Подвеска для Inside Roll с активным креном

Добро пожаловать всем тем, кто имеет грамотное представление о том, как действует кинематика подвески на болидах Formula 1. На показанных фотографиях изображен болид Formula 1 в непривычном для него состоянии поворота - Крен Кузова направлен не наружу поворота, как обычно у всех Машин в мире, а ВНУТРЬ поворота.
Многим кажется это не реальным - но это не совсем так.

Подвеска с активным креном, для Formula1 – Inside Roll.

Технология изменения активного крена в поворот, позволяет:
1. перемещать центр масс внутрь поворота, путем наклона кокпита в сторону поворота и наклона колес в том же направлении.
2. Иметь лучшую маневренность болида Formula1 в поворотах.

Отсутствие привычного большого отрицательного развала колес, обеспечивает высокую экономию покрышек, потому что пятно контакта покрышки с дорогой обеспечивается всей полезной плоскостью покрышки.
В поворотах упор покрышки в дорогу происходит боковой частью, обеспечивая наилучшее пятно контакта.
На наружном колесе упор происходит внутренней частью, а на внутреннем колесе упор происходит наружной частью.

Все автомобили в мире имеют развал колес, который обеспечивает устойчивость автомобиля при повороте, не позволяя развалу полностью измениться от отрицательного к положительному.

Особенно явно наличие отрицательного развала выражено на болидах formula1.
Это связанно с тем, что при совершении поворота - крен болида воздействует на ступицу переднего наружного колеса, через верхний рычаг подвески. Верхний рычаг - производит смещение наружу поворота, относительно нижнего рычага. Отрицательный развал наружного колеса, в момент совершения поворота, становится, менее отрицательным, или стремится стать положительным.

обратите вниманеи наружное переднее колесо не имеет изначального отрицательного развала

Такое свойство подвески, блокируется упорной тягой соединенной с амортизатором, имеющим жесткую настройку для противодействия естественному крену болида. Но жесткость амортизатора не может быть абсолютной или регулируемой в процессе движения, поэтому есть ход сжатия, который обеспечивается действием крена.

Именно настройка отрицательного развала имеет негативное свойство на прямых участках гоночного трека. Покрышки изнашиваются на внутренних частях. Из-за чего необходима их частая замена.
Для решения этой проблемы есть несколько способов: 1) Увеличить KPI, и 2) Увеличить наклон оси поворота (шкворня)- Castor. Но эти решения не дают высокой эффективности из-за неспособности объединить два фактора: упора колеса и крена болида.

Formula1 - особенности действия передней подвески.

1. Изначально высокий отрицательный развал колес (negative wheel camber ) на болидах Formula1, негативно влияет на повышенный износ покрышек – на прямых участках трассы. Contact patch (пятно контакта) обеспечивается внутренней частью ребра покрышки.

Проблема Лотуса-Рено, например, была недостаточная устойчивость в поворотах - на фото видно как заднее наружное колесо имеет почти положительный развал который теряет сцепление. Сравните вверху Феррари - заднее наружное колесо все же имеет отрицательный развал и сохраняет устойчивость болида в повороте)

При повороте - из-за наличия крена наружу поворота (roll out of turn) и динамического развала (dynamic camber), на наружном колесе теряется упор в дорогу внутренним ребром. Пятно контакта (Contact patch) обеспечивается динамическим перемещением по плоскости покрышки от внутреннего ребра к наружному. Поэтому получается скольжение, которое вызывает недостаточный поворот. Это особенно проявляется при позднем торможении. Явно видно, колесам не хватает упора. Для обеспечения повышенного контакта колеса с дорогой при повороте – увеличивают изначальный отрицательный развал колес (negative wheel camber) больше на передних. Для того что бы в процессе поворота возникший крен (roll ) не уменьшал наклон наружного колеса – производят раннее торможение.

2. Кинематика болида Formula1 во время поворота имеет отличие от кинематики крена кузова обычных автомобилей. При повороте на наружном колесе происходит жесткий упор. Сжатие амортизатора есть, но оно не столь существенное. Переведенная наружу поворота сила центра масс (Centre Mass Force) – поворачивает плоскость дна болида Formula1 от внутренней части поворота, к наружной ( на обычных машинах от наружной к внутренней). Это отражается на значительном поднятии половины болида, со стороны внутренних колес.

Свободному перемещению Силы Центра Масс ничего не препятствует. Действуя – Сила Центра Масс возбуждает эффект плохого поворота колес – недостаточная поворачиваемость. Единственный способ справиться с возбужденной Силой Центра Масс – это более раннее торможение.

Все существующие типы подвесок относятся к типу – Out Roll Suspensions.

Для решения этой задачи объединяющей оба фактора (упора колеса и крена болида) к существующему типу подвески добавлены дополнительные элементы, которые добавляют новое свойство в работу подвески –( суть не раскрывается). Управление активным креном в сторону поворота, происходит при помощи дополнительного активного механизма.

Согласно пункту 10.2.2 F1 Technical Regulations, подобные устройства запрещены. Новая подвеска производит новое действие только при совершении поворота. На прямых участках – действие невозможно.

Formula1 - особенности действия Новой передней подвески

1. Новая подвеска позволяет иметь самый малый отрицательный развал колес (около -1го градуса). Это позволяет иметь максимально полное ПЯТНО КОНТАКТА покрышек с дорогой на прямом участке. При повороте, на наружном колесе, из-за действия крена внутрь поворота, наклоненный кокпит смещает верхний рычаг подвески наружного колеса, внутрь поворота, наклоняя колесо. На внутреннем колесе верхний рычаг действует от кокпита внутрь поворота, выталкивая колесо.
ПЯТНО КОНТАКТА (Contact patch) обеспечивается внутренней боковой частью колеса на наружном колесе и наружной боковой частью на внутреннем колесе. Все эти изменения позволяют улучшать маневренность болида Formula1 в поворотах, позволяя иметь более позднее торможение. Обеспечивается лучший упор колес в дорогу и действие силы центра масс используется с пользой для стабильности.
2. На наружном колесе во время поворота возникает усилие, оказывающее давление на нижний рычаг подвески, от которого отталкивается кокпит. На внутреннем колесе усилие уменьшается, что позволяет перевести мгновенно центр масс внутрь поворота.

Кинематика крена кокпита Formula1 с новой подвеской имеет отличие от кинематики крена обычных болидов Formula1.

Возникший на наружном колесе упор от нижней вилки наклоняет кокпит в сторону поворота. Переведенная тем временем Сила Центр Масс – поворачивает плоскость дна болида Formula1 от наружной части к внутренней.

Свободному перемещению центра масс наружу поворота препятствует угол образовавшегося крена наклоненного кокпита. В результате этого происходит прижимание внутренней части еще больше к земле.

Переведенная сила центра масс не находится постоянно во внутренней части и ее стремление переместиться наружу поворота проявляется но не так быстро. За это время болид Formula1 успевает совершить поворот. Выравнивание руля происходит с характерным толчком – центр масс возвращается на свое место. А при прохождении связки поворота – на первом повороте энергия перемещения центра масс накапливается во внутренней части, а на втором повороте действует как разжатая пружина, помогая быстрее наклонить болид Formula1.
Такая связка перемещений центра масс вызывает подруливающий эффект, который позволяет сохранять стабильность .

Новый тип подвески относится к типу – Inside Roll Suspension.

Статья от 23 июля 2011г.