Плавность хода – это не только вопрос комфорта

Этот пост написан пользователем Sports.ru, начать писать может каждый болельщик (сделать это можно здесь).

Первым делом мы должны определить, что понимается под плавностью хода. Любая машина, проезжающая по кочкам, испытывает на себе действие разных сил. Шины будут изгибаться в стороны под давлением, а ту энергию, что они не смогут поглотить, перейдет на подвеску, где тоже будет происходить смещение ее элементов. Оставшаяся энергия достанется шасси и, наконец, водителю. То, каким образом энергия проходит и поглощается шинами и подвеской, зависит от жесткости элементов, а итоговое влияние на шасси и водителя зависит, как от жесткости, так и от массы автомобиля. Если вы за рулем легковой машины, и к вам прицеплен двухколесный прицеп без нагрузки, то вы можете увидеть, как он будет скакать на кочках. Если он нагружен, то его вертикальные перемещения будут куда плавнее и лучше контролируемы.

Так зачем нам нужна плавность хода? Считается, что жестко настроенная машина более отзывчива и подходит для спортивной езды. Так оно и есть, но за это приходится платить. Если взять пример с прицепом, то в случае, когда он слишком сильно подпрыгивает, его колеса могут отрываться от земли. Когда колеса не касаются земли, у них нет сцепления с дорогой, и, если это происходит в повороте, то прицеп просто не справится с ним. Факт в том, что прицеп должен справляться с различной нагрузкой, и это частично объясняет, почему все так сложно с гоночной машиной. Жесткость подвески прицепа сделана с расчетом, что он будет справляться с полной загрузкой. Машина Формулы 1 должна справляться с различной нагрузкой: от массы с полным баком до массы с почти пустым, но это лишь 15% массы. Грубо можно привести эквивалент легковой машины с одним водителем или еще с тремя пассажирами. Гораздо важнее то, какие аэродинамические эффекты производит машина, и как подвеска с шинами должны с этим справляться. Если бы пружины подвески были настроены слишком мягко, то на высокой скорости огромная энергия «прибивала» бы машину к асфальту.

Плавность хода – это не только вопрос комфорта

Еще одна сложность в том, что машина Формулы 1 должна быть аэродинамически стабильна. Это означает, что наилучшим образом обвес будет работать, когда машина имеет строго определенную высоту над трассой (клиренс). В идеале она не должна меняться под любыми нагрузками, но так не бывает, хотя активная подвеска создана именно для этого. Чтобы добиться этого с обычной подвеской нужны жесткие настройки, но это снизит сцепление шин с трассой – прямо как в примере с прицепом. Особенно это касается медленных поворотов, где аэродинамическая нагрузка невысока.

Так как же достичь разумного компромисса? Нужно проводить симуляции и тесты на специальных установках. На компьютере не так сложно рассчитать параметры плавности хода автомобиля: программируется математическая модель, учитывающая силы, воздействующие на шины. Модель затем выдаст пределы деформации шин и шасси. Результаты можно получить для различных частот и других параметров. Ответы шин и шасси на воздействие с разной частотой можно представить в виде логарифмической амплитудно-фазовой частотной характеристики (ЛАФЧХ, или график Боде).

У каждой такой системы будут иметься естественные частоты — для каждой подвижной части. В машине у нас будут частоты, связанные с прыжками, наклоном, вращением, а еще с подпрыгиванием колеса. Есть много других частот, но они не так важны для плавности хода. Две главные частоты для машины Формулы 1 связаны с прыжками (вертикальная) и наклоном. Они контролируют вертикальные нагрузки на шины и определяют стабильность кузова, что важно для стабильности аэродинамики.

Плавность хода – это не только вопрос комфорта

К сожалению, с обычной подвеской, которой надо справляться с переменной нагрузкой, совладать с этими частотами сложно. Так что нужно идти на компромиссы. В тестах будут использоваться так называемые передаточные функции. Они будут измерять изменения нагрузки на колеса и позицию кузова. Большинство команд имеют свой индекс плавности хода, чтобы сбалансировать эти функции и получить оптимальный результат при заданных параметрах. Это позволяет настраивать подвеску оптимальным образом. Но это не какое-то магическое число. Разные аэродинамические характеристики и параметры трассы будут влиять на поведение машины. Если обвес таков, что он не слишком охотно реагирует на изменения клиренса, то подвеску можно настроить мягче. Если же аэродинамика требует держать машину как можно ближе к асфальту, то подвеску надо настраивать жестче.

Нынешние машины скорее ближе ко второму варианту – по последним правилам они еще и используют граунд-эффект – так что подвеска чаще настроена экстремально жестко. Поэтому ехать на такой машине – настоящее испытание. Изменения вертикальных нагрузок на шины куда сильнее, чем инженерам и гонщикам хотелось бы. Машинам не хватает сцепления в медленных кочковатых поворотах, а гонщикам приходится терпеть неудобства. Как и во многих случаях все сводится к поиску компромисса и нахождению такого индекса плавности хода, который позволит снизить время на круге настолько, насколько это возможно.

Это перевод статьи Пэта Симондса из журнала GP Racing UK за ноябрь 2022.

Этот блог в соцсетях: