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(11)驾驶舱控制器
比赛中车手必须不断监控和调整很多系统来优化赛车性能,车手需要处理事务的级别可以与飞行员相提并论,因此为了减轻工作量,驾驶舱内的控制器必须能够直观操作,并设计所有系统。
1.11.1方向盘屏幕
屏幕可以切换显示数据,如挡位、转速、引擎温度和压力、齿轮选择、刹车平衡、圈速时间等。
1.11.2方向盘
方向盘由碳纤维材料制成,与赛车通过多针电气连接器相连。方向盘内置了电子控制单元(ECU)来控制各项系统。方向盘安装了快速释放装置,方便车手进出赛车时快速拆卸。
由于F1赛车的转向相当敏感,锁定范围只有3/4圈,因此没必要制成圆形,而与飞机控制盘形状类似。
每位车手的方向盘控制器的功能布局都是量身打造的。
1.11.3踏板
赛车离合器通过方向盘上的拨杆控制,因此赛只有两个踏板,加速踏板和制动踏板。因为空间不够,车手的脚不能在两个踏板之间移动,而且两腿之间还有转向柱。


IP属地:山东47楼2018-03-31 19:09
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    第二章 赛车的研发
    (1)设计团队
    每个F1车队设计团队的结构都略有不同,但总体框架相似。
    2.1.1机械设计和开发
    ①组合——让底盘、翼片、车身、碰撞结构、变速器等组合结构和部件通过国际汽联的测试。
    ②机械——悬架和转向组件、踏板、车辆、制动器管路、驱动器安装。
    ③系统——发动机安装、燃油系统、电气系统、排气系统、发动机冷却系统、润滑油与液压系统。
    ④传动装置——变速器外壳和内部结构、差速器、离合器、传动轴。
    ⑤液压——换挡制动器、动力转向、翼片调节。
    ⑥应力分析——对赛车组件进行有限元应力分析和应力计算。
    ⑦R&D——利用物理、疲劳、合法性和碰撞试验进行所有系统和部件的“设计验证”。


    IP属地:山东48楼2018-03-31 19:09
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      2.1.2空气动力学设计和开发
      ①空气动力学开发——开发空气动力学概念、利用风洞、CFD和赛道测试它们。
      ②空气动力学设计——将概念变成风洞模型。
      ③空气动力学制造——制造和安装风洞模型组件。
      ④空气动力学性能——为赛车空气动力学性能制定策略、工具和方向,提供空气动力学部门和车队间的接触界面。
      ⑤空气动力学技术——为风洞和赛道的空气动力学开发提供维护系统、软件和技术服务。
      ⑥快速成型小组——为风洞模型和赛车制造短前置期的部件。
      除了上述团队,还有许多技术专家和工程师在总部办公室内工作,这些部门包括:
      ①模拟
      ②赛车动力学
      ③可靠性工程
      ④比赛工程
      ⑤赛车性能小组
      ⑥技术运行
      ⑦管理


      IP属地:山东49楼2018-03-31 19:09
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        (2)设计过程
        技术总监对新车设计形成想法和概念,工程师在3D CAD(三维计算机辅助设计)中生成图纸,随后CAD模型被交给各个专业小组用于CFD(计算液体动力学)分析,风洞模型设计。
        在设计过程的所有方面,所有F1车队都会使用3D CAD系统,最常用的CAD软件包是Unigraphics NX和Dassault Systemes Catia V5,在航空航天工业,这两种软件的应用非常广泛。
        通常新概念或组件都在车队内部完成制造,但某些非敏感部件的内部制造成本较高,这些部件会承包给专业供应商。
        2.2.1设计起点
        设计过程开始,设计师要考虑很多方面的问题:
        ①上赛季赛车的缺点与优点。
        ②了解其他车队的设计理念,借鉴其他赛车的特点。
        ③规则变化。规则变化会迫使设计改变。
        ④设计创新。
        设计师的目的是以上一赛季的车为基础,尽可能修复它所有缺陷并优化优点。
        2.2.2设计参数
        F1赛车设计过程需要考虑到的两个基本标准是赛车的重心(赛车所有重量集中的点,位置取决于重量分布)和压心(空气动力学压力集中的点,位置取决于下压力分布)。
        对于稳定性较好的赛车,重心的位置要比压心更靠前。设计团队大部分努力都花在确保垂直重心更靠近地面,这能让赛车更稳定。


        IP属地:山东50楼2018-03-31 19:10
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          (3)“组合”
          “组合”指的是出色赛车所需关键要素的妥协,目的是尽量减小任何薄弱环节。
          强大的竞争力需要四个关键要素:
          ①空气动力学效率
          ②机械效率
          ③引擎
          ④车手
          如果四个要素中任何一处存在显著弱点,那么这个“组合”将缺乏竞争力。
          (4)CFD(计算液体动力学)
          F1赛车中的液体流动就是气流,当气流流过赛车表面,CFD可以通过计算气流速率和压力的变化来预测气流的运动行为,并提供产生数据的可视化图像,因此工程师能“看到”流量、压力、速率和“虚拟气流”流过模型表面的三维动画。


          IP属地:山东51楼2018-03-31 19:11
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            (5)风洞
            风洞测试是用来证明和微调已经利用CFD评估过的概念。风洞中通常使用60%的比例模型,因为全尺寸模型受到资源约束协议的严格限制。
            风扇吹出的空气通过拉直气流的筛网之后再进入模型放置室,赛车模型下面的底板移动速率与气流运动速度完全相同,来提供赛车通过赛车表面的真实模拟。
            风洞模型的细节必须完全复制真实赛车,其精度达到±0.1毫米。
            即便如此,风洞依然不能完全模拟真实赛道环境,例如风洞不能以正确的方式和准确的温度吹扫尾气、从散热器涌出的空气密度与真实赛车不一致、通过制动冷却通道、制动组件上部、通过车轮的气流。


            IP属地:山东52楼2018-03-31 19:11
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              (6)模拟
              2.6.1台架测试
              台架测试可以准确模拟部件(简单试验台)或完整赛车(七柱试验台)的受力周期,并验证部件的强度和耐久度。
              2.6.2驾驶模拟
              车载数据记录系统与复杂数学模型配合使用,利用得到的数据来定义空气动力学、轮胎和悬架特性,将这些特性和牛顿运动定律编程到驾驶模拟器中,就能提供给车手真实的驾驶体验。从模拟器中收集的数据可以用来分析车手的驾驶风格和赛车性能。


              IP属地:山东53楼2018-03-31 19:12
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                (7)测试
                2.7.1季前测试(冬测)
                季前测试目的是确定赛车的空气动力学和机械性能,确定主结构和系统可靠性,发现和解决所有问题。
                2.7.2练习赛测试
                在比赛周末,大部分测试和评估都在周五上午的第一次练习赛进行,因为二练和三练会集中进行赛车调校工作。测试必须在连续行驶和评估新“调整”间取得平衡,并允许车手全力驾驶,以适应周***赛。


                IP属地:山东54楼2018-03-31 19:12
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                  (8)开发
                  一旦赛季开始,赛车的开发步伐也不会停止,从揭幕战到收官战,每次比赛都伴随有车辆套件的升级。
                  新组件的开发速度非常重要,一旦确定升级后,研发部门将会投入巨大努力来确保升级件尽快应用到赛车上,一般步骤如下:
                  ①概念:技术人员发现一个新概念或有改装价值的现有部件。
                  ②CAD建模。
                  ③CFD和风洞评估。
                  ④组合设计与应力分析。
                  ⑤制造。
                  ⑥组件结构的疲劳测试和合法性检验。
                  ⑦破坏性测试。
                  ⑧交付安装。
                  如果新组件的实际表现不如旧件,那么车队就会放弃使用它。
                  由于这种持续开发的结果,赛季末的赛车会和赛季初有很大不同,虽然很多结构仅仅做了细微的调整,但它们却极大提升了赛车性能。


                  IP属地:山东55楼2018-03-31 19:13
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                    第三章 赛车工程师
                    可以毫不夸张地说,一场比赛的结果,赛车工程师占了一半,赛车工程师设置赛车、管理轮胎、燃油以及制定比赛策略,他们会确保赛车处于最佳状态,同样任何疏忽都可能让团队的努力毁于一旦。
                    (1)赛车上的工作
                    在F1赛车上工作需要极大的细心,工作人员必须熟悉相关系统,同时要在任何时候保持极高的清洁度,F1车库更像手术室而不是普通汽车的维修车间。
                    3.1.1安全第一
                    燃油、高温冷却液、高温润滑油、高温轮胎、制动器、动力单元电机等都是危险来源,所有工作人员会穿戴防火服、手套、护目镜和面罩。技术人员要知道哪里可能有潜在危险,每个人都有特定工作要做。
                    3.1.2工具和工作设备
                    赛车设计中性能始终要放在第一位,因此很多部件的安装不会向工作的便捷性妥协,有些小密封件经常需要安装在非常别扭的区域,靠近这一区域会很棘手。因此每位工程师都拥有覆盖该领域的足够工具,他们必须熟悉每一件工具的作用和位置。工程师只使用最高质量的工具,所有工具必须完美地安装相关紧固件和组件,避免损坏并节省时间。


                    IP属地:山东56楼2018-03-31 19:14
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                      3.1.3抬升和赛车支撑
                      和普通汽车一样,F1赛车也有特定的推荐抬升点,后部在碰撞结构,前部在车鼻前方。
                      在车库时,工程师会使用气动千斤顶抬升赛车,但在维修站只允许使用机械千斤顶。
                      3.1.4备用零件
                      比赛周末期间,车队的备用零件足够来建造第三辆完整的赛车。各种部件的子元件都会准备完毕,避免从头开始组装赛车。
                      每次比赛会准备五个变速器,两个安装在参加比赛的赛车上,一个备用,另外两个安装在运输过程中的赛车上。同样,每次比赛会准备四台发动机,每辆赛车都有一台备用发动机。
                      3.1.5事故抢修
                      如果赛车发生事故,技术人员会评估哪些部件损坏,抢修原则是更换部件而不是维修部件,除非备用部件无法使用。
                      确定部件是否更换的依据是事故数据而不是视觉,因为某些部件外表没有明显损伤,但在碰撞作用下,它们的内部可能已经恶化。
                      总之,车队在安全方面丝毫不敢大意。


                      IP属地:山东57楼2018-03-31 19:15
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                        (2)设置赛车
                        赛车设置的目的是为排位赛和正赛优化赛车性能,确保赛车实现尽可能快的车速。这是一个复杂的过程,需要考虑大量因素,其中车手的驾驶反馈特别重要。
                        在设置赛车过程中,需要参考车队先前的记录以及各种预测工具,并对赛车与上赛季的区别有深刻理解。
                        由于规则限制,排位赛的赛车设置必须沿用到正赛中而不允许修改,但排位赛的赛车设置与正赛不同,这意味着赢得排位的代价往往要牺牲正赛开始阶段的最佳设置。
                        正赛从发车到比赛结束,赛车会减轻100千克的燃油重量,但赛车设置不会考虑到轻重燃油负载,因为那时候为时已晚,如果赛车本身非常出色,它能够在多种情况下运行,而不会因设置造成显著影响。
                        3.2.1转向不足与转向过度
                        转向不足与转向过度往往用来描述赛车转向的敏感性,每位车手对转向手感的驾驶喜好都不一样。
                        3.2.2参数调整
                        一般情况下,低速操控性能受机械影响,高速操控性受空气动力学和平衡性影响,实际情况两者存在大量交叉。为了最大限度发挥赛车潜力,通常需要折中,具体取决于车手的喜好、赛车的设计特性以及不断变化的赛道条件。


                        IP属地:山东58楼2018-03-31 19:16
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                          3.2.3机械调整
                          ①防倾杆:通过软化来改变侧倾刚度,较软的防倾杆能减少转向过度并改善牵引力,较硬的防倾杆可以减少转向不足。
                          ②后倾角:赛车上的后倾角总是负的(轮胎顶部总是靠向赛车),以最大限度提高转弯时的轮胎接触面。外倾角的调整取决于赛道状况,赛车速度和轮胎负载,比如蒙扎赛道,由于赛道高速特性带来的高纵向负荷,要选择较低的后倾角,在摩纳哥则正好相反。增加外倾角会提高横向抓地力,但会牺牲纵向抓地力(制动力和牵引力)。
                          ③弹簧和阻尼器:弹簧和阻尼器可以调整悬架移动,悬架移动和空气动力学的关系非常重要,因为这关系到赛车的行驶高度,而前翼和扩散器对高度变化特别敏感。较硬悬架有利于前翼和扩散器发挥空气动力学效益,但不利于驶过路肩,较软悬架正好相反。
                          ④压舱物:通过调整压舱物的位置调整赛车重量分布,进而改变重心位置,这对赛车平衡、轮胎性能和寿命非常重要。


                          IP属地:山东59楼2018-03-31 19:17
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                            3.2.4空气动力学调整
                            ①行驶高度:赛车底板离赛道表面越近,产生的下压力就越大。一般来说,行驶高度越低,赛车的速度就越快。
                            ②翼角:通过对前翼和尾翼的角度调节可设置赛车的不同下压力。不同翼片间的作用是相辅相成的,因此调整往往是不同翼片同时进行的,以此实现空气动力学平衡。
                            3.2.5齿轮比
                            每站比赛车辆变速箱的齿轮比都是不同的,选择怎样的齿轮比取决于赛道高速弯和低速弯的数量以及赛车的最高尾速。齿轮比的选择原则是:最小齿轮比来实现慢弯道的出弯加速度,选择大齿轮比来确保长直道末端引擎能接近峰值转速,选择中齿轮比是确保引擎在最佳功率带运转。
                            3.2.6制动器
                            制动器两个主要参数是制动冷却和制动平衡。
                            在不同赛道特性和温度下,车队需要选择不同的制动冷却进气管道和配置。如果不符合预期,在比赛周末临时改变的情况屡见不鲜。
                            由于每个弯道都有不同的特性,车手会在比赛中不断调整制动平衡。
                            3.2.7发动机和传动装置
                            发动机调整的关注点是功率过渡——有效的调整渐进油门。
                            3.2.8轮胎
                            轮胎温度非常重要,调整轮胎温度的最根本设置参数是改变赛车重量分布。如果轮胎过冷或过热,抓地力水平会迅速下降。


                            IP属地:山东60楼2018-03-31 19:18
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                              (3)比赛周末
                              车队通常在周三抵达赛道,此时意味着比赛周末开始,国际汽联在周四验车。
                              车队会在比赛周末举行各种会议,时间表是在比赛周前就制定好的。工程会议会在每一天进行,分为战略会议、轮胎会议、赛车构造规范会议等。所有工程师和机械师都会一直处于忙碌状态。
                              3.3.1验车
                              验车员会检查赛车的底盘编号,来确定国际汽联的密封条完好无损,验车员还要检查相关安全项目,如线束、车手头盔、分析燃油样本、检查灭火剂,有时还会进行一些随机项目,如前翼偏转测试。
                              3.3.2设置圈
                              又叫系统装置检测圈,赛车第一次驶上赛道,检查所有系统是否工作正常,当赛车完成设置圈返回车库后,车队会检查可见的泄漏和任何损坏或松动的部件,还会从发动机和变速器取出润滑油样进行技术分析,油样分析能发现非正常磨损和其他异常情况。设置圈结束后最重要的检查之一是轮胎气压,气压的意外上升意味着起始气压存在问题。
                              设置圈完成,并且赛车一切正常后,车手出站行驶5圈左右,车队根据车手的反馈和数据继续对设置进行微调。


                              IP属地:山东61楼2018-03-31 19:18
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