В зависимости от погоды и температуры трэка, каждый гонщик делают свой выбор шин,для осуществления максимального сцепления с дорожным полотном.
Количество дозаправок:
Варьируя количеством топлива - можно увеличить или уменьшить дистанцию пути пройденную без дозоправок,но чем больше топлива на борту, тем быстрее изнашеваются шины и тормоза и время на круге падает! Стратегия это и есть варьирование количеством и временем дозоправок!!
Трансмиссия На современных машинах Формулы-1 устанавливается продольная полу- или полностью автоматическая трансмиссия. Подрулевые рычажки (шифтеры) подсоединены к сервоклапанам, передающим электрический сигнал в заднюю часть автомобиля к четырём гидравлическим приводным механизмам. Те, в свою очередь, перемещают штоки коробки передач, которые включают и выключают нужные передачи. Бортовой компьютер управляет сцеплением, оборотами двигателя, и предохраняет систему от повреждения в результате включения неправильной передачи. Также система может быть запрограммирована на опредёлённую последовательность переключения передач вниз, а в случае полного автомата, в обе стороны. Скорость переключения передач составляет от 20 до 40 миллисекунд.. рисунок
Критическим аспектом создания коробки передач, является конструкция её корпуса, потому, что он является частью шасси, и на него крепятся элементы задней подвески. Титан является отличным материалом для этих целей, но дальнейшее развитие конструкции направлено в сторону титановых сплавов и даже углепластика Коробка крепится болтами к задней части двигателя. Несколько лет назад, шестерни коробки передач можно было заменить очень быстро (потому, что коробка крепилась позади дифференциала, и доступ к ней, с задней части машины, осуществлялся очень легко). Однако, в настоящее время, замена всех семи пар шестерёнок занимает около 30 минут. Феррари удалось успешно объединить корпус коробки передач с картером двигателя, значительно повысив за счёт этого жёсткость машины..
Передачи Основная задача трансмиссии – обеспечение максимальной мощности и крутящего момента двигателя во всём диапазоне скоростей и дорожных условий. Это достигается за счёт изменения передаточного соотношения шестерённок, передающих крутящий момент от двигателя к ведущим колёсам (согласно правилам ФИА допускается от 4 до 7 передач). Сегодня, все команды остановили свой выбор на 6-ти или 7-ми ступенчатой коробке передач. Каждая пара шестерён, при её включении передает в определённом отношении крутящий момент от коленчатого вала через дифференциал к ведущим колёсам. Эти шестерни достаточно хрупкие, редко работают дольше одной гонки, а порой выходят из строя и заменяются по несколько раз на протяжении гоночного уик-энда. В дополнение к передачам "вперёд", правилами установлено, что на машине должна быть, как минимум одна, задняя передача. На деле, дополнительные элементы, связанные с необходимостью устанавливать заднюю передачу ухудшают характеристики автомобиля, поэтому их стараются делать очень лёгкими, и, как следствие очень хрупкими. Каждая "передача" состоит из двух шестерён отношение числа зубьев, которых и определяет передаточное число. Одна шестерня, ведущая, расположена на первичном валу, соединённом со сцеплением. Другая – на вторичном валу, передающем вращение дальше, в дифференциал. Эти шестерни находятся в постоянном зацеплении, но только одна пара шестерён жёстко связана с валами в один момент времени. Это та передача, которая включена командой из кокпита. У вас есть 69 основных вариантов передаточных отношений на выбор, не считая 3-х вариантов главной передачи. Каждая передача описывается двумя параметрами. Во-первых, это отношение вида ХХ/ХХ, характеризующее используемые шестерни. Цифры в числителе и знаменателе равны количеству зубьев на ведущей и ведомой шестернях соответственно, а результат деления даёт значение передаточного числа. Также существует значение вида ХХ,ХХХ обозначающее итоговое передаточное отношение выбранной передачи в комплексе с главной передачей, т.е. во сколько раз крутящий момент на ведущих колёсах больше крутящего момента двигателя. Обратите внимание что, если изменить главную передачу, то второе число изменится, а первое нет. При выборе значения передач для конкретной трассы, в первую очередь следует учитывать два момента: максимальную скорость на самой длинной прямой, и минимальную скорость в самом медленном повороте трассы. Большинство медленных поворотов проходятся на второй передаче, так что в первую очередь следует сфокусироваться на определении 2-й передачи, затем – 6-й или 7-й (т.е. последней). После установки этих значений передачи с 3-й по 5-ю (6-ю в 7-ми ступенчатых коробках) распределяются равномерно, для обеспечения равномерного максимального ускорения до максимальной скорости.
Иногда, на трасах, где есть очень медленные шпильки (например во Франции, в Маньи-Куре), при их прохождении задействуется первая передача. Но вообще, если все повороты трассы проходятся на второй передаче, то первая передача используется только для старта. Но даже в этом случае при выборе передачи имеют значение несколько факторов. Первоначально передача подбирается для максимального ускорения до 2-й передачи при старте с ровного места на стартовой решётке. Если на стартовой позиции имеется небольшой подъём, то имеет смысл несколько укоротить 1-ю передачу. И наоборот, если стартовать надо под уклон, имеет смысл её удлинить. С введением лаунч-контроля, эти моменты стали не столь критичны, но необходимость добиться от машины максимально возможных характеристик всегда остаётся актуальной.
Дифференциал и главная передача Дифференциал это устройство для распределения крутящего момента между ведущими колёсами. На современных машинах Ф-1 он интегрирован в коробку передач. Крутящий момент с коленчатого вала двигателя передаётся через сцепление в коробку передач, где он изменяется за счёт определённой передачи, и далее через главную передачу подаётся к ведущим колёсам. Дифференциал соединяется с коробкой передач через главную передачу. Изменение передаточного отношения главной передачи влияет как на "передние" передачи, так и на заднюю. Чем меньше передаточное отношение, тем лучше ускорение, но тем меньше максимальная скорость. Большее передаточное отношение производит обратный эффект. Начинать следует со среднего значения 13/52 (30,42), и увеличивать или уменьшать его в том случае, если надо сдвинуть вниз все передачи разом (например, при изменении угла атаки крыльев). Или, например, если их надо увеличить, для настройки на мокрую трассу. При этом крутящий момент на задних колёсах уменьшится.
Аэродинамика Аэродинамика является одним из наиболее важных аспектов современного болида Формулы-1. Огромная часть бюджетов команд тратится на моделирование воздушных потоков обтекающих машину сверху, снизу и по бокам. Задачей этих исследований является не только добиться от набегающего потока создания прижимной силы при минимальном коэффициенте сопротивления, но также заставить его (поток) работать на охлаждение некоторых систем, включая тормоза, двигатель и трансмиссию. В основном, во время проведения Гран-При, из аэродинамических элементов регулировкам подвергаются углы установки крыльев и высота дорожного просвета (клиренс)
Крылья Крылья на машине Формулы-1 на самом деле не являются крыльями в прямом значении, так как они не создают прижимную силу исключительно за счёт разности скоростей обтекающих их воздушных потоков (на автомобилях американских серий CART и IRL на суперспидвеях действительно используются профилированные крылья). Крылья в Формуле-1 являются скорее спойлерами, рассекающими и завихряющими набегающий воздушный поток. Этот воздушный поток, таким образом, создаёт прижимную силу за счёт аэродинамического сопротивления (трения).
Угол установки заднего крыла - это всегда компромисс между прижимной силой на задней оси и максимальной скоростью. Больший угол обеспечивает большую прижимную силу, но также и создаёт значительно большее сопротивление, тем самым серьёзно снижая максимальную скорость автомобиля. При установке угла заднего крыла вам следует добиваться максимально возможной прижимной силы, но так, чтобы это не влияло на способность автомобиля достигать конкурентоспособного значения максимальной скорости.
Переднее крыло не создаёт такого значительного сопротивления при движении, даже при установке на максимальный угол. Таким образом, следует использовать максимально возможное значение угла атаки переднего крыла, насколько это возможно, не нарушая баланса между осями машины. Случается, хотя и не очень часто, что угол переднего крыла изменяют во время гонки на пит-стопе.
Угол заднего крыла: определяет баланс между прижимной силой и максимальной скоростью на прямых. Угол переднего крыла: определяет баланс между передней и задней частью автомобиля.
Охлаждение двигателя и тормозов. Те же самые потоки воздуха, что обтекают машину во время движения, перенаправляются на охлаждение радиаторов и тормозов. Воздухозаборники охлаждения тормозов (Brake ducts) расположены внутри каждого колёсного узла, и слегка выступают вперёд. Они необходимы для усиления и направления воздушного потока на тормозные диски, и имеют семь вариаций размера. Позже, в разделе, посвящённом износу тормозов, мы рассмотрим также их (тормозов) температуру и охлаждение. По бокам машины расположены воздухозаборники радиаторов двигателя и трансмиссии. В зависимости от условий трассы и размеров радиаторов, сечение воздухозаборникров может изменяться. Чем меньше отверстие, тем меньше сопротивление воздуха создаётся при прохождении набегающего потока сквозь конструкции кузова, но и тем хуже охлаждаются радиаторы. Здесь также следует заметить, что двигатель работает наиболее эффективно при рабочей температуре 107.3 °C. Перегрев двигателя наступает при температуре 120.6 °C, а при 123.9 °C срок службы мотора уменьшается вдвое.
Блокировка дифференциала На машины Формулы-1 устанавливаются дифференциал с ограниченным скольжением. Это значит, что степень разобщения между ведущими колёсами может варьироваться. Степень жёсткости ("блокировки" по определению ФИА) дифференциала описывает степень крутящего момента, передаваемого на оба колеса по отношение к каждому в отдельности. При блокировке равной 100% обе полуоси жёстко соединены друг с другом, и крутящий момент делится между колёсами строго пополам. При 0% блокировки, в случае изменения на одном колесе сцепления с дорогой (например, при заезде одной стороной машины на траву), дифференциал сдвигает крутящий момент от колеса с меньшим коэффициентом сцепления. Следует понимать, что, поскольку этот процесс – механический, дифференциал не в состоянии переместить большое количество крутящего момента на одно из колёс. Другими словами, касательно блокировки дифференциала на машине Формулы-1, на колёса ВСЕГДА будет передаваться огромный крутящий момент. Даже при использовании 0% блокировки дифференциала, сдвиг крутящего момента от одного колеса на другое будет происходить в не в полной мере. Описывая эффект от блокировки дифференциала, люди склонны использовать термины "избыточная и недостаточная поворачиваемость". На самом деле этот параметр влияет только на избыточную поворачиваемость. Недостаток избыточной поворачиваемости лишь подвигает машину в сторону недостаточной поворачиваемости не вызывая недостаточной поворачиваемости как таковой, этот термин используется лишь для описания эффекта. Ниже приведены результаты испытаний крайних настроек блокировки дифференциала в повороте постоянного радиуса:
БЛОК. ДИФЕРРЕНЦИАЛА @ 0% Избыточная поворачиваемость (занос заднего моста) под сброс газа - Высокая Избыточная поворачиваемость (занос заднего моста) при нажатии на газ - Нулевая БЛОК. ДИФЕРРЕНЦИАЛА @ 100% Избыточная поворачиваемость (занос заднего моста) под сброс газа - Нулевая Избыточная поворачиваемость (занос заднего моста) при нажатии на газ – Высокая
Установите блокировку на 0% и прочувствуйте, как участились случаи разворотов на входе в поворот. Это оттого, что дифференциал помогает максимально эффективно распределять крутящий момент при экстремальных торможениях и резких поворотах. В результате вес переносится вперёд гораздо быстрее, чем при высокой степени блокировки дифференциала. Даже в процессе торможения при входе в поворот, крутящий момент двигателя остаётся одним из важных факторов влияющих на трансфер веса машины. Тем не менее, если вам удалось вписаться в поворот, то затем, на выходе, вы можете нажимать на газ сильнее и раньше. Это потому, что меньшая степень блокировки дифференциала, позволяет балансировать сцепление колёс с трассой при обратном перемещении веса на заднюю ось, обеспечивая "максимально возможное ускорение". На первый взгляд это противоречит тому, что многие ранее могли читать на разных форумах. Но поверьте мне, опробуйте крайние настройки на тестовой трассе… вы сами убедитесь. Высокая степень блокировки дифференциала – это совсем иная зверюга. Машина гораздо стабильнее на торможениях, но очень капризна при добавлении газа на выходе из поворота. Опять же, это происходит из-за того, что задние колёса теперь жёстко "связаны" друг с другом, и на них передаётся одинаковый крутящий момент независимо от распределения нагрузки. При установке исходных настроек перед первым выездом на трассу, следует установить блокировку дифференциала на 50%. Это нейтральное значение. Кроме этого, это зависит от вашего стиля пилотажа, также как и все прочие регулировки. Думайте об этом так: "не важно, предпочитаю ли я избыточную поворачиваемость, важно КОГДА она возникает, и насколько сильна". И передвиньте ползунок регулировки в нужном направлении. Вот пример: в сетапах "по умолчанию" установлена низкая степень блокировки (25-35%). Это обеспечивает стабильность машины на выходе из поворота и при ускорениях, но при поздних торможениях на входе в поворот автомобиль ведёт себя очень нервно.
С другой стороны, французский гонщик Жан Алези известен как мастер управляемых газом скольжений. Он постоянно управляет машиной с обоих концов. Представьте: Алези, приближаясь к повороту "Параболика" (Монца), тормозит очень поздно, благодаря настройкам на стабильность при торможении. Затем нажимает на газ чуть раньше апекса, этого очень скоростного поворота, используя, вызванные этим небольшие соскальзывания заднего моста для того чтобы направлять нос машины внутрь поворота до тех пор, пока не появиться возможность полностью вдавить педаль "в пол" на второй части поворота, вылетая на прямую "старт-финиш" словно ракета. Вот так. Для него это - раз плюнуть!
Стабилизаторы Таким образом, каждое колесо контролируется независимым комплектом, состоящим из пружины, амортизатора и буфера. Но, даже не смотря на то, что все четыре колеса подвешены к кузову независимо, большинство регулировок этих компонентов выполняется симметрично относительно продольной оси автомобиля. То есть параметры для передних пружин/амортизаторов и для задних пружин/амортизаторов устанавливаются одинаково. За счёт этого подвеска великолепно отрабатывает нагрузки связанные с трансфером веса вперёд-назад, а также вызванные неровностями дорожного полотна. Но при этом она не очень хорошо справляется с нагрузками, возникающими в повороте, при переносе веса с внутренних колёс на наружные. В результате, при прохождении поворота внутренние колёса разгружаются и теряют сцепление с дорогой, в то время как внешние перегружены. В этот момент и начинают работать стабилизаторы.
На современных машинах Формулы-1 стабилизаторы, также как и пружины, являются торсионами. Вот как это работает: стабилизатор продольно соединяет левые и правые пружины и амортизаторы. При вертикальном перемещении кузова при наезде на неровности (вверх-вниз), подвеска с обеих сторон работает одинаково, стабилизаторы просто "проворачиваются" в том же направлении, практически не оказывая эффекта. Однако в повороте, вес переносится с внутренней стороны машины на внешнюю. Внутреннее колёсо перемещается относительно кузова вниз, разгружая (растягивая) пружину, в то время как внешнее перемещается вверх (помните вес переносится с внутренней стороны на внешнюю), соответственно внешняя пружина вбирает в себя больше энергии. Это приводит к тому, что концы стабилизатора закручиваются в разных направлениях. Таким образом, он ограничивает крен машины и перемещение элементов подвески за счёт ограничения перемещения пружин и амортизаторов в противоположных направлениях, и передает некоторое количество веса на внутреннее колесо. Жёсткость стабилизаторов можно изменять. Диапазон регулировки составляет от 100 до 200 н/мм для переднего и от 50 до 130 н/мм для заднего, с шагом в 5 н/мм. Заметили, что передний стабилизатор гораздо жёстче? Обычно передний стабилизатор, также как и передние пружины, устанавливают жестче, чем задние. Это обеспечивает лучшую реакцию передней оси при входе в поворот, и лучшее сцепление задней оси при ускорении на выходе из поворота. Стабилизаторы (основное назначение):ограничивают боковые крены кузова при продолжительных боковых нагрузках во время прохождения поворотов. Передний стабилизатор: следует устанавливать как можно жёстче, для большей стабильности при входе в поворот. Задний стабилизатор: следует устанавливать как можно мягче, для лучшего сцепления колёс с трассой при ускорении на выходе из поворота.
Распределение веса по осям Минимальный разрешённый ФИА вес автомобиля Формулы-1 составляет 600 кг, но все конструкторы, стараются, чтобы автомобиль весил меньше этой величины. Во время официальных соревнований недостающий вес добирается за счёт балласта, с помощью которого, можно точнее регулировать распределение веса по осям машины. Так что во время тестов, большинство машин Формулы-1 весят даже меньше чем машины Формулы-3. С введением более жёстких правил безопасности в последнее время, для предотвращения травм пилота при аварии, расположение кокпита было смещено ближе к задней оси. Это в свою очередь привело к увеличению веса, приходящегося на заднюю ось. Казалось бы, возникший дисбаланс можно компенсировать за счёт перемещения балласта, но это на самом деле не так, и вот почему. Правилами установлено, что балласт должен быть жёстко закреплён на машине, и не может перемещаться. Это означает, что машины Ф-1 не могут получить дополнительного преимущества, за счет применения систем изменяющих центровку машины, а напротив, балласт должен быть распределён по автомобилю в специальных отсеках. Это некоторым образом ограничивает возможности. Идеальным материалом для балласта являются пластины обеднённого урана или малория. Эти вещества обладают очень высокой плотностью, и их высокий вес при малых размерах, является идеальным способом для команд, соблюсти требования регламента, при этом оставляя некоторые возможности для варьирования их размещения как можно ближе к передней оси. Вписывание отсеков для балласта в компоновку машины – задача весьма не простая. Большинство отсеков расположено в носу машины, под ногами пилота. Заднее расположение двигателя и трансмиссии, делает применение балласта в задней части машины бессмысленным, так как основной вес и так приходится на заднюю ось. Поэтому распределение веса – занятие очень не простое. Обычно вес улучшает сцепление с дорогой той оси, в сторону которой он сдвинут. Это значит, что если вес смещён в сторону задней оси, то на переднюю будет приходиться меньшая нагрузка, в итоге увеличивая недостаточную поворачиваемость машины. Сдвиньте его вперёд, и меньше веса будет передаваться на задние колёса при ускорении. И конечно, это всё зависит напрямую от того, насколько хорошо сбалансирована подвеска машины, в первую очередь пружины и амортизаторы. С учётом этого, распределение веса является инструментом окончательной, "точной" настройки машины. Обычно, установка распределения веса это один из финальных штрихов настройки, и порой это последнее небольшое усилие превращает неповоротливую машину в послушную лапочку. В симуляторе изначальные развесовки машин различны. Это объясняется различным весом двигателей и конструкциями шасси. Балласт можно сдвигать на 5% вперёд или назад.
Шины На гоночных машинах устанавливаются специально сконструированные шины. Они подразделяются на пять типов в зависимости от оптимальной рабочей температуры: "мягкие"(soft) (112 °C) и "жёсткие"(hard) (114 °C) шины для сухой погоды, "промежуточные"(intermediate) (107 °C) шины с небольшим протектором для влажной трассы, "дождевые"(rain) (104 °C) со средним протектором, "ливневые"(monsoon) (102 °C) с развитым протектором. Основное правило заключается в том, что чем мягче компаунд (химический состав резины – прим. переводчика), тем выше сцепные свойства покрышек. Но при этом мягкая резина сильнее подвержена перегреву и поэтому быстрее изнашивается. Дождевые шины, как правило, делают мягче сухих, с тем, чтобы обеспечивать сцепление с дорогой в условиях мокрой трассы, поэтому не следует оставаться долгое время на сухом асфальте на дождевых покрышках, так как они быстро перегреются и пойдут пузырями.
Поскольку шины являются единственной деталью автомобиля взаимодействующей с дорожным полотном, можно извлечь уйму полезной информации, измеряя температуру каждой покрышки в процессе заездов. Это самый важный индикатор работы подвески. Измерения производятся в трех местах поверхности шины: на внешней и внутренней сторонах, а также по центру. На изображённом на рисунке экране меню "давление в шинах и развал колёс" (Tire pressure and Camber) можно видеть значения температуры соответствующих покрышек. Значения указаны так, как если смотреть на колесо сверху: наружная температура сверху над правым колесом и снизу под левым колесом. Используя эти значения можно точно настраивать угол развала колёс, давление в шинах, а также получать информацию об эффективности пружин и амортизаторов. Когда все три значения на одном колесе равны, это значит, что покрышка контактирует с дорогой всей поверхностью на протяжении всего круга. Покрышки обеспечивают максимальное сцепление с дорогой при оптимальной температуре, соответствующей их типу. Чем выше температура, тем большие нагрузки прикладываются на колесо при трансфере веса. Меньшая температура означает, что колесо нагружается не достаточно (или слишком сильно разгружается).
Развал колёс и давление в шинах Настройка угла развала колёс и давление в шинах позволяет точно отрегулировать пятно контакта покрышки с дорогой. Регулировка развала определяет, насколько вертикально установлено колесо относительно дороги за счёт наклонения верхнего края колеса к кузову либо от него. Это позволяет даже регулировать износ каждого колеса по отдельности на основе измерения температуры внутри и снаружи покрышки. Вот примеры двух максимальных вариантов развала:
На левом рисунке показан максимальный положительный развал +2 градуса (развал измеряется в градусах угла наклона колеса). Развал считается положительным, когда верхние края колёс наклонены в сторону от кузова. Но не будем лукавить: вероятно, вам никогда не придётся использовать положительный развал на гоночной машине Формулы-1. При таких настройках внешняя часть передней покрышки несёт на себе основную нагрузку, из-за этого она нагревается быстрее остальной поверхности шины. И этот нагрев означает сильный износ с внешнего края колеса, не говоря уже о том, что пятно контакта и сцепление с дорогой значительно меньше. Помните, что основной целью является достижения максимального сцепления с дорогой, о чём сигнализирует одинаковая температура всей поверхности шины. На соседнем рисунке показано максимальное значение отрицательного развала. Развал считается отрицательным, когда верхние края колёс наклонены к кузову машины. В нормальных условиях такой экстремальный отрицательный развал приведёт к перегреву внутреннего края колеса, неравномерному износу покрышки и уменьшению сцепления с трассой. Однако небольшой отрицательный развал является наиболее эффективной настройкой для получения максимального сцепления. Когда машина поворачивает с небольшим поперечным креном, вес переносится на внешнее колесо. Оно в свою очередь принимает на себя основную нагрузку в процессе поворота. Негативный развал позволяет внешнему колесу принимать вертикальное положение под воздействием нагрузок. Одно важное замечание: при измерении температуры покрышки следует учитывать количество пройденных кругов и то, на сколько агрессивно пилотировалась машина. При установленном отрицательном развале внутренняя часть колеса будет сильнее нагреваться на прямых. Однако этот нагрев (и соответственно износ) не соизмерим с тепловыми нагрузками на шину при жёстком прохождении поворотов. Здесь надо учитывать одно интересное наблюдение. Если установить отрицательный развал, затем выехать на трассу и пройти два круга, атакуя на 80% возможностей машины, значения температуры могут дать неверную информацию, показывая более высокую температуру внутри покрышки, чем она могла бы быть при более активной езде. Для наилучших результатов следует пройти не менее трёх кругов, атакуя не менее чем на 95% возможностей автомобиля. Давление в шинах позволяет увеличивать или уменьшать температуру средней части покрышки по отношению к краям. В высокотехнологичных гонках колёса накачивают нитрогеном вместо воздуха. Нитроген – это инертный газ и его давление меньше зависит от изменения температуры. Также он меньше способствует конденсации влаги внутри колеса (что может привести к разбалансировке). Борта формульных колёс достаточно жёсткие, так что если давление в шине слишком низкое, колесо имеет тенденцию изгибаться в сторону (по направлению статического веса машины) и вдавливает середину покрышки внутрь, к колёсному диску. В этих условия внешние края нагреваются значительно сильнее, так как они соприкасаются с дорогой гораздо сильнее центра. Если колесо перекачано, центральная часть покрышки будет выступать вверх сильнее краёв. В этом случае покрышка не соприкасается всей поверхностью с дорожным полотном. Результат – повышенная температура и износ. Понимание связи между давлением в шинах и углом развала колёс не возможно недооценить. Необходимо постоянно контролировать температуру шин при изменении регулировок, и, что более важно, анализировать температуру после каждого круга. Все эти факторы одинаково влияют на работу подвески. Если пружины недостаточно жёсткие это повлияет на величину развала колёс. Так как более мягкие пружины могут поглотить больше веса, статический дорожный просвет уменьшится. При сжатии подвески колёса начнут наклоняться, а рычаги перемещаться вверх. Это в свою очередь приведёт к необходимости изменять развал, чтобы вернуть колёса в вертикальное положение. И так далее. Но не волнуйтесь, когда поведение машины начнут вам нравиться всё больше, изменения в настройках будут делаться всё меньше.
" При настройке машины от пилота и его команды, требуется добиться того, чтобы шины работали в наилучших условиях. Только таким способом можно заставить колёса, являющиеся главным компонентом болида Формулы-1, достичь предела их возможностей". Из книги Айртона Сенны "Принципы гоночного вождения".
Схождение колёс Схождение колёс – это статический угол между их продольными осями, если смотреть на машину сверху. Может быть направлено внутрь (если передние края колёс направлены к кузову, то схождение считается отрицательным ) или наружу (если передние края колёс направлены в сторону от кузова, схождение считается положительным). Причиной, по которой на большинстве машин передние колёса устанавливаются с небольшим отрицательным схождением, является обеспечение стабильности при движении по прямой. Машина с нулевым схождением передних колёс, будет вести себя очень нервно на прямой, рыская и блуждая из-за малейшей кочки, трещины или ямки на дороге. При установке отрицательного схождения, каждое колесо всё время пытается "довернуть" машину к центру траектории. За счёт этого на рулевом колесе возникает ощущение центрирования автомобиля и обеспечивается стабильность при прямолинейном движении. Нужно ли устанавливать схождение задних колёс – это вопрос спорный. Отрицательным моментом схождения задних колёс является увеличение и неравномерность износа шин, что снижает преимущества, достигаемые за счёт этого схождения. Но с другой стороны, некоторые умники советуют устанавливать небольшое положительное схождение задних колёс, для больше стабильности задней оси при ускорениях. Но будьте разумны. Слишком сильное отрицательное схождение приводит к повышенному нагреву внешних краёв шин, создаёт дополнительное трение, и несколько снижает скорость. Соответственно слишком большое положительное схождение приводит к перегреву внутреннего края колеса. Эти последствия следует устранять небольшими корректировками угла развала.
Подвеска болида Ф-1 это комплекс механических устройств. Во-первых, это верхние и нижние рычаги. Они представляют собой треугольные, фиброкарбоновые или стальные конструкции, с помощью которых колёсный узел крепится к кузову. В местах крепления на кузове и на колёсном узле имеются шарниры, позволяющие колесу перемещаться вверх-вниз относительно кузова. Обычно рычаги расположены параллельно земле и имеют обтекаемое сечение. Диагонально, от места соединения колёсного узла с нижним рычагом сквозь крепление верхнего рычага к кузову проходят толкающие штанги, взаимодействующие через систему качающихся рычагов (рокеров) с пружинами, амортизаторами и стабилизаторами (см. правый рис.). Эти штанги передают вес машины на пружины и амортизаторы, а также за счет их длины осуществляется точная регулировка высоты дорожного просвета. Это делается регулировочной муфтой в месте, где штанга уходит внутрь кузова. Также, параллельно переднему краю верхнего рычага проходят рулевые тяги. Они соединяют верхнюю переднюю секцию колёсного узла с рулевым редуктором, находящимся в носу автомобиля, который передаёт усилие с рулевого колеса. Передаточное отношение этого узла устанавливает максимальный угол поворота руля (steering lock). Изменением длины рулевых тяг также регулируется схождение (Toe-in) передних колёс.
Регулировка переднего клиренса. Толкающая штанга, амортизаторы и буферы
В носу машины, прямо перед кабиной пилота, под специальным кожухом установлены передние пружины и амортизаторы. При снятом кожухе механики могут получить доступ ко всем механизмам, включая передние пружины (front springs), амортизаторы (dampers) и ограничители хода подвески - буферы (packers).
"В автогонках, включая и Формулу-1, всегда нужно искать компромисс между различными настройками, влияющими на характеристики машины. Не существует чётко определённой последовательности действий, которая позволила бы найти наиболее эффективные настройки надёжным научным путем. "Из книги Айртона Сенны "Принципы гоночного вождения".
Здесь важно сразу сказать следующее. При настройке компонентов подвески, изменения, более чем где-либо ещё, сказываются сразу на всех четырёх колёсах машины. Так как пружины и амортизаторы контролируют трансфер веса, существует вероятность того, что, регулируя заднюю подвеску можно изменить регулировку передней. И наоборот. В других случаях, таких как, например крылья, не смотря на то, что термин избыточная или недостаточная поворачиваемость описывает реакцию всей машины, в действительности воздействие производится только на один край автомобиля, тот, где и производится регулировка. Очень важно полностью понять специфическое назначение всех элементов подвески, потому что они работают в комплексе.
Пружины Пружины аккумулируют энергию сжимающих и растягивающих сил. При перераспределении веса возникающая энергия поглощается пружинами до тех пор, пока вес не вернётся к своему статическому состоянию. В этот момент пружины просто воспринимают вес автомобиля под действием силы тяжести.
Регулировка переднего клиренса. Верхний конец пружины установленный в шарнире.
Пружины типичного болида Ф-1 не являются пружинами в традиционном смысле этого слова, а представляют собой скорее "торсионы" (см. левое фото). В то время, как обычные пружины поглощают энергию сжимаясь, торсионные пружины работают на скручивание. Жёсткость пружин регулируется в пределах от 100 до 250 н/мм (для фанатов фунтов в конце имеется справочная таблица перевода мер и весов – прим. переводчика). Нижний конец пружины жёстко закреплён в кузове, в то время как верхний конец через рокер взаимодействует с толкающей штангой (см. правое фото). В задней части машины пружины крепятся с боков к коробке передач. Глядя на рисунок легко представить, на сколько просто и быстро могут быть заменены пружины на современной машине Формулы-1. Основной функцией пружин является амортизация масс автомобиля (так называемых "подрессоренных масс - которые воспринимаются упругими элементами подвески. К неподрессоренным относят массы колёсного узла в сборе с колесом" ), обеспечение стабильного клиренса, сглаживание кочек и неровностей и ограничение перемещений и кренов кузова из-за трансфера веса при разгоне, торможении и под действием боковых нагрузок. Эти функции становятся критически важными в связи со всё усиливающимся влиянием современной аэродинамики, так как изменение продольного и поперечного крена и высоты кузова снижает аэродинамическую прижимную силу и общую эффективность. Вот основной принцип: "Мягкие" пружины в целом аккумулируют больше веса, и, следовательно, когда колесо разгружается пружина распрямляется медленнее. Это обеспечивает лучшее сцепление с дорогой, потому что пружина включается в работу под меньшей нагрузкой. С другой стороны за это приходится платить замедленной реакцией машины на действия пилота. "Жёсткие" пружины отражают вес, потому что они нагружаются медленнее, разгружаются быстрее. Это улучшает реакцию автомобиля, но в тоже время может перегрузить колесо раньше, что ухудшает сцепление с трассой. И помните: понятие "мягче" и "жёстче" весьма относительны. На современном болиде Ф-1 даже мягкие пружины являются очень жёсткими по сравнению со стандартами дорожных автомобилей.
Буферы Буферы - это композитные проставки, надеваемые на штоки амортизаторов. Буферы это последний способ уберечь нижнюю планку от повреждений. Когда подвеска сжимается под очень большим усилием, полностью выбирая ход амортизаторов и пружин, буферы ограничивают дальнейшее перемещение подвески. Они выглядят как жёлтые резиновые кружочки (на предыдущем рисунке слева). Если посмотреть внимательно на рисунок на предыдущей странице, то можно увидеть, что они свободно перемещаются на штоке амортизатора. Размер буферов варьируется от 0 до 4 см. спереди и от 0 до 8 см. сзади. Размер буфера на рисунке составлят приблизительно 2 см.
Дорожный просвет (клиренс) и задний диффузор Поток воздуха, протекающий под кузовом машины, также создаёт прижимную силу, в основном в задней части автомобиля. Воздух, находящийся у земли, тщательно распределяется под и вокруг специальной планки, прикреплённой к днищу машины. Из-за небольшого просвета между дорожным полотном и планкой давление этого потока резко возрастает (эффект "вентури"). Отсюда, благодаря конструкции заднего диффузора, воздушный поток резко ускоряется. Конструкция диффузора позволяет дозировать количество воздуха под машиной, а затем, за счёт формы выходного сечения увеличивать его объём на выходе. Примерно так же крыло самолёта создаёт подъёмную силу из-за разности скоростей и, соответственно, давлений воздушных потоков обтекающих его сверху и снизу, так и диффузор создаёт пониженное давление под машиной за счёт ускорения воздушной струи. Это "присасывание" обеспечивает бесплатную (т.е. без увеличения сопротивления – прим. переводчика) прижимную силу. Тем не менее, она очень и очень эффективна. Эта прижимная сила возрастает при уменьшении клиренса машины. Именно поэтому мы стремимся, чтобы дорожный просвет был как можно меньше, не допуская вместе с тем значительного износа планки из-за шкрябания днищем об асфальт. Грубо клиренс определяется жёсткостью пружин, которая в свою очередь определяется исходя из желаемой жёсткости подвески. Более точно желаемый дорожный просвет настраивается с помощью ограничивающих ход подвески буферов (см. рис. на следующей станице).
Дорожный просвет: следует устанавливать как можно меньшее значение, не допуская при этом, что бы нижняя планка задевала асфальт.
Итак, Основные принципы работы подвески: Пружины (Основное назначение): являются упругим элементом подвески, обеспечивающим "грубый" баланс автомобиля и дорожный просвет. Передние пружины: следует устанавливать как можно жёстче для обеспечения быстрой реакции машины на действия пилота, и минимально допустимого клиренса.
Задние пружины: следует устанавливать как можно мягче, для лучшего сцепления колёс дорогой на торможениях при входе в поворот и при разгоне на выходе из поворота. Амортизаторы (Основное назначение): обеспечивают "точный" баланс автомобиля за счёт контроля загрузки/разгрузки пружин при наезде на неровности и при трансфере веса. Передние амортизаторы: следует устанавливать как можно мягче, для лучшего сцепления передних колёс с трассой. Задние амортизаторы: следует устанавливать как можно жёстче для большей стабильности в быстрых поворотах. Медленные параметры: контролируют нагрузку пружин (продольный и поперечный крен) при смещении центра тяжести и трансфере веса. Быстрые параметры: контролируют неподрессоренные массы (колёсные узлы) при наезде на неровности и бордюры. Стабилизаторы (основное назначение): ограничивают боковые крены кузова при продолжительных боковых нагрузках во время прохождения поворотов. Передний стабилизатор: следует устанавливать как можно жёстче, для большей стабильности при входе в поворот. Задний стабилизатор: следует устанавливать как можно мягче, для лучшего сцепления колёс с трассой при ускорении на выходе из поворота.
Все эти компоненты, работая вместе, создают механическое сцепление с дорогой. Помните, что основная задача – обеспечить работу покрышек с оптимальной температурой, чтобы они в свою очередь, могли обеспечить максимальное сцепление с трассой. Эта температура – прямой результат веса, воздействующего на колесо. В отличие от быстрых поворотов, где подвеска лишь помогает доминирующим аэродинамическим элементам, в медленных поворотах влияние аэродинамической прижимной силы значительно снижается и механическое сцепление выходит на передний план. Вот как подвеска обеспечивает механическое сцепление с трассой: 1. Пружины обеспечивают исходный дорожный просвет и баланс сцепления между передней и задней осями. 2. Когда машина тормозит перед входом в поворот более мягкие задние пружины эффективно справляются с уменьшающимся весом задней части, позволяя подвеске удерживать сцепление не полностью нагруженных задних колёс с дорогой. Амортизаторы контролируют перемещение пружин и их реакцию на внезапные неровности, которые могут ухудшить способность пружин воспринимать этот вес. 3. На входе в поворот амортизаторы продолжают контролировать перемещение подвески в процессе смещения центра тяжести и трансфера веса от внутренней стороны машины к внешней. 4. Когда машина переходит из фазы входа в поворот к собственно повороту, стабилизаторы ограничивают крен на внешнюю сторону, передавая часть веса на внутренние колёса. 5. Когда машина приближается к точке выхода из поворота, стабилизаторы начинают высвобождать энергию, передавая вес обратно на пружины под контролем амортизаторов. 6. На выходе из поворота, в момент, когда к задним колёсам передаётся огромная мощность, вес перемещается на заднюю ось автомобиля. Более мягкие задние пружины теперь позволяют задним колёсам быстрее поглотить эту энергию и применить её максимально эффективно при разгоне. Учтите: настройка машины - это всегда компромисс. Например: установка слишком жёстких амортизаторов и мягких пружин сведёт на нет работу пружин, поскольку они не позволят им полностью нагрузиться, либо будут разгружаться слишком быстро. Все компоненты должны работать вместе, выполняя каждый свою роль, и именно так обеспечивается эффективная работа подвески и контроль трансфер веса в самых различных условиях трассы. Все детали этого важного аспекта будут подробно рассмотрены в главе "Настройка машины"
Амортизаторы Амортизаторы или гасители колебаний представляют собой наполненные маслом цилиндры призванные контролировать скорость хода подвески. В своей основе амортизатор состоит из пистона, штока и масляного цилиндра. Кинетическая энергия перемещения пистона гасится маслом, которое от этого нагревается. Следовательно, место установки амортизаторов должно охлаждаться, так как перегрев может снизить их эффективность.
Передние амортизаторы(синие) и буферы(белые) Задние амортизаторы
На левом рисунке показана компоновка подвески. Большая "дырка" в левом нижнем углу это ось шарнира связывающего штангу толкателя с пружинами и амортизаторами (через рокер, установленный на шарнире и нажимающий на штоки амортизатора и пружины). Обратите внимание, что штоки пружины и амортизатора расположены параллельно друг другу. В общих чертах амортизатор работает следующим образом: пистон гонит масло через маленькие отверстия на стенках внутреннего цилиндра и через фасонные шайбы (диффузоры сверху и снизу пистона). При регулировке амортизаторов изменяют диаметр отверстий и таким образом регулируют сопротивление масла перемещению пистона. Регулировки "медленных" характеристик осуществляется фасонными шайбами, в то время как регулировки "быстрых" параметров производится за счёт внутренних отверстий цилиндра. Наряду с гидравлическим маслом (которое не сжимается) в амортизаторах используется инертный газ нитроген, позволяющий пистону перемещаться в небольшом диапазоне. Амортизаторы контролируют скорость реакции пружин в процессе их работы. Например: при жёстком торможении происходит трансфер веса вперёд, передний конец машины приседает вниз и дорожный просвет спереди уменьшается. В то время как пружины диктуют силу этого крена, амортизаторы контролируют скорость, с которой он (крен) происходит. И конечно, то же самое происходит при любом переносе веса в процессе ускорения, торможения и под воздействием боковых нагрузок в повороте. Амортизаторы болида Ф-1 имеют четыре настраиваемых параметра. Можно регулировать быстрый и медленный параметр "хода сжатия" (пружины сжимаются), а так же быстрый и медленный параметр "хода отбоя" (пружины разжимаются). Понятия "быстрый" и "медленный" не имеют отношение к скорости машины, а скорее описывают скорость перемещения пистона под воздействием штока внутри цилиндра. Вот простой метод это понять и запомнить: медленные характеристики оказывают влияние на трансфер подрессоренных масс (продольный и поперечный крен); быстрые характеристики отвечают за перемещение неподрессоренных масс (подскок на кочках колеса и колесного узла). Другими словами медленные параметры отвечают за баланс машины в повороте, быстрые обеспечивают способность подвески преодолевать неровности. Регулировка амортизаторов является самой точной в настройке подвески. Настройка амортизаторов это последний штрих в сбалансированном сетапе. Я рекомендую прочитать как можно больше об этом вопросе, потому что суть амортизаторов критически важна в характеристиках гоночной машины.
Если Формула-1 находится на острие мотоспорта, то тормоза формулы-1 находятся на самом кончике этого острия. Снова и снова, гонщики, приглашённые из других формул для испытания автомобилей Ф-1 на тестах, вылезают из кокпита потрясённые возможностями их тормозных систем. Тормозная система болида Формулы-1 состоит из гидравлически перемещаемого поршня, колодки и диска. Пилот нажимает на педаль. Это усилие преобразуется в гидравлическое давление посредством главного тормозного цилиндра, механически связанного с педалью тормоза (тормозные контуры передних и задних тормозов независимы). Давление передаётся на каждый из четырёх рабочих цилиндров, установленных на колёсах (некоторые конструкторы устанавливают по два рабочих цилиндра на колесо, так что общее их число составляет 8). Тормозная жидкость выдавливает поршень рабочего цилиндра наружу (обычно в цилиндре установлено по 4 поршня), который прижимает фибровую колодку к вращающемуся тормозному диску.
Тормозное усилие
Один из экранов меню расширенных настроек открывает доступ к регулировке максимального тормозного усилия (наряду с прочими параметрами тормозной системы). Значение по умолчанию составляет 80%, и изменить его не представляется возможным. Это ещё один предлог, для того, чтобы скачать из Интернета и установить какой-нибудь из вариантов расширенного меню, разработанного фанатами. Я обычно выставляю тормозное усилие на 100%, снижая его только в крайних случаях, например в условиях сырой погоды. Следует помнить, однако, что увеличение тормозного усилия, увеличивает также и скорость износа тормозов. Необходимо не только повышать тормозное усилие, но и совершенствовать собственную технику торможения, для уменьшения износа. Таким путём можно задействовать максимальный потенциал тормозов в те моменты, когда это необходимо, например, при попытке "перетормозить" соперника. Использование усилителей тормозов и антиблокировочных систем на машинах Формулы-1 запрещено. По этому от пилота требуется очень точно чувствовать обратную связь от педали тормоза, и дозировать усилия, для избежания блокировки колёс. Блокировка колёс вообще не желательна, но время от времени, при превышении оптимального тормозного усилия, может случаться. Особенно при агрессивном пилотаже. Умение дозировать тормозное усилие – отличительная черта гоночного мастерства. Один из вариантов техники торможения, предполагает пилотаж с управляемым скольжением заднего моста, т.н. трэйл-брейкинг. Техника трэйл-брейкинка состоит в периодическом ослаблении усилия на педали тормоза при входе в поворот. Вес при торможении смещается вперёд, и разгруженные задние колёса как бы перепрыгивают "приставными шагами" доворачивая машину в нужном направлении. Ослабление усилия торможения предотвращает слишком сильный занос задней оси, и позволяет пилоту тормозить позднее, уже заходя в поворот, иногда даже до самого апекса, после чего уже надо снова разгоняться. Это позволяет проходить повороты на большей скорости. Другой способ состоит в неполном отпускании педали газа, одновременно с торможением в повороте (разумеется, для этого надо, что бы газ и тормоз были назначены на разные аналоговые оси контроллера). Этот агрессивный стиль пилотажа, позволяет оставить некоторый крутящий момент на задних колёсах, позволяя точнее дозировать смещение веса на переднюю ось в момент жёсткого торможения. В исключительных случаях, для того чтобы увеличить поворачиваемость машины и вписаться в поворот, допускается быстрая перегазовка. Обе эти техники достаточно сложны в освоении, и обсуждать их можно ещё долго. Цель данного мануала – сосредоточиться больше на вопросах настроек, а не на пилотаже. Я советую поискать на ваших любимых форумах материалы по освоению этих стилей пилотажа, особенно трэйл-брейкинга, как часто используемой техники вождения.
Баланс тормозов
Так как все характеристики болида Ф-1 базируются на его способности использовать трансфер веса, то это делает необходимым настройку тормозного баланса машины. Регулируя тормозной баланс, мы просто увеличиваем тормозное усилие на одной оси, уменьшая одновременно на другой. Поскольку при торможении вес смещается вперёд, то осью, в сторону которой мы обычно смещаем усилие, является передняя. Этим мы компенсируем уменьшения сцепления задних колёс с дорогой. Физически регулировка осуществляется на штоке педали тормоза. Этот шток соединяет педаль тормоза с двумя поршнями главного тормозного цилиндра. За счёт регулировки угла этого штока можно изменять зависимость между перемещением педали и тормозным усилием передаваемым на каждый поршень главного цилиндра. Регулировка тормозного баланса настолько критична, что управление ей вынесено на руль, так что пилот может изменять её в процессе движения. Обычно пилот изменяет тормозной баланс несколько раз за время гонки, чтобы компенсировать изменения баланса машины происходящие по мере выработки топлива, износа шин и изменения состояния дорожного полотна. При соотношении тормозного баланса 50/50, задние колёса будут блокироваться раньше, поскольку при торможении вес перемещается вперёд, что может вызвать занос заднего моста на входе в поворот. Основная задача регулировки заключается в том, чтобы приложить к передним колёсам автомобиля максимально возможное тормозное усилие, не доводя при этом до их блокировки, в условиях стандартного торможения. При этом следует помнить, что при смещении тормозного баланса вперёд машина приобретает тенденцию к недостаточной поворачиваемости на входе в поворот.
Износ тормозов
Две основные проблемы, возникающие в тормозной системе - это снижение эффективности тормозов из-за их перегрева, и полный отказ из-за чрезмерного износа. Для максимальной эффективности тормоза должны работать при определённой температуре. Слишком холодные тормоза также недостаточно эффективны, как и перегретые. Оптимальная рабочая температура тормозов составляет 550°C, и при её достижении тормоза работают наиболее эффективно. Однако, так как трение вызывает нагрев, тепло, в свою очередь наносит ущерб, вызывая повышенный износ колодок и снижение эффективности торможения ("brake fade"). При температуре свыше 550°C эффективность тормозов начинает стремительно падать и при достижении 1650°C составляет 50 % от номинальной. Таким образом, поддержание оптимальной температуры тормозов это очень важный момент. Этого можно добиться, изменяя размер воздухозаборников (brake duct size), подающих набегающий поток воздуха к тормозам. Дополнительно, эти меню, позволяет отслеживать износ колодок, фиксируя их толщину в начале заезда. По возвращении в боксы, уменьшенная толщина колодок позволяет определить скорость их износа. Так можно вычислить, на сколько их хватит. Сочетая это с измерением температуры дисков, можно точно подобрать размер воздухозаборников позволяющих поддерживать требуемую температуру и контролировать износ тормозов на предполагаемой протяжённости гонки.
Размер тормозных дисков
Упомянутое выше меню также даёт выбор между тормозными дисками двух размеров. Утончённые диски уменьшают неподрессоренный вес и используются во время квалификации. Их толщина составляет примерно 1/3 от толщины стандартного диска. Поскольку тонкие диски быстрее остывают, контролировать их температуру сложнее.
