【技術(shù)】紐維的逆轉(zhuǎn)——紅牛懸掛設(shè)計簡析

????前幾天被人問到了,我就把這個搬過來了。
????很懷念當(dāng)年10月底比賽就結(jié)束的日子,這樣我寫東西的自由度大很多……
? ? 原文:https://www.the-race.com/formula-1/gary-anderson-the-potency-of-red-bulls-newey-led-inversion/,作者Gary Anderson,熟悉的兄弟們應(yīng)該都知道他寫的東西別全當(dāng)真。

????過去幾年大部分的討論都集中在了紅牛的氣動優(yōu)勢上,毫無疑問他們肯定比任何一支車隊都更好地適應(yīng)了新地效時代的氣動規(guī)則。事實也證明,改變過基礎(chǔ)設(shè)計理念的競爭對手大多也都轉(zhuǎn)向了紅牛的思路,無論是對于威隊還是馬丁來說,這都給他們帶來了可觀的性能進(jìn)步。但如果你總是跟在別人的屁股后面追,你只會一直落后于人,有時,如果想要超越前人,就必須冒險去追求自己的獨特設(shè)計。
????紐維去年在接受 The Race 獨家采訪時透露,他正專注于懸掛方面的設(shè)計,并將氣動部分的具體設(shè)計留給了紅牛設(shè)計團隊中的其他能人,只在對整車氣動設(shè)計的架構(gòu)方面及車輛離地高度特性方面就需要實現(xiàn)的目標(biāo)提出一些意見,然后他本人會著手在懸掛設(shè)計中盡可能地控制這一點。
????由于當(dāng)前規(guī)則框架下的地效賽車大多數(shù)下壓力都靠底盤產(chǎn)生,因此賽車不會發(fā)生不必要的移動是至關(guān)重要的。在把將車輛前端RH調(diào)整半毫米或尾部RH調(diào)整1毫米當(dāng)做調(diào)試CoP的好用工具時,賽車制動時多達(dá)數(shù)毫米的隨機移動很容易對車手的駕駛信心產(chǎn)生重大影響,而且制動入彎的時候正好是他們真正需要掌握賽車動態(tài)并決定何時入彎的關(guān)鍵節(jié)點。
????在規(guī)則范圍內(nèi),CoG的位置受到相當(dāng)嚴(yán)格的控制。它可以改變大約1.5%,對于3.6米的軸距來說,這個可調(diào)整范圍是54毫米,所以操作空間并不是很大。但車隊仍會利用這點微量的移動空間來調(diào)整賽車平衡。如果完全放棄對這種負(fù)載變化的控制并放任RH變化,這或多或少會讓賽車變得難以操控。懸掛現(xiàn)在成為了連接車體和底盤,將整臺賽車融為一體的重要部件。
????那么紅牛是如何實現(xiàn)控制賽車剎車時的動態(tài)的目標(biāo)的呢?要知道現(xiàn)代F1制動時加速度超過5g,前軸上的負(fù)載變化可能達(dá)到250~300公斤,而后軸負(fù)載也會相應(yīng)減輕。隨著制動力的降低,傾向前軸的負(fù)載也會減少,因此車隊需要考慮的第一件事就是盡量減少瞬態(tài)效應(yīng)。

????如紫色箭頭所示,上叉臂前支(紅線)比后支(綠線)高很多。上叉臂前后支與車身的連接點的高度差對anti-dive表現(xiàn)有重大影響,這樣的設(shè)計在制動過程中能保持賽車姿態(tài)不過度前傾。和上叉臂相比,下叉臂的前后支和轉(zhuǎn)向連桿(黃線)與車身的連接點沒有太大的高度差,我們可以得出的結(jié)論是,紅牛專注于使用上叉臂控制制動過程中賽車的瞬態(tài)RH。

????對于賽車前部,紅牛的懸架幾何設(shè)計可以提供最大程度的anti-dive效果。我們很難詳細(xì)地看到叉臂安裝結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié),但如果我們沿著基本的幾何形狀將這些部件“延伸”至車體中央部分,它們都會在重心附近相連。
????如果嘗試使用下叉臂的角度變化來實現(xiàn)相同的anti-dive特性,通過同樣的方法我們可以看到上下叉臂延長線的交點位置高于CoG(注:GA老年癡呆了沒配這張圖,大家可以腦補一下確實是這么個樣子就是了)。這同時意味著側(cè)視擺臂(side view swing arm,叉臂在側(cè)視圖中前后支的連線延長線交點到前輪接地點的連線,上圖中紫色的這條線)要短得多。采用這樣的設(shè)計時,車手在剎車區(qū)對賽車的感知也會更模糊。
????對于賽車尾部來說,懸掛設(shè)計則與anti-lift息息相關(guān)。保證賽車前部不過于前傾以降低前軸載荷的增加是一回事,保持后部位置較低也可以減少車輛后軸載荷的損失,同時滿足這兩點同樣重要,保證賽車尾部的RH穩(wěn)定甚至更加重要。

????和前懸掛設(shè)計恰好相反,后懸上叉臂的前支(綠線)比后支(紅線)位置低很多。上叉臂的兩支與車身的連接位置對抵抗賽車尾部抬升有重大影響,這樣的設(shè)計能保證在制動過程中賽車重心前移時保持賽車尾部較低的RH。與上叉臂相對的,下叉臂的前后支(黃線)安裝位置對anti-squat(防止加速階段車身尾部下沉)影響較大,但實際在RB19上看起來高度差并不大。這意味著紅牛并不擔(dān)心在出彎加速階段時賽車尾部會稍微下沉的問題。這種輕微的下沉有助于增加牽引力,進(jìn)而減少后胎的磨損,輪胎也不容易過熱衰竭。

????再次盡可能準(zhǔn)確地畫一畫線就可以看到,在保持CoG位置相同的情況下,后懸掛的上下叉骨延長線也差不多都在該位置相連。這意味著賽車尾部不會因縱向載荷變化引發(fā)太大的姿態(tài)變化。
????然而,后軸設(shè)計并不像前軸那么簡單,因為作用在賽車后軸上的還有兩個制動機制;其一是剎車本身,它僅用于阻止后胎的旋轉(zhuǎn),從而向叉臂施加扭矩(輪上藍(lán)色箭頭);另一個是在制動過程中對電池充電帶來的剎車效果,這是通過傳動系統(tǒng)完成的,最后通過車軸軸承施加在后懸掛上。由于下叉臂與后輪中心線的高度大致相同,所有這些負(fù)載(橙色箭頭),或者說至少大部分負(fù)載將由下叉臂承擔(dān)。然而,輪胎接地面積仍然承受兩種負(fù)荷。
????綜上所述,事情可能并不那么簡單。如果考慮前懸上叉臂和前懸架拉桿的幾何形狀并對制動扭矩(前軸圖,輪上藍(lán)色箭頭)加以誘導(dǎo)和應(yīng)用的話,這將使前懸上叉臂的后支在制動時處于繃緊狀態(tài)。由于沒有什么東西是100% 剛性的,因此這一支的剛度可能也會帶來優(yōu)勢。例如,如果它在初始制動期間能夠伸長一點,這將會稍微減小caster角(可視作前輪垂直中心線和懸掛垂直中心線的夾角),這樣也可能會稍稍抬起賽車的前端,克服制動期間負(fù)載變化產(chǎn)生的高度變化。另一方面,這也能克服額外負(fù)載造成的輪胎壓縮變形。
????類似的情況也可能發(fā)生在后軸上。但由于制動負(fù)載施加方式的變化以及后軸負(fù)載的減少,實現(xiàn)這種操作會有點困難,但并非完全不可能。
????紅牛從前推后拉式的懸掛設(shè)計轉(zhuǎn)向完全相反的方向的原因可能有很多,而本文介紹的只是其中之一。

????最后,如果還想了解關(guān)于一些懸掛幾何設(shè)計對車身俯仰角動態(tài)的影響的基礎(chǔ)知識,可以看看這篇文章:https://suspensionsecrets.co.uk/anti-squat-dive-and-lift-geometry/
????在韋伯自傳里發(fā)現(xiàn)了一些好玩的東西,有時間再搬過來。因為東西不多也可能會以動態(tài)形式搬運。
????一點碎碎念:人為什么要和人打交道……