بررسی سیستم تعلیق و علت استفاده از آن در خودرو های فرمول یک

سیستم تعلیق یک ماشین فرمول یک سیستم پیچیده ای از عناصر مختلف است و نقش مهمی در تنظیم و ستاپ در طول یک آخر هفته دارند. اکنون به پرسش و پاسخ مهندسان زبده تیم فرمول یک مرسدس در این باره میپردازیم:

اولین سوال این است که هدف از قرار دادن سیستم تعلیق بر روی خودروی فرمول یک چیست؟
هدف اصلی سیستم تعلیق اتصال خودرو به چرخ های آن است. این جواب ممکن است بی اهمیت و پوچ به نظر برسد. با این حال، این به یک سیستم پیچیده از اجزای مختلف نیاز دارد، زیرا حرکت یک جسم سنگین مانند یک ماشین با سرعت بالا چندین چالش را ایجاد می کند.

در خودروهای جاده ای، سیستم تعلیق دو عملکرد اصلی دارد: سواری و هندلینگ. سواری به نحوه برخورد وسیله نقلیه با تغییرات سطح جاده، نحوه مقابله با موج‌ها، دست‌اندازها، حاشیه‌ها، چاله‌ها، تغییر در خمیدگی و موارد مشابه اشاره دارد.

سیستم تعلیق اطمینان حاصل می کند که ماشین می تواند سطوح ناهموار را کنترل کند. انرژی تولید شده هنگام حرکت بر روی موج‌ها را از بین می‌برد و اطمینان می‌دهد که چسبندگی به درستی بین چهار پرخ پخش می‌شود.

از سوی دیگر، هندلینگ به نقش سیستم تعلیق در مورد دینامیک خودرو اشاره دارد و نحوه واکنش خودرو به ورودی و فرمان های راننده را توصیف می کند. به عنوان مثال، چگونه تحت ترمز رفتار می کند یا چگونه جهت آن را تغییر می دهد.

تعلیق خودرو های فرمول یک دارای دو عملکرد یکسان است، البته پارامترها متفاوت است. برای مثال، راحتی یک جنبه مهم از کیفیت سواری در خودروهای جاده ای است. با این حال، هنگام طراحی و تنظیم سیستم تعلیق خودروهای فرمول یک، راحتی دقیقاً هدف اصلی نیست.

آیا تفاوت عملکردی بین سیستم تعلیق اتومبیل های فرمول یک و اتومبیل های جاده ای وجود دارد؟
در حالی که سواری و هندلینگ عملکرد های اصلی سیستم‌های تعلیق در خودروهای فرمول یک و اتومبیل‌های جاده‌ای هستند، هدف سومی وجود دارد که منحصر به خودروهای فرمول یک است، یا به‌طور دقیق‌تر، برای اتومبیل‌های مسابقه‌ای که به شدت به آیرودینامیک برای تولید نیروی رو به پایین متکی هستند. این چیزی است که مهندسان از آن به عنوان کنترل شاسی و کانسپت استفاده میکنند.

هر چه یک ماشین فرمول یک سریعتر حرکت کند، نیروی رو به پایین بیشتری تولید می کند. هنگامی که با سرعت بالا حرکت می کند، می تواند مقداری نیروی رو به پایین چندین برابر وزن خودش ایجاد کند. بنابراین سیستم تعلیق باید با میزان بار اضافی در زمانی که خودرو با سرعت حرکت می کند مقابله کند.

برای اینکه مفهوم آیرودینامیک کار کند، موقعیت خودرو نسبت به مسیر بسیار مهم است، ماشین را چند میلی متر بالا یا پایین بیاورید و جریان هوا به طور چشمگیری تغییر می کند و باعث می شود قطعات مهم آیرودینامیکی مانند کف و دیفیوزر کارایی کمتری داشته باشند.

بنابراین یک سیستم تعلیق فرمول یک باید اطمینان حاصل کند که زمین و ارتفاع سواری خودرو به خوبی کنترل می شود تا مفهوم آیرودینامیک بتواند با وجود تغییر در نیروی رو به پایین در سرعت های مختلف، با پتانسیل کامل خود کار کند. این همان چیزی است که مجموعا باعث کنترل خودرو میشود.

عناصر مختلف یک سیستم تعلیق چیست؟
اجزای سیستم تعلیق در خودروهای فرمول یک از نظر مفهومی شبیه به سیستم تعلیق خودروهای جاده‌ای هستند، در خودروهای فرمول یک، عناصر تعلیق را می توان به سه بخش دسته بندی کرد: سیستم تعلیق داخلی، سیستم تعلیق بیرونی و عناصری که در جریان هوا هستند.

درون بدنه یک خودروی فرمول یک، عناصر داخلی سیستم تعلیق، فنرها، دمپرها، راکرها و میله‌های ضد رول پنهان شده‌اند. به عنوان مثال در خودروی مرسدس W10 عملکرد فنرها تا حد زیادی به صورت پنوماتیک انجام می شود، بنابراین خودرو از فنرهای گازی استفاده می کند. سیستم تعلیق داخلی به عناصری که در جریان هوا هستند متصل می شود، میله های جناغی، میله های کششی، میله های فشار و میله های مسیر. این عناصر به سیستم تعلیق بیرونی متصل می شوند که در پشت چرخ ها پنهان شده است که شامل پایه ها، محورها و یاتاقان ها میشوند.

سیستم تعلیق W10 در کجا ساخته شده است؟
ما کل سیستم تعلیق خود را خودمان می سازیم. به این ترتیب، ما می توانیم کیفیت ساخت بالایی را که مورد نیاز است تضمین کنیم و نسبتاً سریع به تغییرات طراحی واکنش نشان دهیم. قسمت‌هایی از سیستم تعلیق که در داخل شاسی پنهان شده‌اند عمدتاً فلزی هستند، در حالی که عناصری که در جریان هوا قرار دارند عمدتاً از فیبر کربن ساخته شده‌اند و فقط اتصالات یا اجزای خم شونده آنها معمولاً فلزی هستند.

قطعات بیرونی سیستم تعلیق همگی از فلز ساخته شده اند. با این حال، آنها در داخل داکت های ترمز که از فیبر کربن ساخته شده اند، قرار می گیرند. در حالی که یک سیستم تعلیق ممکن است یک شی نسبتاً بی اهمیت به نظر برسد، اما فرآیند تولید بسیار پیچیده است. مواد گران قیمت و نیروی کار زیادی که برای ساخت آن لازم است، سیستم تعلیق را به یکی از گران ترین عناصر یک خودروی فرمول یک تبدیل کرده است.

بزرگترین چالش در طراحی و ساخت سیستم تعلیق F1 چیست؟
یک سیستم تعلیق باید بتواند فشار های زیادی را تحمل کند. هنگامی که یک خودروی فرمول یک با سرعت بالا از روی حاشیه عبور می کند، سیستم تعلیق باید قوی و سفت باشد تا بتواند آن فشار ها را بدون آسیب رساندن تحمل کند. عناصر فیبر کربنی مانند میله های فشار و میله های کششی، برای مثال، از نظر فشار و کشش بسیار قوی هستند و می توانند بار های نزدیک به ده کیلونیوتون یا بیشتر را تحمل کنند.

در عین حال، سیستم تعلیق باید سبک باشد – درست مانند هر قسمت دیگر در یک ماشین فرمول یک. در نهایت، برخی از عناصر تعلیق مانند استخوان‌های جناغی در جریان هوا هستند، بنابراین این عناصر باید نسبتاً نازک و لاغر باشند تا جریمه آیرودینامیکی آنها کاهش یابد.

اما چیزی که اوضاع را پیچیده تر میکند این است که میله‌های جناغی باید به اندازه‌ای بزرگ باشند که حفره لاستیک‌ها را در خود جای دهند. سه عدد برای هر چرخ – که در صورت تصادف، لاستیک را به صورت عمودی و لاستیک را به شاسی نگه می‌دارند. یافتن تعادل مناسب بین این سه ملزم به استحکام بالا، وزن کم و فشردگی است – یک عمل متعادل کننده پیچیده که مسیر طراحی و فرآیند ساخت سیستم را بسیار پیچیده می کند.

چگونه یک تیم F1 از تعلیق برای بهینه سازی تنظیمات ماشین استفاده می کند؟
بهینه سازی تعلیق برای هر مسابقه بخش مهمی از کار تنظیم کلی برای یک خودروی F1 است. از طریق راه اندازی سیستم تعلیق، تیم می تواند نحوه ارائه لاستیک به جاده را به طور دقیق کنترل کند و با تغییر پارامترهایی مانند نوک (زاویه چرخ ها نسبت به یکدیگر) و کمبر (زاویه لاستیک) سطح هندلینگ و چسبندگی را بهینه کند.

این نوع تغییرات تا حد زیادی با تغییر هندسه تعلیق انجام می شود، بنابراین با تغییر شیارهای فلزی یا با استفاده از عناصر تعلیق با طول های مختلف انجام می شود. حوزه دیگری که مهندسان هنگام کار بر روی این مکانیزم به آن توجه خواهند کرد، کنترل پلت فرم است. برای اینکه پلت فرم به طور بهینه کار کند، تیم بیشتر بر روی نرخ فنر تمرکز می کند و ممکن است فشار گاز را در فنرها تغییر دهد یا عناصر فلزی با سختی های مختلف را جایگزین یکدیگر کنند.

آیا تیم های فرمول یک در طول سال تعلیق خود را تغییر می دهند؟
تیم ها در طول فصل به دلایل یا دلایلی تعلیق خود را تغییر می دهند. برای مثال یک دلیل برای معرفی عناصر تعلیق جدید، ارتقای خودرو است، یا به خود تعلیق یا ویژگی های آیرودینامیکی آن. برخی از اجزای سیستم را مانند جناغ‌ها یا بازوی فرمان در جریان هوا قرار دارند، بنابراین تأثیر زیادی بر جریان هوای اطراف خودرو دارند.

در نهایت، یک تیم ممکن است تعلیق جدیدی را برای یک مسیر خاص معرفی کند. برای مثال، برای گرندپری موناکو 2019، تیم ما تعلیق جلوی ویژه‌ای را به همراه داشت تا مطمئن شود که ماشین می‌تواند از پس چالش‌های منحصر به فرد خیابان‌های مونت کارلو برآید.