǎng)賽的一次撞入護(hù)欄的類似事故中,沒有HALO保護(hù)的科尼格(Helmut Koinigg)直接被斬首了……
如果沒有HALO,格羅斯讓就沒辦法跟我們說HALLO了。
隨著第三次工業(yè)革命的發(fā)展,汽車也進(jìn)入了全新的電子化時(shí)代,一批又一批的電子駕駛輔助系統(tǒng)從無到有、從貴到便宜,逐漸鋪裝到千家萬戶的汽車產(chǎn)品當(dāng)中。
最簡單的是幾百塊的倒車?yán)走_(dá)和胎壓監(jiān)測(cè),傳感器精度不高,量產(chǎn)化進(jìn)行得很早,在后市場(chǎng)混得風(fēng)生水起,現(xiàn)在基本都成為汽車標(biāo)配,前市場(chǎng)表示“這錢不給你們賺了”。
高級(jí)一點(diǎn)的如LDW車道偏離預(yù)警、BSM盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)(并線輔助)、AEB自動(dòng)剎車輔助系統(tǒng)、HDC下坡輔助、ASR起步防滑、ACC自適應(yīng)巡航、PA停車輔助等等。
無人駕駛技術(shù),才是汽車安全技術(shù)的終極未來。
自動(dòng)駕駛與無人駕駛是自動(dòng)駕駛技術(shù)在不同階段的稱呼,其中無人駕駛其實(shí)是自動(dòng)駕駛的最高階段,筆者做一個(gè)表格跟大家簡單說說:
自動(dòng)駕駛技術(shù)SAE標(biāo)準(zhǔn)分級(jí) | ||||
自動(dòng)化水平 | SAE等級(jí) | 人類執(zhí)行轉(zhuǎn)向/制動(dòng)/加速 | 人類介入程度 | 機(jī)器介入程度 |
無自動(dòng)化 | L0 | 必須一直控制 | 全程全神貫注 | 無 |
駕駛輔助 | L1 | 隨時(shí)接管3項(xiàng) | 全程全神貫注 | 一部分路況提供輔助 |
部分自動(dòng)化 | L2 | 某些路況接管1-3項(xiàng) | 部分時(shí)間不需全神貫注 | 部分時(shí)間控制汽車 |
有條件自動(dòng)化 | L3 | 必要時(shí)才需接管 | 多數(shù)時(shí)間可分神 | 多數(shù)時(shí)間控制汽車 |
高度自動(dòng)化 | L4 | 不需操作(特殊路況除外) | 基本啥都別理 | 基本啥都管 |
完全自動(dòng)化 | L5 | 完全不需操作 | 啥都不用管 | 啥都管 |
自動(dòng)駕駛的終極目標(biāo)是消滅方向盤、制動(dòng)踏板和加速踏板,而目前中/美/德/日的主流企業(yè)均可以全面鋪裝L1駕駛輔助功能,有部分前沿企業(yè)(特別是豪華品牌)可以裝備靠譜的L2部分自動(dòng)化功能(就是上一個(gè)小節(jié)聊到的那些),某些邊緣企業(yè)的L2純粹是擺設(shè)。
L3是業(yè)界大金主們都在主攻的項(xiàng)目,目前在某些路況單一的路面可以實(shí)現(xiàn),但各地法規(guī)其實(shí)還沒跟上節(jié)奏(中美除外)。L4與L5的區(qū)別在于是否全路況,而目前在美國加州測(cè)試的各種無人駕駛測(cè)試車均在追逐這個(gè)目標(biāo),每一年的排位都有變化。
說說數(shù)據(jù)。Miles Per Intervention數(shù)據(jù)(每英里介入數(shù))是一個(gè)重要的指標(biāo),指的是“每兩次人工干預(yù)之間行駛的平均英里數(shù)”。
以下數(shù)據(jù)是由加州車輛管理局(DMV,Department of Motor Vehicles)在今年2月發(fā)布的:
此前數(shù)年的數(shù)據(jù)均是Waymo(谷歌自動(dòng)駕駛部門)與Cruise(通用/凱迪拉克Super Cruise)兩家牽手屠榜遙遙領(lǐng)先,2020年發(fā)布的2019數(shù)據(jù)榜單中,中國百度Apollo突然飆升至榜首,可見“神秘的東方力量”有多么強(qiáng)大。
不過百度Apollo只有4臺(tái)測(cè)試車,有點(diǎn)運(yùn)氣成分,下圖可見百度的年度測(cè)試?yán)锍讨挥蠾aymo的14分之一,只有通用的8分之一。
總體來看,在美國加州擁有自動(dòng)駕駛路測(cè)資質(zhì)的64家公司里頭,多數(shù)都是中/美企業(yè),這兩國妥妥的是不可超越的第一梯隊(duì)。
早在2014年,筆者就在上海試乘過通用打造的雪佛蘭EN-V 2.0自動(dòng)駕駛車(抱歉沒有試駕環(huán)節(jié)),這臺(tái)被我稱為“美利堅(jiān)人造先知”的自動(dòng)駕駛車給我非常多的震撼,一時(shí)間文思泉涌,連夜寫出了數(shù)千字產(chǎn)業(yè)思考。
保險(xiǎn)經(jīng)紀(jì)們可以拿格羅斯讓的賽車視頻去吆喝了:“有些東西你最好用不上,但只要用上一次,你會(huì)發(fā)現(xiàn)之前所有的投資都是值得的。” 畢竟,生命冇Take Two,值得。
不過以上都不夠魔幻,更魔幻的是某些技術(shù)本身是拿來殺人的,現(xiàn)在卻用來救人。比如自動(dòng)駕駛技術(shù),它的淵源是德國V1巡航導(dǎo)彈,無人駕駛自動(dòng)飛向倫敦,制造商之一就是大眾汽車,所以特斯拉根本不是什么自動(dòng)駕駛先驅(qū)。至于自動(dòng)駕駛系統(tǒng)需用到的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng),原本是美國軍方拿來給飛機(jī)導(dǎo)彈指路的……
?。▓D/文/攝:太平洋汽車網(wǎng) 黃恒樂)
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