【技术】纽维的逆转——红牛悬挂设计简析

    前几天被人问到了，我就把这个搬过来了。

    很怀念当年10月底比赛就结束的日子，这样我写东西的自由度大很多……

    原文：https://www.the-race.com/formula-1/gary-anderson-the-potency-of-red-bulls-newey-led-inversion/，作者Gary Anderson，熟悉的兄弟们应该都知道他写的东西别全当真。

    过去几年大部分的讨论都集中在了红牛的气动优势上，毫无疑问他们肯定比任何一支车队都更好地适应了新地效时代的气动规则。事实也证明，改变过基础设计理念的竞争对手大多也都转向了红牛的思路，无论是对于威队还是马丁来说，这都给他们带来了可观的性能进步。但如果你总是跟在别人的屁股后面追，你只会一直落后于人，有时，如果想要超越前人，就必须冒险去追求自己的独特设计。

    纽维去年在接受 The Race 独家采访时透露，他正专注于悬挂方面的设计，并将气动部分的具体设计留给了红牛设计团队中的其他能人，只在对整车气动设计的架构方面及车辆离地高度特性方面就需要实现的目标提出一些意见，然后他本人会着手在悬挂设计中尽可能地控制这一点。

    由于当前规则框架下的地效赛车大多数下压力都靠底盘产生，因此赛车不会发生不必要的移动是至关重要的。在把将车辆前端RH调整半毫米或尾部RH调整1毫米当做调试CoP的好用工具时，赛车制动时多达数毫米的随机移动很容易对车手的驾驶信心产生重大影响，而且制动入弯的时候正好是他们真正需要掌握赛车动态并决定何时入弯的关键节点。

    在规则范围内，CoG的位置受到相当严格的控制。它可以改变大约1.5%，对于3.6米的轴距来说，这个可调整范围是54毫米，所以操作空间并不是很大。但车队仍会利用这点微量的移动空间来调整赛车平衡。如果完全放弃对这种负载变化的控制并放任RH变化，这或多或少会让赛车变得难以操控。悬挂现在成为了连接车体和底盘，将整台赛车融为一体的重要部件。

    那么红牛是如何实现控制赛车刹车时的动态的目标的呢？要知道现代F1制动时加速度超过5g，前轴上的负载变化可能达到250~300公斤，而后轴负载也会相应减轻。随着制动力的降低，倾向前轴的负载也会减少，因此车队需要考虑的第一件事就是尽量减少瞬态效应。

    如紫色箭头所示，上叉臂前支（红线）比后支（绿线）高很多。上叉臂前后支与车身的连接点的高度差对anti-dive表现有重大影响，这样的设计在制动过程中能保持赛车姿态不过度前倾。和上叉臂相比，下叉臂的前后支和转向连杆（黄线）与车身的连接点没有太大的高度差，我们可以得出的结论是，红牛专注于使用上叉臂控制制动过程中赛车的瞬态RH。

    对于赛车前部，红牛的悬架几何设计可以提供最大程度的anti-dive效果。我们很难详细地看到叉臂安装结构的细节，但如果我们沿着基本的几何形状将这些部件“延伸”至车体中央部分，它们都会在重心附近相连。

    如果尝试使用下叉臂的角度变化来实现相同的anti-dive特性，通过同样的方法我们可以看到上下叉臂延长线的交点位置高于CoG（注：GA老年痴呆了没配这张图，大家可以脑补一下确实是这么个样子就是了）。这同时意味着侧视摆臂（side view swing arm，叉臂在侧视图中前后支的连线延长线交点到前轮接地点的连线，上图中紫色的这条线）要短得多。采用这样的设计时，车手在刹车区对赛车的感知也会更模糊。

    对于赛车尾部来说，悬挂设计则与anti-lift息息相关。保证赛车前部不过于前倾以降低前轴载荷的增加是一回事，保持后部位置较低也可以减少车辆后轴载荷的损失，同时满足这两点同样重要，保证赛车尾部的RH稳定甚至更加重要。

    和前悬挂设计恰好相反，后悬上叉臂的前支（绿线）比后支（红线）位置低很多。上叉臂的两支与车身的连接位置对抵抗赛车尾部抬升有重大影响，这样的设计能保证在制动过程中赛车重心前移时保持赛车尾部较低的RH。与上叉臂相对的，下叉臂的前后支（黄线）安装位置对anti-squat（防止加速阶段车身尾部下沉）影响较大，但实际在RB19上看起来高度差并不大。这意味着红牛并不担心在出弯加速阶段时赛车尾部会稍微下沉的问题。这种轻微的下沉有助于增加牵引力，进而减少后胎的磨损，轮胎也不容易过热衰竭。

    再次尽可能准确地画一画线就可以看到，在保持CoG位置相同的情况下，后悬挂的上下叉骨延长线也差不多都在该位置相连。这意味着赛车尾部不会因纵向载荷变化引发太大的姿态变化。

    然而，后轴设计并不像前轴那么简单，因为作用在赛车后轴上的还有两个制动机制；其一是刹车本身，它仅用于阻止后胎的旋转，从而向叉臂施加扭矩（轮上蓝色箭头）；另一个是在制动过程中对电池充电带来的刹车效果，这是通过传动系统完成的，最后通过车轴轴承施加在后悬挂上。由于下叉臂与后轮中心线的高度大致相同，所有这些负载（橙色箭头），或者说至少大部分负载将由下叉臂承担。然而，轮胎接地面积仍然承受两种负荷。

    综上所述，事情可能并不那么简单。如果考虑前悬上叉臂和前悬架拉杆的几何形状并对制动扭矩（前轴图，轮上蓝色箭头）加以诱导和应用的话，这将使前悬上叉臂的后支在制动时处于绷紧状态。由于没有什么东西是100% 刚性的，因此这一支的刚度可能也会带来优势。例如，如果它在初始制动期间能够伸长一点，这将会稍微减小caster角（可视作前轮垂直中心线和悬挂垂直中心线的夹角），这样也可能会稍稍抬起赛车的前端，克服制动期间负载变化产生的高度变化。另一方面，这也能克服额外负载造成的轮胎压缩变形。

    类似的情况也可能发生在后轴上。但由于制动负载施加方式的变化以及后轴负载的减少，实现这种操作会有点困难，但并非完全不可能。

    红牛从前推后拉式的悬挂设计转向完全相反的方向的原因可能有很多，而本文介绍的只是其中之一。

    最后，如果还想了解关于一些悬挂几何设计对车身俯仰角动态的影响的基础知识，可以看看这篇文章：https://suspensionsecrets.co.uk/anti-squat-dive-and-lift-geometry/

    在韦伯自传里发现了一些好玩的东西，有时间再搬过来。因为东西不多也可能会以动态形式搬运。

    一点碎碎念：人为什么要和人打交道……