2020 F1 巴林大賽分析：方程式的安全防護底線－探討F1安全防護

淺談材料科技與方程式賽車安全防護建構，建築在意外與希望中的曙光！

(圖片來自:F1官方網站 www.formula1.com)

2020 F1 巴林 GP 的戰況平淡無奇，然而意外事件卻是令人印象深刻！高速、大動力、高下壓力需求，根本就是無敵星艦 Mercedes 軍團的天下，要不是 Sergio Perez 意外縮缸、 Lance Stroll 被剷翻，否則粉紅賓士也非常有機會填滿頒獎台。至於紅軍面對這條賽道，所拿出來的壓箱寶，果然不出筆者的猜測，又是降低下壓力換取賽車尾速，再次讓車手踩著溜冰鞋賭命上陣，經過多年拿車手安全的豪賭，至今毫無進步！

(圖片來自:F1官方網站 www.formula1.com)

一級方程式一路走來，其目標是為了刺激汽車產業的進步，利用有如戰爭的比賽競技，在高速、高壓、高強度的競爭環境下，透過技術研發、資金灌注、賽事探索與「強制改變規則」等等，一級方程式成為了人類最尖端的賽車運動之一，所帶來的影響不但走出了賽道，更踏入了各個產業鏈。其中，巨大的動力是最令人熱血彭湃的選項，從排氣量、多缸數、增壓、混合動力一路走來，也是觀眾最容易察覺的改變。

(圖片來自:F1官方網站 www.formula1.com)

如今，人類已經可以輕易壓榨出超乎想像的巨大動力，就像未來戰鬥機的設計一樣，科技針對動力的關鍵已經大幅突破，如何強化駕駛面對綜合「壓力」的對抗，反而成為了追求極端性能的封印！由於沒有超大型戰事爆發，航太科技其實是以待機的狀態緩步進展，機體延壽、提高CP值、大量電子更新，成為了產業活下去的「顯學」。相較之下，一級方程式面對「電力」即將帶來的動力革命，同樣面對了「人體極限」與「安全性」提升的兩大鑰匙！

F15 EX戰機 (圖片取至網路)

筆者認為一級方程式對於汽車產業，的確有所啟發與科技引導。然而真正下放到市售車的「性能科技」確十分有限，無論是哪一個階段，真正享受到正統 F1 科技加持的市售車，很可能只有 Ferrari 、 McLaren 與賓士的旗艦超跑，或是當年 BMW 自然進氣 V10 ( BMW S85 )引擎能夠沾沾金粉，其餘所謂的科技移轉，大多是一種廣告手法運用。因此一級方程式這一路走來最大的貢獻，如果要筆者訂下一個註解，我會選擇「安全提升」這個選項！

BMW S85 引擎 (圖片取至網路)

今天先撇開電腦輔助、制動系統、空力設計、底盤研發，所帶來的安全提升， FIA 與一級方程式所帶來的「硬式」安全防護，真正幫助了所有賽事與市售車輛安全提升，雖然很多科技或創意並不一定來自於此，然而透過 F1 的激烈賽事考驗、巨大資金加持、大會規則把關，這些安全裝置或是創意，得到了真正的發展與釋放！我們緬懷過去的種種犧牲與付出，更感謝這些犧牲大幅降低了賽事風險，讓人類能更加安全的追求速度與科技。在這裡筆者分享專業賽事分析 Hanss Lin 林帛亨的貼文鏈結，這些血的代價讓人類看到了光明。
（警告！鏈結有血腥畫面，請自行斟酌評閱，點擊後會先進入 FB ，再請點擊進入連結訊息）
https://www.facebook.com/hansslin/posts/4114525845228602

(圖片取至網路)

網路上對於「 Halo 」與「 Aeroscreen 」已經有相當多的討論，它們的「功用」想必也無須再說明。本次「 Halo 」系統保護了車手的頭部與頸部， Halo 防止了 Romain Grosjean 直接被斷頭，也就是直接「硬扛」與鐵製欄杆的撞擊。為了對抗直接的撞擊，我們必須先了解幾種目前 F1 主要使用的材質，也必須了解它們最佳的運用與製造方式。面對撞擊的壓力，碳纖維 Carbon fiber 是非常優秀的素材，質輕、強韌、塑形容易是它最大的優點，而目前都會混編織其它種類的纖維材質，而使用不同的化合樹脂也是關鍵，因此「碳纖維複合材料」（碳纖維強化聚合物）是非常多元，同時功能性可以任意調整的素材。

(圖片來自:F1官方網站 www.formula1.com)

在製程上也有許多不同的加工方式， F1 所使用的製程是目前最尖端的方法，因此才能發揮超高的抗拉力與強度，加上「編織」與物體「造型」設計上的技巧，碳纖維複合材料才能真正達到教科書上的超強能力。但是天下沒有完美的材料，只有適性而用的素材，面對尖銳物體的單點穿刺，碳纖維製品面對衝擊力集中於單點時，會發生刺穿纖維編織與構成，產生方向性的斷裂或破損。所以需要「硬扛」撞擊並且毫無潰縮空間的「 Halo 」，其內部還有同樣重量輕、強度高、抗腐蝕、抗拉強度都十分優秀的鈦合金骨架，以確保遭到硬物單點撞擊時，表面碳纖維複合材質的硬基底，而整個 Halo 結構重量約在 7KG~7.5KG ，因此本次的英雄「 Halo 」其實是一大塊配合特殊抗壓造型的鈦合金。

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由於碳纖維複合材料可調整的特性，一級方程式將賽車大致分成多個區段，其中也包含了一定的潰縮區（如車鼻部分），以及碰到撞擊後可以拋棄的尾段設計（減少重量以防撞擊強度增加），與許多能夠擔任「緩衝物」的部件（如冷排、進氣口管路）。車手最後的安全保障來自於單體式安全艙「單體硬殼」，這個概念已經超過 60 年的改良與進步，而複合材料的不斷進步，也讓它真正能夠擔起最後防線的任務。尤其是碳纖維複合 Kevlar （抗切割、碎片刺入）的混合層，加上奈米科技的運用，幾乎是每年都有更加強化的複合纖維出現，而 F1 的「單體硬殼」就是採用多層複合材料與部分蜂巢結構鋁層結合製成。

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雖然「單體硬殼」在材料上精銳盡出，但卻不保證每一個部位都擁有最強的抗衝擊能力，「單體硬殼」最強的抗擊區域在正面，安全艙兩側為最脆弱的區域，因此設計人員安排了前面所提到的「緩衝」部件吸收撞擊，而有爆炸風險的油箱則安排在安全艙的後下方，由前方有「單體硬殼」掩護，後方有動力單元組件承擔衝撞，如果尾部遭到過大的撞擊分離，油箱本身也是 Kevlar 材質與特殊橡膠製成，除了可以承受變形壓力，也有即時斷油的功能。然而本次 Romain Grosjean 的意外，卻引發了爆炸與燃燒，因此針對這一部分也說明了還有改良的空間。

大會影片：請點此。

(圖片來自:F1官方網站 www.formula1.com)

其實 F1 的車體安全還有許多部份能夠細說，比如撞擊時的斷油、斷電、艙內的防焰材質、各材料的燃點規劃、泡沫滅火劑位置、脫逃順序與相關部件規劃等等，基本上比起許多現役戰機還要豪華許多，這也呈現出去年 F2 的意外與本站 Grosjean 車體安全的差別。今天 Romain Grosjean （果醬先生）很幸運，此事故是發生在他 F1 的車手生涯末端，而且是發生在已經加入「 Halo 」、「 HANS 系統」（頭頸保護系統）以及新式設計的巴林賽道，這些關鍵條件缺一不可！如果以同等力道發生在其它賽事運動上，以當時時速超過 200 km/h，超大的 G 值與千噸的衝擊力，今天將會是令人難過的一天！ 2020 F1 巴林

(圖片來自:F1官方網站 www.formula1.com)

運氣始終是非常重要的一環！今天撞擊角度只要多一些些，事故發生時間在早幾年，情況將會非常難說！這樣的意外事故讓 Romain Grosjean 獲得了本日最佳車手，筆者不敢說這是「安慰獎」，而且 Grosjean 的駕車風格實在令人搖頭，他是一位有速度的車手，不過適應力與風格始終未能穩定，車手生涯大大小小的自撞、碰撞非常多。我們不知道還年輕的 Grosjean 未來會如何發展，但是他今天能夠活下來，並且獲得車迷的票選，筆者認為唯一可以獎勵的是他熟記了所有緊急狀況的處理步驟，賽車的各項部件都處於最安全的時期，車手的人身部品如 HANS 系統、安全帽、防火賽車服、手套、襯裡、賽車鞋通通有發揮作用擋住超過 24 秒的大火燃燒、方向盤穩固無變形「快拆機構」正常、六點式安全帶發揮作用並且安全拆卸、坐盆式賽車椅角度與填充物採吋正確、「果醬」自己本身意識清楚、肌肉反應與逃生訓練即時喚起、現場工作人員安排妥當等等等….. 今天才有「命」可以看到這頒給所有「程序」、「車手」與「幸運女神」的獎項！