Тяговая подвеска - Pull-rod suspension

Тяговая подвеска и толкатель относятся к специализированному типу автомобильной приостановка система, которая во многом основана на двойной поперечный рычаг система, включающая в себя элементы широко используемых Стойка Макферсон.[1]

В автомобилях под подвеской понимается система, с помощью которой автомобиль поддерживает контакт между всеми колесами и землей. Обычно это достигается за счет использования амортизаторов и пружин, создающих направленные вниз силы на колеса для противодействия ударам. Однако эта стойка устанавливается поперек шасси параллельно земле, в отличие от обычно используемой перпендикулярной системы. Таким образом, системы подвески с толкающим стержнем позволяют перемещать важные компоненты из зоны прямого воздушного потока ближе к центру тяжести и позволяют снизить центр тяжести, тем самым обеспечивая более эффективное распределение веса и управление креном кузова.

В результате системы подвески с толкателем могут предоставить уникальные возможности для повышения производительности, хотя и за счет повседневной управляемости, практичности и комфорта. Из-за этого системы подвески с толкателем, как правило, находят наиболее широкое применение в внедорожных автомобилях, вместо этого они специализируются на лиги гонок формулы, особенно Формула один,[1] но редко встречаются в серийных автомобилях.

История

В 1960-е гг. Brabham Automotive был крупнейшим производителем гоночных автомобилей с открытыми колесами в мире, получив известность благодаря нескольким победам в чемпионатах Формула 2 и Формула 3 Лиги. На протяжении 1960-х и вплоть до 1980-х Брэбэм вёл очень конкурентное соперничество с Лотос и Макларен гоночные команды, что создает необходимость в инновациях в чемпионатах по формуле.

Brabham BT49

В 1979 г. инженер Гордон Мюррей, работая под руководством Brabham, дебютировал с инновационной системой подвески тяги на этапе Формулы 1[2] воплощение дизайна в BT49 гоночный автомобиль. Этот новый дизайн был революционным, поскольку отказ от архаичной гидропневматической подвески, использовавшейся ранее, позволил значительно снизить высоту дорожного просвета и аэродинамическую эффективность BT49, что обеспечило Brabham победу в чемпионате за четыре сезона с 1979 по 1982 год.

В течение следующих двух десятилетий популярность тяговой подвески на гоночных автомобилях колебалась, но неуклонно росла, и в значительной степени определялась инновациями и оптимизацией тех команд, которые продолжали ее использовать. Тем не менее, с середины 1990-х до начала 2000-х годов в гонках по формуле произошло заметное сокращение использования тяговой подвески из-за изменения правил гонок по формуле в отношении высоты дорожного просвета и аэродинамики, а также изменения приоритетов гоночных команд с точки зрения производительности цели.[2]

Red Bull Racing RB5

Только в 2009 году подвеска с тяговыми штангами увидит возрождение в гонках по формулам, где новое изменение правил предусматривает, что передние крылья могут быть шире, задние крылья должны быть уже и выше, а диффузоры должны быть более жестко ограничены по размеру. и форма. В ответ на это Red Bull Racing главный технический директор, инженер, аэродинамик Адриан Ньюи увидел, что возникла новая ниша для тяговой подвески. По мере того, как диффузор гоночного автомобиля RB5 двигался дальше к задней части, он понял, что тяговая подвеска поможет оптимизировать воздушный поток под автомобилем и его аэродинамические компоненты.[3] В результате обновленный RB5, использовавшийся в сезоне 2009 года, обеспечил одну-две победы в Шанхай, Абу Даби, а Гран-при Великобритании.

Дизайн

Пример подвески с толкателем (коромысла установлены вверху)

Подвеска с толкателем и тяговым штоком похожи, но отличаются друг от друга по конструкции, главное отличие заключается в размещении коромысла, который управляет демпфированием ударов, относительно верхнего рычага подвески. Фактически это означает, что и системы толкателей, и тяги имеют одинаковую конструкцию.[4][5]

В системе подвески с толкающей штангой есть верхний и нижний рычаги управления, аналогичные по конструкции двухрычажной раме, которые обеспечивают конструктивное соединение между ступицами колес и шасси. Эти рычаги могут поворачиваться внутрь к центру автомобиля, что означает, что когда колеса испытывают удары от земли, они перемещаются вверх и вниз.[2]

Между этими двумя поперечными рычагами ступицы колес соединяются с жестким «толкателем». Здесь, когда колеса перемещаются в широтном направлении, этот стержень будет толкаться вверх против колеблющегося коромысла, создавая движение «качели», которое передает широтные силы от земли на продольные силы внутрь к шасси.[6]

Система гашения ударов

На противоположном конце этого коромысла находится поперечно установленный амортизатор, похожий по конструкции на стойки Макферсона, которые обычно используются в серийных автомобилях. Таким образом, когда колеса движутся вверх и вниз по отношению к дороге, силы передаются внутрь, в сторону цельного монококового шасси, а не вверх в транспортное средство. Таким образом, системы подвески с толкателем обеспечивают гораздо большую устойчивость на высоких скоростях, гораздо более низкие уровни крена кузова и гораздо более низкий центр тяжести автомобиля.[6]

Для систем подвески с тяговой тягой единственная разница заключается в ориентации коромысел. В системе с толкателем коромысла расположены в самой высокой точке узла. Таким образом, шток находится под давлением, поскольку он передает силы сжатия вверх на коромысла. Однако в системе тяги коромысла расположены между верхним и нижним рычагами управления, в центре узла. Таким образом, шток находится под натяжением, поскольку он натягивается на коромысла.[2]

Кроме того, рулевой механизм в системах подвески с толкателем сильно отличается от обычных автомобилей. В обычной системе рулевого управления рулевое колесо соединяется с рулевой колонкой, представляющей собой зубчатую рейку, которая преобразует вращательное движение в линейное движение, которое поворачивает передние колеса. Однако в системе подвески с толкателем рулевое управление управляется шаровыми шарнирами, расположенными на концах рычагов управления, которые позволяют ступицам колес и автомобилю поворачиваться.[2]

В результате этих факторов конструкция толкателя отличается от других систем подвески, поскольку, в отличие от других, она может быть спроектирована и собрана с компонентами, расположенными ближе к центру тяжести транспортного средства или дальше от него. В результате инженеры могут оптимизировать характеристики своего автомобиля в этой области, жертвуя комфортом и практичностью в пользу аэродинамики, управляемости и устойчивости на трассе.

Преимущества

Основные преимущества системы подвески с тяговой штангой на гоночном автомобиле, ориентированном на трек, в первую очередь связаны с возможностью перемещать компоненты подвески ближе к земле, опускать шасси автомобиля и опускать центр тяжести для повышения эффективности вождения. прохождение поворотов, крен кузова и устойчивость на высоких скоростях.[2][6]

Чтобы гоночный автомобиль был оптимизирован для гонок по формулам или для других целей, инженеры должны уделять особое внимание тому, насколько легко автомобиль может разгоняться и достигать максимальной скорости, насколько эффективно автомобиль способен преодолевать препятствия и направлять воздух вокруг него, а также насколько эффективно кузов автомобиля может направлять этот воздух в свои аэродинамические компоненты, чтобы улучшить характеристики автомобиля на поворотах.[7]

В лигах по формуле гонок правила часто предусматривают, что гоночные автомобили должны использовать двигатели с низким рабочим объемом и малой мощностью с легким шасси, чтобы сместить акцент гонки с инженерных разработок в сторону водительских качеств. В результате этих меньших двигателей специализированные гоночные автомобили, как правило, более чувствительны к силам, действующим на них, и незначительное увеличение этого сопротивления, веса и сил трения может иметь гораздо большее влияние на рабочую нагрузку и эффективность. двигателя.[7] Подвеска с тяговым стержнем, способная перемещать компоненты вдали от основных воздушных каналов, может снизить нагрузку на меньшие двигатели и улучшить ускорение во всем диапазоне мощности.[6]

Еще одно важное преимущество использования подвески с тяговым стержнем при проектировании автомобиля для гонок по формулам - это оптимизация компонентов, которая не только снижает сопротивление, но и улучшает прижимную силу. Торможение в целом является важной областью, вызывающей беспокойство для любого гоночного автомобиля, поскольку сопротивление играет непосредственную роль в определении общих характеристик автомобиля, не только снижая ускорение и максимальную скорость, но также создавая турбулентность и нестабильность.[6] В обычной системе подвески амортизаторы и другие аналогичные компоненты расположены под автомобилем, вызывая возмущение воздуха вокруг них и снижая эффективность, с которой воздух перемещается по транспортному средству и вокруг него, создавая значительное сопротивление. Тем не менее, тяговая подвеска перемещает весь узел подвески подальше от днища автомобиля, значительно улучшая эффективность воздушного потока через важный воздушный канал.[2] Чем эффективнее воздух может проходить над кузовом и вокруг него, тем эффективнее он направляется в сплиттеры, диффузоры и крылья автомобиля для создания прижимной силы.[7] По мере увеличения прижимной силы автомобиль становится сильнее врезается в гусеницу, улучшая сцепление шин с дорогой и, как следствие, характеристики поворота и устойчивости.

Наконец, при разработке специализированного гоночного автомобиля другой важной проблемой является способность преодолевать повороты, поскольку чем быстрее автомобиль сохраняет сцепление с дорогой в поворотах, тем меньше времени уходит на торможение и ускорение. На поворотах двумя самыми большими ограничивающими факторами являются прижимная сила и крен кузова.[2] Крен кузова происходит, когда центростремительные силы инерции, возникающие при прохождении поворотов, перегружают амортизаторы на внешней стороне транспортного средства, заставляя кузов «наклоняться» или перекатываться в сторону.[7][8] В обычных конструкциях подвески наличие амортизаторов, выступающих перпендикулярно корпусу, создает повышенную способность к крену кузова, поскольку силы действуют прямо вверх на витки. Однако в конструкции подвески с тяговой тягой поперечные рычаги и амортизаторы, установленные поперечно и на одной линии с корпусом, вместо этого переносят эти силы в продольном направлении, оставляя меньше места для крена кузова и значительно улучшая сцепление с дорогой.[8] Это также позволяет значительно снизить центр тяжести автомобиля, тем самым удовлетворяя оба ключевых элемента способности преодолевать повороты на высокой скорости.

По этим причинам подвеска с толкателем широко используется в гоночных лигах, ориентированных на треки, поскольку ее преимущества распространяются на многие аспекты характеристик автомобиля в целом.

Недостатки

Основные недостатки системы подвески с толкателем связаны с общей стоимостью, практичностью и маневренностью при повседневном использовании на серийных автомобилях.

Дорожные серийные автомобили, в отличие от чистокровных гоночных автомобилей, уделяют особое внимание комфорту, удобству использования и практичности в повседневной жизни. По этой причине подвеска с толкателем редко используется в серийных автомобилях из-за множества недостатков и компромиссов.

Одним из основных недостатков подвески с толкателем является стоимость. При производстве серийных моделей автомобилей для компании очень важно оставаться прибыльной, поэтому чаще всего используются наиболее экономичные конструкции. Благодаря своей простоте такие системы, как рессоры или Стойка Макферсон могут быть относительно дешевыми в разработке и интеграции в автомобиль, а их широкое удобство использования делает их популярным выбором для таких автомобилей.[6][8] Однако подвеска с толкателем имеет множество движущихся частей, работающих вместе в сложной системе, что приводит не только к значительно более высоким затратам, но и к более высокой вероятности поломки.[8]

С точки зрения удобства использования для повседневного использования, хотя подвеска с толкателем очень эффективна на поддерживаемой и сглаженной трассе, она мало что делает для смягчения ударов и сил при движении по активным дорогам, что приводит к жесткой и неудобной поездке.[1] Во многом это связано с неэффективностью использования поперечно установленного амортизатора для уменьшения вертикальных сил.[7]

Системы подвески с тяговым стержнем часто включают в себя большую раму, которая выступает за пределы корпуса шасси, что значительно затрудняет оценку габаритов транспортного средства с такой установкой и затрудняет маневрирование в транспортном потоке.[6]

В результате подвеска с тяговым стержнем вне специализированных гоночных автомобилей часто рассматривается как непрактичная и непригодная для повседневного использования, а включение подвески с тяговым стержнем в дорожные автомобили редко встречается за пределами некоторых экзотических суперкары такой как Lamborghini Murciélago концепция.

Рекомендации

  1. ^ а б c "Приостановка". Formula1.com. Получено 2019-05-30.
  2. ^ а б c d е ж грамм час "Толкатель-толкатель". www.formula1-dictionary.net. Получено 2019-05-31.
  3. ^ Ньюи, Адриан (2017). Как построить машину. Издательство Харпер Коллинз.
  4. ^ Разъяснение инженерной мысли (2012-07-25), Как работают подвески с толкателем - объяснение формулы 1, получено 2019-05-31
  5. ^ Инженерное дело (2012-07-25), Подвеска тяги - объяснение, получено 2019-05-31
  6. ^ а б c d е ж грамм Парри, Томми (2018-04-09). «Обращение к подвеске с толкателем: почему и почему нет». Турнология. Получено 2019-05-31.
  7. ^ а б c d е Байер, Эндрю (май 2009 г.). "Регулируемая конструкция подвески толкателя" (PDF). Университет Цинциннати.
  8. ^ а б c d Картик С., Крупа Р., Смрути Рекха Сен. (2016). «Разработка и анализ системы подвески с толкателем для гоночного автомобиля» (PDF). Организация технических исследований Индия.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)