卡丁车――F1的摇篮

9月中旬,卡丁车世界锦标赛登陆西班牙。目前国内有多家汽车摩托车运动企业在制造卡丁车,年产值超过3亿元,且90%的产品出口。国内卡丁车产品大多都是对国外产品的逆向仿制或对进口零部件的组装,没有自主设计或品牌。随着中国汽车产业的发展和汽车运动的兴起,卡丁车在娱乐行业及中国的赛车行业的市场需求将逐渐带动该类市场的发展,促进相关产品的开发和生产。

卡丁车历史

卡丁车又称作高卡车(Go-Kart)或小型赛车,是赛车运动的一种。顾名思义,车手所驾的车子论大小、功率输出比专业级的赛车要少得多,适合初学者及休闲运动之用。

卡丁车于20世纪50年代首度在美国出现,英厄尔斯因为制作了第一台卡丁车而被誉为卡丁车之父。英厄尔斯是当时著名的Kurtis Kraft赛车建造者。1956年他使用了一些废金属材料和一台250cc引擎,再加上4个小飞机的轮胎制造了世界首台卡丁车。该车在加利福尼亚州的帕萨迪纳市的停车场作了第一次的路试。当时车子能承受102公斤的重量,最快的车速可达88.5-96.5公里/小时。而当时制造卡丁车的目的只不过是为让当时的飞行员能打发无聊的时间和解闷。由于驾驶者身体全部在外,驾驶者的体感速度是实际速度的2-3倍,所以卡丁车迅速获得爱车迷的喜爱。

1959年卡丁车从美国传到法国,并在美国和欧洲迅速流行。1960法国汽车运动联合会主席、国际汽车联合会主席巴莱斯特勒创建了法国卡丁车协会。之后,欧洲各国效仿相继成立卡丁车俱乐部或协会。1962年国际汽车联合会卡丁车委员会成立,并规定一级方程式赛车手必须通过卡丁车洲际比赛并获得相应的等级分后才有资格注册。这一决议为卡丁车在世界范围内的普及和流行铺平了道路。

现代卡丁车运动作为方程式赛车F1的摇篮和纽带,为儿童接触赛车运动提供了可靠的平台,让普通人也有机会体验方程式级别的漂移。欧美汽车工业强国汽车文化积淀深厚,赛车运动发达,卡丁车虽然结构简单,但作为运动器材也发展出一套特有的产业链。1958年,美国的Go Kart Manufacturing公司成为世界上第一家生产卡丁车的制造商。1959年,一家生产割草机引擎的公司Mcculloch出品了卡丁车的专用发动机。在IAME等专业体育运动用卡丁车专业厂商兴起之前,卡丁车发动机的设计生产一直由摩托车发动机生产厂商完成。

随着时间的推移,现代卡丁车已经发展成熟,分化为娱乐型和竞赛型两种。娱乐型的卡丁车多采用工作容积在200cc以下的小型四冲程或100cc以下的小型二冲程汽油发动机作为动力,其行驶速度在60公里/小时以下,主要为初学者和以休闲为目的的娱乐者服务。竞赛型卡丁车则按照世界卡丁车联合会的规定按发动机排量、有无变速器等标准分为6个大类,12个等级,分别参加不同等级的世界或地区级比赛。

赛车装备

卡丁车由车架、车轮和发动机三个大部分组成。相同的车架可根据级别和排量需要安装发动机,并根据赛事、场地等因素的限制配备轮胎。车架一般包括前防撞箱、左右防撞箱、后防撞箱、号码牌鼻翼、转向组件、油箱、油管、座椅、尾轴总成、链盘座、发动机底座、刹车等。发动机组件则分为发动机、化油器、排气管曲喉等。

车架

车架由钢管焊接制成。由于卡丁车没有悬架系统,所以车架本身的柔韧性必须能够起到悬架的作用。而且车架必须具备足够的刚性,不会在高速转弯的情况下断裂或变形。车架的刚度也可以帮助车手在不同条件环境下有更加出色的表现。通常干燥环境下车队都会使用较硬的车架,而在湿润或其它恶劣条件下选择柔韧性较好的车架。好的车架会在车子的前后左右预留加强支撑的位置,以适合不同天气条件的比赛需要。Avanti、Tony Kart、Trulli、Birel、CRG、Gillard、Margay等都是知名的卡丁车车架生产厂商。意大利的Tony Kart和CRG由于近十年在卡丁车世界锦标赛上的优异表现格外引人瞩目。

TONY Kart在小型赛车届中享誉盛名,一代车神舒马赫就是驾驶该品牌进军F1。在驾驶F1赛车期间为保持状态,舒马赫还经常以卡丁车为练习,甚至亲自加入托尼卡丁车队测试。Racer EVR是目前帮助托尼卡丁车队赢得世界卡丁车联合会各级赛事的明星产品。车架由直径30毫米的钢管构架而成,装配最新型M4车身与最先进的风洞设计配合,使得车架的空气动力学表现达到航空航天级标准。车子加入高科技的塑料材质制作,材料的表面与周围空气的相互作用力对行进、加速有推进作用。车架的配套散热器、刹车系统都在比赛中保持最佳状态。

CRG由三位意大利赛车手创建,最终由三位车手名字的首字母得名。公司作为知名的意大利制造商与著名的Chiesa Corse卡丁车学校有着紧密的联系。F1著名车手维特塔尼奥•里尤兹就是由CRG开始进入赛车场的。F1冠军汉米尔顿为纪念自己的赛车生涯,与CRG合作,推出以其名字命名的卡丁车。汉米尔顿在Chiesa Corse卡丁车学校的车队经理将全权负责该车的市场推广和销售。该车架采用路勒贝尔技术,配备VEN06刹车系统,车子的镁合金组件参考Chiesa Corse的建议,较CRG的普通车型有更多优化。

发动机

一般的娱乐型卡丁车多采用电动马达或四冲程发动机,而比赛用车则需要按照赛程规定选用二冲程或四冲程发动机。由于电动马达的维护维修较为简单,电力驱动没有废气排放的问题,不会产生黑烟,适合室内赛道使用。车子只要铅酸电池充电即可运行。一般电池充电后至少可全速行驶20分钟。目前已有更加环保的氢燃料电池进入卡丁车市场,为卡丁车运动也贴上绿色标签。

四冲程风冷发动机可谓是整个行业的基础。发动机马力可在5-20之间。百力通、特库姆塞、科勒、罗宾和本田都是这种发动机制造商,这些专业发动机厂商为卡丁车运动和比赛提供了巨大的支持。也有像雅马哈、TKM、Biland或Aixro这样的厂商,专门制造功率更大的四冲程发动机,输出可达到15-48马力。有些发动机转速可以接近11000转,相当于一些二冲程发动机的功率,在一些国家的比赛中专门使用。

二冲程发动机的设计制造相对则更加专业。Comer、IAME、TM、VORTEX、TITAN、REFO、雅马哈和罗塔克斯等厂商都有相关产品线。目前125cc KF1级比赛规定,发动机转速必须限制在16000转以内。以前以风冷为主的设计也逐步向水冷设计过度。

VORTEX RAD和RVXX系列引擎是目前公司在世界各级卡丁车锦标赛中的主力。公司希望在2010年凭借这两个产品系列囊获世界各级别卡丁车赛的冠军。RAD是VORTEX 2010-2012年推出的主力引擎。该产品已经获得世界卡丁车联合会KF、KF1、KF2、KF3、KF4系列赛的认证。新产品延续了RAV系列的技术,设计更加完善。RAV在过去三年里战功卓著,赢得了多个冠军头衔。RAD是新型的125cc单缸二冲程发动机。发动机采用混合,水泵冷却,发动机的数字点火和集成启动技术有特殊设计的电池驱动,发动机的平衡轴有效的降低了马达自身的震动。RVXX已通过2010-2018年KZ1和KZ2系列赛认证,单缸马达采用外部泵水冷,结构更加紧凑,功能更加出色。设计工程师为此对每一个细节做了精心的设计和验证,马达的气缸和头部被安装在几乎垂直的位置上,以便于与其它传动装置更好的配合工作。在冷却方式上,马达周围和冷却液通道的每一个热力学参数都被精心模拟优化,为马达提供最佳的工作环境。发动机的曲轴箱新增了一个橡胶进气管,使得发动机的倾向较之前的设计有所不同。产品的每一个更新和改进都不仅令引擎本身更加结出,也令相关连结配件达到最佳的配合,提高整体性能和质量。

轮胎

卡丁车的车轮和轮胎比普通汽车上使用的要小很多。轮圈一般由铝或镁合金材料制作。轮胎在过弯时要支持两个G(20米/秒)以上的加速度。加速度的大小取决于底盘、引擎和马达的安装。

与各不同级别类型的赛车一样,轮胎的选择与赛道和天气环境有直接关系。光面轮胎是在国际级赛车比赛中是最常用的轮胎,由于橡胶较柔软无底纹,一般适合在干燥天气下使用。即使是光面轮胎的物理性质也可按照设计需要加入不同的原料。越柔软的轮胎抓地越好,适合速度赛,而较硬的轮胎则以牺牲抓地换取耐用性,较适合娱乐或拉力赛使用。普利司通、DUNLOP、MAXXIS就都是世界知名的卡丁车专用轮胎生产厂家。而雨胎顾名思义为湿滑地面设计制造,这种轮胎一般较光面轮胎窄,且有防滑底纹。但并不是所有的卡丁车比赛都允许使用雨胎。在冰冻赛道或泥泞赛道就需要使用特种轮胎。MG、MOJO、VEGA在特种轮胎的制造上都有自己的独特之处。

日本普利斯通(BRIDGESTONE)公司是世界最大的轮胎及橡胶产品生产商,也是世界轮胎业三巨头之一。2006年,普利斯通轮胎在F1方程式赛车和老对手米其林的供应争夺战中最终胜出,从2007年到2010年开始为F1独家提供比赛专用轮胎。普利司通的赛车高级工程师不仅要和F1的顶级明星一起工作,满足他们对轮胎的要求,还要在卡丁车世界级锦标赛上照顾几十名未来赛车的希望之星,因为在最高级别的卡丁车赛事中,年轻的车手们初次接触到轮胎测试技术,这可能是他们在抵达F1前遭遇到的最后一项包含轮胎测试的方程赛事,也是车手们在参加F1赛事前第一次又是最后一次真正地参加轮胎测试和轮胎选择。为了决出最好的车手,在方程式A级卡丁车赛以前,轮胎都是在赛前被选定的。只有在方程A卡丁车赛中,车手们要学习如何测试、开发、选择以及维护他们的轮胎。到此,赛手们才真正能感受到赛车并不仅仅是掌握速度和方向,轮胎的压力、触地性能才是通向F1漫长之路的第一步。无论是F1还是卡丁车,普利司通都无愧于赛车界的无冕之王。自从1988年以来,近百个欧洲冠军和世界冠军使用的是普利司通轮胎,这些冠军是在3个级别中获得的,其中包括变速箱级别冠军,都是在与其它轮胎竞争的情况下取得的。”

赛手装备

除了车子,赛车鞋、手套、车手服和安全头盔也是世界卡丁车联合会出于安全考虑规定车手必需配备的装备。此外,肋骨保护、护颈、护肘等护具也在各国比赛中被强烈推荐为必要的保护措施。所有的赛车装备都必须采用阻燃材料制作,保证车手在身陷燃烧的赛车中也可以安全等到工作人员扑灭火焰后仍能毫发无伤。1994年,当荷兰车手维斯塔潘和贝纳通车队的维修站工作人员在因为燃料泄漏而造成的一场火灾幸免遇难后,国际汽联立刻制定并公布了关于车手服的所有防范措施规定。就连缝线,甚至广告条都要保证车手在700℃的火焰中必须有12秒钟的时间不会受伤。参加正式比赛的车手服等护具都必须经过国际卡丁车联合会的认证。

赛车服

赛车服出于保护功能的需要都被设计为连体,在材料和做工方面也都有着极严格的要求。在所有的功能中防火透气是最主要的功能,此外对于没有封闭座舱的卡丁车来说,防风耐磨也是相当重要的指标。很多赛车服都是多层、特制的聚酰胺塑胶织物构成,这些材料经过测试被证明可以阻挡炽热的火焰。随着材料技术的发展,大部分赛车级产品早已突破国际汽联规定的标准。以Nomex的纺织品为例,质轻的同时在800度火焰当中可以保证车手35秒的逃生时间。在制作过程中从车手负重考虑还需要做到尽可能的轻便。另外在设计时还需要考虑车手服必须是可以呼吸的,以便让车手们在比赛时身体排出的汗水可以释放出去。就连车队和赞助商的标志也是由防火物质制成,然后手工缝制在车手服上。另外有些车手服还有一个明显的特点,就是在车手服的肩膀位置有两个巨大的把手。设计这两个把手的目的就是在发生事关重大的事故时,车手可以连同座椅一起从他的赛车中被解救出来,尽可能减小车手们在事故发生中受伤的概率。出于这个原因,设计座椅时,座椅只是用两个螺钉固定在赛车上的。车手服肩膀上的带子也因此必须能够承受车手和座椅一起的重量。

赛车鞋

赛车鞋的鞋底很薄,是为了提高脚掌的灵敏度并加快反应速度。由于赛车的成绩与负载直接相关,所以赛车鞋本身也需要减重。由于对脚型的适应度要求颇高,专业赛车手一般都会量身定做属于自己的赛车鞋。赛车鞋一般以真皮材料制作,为适应不同环境条件的需要,也有橡胶质地的赛车用雨靴可供选用。出于安全保护的需要,赛车鞋必须护住脚踝,在高速、高温的环境下穿着也必须非常舒适。德国的Vitallo就是一家专为车手定做赛车鞋的著名厂商。由于工艺特殊,平均价格要3000欧元左右。此外,在求新求异的时尚界,赛车鞋也因为昂贵的价格、特别的设计以及本身所代表的运动精神成为服装界的另一股风潮。这也是继篮球鞋、足球鞋和滑板鞋等运动鞋成功进军时尚T台后,运动时尚的另一个成功卖点。彪马就曾经与专业赛车用具生产厂商Sparco合作,推出自己的赛车系列;阿迪达斯也为保时捷推出纪念版的赛车鞋,令不少车迷爱不释手。

赛车手套

车手们所戴的防火手套与鞋子类似,在设计时也需要尽量做到轻薄,以确保车手们可以对方向盘有最灵敏的感觉。此外,为了佩戴的舒适性和驾驶的便捷,手套都会采用防滑、防震设计,吸收方向盘因高速行驶震动产生的不适。人体工学设计对于手部的弯曲自如和舒适都是最大的保证。出于保护需要,有些手套还会增加钛合金材料。意大利的SPARCO、OMP等都是专业赛车手套的著名品牌。

赛车头盔

一般的卡丁车赛和娱乐型卡丁车运动一般都要求车手佩戴全盔,也可根据情况使用半盔。全盔是可以将整个头部和下巴都包裹住的头盔,而半盔的下巴处则是开放设计。车手还必须将头发全部收在头盔内,以避免意外。头盔不仅需要防火,还需要在猛烈撞击的情况下保护头部,因此镜片都需要通过防枪击实验。由于专业卡丁车的参与年龄层一般从7、8岁到15、16岁,考虑到青少年的需要,头盔都尽量设计的质轻,内盔一般都可以根据佩戴者的生长需要替换。BELL、IMPACT、SPARCO等都是出产卡丁车专业头盔的生产厂家。

其他护具

肋骨保护、护颈等护具的主要作用是防撞击。护具在设计制作上不能以牺牲运动灵活性和舒适度为前提。护具的设计原理与F1强制使用的HANS系统类似,通过简单轻便的结构实现对头颈部的充分保护。由于在转弯时的重力加速度,如果没有额外的支撑,唯有脊椎骨支撑的颈部有可能因为头部的晃动而受伤。人类的头部重量会占到人体总重的7.7%,以一名65公斤的车手为例,他的头重应为5公斤左右。在比赛时,车手所承受的加速度最高可以达到3G,他的头部会像钟摆一样前后左右晃动。也就是说,他的颈部要承受3倍于自己的头部加头盔的重量,而且力的方向和转变速度又急又快,这样就需要护具在受力极具上升的情况下提供额外的支持。护颈一般由不同密度材料制作。后颈除硬度最大,以保证安全。下巴和脸颊处硬度较低,以保证佩戴舒适。这样的支持就好比在急转弯时脖子上有一个200斤的壮汉抵住,一旦发生事故,不会因颈部受力过大而产生生命危险。