【赛车科技树2-1】底盘让原型车成为“原型车”
如果你上网搜索 “原型赛车 (sports prototype) 的起源” 这一问题，往往会得到许多不同的答案。有人会说原型车出现于60年代，当时各大赛事正式将“原型车”确定为赛事最高组别，与GT相区分；有人会说原型车的鼻祖是50年代的捷豹C-Type和梅赛德斯W194；有人会说原型车实际上起源于二战前。当你再搜索 “什么是原型车？”，会发现一些观点会将其等效于“勒芒赛车”或者“耐力赛车”；而更完整的答案是“专门用于参赛的、独立于量产车开发的双座闭轮式赛车”；有人甚至会简要地总结为“底盘区别于量产车的赛车”……说实话，这些用一句话概括出的复杂回答往往不能完全解开车迷们的疑惑。
事实上，这些说法可以视作从不同角度对同一历史时期的叙述。轮拱、座位等车身布局，以及底盘这一主干结构件的设计都构成了原型车区别于方程式赛车或量产车的特征。笔者谨以原型车的底盘设计史为框架，尽量为大家梳理出一个较为清晰的原型车发展框架。为方便大家阅读，笔者在此提出本文探讨的两个核心问题：
耐力赛场中为何会诞生出区别于方程式赛车的原型车？
原型车如何在结构和观众认知两方面，从量产车中独立出来？
这两个问题会在文章中被逐步地解答，笔者也会在文末总结出这两个问题的答案。
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首先应当明确的一个问题是：什么是底盘？简单来说，底盘 (chassis) 就是汽车的主要受力结构，即车架 (frame)。它要连接悬架、引擎、座舱等部件，同时承担汽车在静态或行驶状态下受到的力——下文提到的“底盘”都仅这一个含义。日常讨论中家用车时提到的“承载式车身 (unibody)”和“非承载式车身 (body on frame)”就是对底盘-车身架构的描述，但在家用车与早期赛车中，底盘一词也经常被用来代指悬挂系统；此外，由于近些年F1规则大改，加之国内粉丝数量激增，底板 (floor) 结构也时常被错称为底盘。
底盘之所以被称为/翻译为底盘，是因为早期汽车的主要受力结构放在车底；相对的，车身等部件与底盘独立，不是主要受力结构——这也正是“非承载式车身”的含义。这种底盘往往以两根金属轨道为主干，因此被称为梯式车架 (ladder frame)。
二战前的大奖赛赛车 (方程式赛车的前身) 与耐力赛车 (原型赛车与GT赛车的前身) 大多与量产跑车共享底盘，因此也都使用了梯式车架。而在这一基础上，有几件决定了赛车未来走向的大事发生在了二战前的这一时代：
1923年第一届勒芒24小时耐力赛要求赛车必须为量产车，可以为敞篷或封闭式车身，必须拥有挡泥板，且至少有两个座位 (排量超过1100cc的要有四个座位)。这一要求让耐力赛车和敞篷的、开轮的、单座的大奖赛赛车在日后走上了不同的发展道路。
1934年汽车联盟 (奥迪前身) 推出了创新性的Type A。这台赛车在梯式车架的基础上，将金属轨道形制由常见、廉价且易于加工组装的C形钢轨换成了更昂贵但更坚固的圆形钢管——这种布局被称为双管车架 (twin tube frame)，在日后被大奖赛赛车和耐力赛场广泛采用。此外，Type A的出现强调了中置引擎布局在赛车中的优势。这些都代表着赛车布局、底盘的设计开始与量产车出现重大差异。
1936年起，陆续有耐力赛车将挡泥板/轮拱设计为流线型，放大并完全整合到车身当中。这种设计会增加车身重量，同时让工程师维修引擎更加不便 (无阻碍性差)，但其带来的低阻特性在高速的勒芒萨特赛道上拥有明显优势。这些赛车并未立即在当时成为主流，但它们的出现让耐力赛车在外观上与大奖赛赛车以及量产车的差异进一步增大。
1937年ACO (效仿ACF) 对勒芒赛车做出了两个关键决定，一是将座位限制为两个，二是允许认证所需的30台量产车处于 “正在生产中” 的状态。这意味着厂商可以优先打造出参赛所需的赛车，再在赛车基础上制造量产车——换句话说，先于量产车被生产出来的赛车是量产车的 “原型”。这一规则不但成为了原型赛车一词的来源，也承认了其“主要为参赛打造”的目的。虽然当时“原型车”一词并不专指这一类赛车，但从本质上来说1937年应当被称为原型赛车的起始之年。
1940年-1948年受二战影响，勒芒24小时耐力赛暂停举办，世界赛车运动也陷入停滞。当1949年勒芒恢复办赛时，赛制与参赛的赛车并没有太大的变化——大多数队伍都采用更传统的、带有薄挡泥板、形似大奖赛赛车的汽车参赛，但最终获胜的是一台轮拱与车身完全融合的法拉利166 MM。同时我们还应当注意到，围场外的家用车在这10年间座舱不断变宽，也出现了轮拱与车身融合的趋势。换句话说，一台 “融合式” 赛车不但在赛道上拥有低阻力优势，还有助于宣传厂商产品。1950年勒芒由一台传统赛车赢下冠军，但更多的“融合式”赛车，诸如法拉利195S、捷豹XK120S、Nash-Healey银石、Talbot-Lago GS Coupé、凯迪拉克LeMonstre等开始出现在赛道上。此时的耐力赛车的外观，又开始重新向量产车靠拢，但与方程式赛车的差异越来越大。
前文提到，低阻力的“融合式”车身也拥有更高的重量，那么有没有办法能够弥补这一缺陷呢？最先对这一问题给出答案的是上文提到的凯迪拉克LeMonstre。这台赛车背景非常特殊：它并非常规勒芒赛车，而是1950年勒芒大赛的特殊邀请赛车。赛会对它的要求是“必须基于高产量的量产车底盘”，但并没有说赛车本身必须是量产车。因此在不修改原厂的凯迪拉克61底盘的情况下，车队拥有者Briggs Cunningham和格鲁曼航空航天公司为赛车设计了全新的车身。得益于开发团队的航空背景，这台赛车的车身框架非常简洁。其钢管多采取三角形排布，在减重的同时也拥有了更高的刚度 (尽管依然不是底盘的一部分)，因此该车身框架也被起名为“防撞框架 (crash frame)”。最终这台赛车以凯迪拉克61 Spyder的名义通过了严格的车检并参与到当年的勒芒24小时耐力赛当中。赛车虽然没有取得好成绩，但它依然赢得了欧洲观众“技术高超、富有体育精神、幽默风趣”的赞誉，也得到了LeMonstre这一外号 (法语意为“怪兽”，同时与勒芒Le Mans谐音)。
为什么要提到在底盘方面并没有创新的LeMonstre呢？因为它可以作为一个很好的例子帮助我们理解赛车底盘的下一步发展。当时人们早已意识到了梯式车架 (包括双管车架) 的扭转刚度、弯曲刚度是难以令人满意的，而实际上人们心中也有解决方案：像承载式车身的民用车一样，将车身框架也设计成底盘的一部分，这样得到的底盘可以同时拥有更低的重量与更高的刚度。遵循这一思路，假如我们将LeMonstre的车身框架加强，再与梯式底盘焊接到一起，不就可以得到一个效率更高的多管车架 (multi-tubular frame) 吗？为什么当时鲜有厂商愿意尝试呢？这个问题的答案藏在一个小细节中：LeMonstre的车身框架没有给车门留出位置。这一设计源自设计师对结构简洁与刚度，也同样基于LeMonstre不是量产车这一背景。对比之下当时大多数欧洲赛车都有产量要求，因此在设计赛车时工程师必须考虑车辆的日常实用性。“车门”这一小细节实打实地成为了底盘创新在物理意义上的高门槛。
不过在底盘性能的“重赏”之下必有勇夫，这个勇夫就是1951年的捷豹。
事实上，捷豹为新赛车XK120-C (即C-Type) 设计的底盘更加极端：为了优化每根钢管的受力情况，捷豹在使用三角形结构的同时大量使用了直钢管。这种多管车架形似建筑中的球节三角架，因此也被称为空间车架 (space frame)。在车门问题上，捷豹给出了他们的折衷方案：他们使用三根钢管在座舱侧面留出了一个下凹，这允许赛车容纳一个较小的车门。按之后的标准来看，虽然C-Type的早期空间车架在日后看来效率并不出众，但赛车还是凭借这一设计取得了划时代的1951年勒芒冠军。此时，空间车架与“融合式”车身已经成为了当时耐力赛的版本答案，ACO也规定了下一年参加勒芒的赛车必须采取“融合式”车身。
紧随捷豹步伐的是梅奔，他们在1952年推出了同样使用空间车架的300SL (W194)，并在勒芒取得了胜利。W194的底盘更加先进，我们可以看到它在座舱周围布置了三维防撞结构，可以在保护车手的同时带来更高的扭转刚度。与捷豹不同的是，W194是一台封闭式Coupe赛车，即使拥有和C-Type相同尺寸的小车门，车手也很难进出座舱。于是梅奔设计出了向上开启的“欧翼门”，让车手可以利用车顶空间进出车辆。空间车架的出现与普及，让原型车与高产量街车在外观和底盘这一最基础部件上均出现了差异，并且一直持续到今天。这就是为什么会有人说 “原型赛车的本质是不使用 (更适于) 街车 (的) 底盘”，以及 “捷豹C-Type与梅奔W194是原型车鼻祖”。
1953年保时捷成为了下一个使用空间车架的厂商。与捷豹梅奔不同的是，保时捷在当时主要生产采用后置引擎布局的356小排量跑车，并凭借这辆车的改装版356SL取得了两个勒芒S1.1组别冠军。在此基础上，保时捷设计了全新的、中置引擎布局的空间车架底盘，并将其搭载到550赛车上。保时捷采用中置引擎布局很可能只是因为前作的后置引擎布局，但是中置引擎布局的优越性是客观存在的：中置引擎的赛车重量更加集中，极惯性矩更小；同时由于不需要一根长传动轴，振动也明显更小。在当时还没有哪台完全民用的量产跑车采用中置引擎布局，550的出现让原型车与量产车之间的差异进一步增大。不过虽然550自1953年起接连赢下各大比赛的组别冠军，这台小排量赛车并没有在围场内引发中置引擎布局的潮流。
捷豹、梅奔与保时捷都凭借空间车架获得了巨大的优势，但是空间框架较高的设计难度与开发成本依然是诸多厂商一步跨不过去的门槛。使用双管车架的阿斯顿马丁DB3S、Cunningham C-4R和使用多管车架的法拉利蒙扎系列 (750、625LM等) 同样拥有不错的竞争力。
此外需要注意的是，对比双管车架，多管车架/空间车架还有一大劣势：引擎舱的维修阻碍较大。传统双管车架赛车只需掀起前部车身就能让工程师接触到引擎的几乎每一处；而多管车架/空间车架的引擎舱结构管会为引擎的维修/拆卸带来不便。这在W194身上最为明显：
为应对梅奔的挑战，捷豹决定在空间车架的基础上更进一步。之前我们提到过，多管车架可以视作将车身支架融合入梯式车架，那么如果能将车身面板也作为底盘的一部分，底盘效率是否能够进一步增强呢？实际上这就是航空业普遍采用的应力蒙皮结构，也正是我们经常听到的单体壳 (monocoque)。
捷豹工程师Malcolm Sayer为D-Type设计了一种混合单体壳结构 (hybrid monocoque)。该结构的核心是一个中央铝合金单体壳 (即 “tub澡盆”)，并配有副车架来承载悬架 (以及一部分来自引擎的力)。该单体壳也设置了带有近三角形截面的座舱侧面防撞结构。因为蒙皮包裹框架的形状，单体壳在当时被称为“箱式结构”(box section)，不过由于“箱式结构”容易与管式车架中常见的矩形管 (box section tube) 混淆，因而我们将在后文继续使用单体壳一词来描述应力蒙皮底盘。
1954年，捷豹D-Type作为原型赛车成为了世界上第一台真正拥有单体壳底盘的汽车。相比之下，第一台使用单体壳的F1赛车莲花25要在8年后才出现。与此同时，D-Type的出现也基本上划清了原型赛车与量产街车之间的界限——根据维基百科的描述，当时的人们对D-Type通过ACO的量产车认证是非常惊讶的。在赛道上D-Type也确实展示出了恐怖的统治力：其在1955、1956、1957三年实现了勒芒三连冠，其中1957年五台参赛的D-Type全部在前六名内完赛。当然，由于单体壳开发的难度与成本，以及潜在的无法通过量产车认证的风险，捷豹始终是50年代唯一进行赛车单体壳研发与使用的厂商。
这时有读者可能会说：原型车在结构上并不领先于量产车，例如于1957年推出的、不以参赛为目的设计制造的莲花Elite (T14) 也使用了单体壳底盘，甚至使用了更先进的树脂-玻璃纤维复合材料；整个底盘除去前悬框架和风挡框架外完全没有使用金属。Elite的出现确实说明原型车和量产车在结构上并非泾渭分明，但它的出现同样说明：在使用相同技术的情况下，量产车需要考虑更多日常实用性因素——其体现就是Elite需要在车身上为车门留出位置，因而只能在门槛、翼子板等位置布置应力蒙皮；而原型车则可以围绕整个座舱铺设蒙皮 (或安装结构管)。这又回到了在C-Type和W194上讨论过的问题：原型车凭借更少的日常实用性考量，在外观上以及在观众印象中与量产车渐行渐远。
50年代后期使用空间车架的原型车越来越多，包括小排量的Lola Mk1、莲花15；以及大排量的阿斯顿马丁DBR1、Scarab Mk1等。这其中最极端的例子要数1959年推出的玛莎拉蒂Tipo 60。大量短且细的钢管通过精密的排列焊接组成了这台车的底盘。这种复杂的结构确实让整个底盘获得了不错的效率，为赛车带来了胜利，也让这台车获得了“鸟笼”的雅号。
与此同时，之前提到的保时捷赛车终于引起了中置引擎布局的潮流。在1959-1960年间推出的Cooper摩纳哥T49、莲花19和法拉利246SP，外加保时捷自己的718 W-RS都证明了中置引擎布局的优越性。这些小排量赛车的成功也将在不久之后引起一场重大的变革。
至此，我们可以对文章开头的问题给出一个清晰的答案：耐力赛车能够区别于方程式赛车，这在主观上得益于赛会坚持赛车要有至少两个座位并拥有挡泥板；客观上得益于“挡泥板-车身融合式”赛车在萨特高速赛道的优势。而这些赛车之所以会成为“原型车”，首先是因为1937年ACO对量产认证规则的放宽；其次则是它们作为以参赛为目的设计制造的赛车可以更少地考虑日常实用性，进而在布局、底盘结构上与大多数量产车产生明显差异。原型车底盘会在60年代及以后迎来哪些重大变化？为提升大家的阅读体验，本文剩下的内容会放到余下两篇专栏中，感谢大家的阅读与持续关注。
【未完待续】