Как это работает: Подвеска машин Формулы 1

26/06/2013, по материалам F1 Racing

От простых пружинных амортизаторов в годы рождения Формулы 1 до активной схемы в середине восьмидесятых и
системы FRIC
в XXI веке. За время существования чемпионата конструкция подвески машин Формулы 1 не раз менялась, но цели, преследуемые инженерами, остались прежними. На страницах британского F1 Racing об этом рассуждал технический консультант Marussia F1 Team Пэт Симондс...

Подвеска соединяет между собой колесо и шасси, выполняя при этом две основные функции: она поглощает неровности трассы, позволяя колесу сохранять постоянный контакт с асфальтом, а также передает на шасси перегрузки, возникающие при ускорении, торможении и прохождении поворотов.

В случае с машинами Формулы 1 и вспомогательные функции не менее важны. Сейчас эффективность аэродинамики играет первостепенную роль, поэтому даже поперечные рычаги подвески разрабатываются специалистами по аэродинамике, ведь проходящий под ними воздушный поток влияет на общую эффективность машины. Также подвеска должна справляться со всеми аэродинамическими нагрузками и поддерживать шасси на должной высоте над асфальтом для достижения максимальной прижимной силы.

Кроме того, конструкция подвески должна обеспечивать максимально эффективную работу шин. Это не так просто, поскольку требования с точки зрения аэродинамики зачастую не совпадают с требованиями механики. Например, передняя часть монокока расположена достаточно высоко, при взгляде на машину спереди видно, что рычаги подвески идут снизу вверх к центральной оси. Это не идеально с точки зрения геометрии, но такой вариант обеспечивает лучшую аэродинамическую эффективность.

Идеальной геометрии подвески не существует. Инженеры хотят, чтобы она обеспечивала постоянный контакт шин с поверхностью трассы, независимо от продольной или поперечной раскачки шасси, а также вне зависимости от подъема передней или задней части машины. И крайне желательно, чтобы в точке контакта шин с асфальтом действовали силы постоянной направленности. Никому не хочется, чтобы угловые перегрузки концентрировались в разных точках, так как в таком случае гонщикам, пилотирующим на пределе, сложнее контролировать поведение машины.

Как известно, физическое тело может двигаться в шести плоскостях. В первых трех плоскостях – по прямой: вертикально, влево-вправо и вперед-назад. Остальные три – плоскости вращения, движение в которых проще всего представить в виде вращения вокруг воображаемой точки, расположенной в месте пересечения первых трех плоскостей, по которым, напомню, идет перемещение по прямой.

Смещение по вертикали мы называем подъемом. Поперечная раскачка – смещение от поперечной оси, в результате которого правая часть подвески оказывается сжатой, а левая – ненагруженной (и наоборот). Ну а продольный наклон приводит к задиранию/опусканию передней части машины и противоположному движению задней

Подвеска должна справляться с постоянно повторяющимися нагрузками без каких-либо поломок, но не менее важным критерием является ёе жесткость. Если под нагрузкой рычаги прогибаются, сразу понятно, что её геометрия далека от идеальной.

Вершиной эволюции в Формуле 1 была активная подвеска, которую запретили в конце 1993 года. С тех пор инженеры из года в год тратят немало сил в попытках оптимизировать базовую конструкцию. Одной из оригинальных разработок были так называемые инерционные демпферы, впервые использованные McLaren в 2005 году. Теперь они есть на каждой машине. В том же сезоне Renault применила демпфер масс, который позже был признан не соответствующим правилам.

Конструкция, при которой передняя и задняя подвески связаны между собой – вроде системы FRIC на машинах Mercedes – не так уж и нова. Инженеры уже тестировали нечто подобное в начале восьмидесятых, правда, безуспешно, а после запрета активной подвески работа в данном направлении была продолжена. В 2008 году Renault испытала первый современный вариант такой схемы, а затем применила его в 2009 году на Гран При Германии. В наши дни аналогичные системы есть у всех команд.

В базовом варианте системы передняя и задняя подвески объединены гидравлической системой, а специальные приводы обеспечивают перекачку жидкости. По мере увеличения скорости увеличивается и аэродинамическая нагрузка, что приводит к сжатию подвески, в результате шасси прижимает к земле. Высота дорожного просвета в передней части машины крайне важна для общей прижимной силы и должна быть как можно меньшей.

В традиционной пружинной подвеске просвет выставлен статично: в итоге на большой скорости передняя кромка днища скребет асфальт, тогда как в среднескоростных поворотах просвет остается несколько большим. С новой системой в случае повышения нагрузки на заднюю часть жидкость перетекает вперед, прижимая нос по мере возрастания скорости и тем самым снижая общий дорожный просвет.

Казалось бы, звучит просто, но такая подвеска не работала бы эффективно, если бы оставалась излишне жесткой на низких скоростях. Поэтому здесь используются газовые амортизаторы, которые при определенной скорости могут блокироваться. Это позволяет иметь мягкую подвеску на малых скоростях и сохранять нужный просвет при высоких.

Это самое упрощенное описание системы. Сейчас инженеры уже ломают голову над тем, как изолировать друг от друга продольную, поперечную раскачку и подъем шасси, чтобы каждое такое смещение можно было бы оптимизировать без последствий для прочих.