Формула 1

Большой разговор о подвеске (2026). Часть 1.

Вибрации на корме.

Инженер Мородзуми-сан в свежем выпуске японского «Отоспоцу» предоставляет развернутый обзор основных идей, связанных со сферой подвески машин «Формулы-1» сезона-2026. Для начала он пытается объяснить, что вибрации от силовой установки вряд ли могут вызывать трудности с рулевым управлением.

На этом раннем этапе сезона, обсуждая механику «Формулы-1», невозможно не затронуть «проблемы вибрации» «Астон Мартина Хонды». Этот тип вибрации нельзя охарактеризовать как «передачу вибраций двигателя на кузов». В процесс создания машины нынче интегрированы системы CAE (компьютерное проектирование), где проводятся исследования жесткости и анализ вибрации отдельных компонентов и даже целых конструктивных элементов, таких как двигатели, еще до начала фактического производства машин. Таким образом, характеристики вибрации самого двигателя в общих чертах понятны, и принимаются соответствующие меры для их гашения. Кроме того, было объявлено, что ДВС «Хонды» в этом сезоне следует проверенной конструкции прошлогоднего агрегата, особенно в отношении корпуса, который образует составную деталь с несущим кузовом (коробом-монококом).

Прим.ред. Здесь нужно заметить, что не упоминается о запрете «тепловой» генерации (MGU-H), компонента, с которым в «Хонде» очень хорошо продвинулись по отношению к конкурентам. Так что, корпус-корпусом, но вот то, что внутри, - другое дело. Ведь, потери нужно было компенсировать. С другой стороны, ниже приводится ряд аргументов против влияния ДВС как такового вообще.

 

В текущей конфигурации стандартного V6 двигателя «Формулы-1» присутствует вращательное колебание, а именно одно колебание за один оборот коленчатого вала, вызванное относительным движением трех комплектов поршней, шатунов и коленчатого вала с каждой стороны. Эта вибрация также присутствует в рядных 3-цилиндровых двигателях, устанавливаемых на все японские кей-кары. В случае с гоночной машиной это приводит к 200 вибрациям в секунду при 12 000 об/мин. Если добавить импульсы сгорания, которые происходят один раз каждые два оборота в каждом цилиндре, то добавляются вибрации с частотой в 600 ударов в секунду.

• Вибрации, о которых сообщают СМИ, не соответствуют частотам, вызывающим онемение рук у гонщиков. Вибрации двигателя слишком высокочастотны для этого.

Однако эти вибрации имеют слишком высокую частоту, чтобы вызвать «онемение в руках водителя». Если бы такие вибрации были сильными и постоянными, физические эффекты, вероятно, возникали бы в диапазоне 4-55 Гц (4-55 вибраций-ударов в секунду). Я неоднократно проводил эксперименты по изучению вибраций в этом диапазоне, и действительно, частота и форма волны влияют на различные части тела. В случае болезни «белых пальцев», заболевания, поражающего руки и предплечья людей, использующих бензопилы, 12 Гц были бы эталоном. Поэтому, если вибрации, которым подвергается гонщик АМР26, соответствуют тому, о чем сообщают СМИ «Формулы-1», то предполагать, что источником этих вибраций является сам двигатель, несколько притянуто за уши.

Давайте попробуем предположить, какие именно вибрации возникают в задней части машины «Формулы-1» при движении.

Во-первых, вибрации во время движения возникают в точке контакта шины с дорожной поверхностью и распространяются через связанные с ней элементы. То есть, через каркас шины, привод, дифференциал, трансмиссию, сцепление, коленчатый вал и редуктор, мотор-генератор. Это система передачи вращения от шин к силовому агрегату (СУ) в современных машинах Формулы-1. Движущая сила, передаваемая от СУ к шинам, представляет собой комбинацию различных «волн» - колебаний силы вращения и их частот, - которые, передаваясь на контактную поверхность, вызывают вращение, скручивание протектора и возврат некоторых из этих волн обратно, что приводит к непрерывной вибрации при возникновении резонанса.

• Основные источники вибраций - в пятне контакта шины с дорогой, трансмиссия, привод, дифференциал, мотор-генератор и их взаимодействие с кузовом (монококом).

Конструкция, жесткость и точность размеров корпуса, к которому передаются эти волны, также, несомненно, влияют на этот эффект. Кроме того, «монококовая» конструкция кузова, к которой крепятся СУ, батарея и блок управления питанием, в современных гоночных автомобилях крепится без амортизирующего материала, поэтому её особенности и процесс ее изготовления также влияют на генерацию и передачу вибрации.

 

Небольшая проблема здесь заключается в том, что мотор-генератор соединен с трансмиссионным/приводным механизмом и шинами через коленчатый вал двигателя. В гибридных силовых установках часто комбинируют различные источники энергии в приводном механизме, что приводит к конфигурации, в которой двигатель и мотор работают «параллельно». В МЧМ (WEC), и «Индикаре» используют эту конфигурацию. Однако в «Формуле-1» мотор-генератор с момента первоначального внедрения используется в качестве «дополнительной мощности». Другими словами, когда электромотор приводится в движение или рекуперирует энергию, его крутящий момент напрямую вращает коленчатый вал ДВС.

Даже в нынешнем регламенте, который удвоил мощность электропривода и рекуперативного торможения (генерации энергии), четко указано, что «MGU/ERS-K должен быть напрямую соединен с коленчатым валом через редуктор». Поскольку нормальная рабочая частота двигателя осталась такой же, как и в прошлом году, или даже немного снизилась, крутящий момент MGU-K, приложенный к коленчатому валу, удвоился как в направлении привода, так и в направлении реверсивного привода (рекуперации) по сравнению с прошлым годом. Конечно, это было известно с самого начала, поэтому структурный анализ с использованием CAE следовало повторить на ранних этапах разработки и отразить в конструкции. Однако, судя по видеозаписям с бортовых камер, вибрация других силовых агрегатов также увеличилась по сравнению с прошлым годом.

• Изменения в регламенте 2026 года (увеличение мощности электропривода, новые шины) изменили характер вибраций и требуют пересмотра конструкции.

С другой стороны, в этом сезоне изменился размер шин, которые стали уже. Если вибрации, возникающие на АМР26, находятся на этой частоте или ниже, то точка резонанса вибрации в каркасе шины при скручивании шины в направлении движения/торможения находится примерно на этой частоте. В гоночных шинах, которые имеют более широкие каркасы и низкое внутреннее давление, эта частота, вероятно, еще ниже.

Компания «Пирелли» должна была предоставить каждой команде информацию о результатах индивидуальных испытаний шин, включая этот аспект. Однако конфигурация и жесткость (гибкость) силового агрегата по отношению ко всему приводному механизму, а также от карданного вала к колесу, различаются от автомобиля к автомобилю. Поэтому только натурная проверка всего автомобиля имеет решающее значение.

В современном автомобилестроении, как для серийных автомобилей, так и для гоночных машин, стандартной практикой является проведение имитационных испытаний (моделирования) с использованием различного испытательного оборудования перед реальными испытаниями в реальных условиях эксплуатации для выявления проблем и определения основных характеристик и долговечности.

В случае с силовым агрегатом и трансмиссией вся система собирается целиком, к торцу карданного вала крепится «устройство поглощения мощности», устанавливаются передняя и задняя подвески, все крепится к монококу, создавая практически идеальную копию реального автомобиля и имитируя проезд кругов на трассе. Именно виртуальные испытания на трассе (Virtual Test Track) стали предметом многочисленных дискуссий.

 

Согласно фрагментарной информации, циркулирующей в СМИ, у «Хонды-Сакуры» есть этот полноценный стенд для испытаний автомобиля, но он начал работать только в конце прошлого года. Следует отметить, что Эдриан Ньюи занял должность технического директора и руководителя команды в апреле прошлого года. Разработанный к тому моменту проект автомобиля 2026 года был отклонен, и началось новое проектирование. Это означает, что предсезонные испытания начались всего девять месяцев спустя. Также говорят, что просьба (Ньюи?) к «Хонде» сократить длину СУ от передней до задней части за счет размещения батареи в «двухъярусном» варианте была подана всего за несколько месяцев до крайнего срока.

В условиях такой спешки, когда именно удалось собрать «полноценный автомобиль» в VTT? Подобные испытательные машины не дают результатов сразу же после установки и запуска. Даже с более простыми испытательными машинами я убедился, что само оборудование имеет свои особенности вибрационного режима, и когда дело доходит до имитации реального вождения, крайне важно понимать так называемую «корреляцию», то есть относительное соотношение между полученными результатами и реальностью.

• У «Астон Мартина» и «Хонды» возникли сложности из-за позднего начала проектирования, нехватки опыта и спешки при внедрении новых решений.

Именно благодаря тщательной доработке этих аспектов и многократному проведению симуляций «Мерседес», «Феррари» и даже новички «РБ» и «Ауди» смогли запустить свои новые автомобили без серьезных проблем, возникших в ходе полевых испытаний. «Астон» и «Хонда» отстали во всем проекте разработки автомобиля, начиная с ошибочного решения штаб-квартиры «Хонды» относительно перехода на электромобили (прим.ред. это Мородзуми пишет, если что). Таково мое понимание, по крайней мере, на данный момент.

В принципе, меры противодействия таким резонансам в задней подвеске включают рассмотрение нескольких связанных элементов и изменение комбинации жесткости для смещения точки резонанса или смягчения передачи вибраций. В прошлом производители специализированных деталей, такие как «АП», разрабатывали, например, особые гоночные сцепления с демпферами для противодействия колебаниям крутящего момента с учетом специфики каждого двигателя.

 

Другая точка зрения заключается в том, что, хотя Ньюи, безусловно, является величайшим конструктором «Формулы-1» нашего времени, возможно, было бы лучше, если бы ему не доверили управление организацией в качестве руководителя команды. Моё впечатление от его работ с конца 1980-х годов заключается в том, что его талант и внимание к деталям проявляются в том, что он начинает с воздушного потока вокруг кузова автомобиля, создавая форму и компоновку, а затем просто дорабатывает детали.

• Меры по снижению вибраций включают изменение жесткости элементов подвески и использование демпферов.

Что касается механического проектирования, я считаю необходимым, чтобы инженеры с таким же уровнем скрупулёзности отвечали за каждую деталь и элемент. Однако, когда «Астон» решил сотрудничать с «Хондой», им пришлось разрабатывать и производить трансмиссию собственными силами, хотя ранее она поставлялась «Мерседесом» вместе с силовой установкой. Это привело к росту затрат и, как сообщается, к увольнению нескольких сотрудников среднего звена. Из-за нехватки надёжного персонала с обширными знаниями и практическим опытом в общем проектировании и разработке машины, они в очень короткие сроки доверились стремлению Ньюи к экстремальным характеристикам. В результате АМР26, возможно, вышел на гонку с элементами, которые были «недостаточно продуманы».

Думаю, эта гипотеза применима и к подвеске, особенно к передней. Расположение рычагов определялось аэродинамикой и поддержанием положения автомобиля, и никто не считал странным, что они разработали рулевой механизм, который в таком виде работает некорректно. Но об этом мы поговорим отдельно.

• Роль Эдриана Ньюи как руководителя команды вызывает вопросы: его подход к деталям может не компенсировать нехватку инженерных ресурсов и опыта в организации. Проблемы с подвеской и рулевым управлением могут быть связаны с недостаточной проработкой механических решений из-за акцента на аэродинамику и экстремальные характеристики.

• Вперёд >