Джеф Уиллис, руководитель отдела цифрового проектирования команды Mercedes, рассказал о такой сложной и важной области машины Формулы 1, как подвеска, сравнивая её с аналогичными системами, которые применяются в серийных автомобилях.
Джеф Уиллис: «Подвеска – важнейший интерфейс, посредством которого взаимодействуют такие компоненты, как силовая установка, шасси, аэродинамический обвес и шины, т.е. те, что влияют на эффективность и скорость машины. Неудивительно, что конструирование, производство и настройка подвески – чрезвычайно непростое дело.
Мы самостоятельно производим все детали подвески на базе команды – и потому что они очень сложны, и потому, что от них зависит безопасность. Это структурные элементы, влияющие на безопасность машины и гонщика. Когда они изготавливаются на базе Mercedes, мы можем контролировать качество, при этом мы используем дорогие материалы и обеспечиваем необходимый уровень точности.
Самое трудное при разработке подвески – добиться разумного компромисса между прочностью, весом и физическими размерами этих узлов. Эти компоненты находятся внутри воздушного потока, очень существенно влияя на аэродинамику машины, поэтому мы должны минимизировать этот эффект. Но при этом они несут структурную нагрузку, влияют на безопасность и должны быть достаточно прочными. Кроме того, их необходимо сделать максимально лёгкими.
Всё это вместе взятое делает задачу по конструированию и производству подвески одной из наиболее сложных и важных.
Теперь давайте посмотрим на три основные части подвески машины Формулы 1. Есть элементы, смонтированные на шасси и скрытые под корпусными деталями – это пружины, амортизаторы и стабилизаторы поперечной устойчивости. В районе колеса находятся внешние элементы подвески, которых тоже не видно – это стойка, подшипники и ось. А между ними и корпусом можно видеть треугольные рычаги и рулевую тягу – только эти детали взаимодействуют с воздушным потоком.
При конструировании компонентов всех трёх областей решается единая задача – все они должны обладать достаточной жёсткостью, поскольку положение колёс необходимо контролировать с максимальной точностью. Если говорить о внешних компонентах подвески, то тут нужно учитывать, что они подвергаются воздействию высоких температур, поскольку находятся рядом с тормозами.
Внутри корпуса смонтированы сложные компоненты, гидравлические системы, амортизаторы, пружины, стабилизаторы. А посередине находятся опорные элементы подвески.
В Формуле 1 можно часто слышать, как гонщики и инженеры обсуждают баланс машины. Дело в том, что все четыре колеса на разных участках трассы и в каждом повороте ведут себя по-разному. И мы хотим добиться, чтобы у нас была возможность контролировать относительный уровень сцепления всех четырёх шин по мере того, как гонщик преодолевает разные фазы поворота.
Именно подвеска позволяет в каждый момент времени варьировать уровень сцепления, которое генерирует каждая из четырёх шин. Мы это можем делать за счёт регулировки элементов подвески, смонтированных на шасси. Мы можем изменять эффективность работы амортизаторов и так называемый механический баланс. Это позволяет изменять уровень сцепления в районе задней оси по отношению к передней оси в зависимости от скорости машины и состояния трассы.
Выпуская машину на трассу, мы должны проверить, каким нагрузкам подвергается подвеска. Иногда эту информацию передают датчики, расположенные на внутренних элементах подвески, а иногда датчики, встроенные непосредственно в элементы подвески. Очень важно знать, каков реальный уровень этой нагрузки.
Максимально возможные нагрузки рассчитываются при помощи технологий компьютерного моделирования, а также на основе предыдущего опыта, в том числе мы используем базу данных по необычным нагрузкам, зафиксированным в предыдущие сезоны в необычных условиях. В частности, речь о разворотах машины, наездах на поребрики задним ходом или торможении в момент, когда машина находится в воздухе, после чего приземляется на трассе.
Все примеры таких дополнительных нагрузок также надо учитывать в процессе разработки и испытаний подвески.
На серийном легковом автомобиле подвеска выполняет две функции, мы их называем плавностью хода и управляемостью. В первом случае речь идёт о том, как автомобиль взаимодействует с поверхностью дороги, с неровностями, поребриками, изменением профиля трассы – подвеска должна правильно распределять сцепление между всеми четырьмя колёсами. Когда мы говорим об управляемости, то подразумеваем динамику поведения автомобиля: как он ведёт себя на торможениях, как меняет направление движения, как реагирует на действия водителя.
По сути в случае с машиной Формулы 1 требования такие же: нужно помнить о плавности хода, об управляемости, о том, как машина справляется с неровностями и поребриками, с более агрессивными нагрузками при торможениях, прохождении поворотов, разгонах. Но в Формуле 1 мы говорим ещё о третьей функции, которую называем «платформой».
Поскольку аэродинамический обвес гоночной машины генерирует огромные вертикальные силы, то на больших скоростях подвеске приходится справляться с тоннами дополнительной нагрузки. Поэтому мы должны добиться, чтобы положение машины относительно трассы можно было хорошо контролировать, ведь это сильно влияет на эффективность аэродинамики.
Машина Формулы 1 и дорожный автомобиль схожи в том, что в обоих случаях важны плавность хода и управляемость, но разница в том, что в Формуле 1 также необходимо контролировать положение платформы. Мы сотрудничаем с концерном Daimler, прежде всего с группой специалистов, которые занимаются проблемами плавности хода и управляемости. На протяжение многих лет они занимаются созданием оборудования и технологий, помогающих разрабатывать системы подвески.
В своё время инженеры Daimler напрямую работали с нами, и в ходе этого взаимодействия создавались различные модели и инструменты, позволяющие нам конструировать подвеску. Интересно, что хотя элементы подвески выглядят очень по-разному, основные физические принципы такие же, поэтому мы можем применять одни и те же подходы при конструировании и анализе работы этих систем, особенно сложных гидравлических компонентов подвески.
И в основе некоторых компонентов, применяемых в дорожных автомобилях, лежат те же принципы, что и в Формуле 1. Так что подвеска – одна из многих систем, которые роднят гоночную машину и серийный автомобиль, демонстрируя тесные и многоуровневые связи между концерном Daimler и заводской командой Mercedes, выступающей в Формуле 1».
