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当前简讯:【F1】漫谈F1悬架布局设计的变迁

发表于: 2023-01-26 02:57:18 来源:哔哩哔哩

本文图片来源为https://twitter.com/ScarbsTech/status/1618251526946029568

F1的悬架系统多年来发生了巨大的变化,特别是其弹簧/阻尼器的机械运作方式。从六十年代到今天,Craig Scarborough制定了一个标准化和简化的模型来展示多年来悬架系统的主要变化。

1.外置减振器和弹簧布局


(资料图片)

我们从安装在车体外侧的弹簧/阻尼器布局开始。这种设计很简单,弹簧/阻尼器行程也接近车轮的行程,实际上和现在的民用车辆的布局相似。在过去,赛车的底盘比现在宽得多,因此较短的弹簧/阻尼器可以安装在狭窄的车身与轮边的缝隙中。由于减振器和弹簧直接被轮边推动,充当了推杆,又可称之为直推式悬架布局。显然,这样的设计简单可靠便于调节维护,成本也低。但伴随着F1空气动力学技术的快速发展和对底盘调教的要求的增加,这种减振器弹簧裸露在外(对气动设计尤其是底板进气极不友好)且不利于联动控制侧倾俯仰的布局在F1被逐渐淘汰。

2.摇臂布局

摇臂布局设计在70/80年代变得司空见惯。车队普遍开始使用更窄的单体壳并将弹簧/阻尼器内置——将其排除在前翼和影响地面效应的气流路径之外。这种设计的弹簧/阻尼器行程有限,装置笨重,。

3.拉杆布局

拉杆悬架最初由布拉汉姆的戈登穆雷引入F1(ACBC Lotus 72)。一根拉杆在轮边系统的颠簸中拉动摇块以操作垂直安装的弹簧/阻尼器。这种设计更加流线型(阻力和对气动干扰更小)和更轻,加上摇块的几何形状有助于增加空气载荷,整体的机械结构重心也更低。当然由于机械结构在车底,维护和快速调教上会有一些问题。而在2022赛季,拉杆布局(现代化解耦版)在地面效应的新时代重新回归,并且在红牛RB18上取得了巨大的成功。

4.垂直推杆布局

在1983 年,布拉汉姆和迈凯伦推出了拉杆的推杆变体。实际上,这种倒拉杆设计有不同的摇块几何形状。这减少了叉臂的负载,体积小重量轻,气动友好,便于维护并且自那时以来一直是最常见的前悬架几何基本布局。

后面的变体都显示为推杆,但其实也同样适用于拉杆。此外,图中只是展示了前端布局,后悬架的样式大致相同,但推拉杆之间的差异更大。

5.水平推杆布局

随着赛车单体壳整体变薄,原有垂直放置的弹簧/阻尼器与车手/变速箱(后悬)的空间发生了冲突。所以悬架布局被翻转以将弹簧/阻尼器放在单体壳顶部。这在摇块的几何形状设计方面是相似的。更利于机械上的布局和实现,但带来了更高的。

6.单减振器布局

在80年代到90年代之交,一些车队选择了更简单/更轻的,将俯仰控制分离,没有侧倾弹簧/阻尼器的极端设计。滑动/枢轴上的一个单俯仰弹簧/阻尼器和碟形弹簧用于提供滚动刚度。没有侧倾阻尼器。很有利于减重,但付出了相当多在底盘运动控制上的代价。

7.主动悬架

伴随着电控和液压技术的进步,主动悬架成为一种可行的解决方案。不再需要弹簧/阻尼器/摇块,可以将悬架设计简化为推杆末端的液压执行器——虽然车内其他地方放了很多硬件。但从 1994 年开始,主动悬架被禁止。

关于主动悬架,最著名的还当属威廉姆斯的FW14B以及后续车型FW15,详细可参见下面这篇专栏。

8.扭力杆和第三组件

扭力杆用花键连接在摇杆和底盘单体壳之间并扭转以抵抗力矩。其体积更小,减少了阻尼器上螺旋弹簧的弯曲力矩,并且使得弹簧和阻尼器可以单独更换。为了让俯仰控制独立于侧倾控制,添加了第三个组件。其由摇块连接,只有当两个轮子同时上跳和下降时它才有效。第三个(抗俯仰)元件从缓冲块逐渐演变成了阻尼器,后来又变成了弹簧/阻尼器的混合设计。

9.新的垂直推杆布局

现代F1的安全规则禁止扭力杆入侵车手的脚部空间,这使得原先的水平安装变得不可能,因此车队选择恢复了垂直安装的布局,放置在车手脚的前面。在功能上与之前的设计几乎没有区别。相当于在传统的垂直推杆布局上增加了抗俯仰组件。

10.推杆解耦,带俯仰和侧倾阻尼器布局

全解耦悬架,车队能够简化解耦俯仰、侧倾以及对应的弹簧和阻尼等参量。在当今的设置中通常只有俯仰和侧倾弹簧/阻尼器,彼此分离并且通常没有单独的传统侧边弹簧/阻尼器。可参见以下专栏:

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