Dragstångsupphängning
Dragstångsupphängning och tryckstångsupphängning hänvisar till en specialiserad typ av fordonsupphängningssystem som till stor del är baserat på ett system med dubbla skenben, som innehåller delar av det vanliga MacPherson-stativet .
I bilar avser fjädring det system genom vilket fordonet upprätthåller kontakt mellan alla dess hjul och marken. Detta uppnås vanligtvis genom användning av dämpare och fjädrar, vilket ger nedåtriktade krafter på hjulen för att motverka stötstötar. I tryckstångsupphängningssystem är emellertid detta stöd monterat tvärs över chassit, parallellt med marken, i motsats till det vinkelräta systemet som vanligtvis används. Tryckstångsupphängningssystem gör därför att viktiga komponenter kan flyttas ut ur direkt luftflöde, närmare tyngdpunkten, och gör att tyngdpunkten kan sänkas, vilket skapar en mer effektiv fördelning av vikt och hantering av karossrullning.
Som ett resultat kan push-rod fjädringssystem ge en unik väg för prestanda, om än på bekostnad av daglig körbarhet, praktiska egenskaper och komfort. På grund av detta tenderar push-rod-upphängningssystem att se den mest utbredda användningen i icke-vägbaserade bilar, och är istället specialiserade för formelracingligor, speciellt Formel 1 , men ses sällan i produktionsbilar.
Historia
På 1960-talet var Brabham Automotive den största tillverkaren av racingbilar med öppna hjul i världen, och gjorde sig känd över flera mästerskapsvinster i Formel två och Formel tre . Under hela 1960-talet och fram till 1980-talet hade Brabham en mycket konkurrenskraftig rivalitet med Lotus- och McLaren -racingteamen, vilket skapade en nödvändighet för innovation i formelracing-mästerskapen.
1979 debuterade ingenjör Gordon Murray , som arbetade under Brabham, ett innovativt dragstångsupphängningssystem på Formel 1-scenen, och implementerade designen i en BT49 -racerbil. Denna nya design var revolutionerande, eftersom övergången från den arkaiska hydro-pneumatiska fjädring som tidigare användes möjliggjorde en mycket lägre åkhöjd och aerodynamisk effektivitet på BT49, vilket säkrade en mästerskapsseger under fyra säsonger från 1979 till 1982 för Brabham.
Under de kommande två decennierna fluktuerade populariteten för dragstångsupphängning på formelracingbilar, men ökade stadigt, och drevs till stor del av innovation och optimering av de team som fortsatte att använda den. Det var dock en anmärkningsvärd nedgång i användningen av dragstångsfjädring i formelracing från mitten av 1990-talet till början av 2000-talet på grund av ändrade formelracingbestämmelser angående åkhöjd och aerodynamik samt racingteamens ändrade prioriteringar när det gäller prestanda mål.
Det skulle dröja förrän 2009 som dragstångsupphängning skulle se en återuppsving i formelracing, där en ny ändring av reglerna föreskrev att framvingarna får vara bredare, bakvingarna måste vara smalare och högre och diffusorerna måste begränsas snävare i storlek och form. Som svar på detta Red Bull Racings tekniska chef, ingenjör och aerodynamiker Adrian Newey en ny nisch uppstå för dragstångsupphängning. När RB5-racerbilens diffusor rörde sig längre bakåt insåg han att dragstångsupphängning skulle hjälpa till att optimera luftflödet under fordonet och in i dess aerodynamiska komponenter. Som ett resultat säkrade den reviderade RB5:an som användes under säsongen 2009 en en-två-seger i Shanghai , Abu Dhabi och Storbritanniens Grand Prix .
Dragstångssystemet har antagits igen under 2022 F1-säsongen , efter att ha setts senast 2015 på Ferrari SF15-T, på de främre upphängningarna av Red Bull Racing RB18 och McLaren MCL36 .
Design
Tryckstångs- och dragstångsupphängningen är lika men ändå distinkta i design, med den största skillnaden är placeringen av vipparmen som styr stötdämpningen i förhållande till den övre kontrollarmen. I själva verket betyder detta att både tryckstångs- och dragstångssystem är funktionellt samma design.
I ett tryckstångsupphängningssystem finns en övre och nedre manöverarm, liknande designen som en ram med dubbelarm, som ger en strukturellt integrerad koppling mellan hjulnaven och chassit. Dessa armar kan svänga inåt mot mitten av fordonet, vilket innebär att när hjulen utsätts för stötar från marken, rör de sig upp och ner.
Mellan dessa två länkarmar ansluts hjulnaven till en styv "skjutstång". Här, när hjulen rör sig i latitudinell riktning, kommer denna stav att trycka uppåt mot en oscillerande vipparm, vilket skapar en "se-sågande" rörelse som överför latitudinella krafter från marken till longitudinella krafter inåt mot chassit.
På den motsatta änden av denna vipparm finns en tvärmonterad stötdämpande coil-over, liknande designen som de MacPherson-fjädrar som vanligtvis finns i produktionsbilar. Därför, när hjulen rör sig upp och ner i förhållande till vägen, överförs krafter inåt mot det solida monocoque-chassit, i motsats till uppåt in i fordonet. Som sådant möjliggör push-rod fjädringssystem för mycket större höghastighetsstabilitet, mycket lägre nivåer av karossrullning och en mycket lägre tyngdpunkt för fordonet.
För dragstångsupphängningssystem är den enda skillnaden vipparmarnas orientering. I ett tryckstångssystem är vipparmarna placerade på den högsta punkten i monteringen. Som sådan är stången under tryck då den överför kompressionskrafter uppåt in i vipparmarna. I ett dragstångssystem är dock vipparmarna placerade mellan de övre och nedre styrarmarna, i mitten av enheten. Som sådan är stången under spänning när den drar mot vipparmarna.
Dessutom skiljer sig styrmekanismen i tryckstångsupphängningssystem mycket från konventionella fordon. I ett konventionellt styrsystem ansluts ratten till en rattstång, en form av kuggstångsväxel som översätter rotationsrörelse till linjär rörelse, som vrider framhjulen. I ett tryckstångsupphängningssystem styrs dock styrningen av kulleder som finns i ändarna av styrarmarna, som gör att hjulnaven och bilen kan svänga.
Som ett resultat av dessa faktorer skiljer sig tryckstångslayouten från andra fjädringssystem eftersom den, till skillnad från andra, kan designas och monteras med komponenter närmare eller längre från fordonets tyngdpunkt. Som ett resultat kan ingenjörer optimera sitt fordons prestanda inom detta område eftersom de offrar komfort och praktiska egenskaper till förmån för aerodynamik, hantering och stabilitet på banan.
Fördelar
De främsta fördelarna med ett dragstångsupphängningssystem på en banfokuserad racerbil har främst att göra med förmågan att flytta fjädringskomponenter närmare marken, sänka fordonets chassi och sänka tyngdpunkten för att förbättra effektiviteten i kurvtagning, kroppsrullning och höghastighetsstabilitet.
För att en racerbil ska optimeras för formelracing eller annat, är de huvudsakliga fokusområdena för ingenjörer hur lätt fordonet kan accelerera och uppnå toppfart, hur effektivt fordonet kan förhandla och kanalisera luften runt det, och hur effektivt bilens kaross kan kanalisera luften in i dess aerodynamiska komponenter för att förbättra fordonets kurvtagningsprestanda. [ opålitlig källa? ]
I formelracingligor föreskriver regelverk ofta att racerbilar måste använda motorer med låg slagvolym och låg effekt med ett lätt chassi för att flytta loppets fokus bort från teknik och mot körförmåga. Som ett resultat av dessa mindre motorer tenderar specialiserade racerbilar att vara mer känsliga för krafter som verkar på dem, och mindre ökningar i mängden av detta motstånd, vikt och friktionskrafter kan ha en mycket större inverkan på arbetsbelastningen och effektiviteten av motorn. [ opålitlig källa? ] Dragstångsupphängning, som kan flytta komponenter bort från viktiga luftkanaler, kan därför minska arbetsbelastningen på de mindre motorerna och förbättra accelerationen över kraftbandet.
En annan väsentlig fördel med att använda dragstångsupphängning när man designar en bil för formelracing är att strömlinjeforma komponenter för att inte bara minska luftmotståndet utan också för att förbättra nedåtkraften. Drag som helhet är ett viktigt problem för alla typer av racerbilar, eftersom motståndet spelar en direkt roll för att bestämma fordonets totala prestanda, inte bara minska accelerationen och toppfarten, utan också skapa turbulens och instabilitet. Med ett konventionellt fjädringssystem är stötdämpare och andra liknande komponenter placerade under fordonet, vilket stör luften runt dem och minskar effektiviteten med vilken luft flyttas över och runt fordonet, vilket genererar ett stort motstånd. Dragstångsupphängningen flyttar dock hela upphängningsenheten bort från fordonets undersida, vilket avsevärt förbättrar luftflödeseffektiviteten i en viktig luftkanal. Ju effektivare luft kan passera över och runt fordonets kaross, desto mer effektivt kan luften kanaliseras in i bilens splitter, diffusorer och vingar för att producera nedåtkraft. [ opålitlig källa? ] När nedåtkraften ökar, blir bilen mer kraftfull planterad i banan, vilket förbättrar däckgreppet och, i förlängningen, kurvtagning och stabilitet.
Slutligen, när man designar en specialiserad racingbil, är ett annat viktigt problemområde kurvtagningsförmågan, eftersom ju snabbare en bil kan bibehålla greppet i kurvor, desto mindre tid går åt till att bromsa och accelerera. Vid kurvtagning är de två största begränsande faktorerna downforce och body-roll. Kroppsrullning uppstår när de centripetala tröghetskrafterna som uppstår vid kurvtagning överbelastas stötdämparna på utsidan av fordonet, vilket gör att karossen "lutar" eller rullar åt ena sidan. [ opålitlig källa? ] I konventionella upphängningskonstruktioner skapas en ökad kapacitet för karossrullning att stötdämparna sträcker sig vinkelrätt från kroppen, eftersom krafter verkar direkt uppåt i spolarna. I konstruktioner med dragstångsupphängning överförs däremot dessa krafter i längdriktningen, om man har dragbenen och dämparna monterade i tvärriktningen och i linje med kroppen, vilket ger mindre utrymme för karossrullning och förbättrar greppet vid kurvtagning avsevärt. Detta gör det också möjligt att sänka fordonets tyngdpunkt avsevärt, vilket tillfredsställer båda nyckelelementen i höghastighets kurvtagning.
På grund av dessa skäl ser push-rod-upphängningen vanlig och utbredd användning i banfokuserade racingligor eftersom dess fördelar sträcker sig till många aspekter av fordonets totala prestanda.
Nackdelar
De största nackdelarna med ett tryckstångsupphängningssystem har att göra med totala kostnader, praktiska egenskaper och manövrerbarhet vid daglig användning för produktionsbilar.
Vägbaserade produktionsbilar, till skillnad från fullblods racerbilar, har ett särskilt fokus på komfort, användbarhet och praktiska i det dagliga livet. Av denna anledning ser push-rod suspension sällan användning i produktionsbilar på grund av dess många nackdelar och kompromisser.
En stor nackdel med push-rod suspension är kostnaden. I produktionsmodeller är det viktigast för företaget att förbli lönsamt, och som sådan är de mest kostnadseffektiva designerna vanligast. På grund av sin enkelhet kan system som bladfjädrar eller MacPherson fjäderben vara relativt billiga att designa och integrera i ett fordon, och deras breda användbarhet gör dem till ett populärt val för sådana bilar. Push-rod suspension har dock många rörliga delar som samverkar i ett komplext system, vilket resulterar i inte bara avsevärt högre kostnader, utan också högre risker för brott.
När det gäller användbarhet för dagligt bruk, medan push-rod-fjädring är mycket effektiv på en underhållen och slät bana, gör den lite för att mildra stötar och krafter under körning på aktiva vägar, vilket resulterar i en grov och obekväm körning. Detta beror till stor del på ineffektiviteten i att använda en tvärmonterad stötdämpare för att dämpa vertikala krafter. [ opålitlig källa? ]
Dragstångsupphängningssystem innehåller ofta en stor ram som sträcker sig utanför chassit, vilket gör ett fordon med denna inställning betydligt svårare att bedöma måtten på, vilket gör manövrering i trafiken svårare.
Som ett resultat av detta ses dragstångsfjädring utanför specialiserade racingbilar ofta som opraktisk och olevbar för daglig användning, och inkorporering av dragstångsfjädring i vägbaserade bilar ses sällan utanför vissa exotiska superbilar som Lamborghini Murciélago - konceptet .