Подвеска

     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.

     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" (slow) характеристик осуществляется фасонными шайбами, в то время как регулировки "быстрых" (fast) 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 смещение 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 параметры "хода сжатия" (bump) (пружины сжимаются), а так же быстрый и медленный параметры "хода отбоя" (rebound) (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 т.н. pitch and roll); 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.

     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".

3.8. Схождение колёс (Toe-in)

     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). (Вообще-то по смыслу русского звучания слова "схождение" положительным следует считать как раз случай, когда колёса повёрнуты внутрь. Так что придётся просто запомнить: внутрь – отрицательное схождение, наружу – положительное. - Прим. переводчика).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.

     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