Секреты активной подвески и системы FRIC
Впервые после запрета в конце 1993 года в Формуле 1 всерьез заговорили о возможности возвращения технологий активной подвески. Технический эксперт Autosport Крэг Скарборо объясняет принципы работы этой системы и рассказывает об идеях, имеющих схожую природу
Поскольку в Формуле 1 задумались над потенциальной отменой запрета на использование активной подвески, который вступил в силу еще перед стартом сезона 1994 года, давайте вспомним, что же представляет собой данная концепция.
Крэг Скарборо объясняет, что именно предстоит сделать командам, чтобы реализовать принцип активной подвески в рамках существующих норм и ограничений, а также анализирует возможную выгоду от её внедрения.
ПОЧЕМУ АКТИВНАЯ ПОДВЕСКА МОЖЕТ ВЕРНУТЬСЯ В Ф1
Подписи, слева направо: приводы; гидравлические сервоклапаны; электронный контролирующий блок FIA; гидравлический насос; гидравлические сервоклапаны; приводы
Использование электрогидравлических систем для контроля за подвеской было панацеей для разработчиков шасси в течение многих лет. По сути, такие устройства позволяли вносить изменения в настройки ходовой при помощи программного обеспечения, не прибегая к механическим средствам.
В истории Формулы 1 можно выделить три периода, связанных с использованием активной подвески: это первые попытки в исполнении команды Lotus в начале 1980-х, не продвинувшиеся дальше нескольких проб; проект Williams с реактивной системой, и, наконец, технологии, позволившие раскрыть гений Эдриана Ньюи в той же Williams и положившие начало "активной эпохи" на заре 90-х.
Запрет 1994-го касался всех "умных систем" разом и был вызван по большей части повсеместным распространением контроля тяги и ABS.
При этом активная подвеска попала в список запрещенных лишь "за компанию": по своей сути она призвана не сколько помогать пилоту, сколько облегчать жизнь инженерам.
С сезона-1994 правила позволяли изменять нагрузку на колесо только путем варьирования механических настроек. Таким образом, эре электронных вспомогательных систем пришёл конец.
Последовавшая разработка чисто механических решений, способных обеспечивать нелинейную обратную связь по ключевым параметрам подвески – жёсткости, крену и перемещению каждого отдельно взятого колеса – стали причиной значительного роста инвестиций в эту область и усложнения общей конструкции как в передней, так и в задней части машины.
Для связи каждого из колёс с корпусом используются пружины, амортизаторы, упругие демпферы и резиновые отбойники хода сжатия. Учитывая три названных выше составляющих, инженер в итоге при настройке подвески имеет дело с 32-мя различными параметрами!
Поскольку по большей части все перечисленные устройства еще и взаимосвязаны между собой, это лишь дополнительно усложняет общую задачу.
Давно уже ведутся разговоры о том, что с появлением стандартного электронного блока контроля FIA (SECU) и сопутствующего программного обеспечения возвращение технологии активной подвески позволило бы значительно уменьшить затраты команд, причем без риска всевозможного "читерства" с их стороны.
Внедрение в этом году электронных системы контроля задних тормозов лишь свидетельствует в пользу возвращения активной подвески: опасения, что новинку можно будет использовать в качестве антипробуксовочной системы или для контроля тяги, оказались несостоятельными, так как FIA внимательно следит за использованием блока ECU и регулярно проверяет версию программного обеспечения.
В настоящее время большая часть элементов подвески размещена внутри корпуса автомобиля, это весьма сложная структура с торсионами, демпферами, стабилизаторами поперечной устойчивости, пружинами, угловыми амортизаторами и резиновыми отбойниками хода сжатия.
Активная же подвеска подразумевает под собой наличие единственного гидравлического привода на каждом из рычагов, будь он толкающим или тянущим. Положение приводом них регулируется давлением в гидравлической магистрали посредством сервоклапана.
Гидравлическая жидкость поступает к сервоклапанам при помощи насоса, приводимого в движение специальным мотором, и системы клапанов, управляемых блоком SECU, предоставляемым FIA. Каждый из приводов в рамках описанной конструкции способен воспроизвести в малейших деталях работу нынешней подвески благодаря прописанным программным алгоритмам.
Текущая процедура разработки подвески включается в себя следующие этапы: проектирование, симуляции для модели, создание, испытания на стенде и тесты на трассе. В случае же с активной подвеской было бы достаточно единожды разработать нужный "софт", после чего сразу отправлять данные на командный симулятор для оценки эффективности.
Примечательно, что активную подвеску изобрели именно в Формуле 1. С тех пор подобные принципы широко использовалась для контроля за работой многих систем автомобиля, начиная с дроссельной заслонки и заканчивая переключением передач. Внедрение этого подхода знакомо командам и не повлечёт за собой роста затрат.
При наличии простой системы электрогидравлического контроля достаточно было бы разработать свод ограничений, который описывал бы допустимые режимы работы, фактически повторяя требования к нынешней механической подвеске – и не допускал при этом использование радикальных идей, которые повлекли бы за собой получение командами аэродинамического преимущества.
ЧТО ТАКОЕ FRIC
Подписи, слева направо: тянущие рычаги; передний цилиндр; клапан/аккумулятор; задний цилиндр; тянущие рычаги
На стыке 80-х и 90-х годов, когда специалисты по аэродинамике стали активно осваивать пространство под днищем машины, вопрос контроля дорожного просвета оказался особенно актуальным.
Команды начали связывать переднюю и заднюю подвеску для обеспечения неизменного клиренса по всей длине шасси. Это и привело в итоге к появлению технологии активной подвески, но после запрета 1994 года данное решение вышло из употребления.
Идея была вновь возрождена Lotus (тогда ещё Renault) в 2008-м, а впоследствии использована и Mercedes. Сейчас почти каждая команда имеет взаимосвязанную подвеску, зачастую именуемую FRIC (front/rear interconnected – взаимосвязанная передняя и задняя подвески).
Довольно простая гидравлическая система применяется для контроля дорожного просвета спереди и сзади. Если движение одной части автомобиля находит отклик и с другой стороны, можно добиться положительного эффекта – например, предотвращать "кивки" при торможении.
В каждой части машины рычаги связаны с рокерами, которые, в свою очередь, сопряжены с гидравлическим цилиндром двойного действия, установленным между ними. В каждом из этих цилиндров находится поршень, который двигается вместе с подвеской, сжимая жидкость в одной из камер.
Каждая камера по обе стороны цилиндра при помощи трубок соединена с соответствующим цилиндром на другом конце шасси. На своём пути трубки проходят через систему клапанов, благодаря которым инженеры имеют возможность настроить отклик подвески на движения цилиндров.
Данный подход не подразумевает использования каких-либо электронных систем или гидравлических насосов, поэтому является всецело пассивным. Применение иной идеи, кроме как этой, является незаконным согласно тем самым правилам, принятым в 1994-м году.
Регулируя параметры цилиндров и клапанов, можно не только контролировать "нырки", но и, к примеру, добиться "приседания" задней части шасси на большой скорости, что значительно уменьшит площадь сопротивления заднего крыла на прямых и повысит эффективность диффузора.
Если спереди и сзади цилиндры разделены на две части так, что каждая из них взаимодействует с отдельным колесом, то можно включить в общую систему FRIC и контроль крена. При этом процесс, когда машина одновременно испытывает ускорение в двух плоскостях, может быть также настроен должным образом.
Наличие дополнительного уровня в регулировках подвески усложняет работу команд, которые проводят огромное количество времени в поисках наилучших вариантов.
Хотя средства компьютерной симуляции несколько облегчают задачу, необходимо огромное количество ресурсов, чтобы внедрить и затем модернизировать подобные механические системы.
