阿尔法托利车队成功打造了性能出类拔萃的 F1 赛车

阿尔法托利车队的崛起

2022 年 2 月 23 日，新一代一级方程式 (F1) 赛车悉数亮相巴塞罗那，完成了季前测试，让全世界领略了其风采。随后，2022 年 3 月初，巴林季前测试日揭幕，赛车手纷纷将重点放在了争取在 2022 年 3 月 21 日赛季开始之前能够得心应手地驾驶新车。

在季前测试期间和前几场比赛中，两位年轻的阿尔法托利车队赛车手皮埃尔·加斯利 (Pierre Gasly) 和角田由纪 (Yuki Tsunoda) 与阿尔法托利车队工程师携手合作，探索新车的性能表现并修复新设计中出现的错误。

2022 年 3 月巴林季前测试期间，赛道旁的皮埃尔·加斯利表示：“每次我们上赛道时，都会在这辆车上发现让我们耳目一新的东西，所以我们必须充分利用每场测试，力图在首场比赛之前尽可能掌握更多信息。”“这是种独特的感觉。在赛道上对这些新车进行探索并感受其性能表现让我感到激动不已。”

赛道车感性能强化要素

在 F1 赛车中，赛车手和赛车合二为一。这种赛道上车感的来源通常并不令人瞩目，那就是赛车手的座椅。

“出于安全和性能原因，底盘是赛车中最复杂的部分之一。即使在并未掌握所有信息的情况下，也需要立即从这一部分着手，”阿尔法托利车队信息技术 (IT) 和创新主管拉斐尔·博斯凯蒂 (Raffaele Boschetti) 说道。“在与西门子合作之前，我们花了三个月的时间生产出优秀的底盘。借助西门子软件，我们仅在一个月内就完成了这项工作。这为我们节省了大量时间，并给我们带来了诸多优势。”

除了底盘，座椅对赛车手安全和整体驾驶性能也很重要。整体座椅设计受 F1 赛车安全和碰撞测试规则的严格监管。如果出现问题，赛车手需要能够快速、安全地下车。负责安全事宜的马修以及医疗团队需要能够有效地将遭遇撞车的受伤赛车手救出来。博斯凯蒂还立即指出，F1 赛车中的座椅不仅仅关乎安全。

“座椅是赛车的一部分，能够提高性能。赛车手可通过座椅感受到所有的振动、加速度和操控性。在赛道上，我们可以根据赛车手的需求修改赛车设置来改进赛车，”博斯凯蒂表示。“在一级方程式赛车中，二月份或三月会有几场测试。在这种情况下，西门子为我们提供的软件和平台对于座椅制造至关重要。”

解决方案不能一刀切

F1 赛车座椅并非千篇一律。复合材料设计工程师会告诉您，一半的挑战都来源于如何让赛车手适应赛车，而不是来自座椅。

“这就像一套量身定制的西装。必须要考虑到头盔位置、背部位置，重心也必须要尽可能保持更低，“阿尔法托利车队高级复合材料设计工程师弗朗西斯科·达里奥·皮切罗 (Francesco Dario Picierro) 说道。

为了确保这些关键性能方面准确无误，皮切罗和他的同事共同开发了一个独特的座椅设计流程。首先，他们设计了一个比常规稍大的座椅，然后加热了一批专用树脂，在理想位置以赛车手就坐身姿铸模成型。根据树脂模具，他们使用 NX™ 软件创建完整的扫描来设计座椅。NX、Fibersim™ 产品组合以及 Simcenter™ 软件是 Siemens Xcelerator 这一软硬件和服务业务平台的一部分。

“整个流程看似简单，但得益于西门子的产品，其智能程度所有增强，”皮切罗补充道。

利用数字化助力 F1 赛车大获全胜

由于 2022 年车型的整个设计和底盘均发生了变化，该车队必须采用计算机辅助设计 (CAD) 来模拟每个细节，包括从整体可见性到赛车手如何适应底盘设计。

让赛车手能够挤进狭小空间中、踩到踏板并拥有清晰的视野，同时还要考虑到头盔、安全法规以及全新的底盘和赛车设计，这本身就是一项工程壮举。该车队深知数字化是如今赢得 F1 赛车的必由之路。使用西门子的数字化工具摆脱了设计、工程和生产周期中大部分的繁重工作。

“NX 助力我们完成了数字化工作。例如，我们可以复刻方向盘上具体的手动操作或赛车手的摄像头所提供的可见性。我们还可以根据赛车手的测量结果来扩展数字人体模型，“皮切罗说道。

与时间赛跑

就在复合材料设计工程师根据赛车手量身定制合适的座椅设计之时（根据各个赛车手的需求，这一流程每个赛季可能会重复若干次），阿尔法托利车队工程团队的其他成员正致力于优化新车设计，以便让赛车手在比赛当天能够有良好的表现。

除了日程紧迫之外，重量是每个 F1 赛车工程师都会面临的另一大挑战。F1 赛车工程团队难以将赛车手和赛车的总重降到 795 公斤 (kg)，这在新推出的安全法规和地面效应拉力的要求下更是难上加难。在最后一刻，该车队采用了折衷方案，让重量增加到了 798 kg。

“当然，这从不是件简单的任务。毕竟这是个全新推出的法规。这些赛车构造复杂，因此很难让一切设计都完全满足重量限制要求。正如我们所看到的，几乎所有车队都无法避免超重问题。我们还必须要考虑成本。减量要投入高昂的成本。考虑到成本上限，我们的车队能够得出一个折衷方案，”阿尔法托利车队负责人弗朗斯·托斯特 (Franz Tost) 说道。

在常规 F1 赛车中，赛车手以 300 km/h 左右的速度行驶，在制动和转弯以及长时间加速时，通常会经历多达四到五个横向加速度。

同一平台及成功的秘诀

正如托斯特所介绍的那样，对于工程团队而言，平衡设计参数始终是个挑战。使用同一数字化平台和软件套件来检验赛车真实行为有助于整个车队做出正确的比赛决策。

“我们的工作是评估零件的强度和刚度。赛车手座椅的强度需要足以支撑加速载荷，刚度也要足以让赛车手、底盘和赛车其余部分之间能够进行适当的交互，”阿尔法托利车队底盘组负责人兼结构工程师朱塞佩·斯蒂西亚 (Giuseppe Stiscia) 说道。“我们使用西门子 Simcenter 生成有限元模型，然后再生成荷载模型条件。”Simcenter 通过颜色条清楚地显示了结构的标准刚度值。每种颜色代表零件的应力或位移状态。

“结构工程师使用这些信息来了解结构的真实行为。我们的目标是尽可能提高零件的强度和刚性，但我们需要先优化重量。他补充说：“Simcenter 帮助我们更快地对零件进行计算，还让每个参与到项目中的人员都能使用同一平台。”

开发时间就是黄金

研发 (R&D) 数字化铺层组工程师安德里亚·里佐 (Andrea Rizzo) 与他的同事使用同一平台。他们使用 Fibersim 工具完成实际零件。

“我们使用 Fibersim 让有限元分析结果与实际层压之间实现了完全关联，”里佐表示。“使用这种材料，您需要在层片中切出一个形状，然后层压到模具上。任何应用于模具的额外或不必要的材料都会产生额外的成本。我们尝试以尽可能少的材料进行层压，从而节省时间和资金。”

阿尔法托利车队工程团队还使用 Fibersim 来保持定制零件的一致性。不同于商用车，F1 赛车包含许多手工制作的碳纤维零件，这些零件是通过在层压板内对复合层片进行精心铺层而制成的。每个零件都有独特的结构特征。尽管出于竞争原因，具体信息不便透露，但不难猜到，该车队会根据需要制造备件和替换件。

数据为王：车队能够分析的任何信息都将帮助他们了解新车的性能行为。

“每个碳纤维零件都是层压板，因此我们需要确保第一件与最后一件一模一样。这就是我们使用 Fibersim 的原因。凭借这种全面的仿真，我们得以在生产过程中节省了时间。我们可以为所有层压准备相同的层片。

“凭借 Fibersim，我们可以知晓组件中都发生了什么。我们知晓层片的质量标准。在此过程中，我们可以跟踪各个层片。我们可以防患于未然，因为从 NX 到 Simcenter 再到 Fibersim，我们始终都处于同一个平台上。更重要的是，我们节省了时间，“里佐说道。

“F1 赛车的典型难题就是需要生产出相同的零件，同时质量上也要做到毫无差别，而即使是标准赛车也很难做到这点。如果您使用同一套件计算从 CAD 零件到生产线的一切内容，您最终便能生产出能够在赛场上提高性能的优质零件。这就是目标所在，“博斯凯蒂说道。

得益于 NX、Simcenter 和 Fibersim 等 Siemens Xcelerator 工具，该车队可以使用多层复合材料层片来创建超轻质层压板，从而为每个赛车手定制合适的座椅。该层压板性能良好，可满足阿尔法托利车队新款赛车的安全和设计规范。这满足了加斯利和角田由纪的比赛需要，为其提供了良好的车感，让他们能够出色发挥。得益于意大利法恩扎车队精湛的工程技术，以及 Siemens Xcelerator 产品组合的助力，阿尔法托利车队已经为即将到来的 F1 赛季做好了充分准备。