F1传动系统发展趋势（05年的文章，但是作为科技先驱的F1赛车，现在看依然先进）尽管不甚为人谈资，但无可否认在过去10年间(1995-2005)，F1变速箱取得了和引擎一样辉煌的技术进步。
《Racecar Engineering》为您剖析最新的技术趋势----by Simon McBeath 原载于《Racecar Engineering》2005年2号据说变速箱只有在挂掉时才会引起人们的注意。
这种说法简直是对以F1为代表的高品质工程杰作——现代赛车传动系统的大不敬。
在现行的2004/2005年赛例下，引擎输出功率已经扶摇直上接近1000bhp，而变速箱却比以往任何时候都更小，更轻，且更为高效，毫不夸张的讲，变速箱为赛车整体性能的提升做出了巨大贡献。
F1变速箱技术的进步是多重因素共同作用的结果：规则的改变；空气动力学；对整车轻量化和优化重量分配的渴求；更为优异的细节整合；更高的工作效率。
而变速箱技术进步的实际推动力则无外乎更好的材料，设计和制造技术，我们还不能忘记前人留下的宝贵经验。
本篇将带您回顾过去10年间(1995-2005)F1传动系统的发展历程，重温具有里程碑式意义的时刻。
提起赛车变速箱，就不得不说闻名遐迩的英国专业变速箱制造商——总部坐落于Berkshire的Xtrac公司，拥有辉煌历史的Xtrac自上世纪80年代末就积极投身F1。
在此我们邀请供职于Xtrac 的Adrian Moore一起聊聊F1赛车传动系统的发展历程，Moore在1992-1996年的4年间曾以设计工程师的身份供职于Xtrac，随后他在Ferrari呆了1年，又在McLaren工作了两年(1997和1998年，并参与了1999年版赛车的设计工作)，最后他又回到了Xtrac并在2002年升任技术总监。
我想看完这份履历后，我们找不出比Moore更合适的人选了。
布局和整合Layout and Packaging"目前而言变速箱是最令空气动力学设计师头疼的玩意儿，其次是悬挂设计师。
"Moore说道。
但规则却定义了变速箱所需的空间。
基准面(此平面决定了除轮辋和轮胎之外赛车所有部件的最低高度)决定了变速箱底部的形状。
"基准面和引擎曲轴间的距离极为重要。
90年代中期这个数值基本在90mm左右。
现在(2005年)此数值已经接近60mm。
为此变速箱布局必须做出相应调整。
Moore 继续说道："赛车尾部扩散器也在一定程度上决定了变速箱占用的空间，而且由于与变速箱相连的悬挂系统对扩散器的阻碍作用，悬挂亦会对变速箱占用的空间产生影响。
因此变速箱在空间布置上受到了极大的限制。
当然那些空气动力学专家巴不得变速箱立马从赛车上彻底消失！"2009年Brawn BGP001赛车集成了变速箱,后悬挂和尾部撞击结构的后部总成是当今F1相当标准的设计;F1变速箱一直处在一个较为尴尬的位置上,一方面作为驱动系统的最后一环在忍受高温工作环境的同时要确保动力快速,高效,稳定的传递至车轮,另一方面与引擎直接相连的变速箱壳体还要作为承载结构安装后悬挂,尾部撞击结构和大量附属配件,并承受不同方向的载荷和力,最后还要竭力瘦身优化导向尾部扩散器的气流,提升整车的空气动力学性能.变速箱的基础结构也发生了很大改变。
90年代早期至中期横置和纵置布局各自占据半壁江山——和后者相比，前者较宽但长度更短。
但1994赛季之后FIA开始推行"阶梯底板"规则——意在通过抬高底板外侧区域(即阶梯面)的最低高度降低赛车的整体下压力水平，这意味着横置布局需要添加额外的减速齿轮组才能将动力传递给阶梯面上间距更远的变速箱内部零件。
除此之外还有纵置布局可供选择，1995年Xtrac就拿出了自主设计的纵置F1变速箱。
然而空气动力学专家要求变速箱进一步收窄，因此现在所有的F1变速箱无一例外的全部采用纵置布局。
1995年版F1变速箱的装配图,在尺寸方面和2004年的F1变速箱(下图)形成了有趣的对比:2004年版F1变速箱的装配图,图中标出了一些基本尺寸和相对尺寸限制F1变速箱的齿轮组布置于主减速器之前，因此更改齿轮比的唯一选择就是把变速箱从引擎上拆下来，但通过模拟器和赛道测试相结合的方式，现场更换齿轮比的情况(至少是在比赛周末)已经极为罕见了，所以此类问题基本可以忽略不计。
近年来离合器的直径也在不断缩小。
"离合器直径在1997年左右降到114.3mm(4.5in)，"Adrian Moore回忆道，"现在基本上都是101.6mm(4.0in)。
2004年随着起跑控制系统(Launch Control)的取消，车手在起步时需要手动控制赛车，虽然为了降低转动惯量离合器直径保持不变，但片数稍有增加。
因为无论如何车手自己控制的离合器也不如电控系统来得更有效率，而且起步时对离合器的考验最大。
"离合器的安装位置也各有不同，"Moore继续说道。
"一种是遵循惯例把离合器装在引擎飞轮上，亦或是将离合器集成至变速箱内，以此降低引擎曲轴和轴承面临的压力。
但无论何种布置方式均需占用变速箱前方的空间。
不过也有车队曾经尝试过一个奇特的方案——将离合器置于变速箱后部——意在通过前移齿轮组改善重量分配，但由于需要加长离合器轴，此举似乎在重量上存有一定的劣势。
重量问题Weighty Issues据Adrian Moore透露："1995年数支F1车队采用了Xtrac出品的纵置变速箱(1995/1996年是Xtrac最后一次供货整台成品变速箱)。
算上离合器壳(还包括机油)，液压管路和悬挂系统在内这款变速箱的重量在54kg左右。
到1998年包含液压和悬挂系统的变速箱总重量在43-45kg之间，移至引擎前方的机油箱也节约了一些重量。
目前(2005年)一台包括换挡系统，液压系统和悬挂系统在内的F1变速箱的总重量可以做到40kg甚至更低。
相比之下一台跑车赛变速箱的重量则要达到70-80kg。
"F1变速箱主要通过以下3种方式瘦身：降低变速箱的三维尺寸，或者对壳体及内部零件进行轻量化工程。
降低内部零件尺寸不但可在一定程度上降低变速箱的整体尺寸，还可一并降低整个变速箱壳体的尺寸。
从Adrian Moore给出的过去10年(1995-2005)的数据中我们可以读出变速箱长度的变化——从引擎末端至差速器中心线的距离已经从500mm(19.7in)急剧收缩至400mm(15.7in)。
无疑单单尺寸上的变化便可对轻量化贡献良多。
2005年Red Bull RB1赛车的后部驱动系统总成,观察上图便可对F1变速箱的长度拥有比较直观的感受;相比于10年前,F1变速箱正在向着更小,更轻,更高效的方向发展材料在轻量化方面也占有很大比重。
Moore继续说道："1995年F1变速箱壳体采用RZ5镁经砂模铸造(Sand Casting)而成，算上离合器壳在内最低重量14kg。
但现在(2005年)镁金属已经被彻底淘汰，目前(2005年)众F1车队可选的材料和制造工艺包括铝材+精密铸造(Precision Casting)，铝/钛+熔模铸造(Investment Casting)，亦或是直接使用碳纤维强化塑料(CFRP，2004年由BAR车队成功引入)。
而90年代中期至末期Ferrari采用钛甚至钢材制造分体式变速箱壳体。
"2006年测试中Super Aguri SA06搭载的7挡纵置变速箱,作为Honda的卫星车队,Super Aguri 从Honda处获取无缝换挡技术的同时一并得到了当时尚属尖端的碳纤维变速箱外壳,注意变速箱壳体左侧边缘上螺栓与引擎相连的位置依旧采用金属制品精密砂模铸造通常能将壳体壁厚降至3mm，而熔模铸造可以做得更薄。
采用这种技术的金属变速箱壳体的重量可降至10-11kg左右，相比之下碳纤维壳体的重量只有大约8.5kg。
John Barnard 在碳纤维材料的应用领域一直颇具影响力，1995和1996年Ferrari赛车就在钛制分体式变速箱壳体上使用了碳纤维离合器壳和悬挂支座。
"John Barnard让每支车队都在认真评估碳纤维变速箱外壳的可行性，但有趣的是最先引入这种新鲜玩意儿的通常都不是大车队，这多少反映出大车队对待风险的态度。
1998年在Alan Jenkins 领导下开发的Stewart SF02是史上第一部使用碳纤维变速箱外壳的F1赛车，尽管最初曾面临制造方面的问题，但最终Stewart车队成功的解决那些问题。
John Barnard的首款碳纤维变速箱壳体也在同年装用于Arrows A19。
而最早采用熔模铸造法制造钛制变速箱壳体的却是1999年的Minardi。
意大利CRP公司制造的F1变速箱壳体的发展历程:1999赛季的镁制壳体(左),2000(中)和2001赛季(右)的钛制壳体/图by Giorgio Piol应用快速铸造(Rapid Casting)技术制造的钛制F1变速箱壳体;CRP的快速铸造能够在保持铸造工艺固有特性的同时使零件的品质,耐久性和可靠性接近数控机床的加工质量,还可为设计师提供更大的施展空间;1997年John Barnard/Ferrari的钛制分体式变速箱外壳,以及1998年JohnBarnard/Arrows和Alan Jenkins/Stewart所使用的碳纤维外壳技术均由意大利CRP公司提供,该公司认为快速铸造工艺制造的钛制壳体要优于上述两种方案2001年Minardi PS01的尾部变速箱总成,其钛制壳体依旧由快速铸造工艺制造;Minardi和CRP在钛制部件的合作始于前后轮毂架并逐渐拓展至变速箱领域,2000年CRP开始负责为Minardi研发钛制变速箱外壳;来自CRP的数据显示,应用快速铸造工艺制造的钛制变速箱壳体与镁制壳体相比,重量减轻20-25%;尺寸减小约20%;扭转刚度提升一倍;有效降低齿轮磨损和动力损耗;可使用工作温度更高,粘度更低的润滑油铝和镁被弃用的主要原因在于这两种金属的机械特性不够理想，尤其是一定温度下两种材料的刚度数值。
碳纤维在这方面前进了一大步。
室温下碳纤维拥有6倍于镁金属的刚度数值，高温下的稳定性也大大优于镁。
还有一点需要注意，如果变速箱能够在更高的温度下运行，那么变速箱油冷却器就可以做得更小，这有助于提升空气动力学效果。
铝和镁的另一个劣势是由于原始制造所需的热处理工艺，两种材料的壳体损坏后基本无法修复。
碳纤维和钛制变速箱壳体均可修复。
集成于变速箱壳体内部的另一大总成就是差速器，过去10年间(1995-2005年)差速器不但在工作原理上有所突破，还成功减去了很多重量。