Как это работает: Трансмиссия машин Формулы 1. Какая коробка передач на формуле 1

Сиденье пилота:
Выполняется по индивидуальным меркам гонщика из углеволокна. В случаи аварии может быть удалено из кокпита вместе с пилотом. цена 2000$

какая коробка передач на балидах «формула_1»

Сцепление закреплено между двигателем и коробкой передач и напрямую связано с двигателем. Сцепления используются при температуре свыше 500 градусов. Такие сцепления работают на электрогидравлических преобразователях и могут весить до 1,5 кг. Небольшой вес позволяет быстро переключать передачи за счёт низкой инерции. Гонщикам нет необходимости использовать сцепление вручную, за исключением момента старта. Когда им требуется сменить передачу, пилоты переключают рычажок, который находится за рулевым колесом. В этот момент бортовой компьютер автоматически снижает обороты двигателя, используя сцепление и изменяя передачу. Сцепления справа разработаны специально для болидов Формулы-1 и имеют всего 100 мм в диаметре.

Коробка передач в болидах последовательна, как на мотоциклах. Коробки передач в болидах отличаются от КПП обычных автомобилей тем, что у болидов они полуавтоматические и без синхронизатора. Нехватка синхронизатора заставляет бортовую компьютер сопоставлять скорость двигателя со скоростью КПП каждый раз при изменении передачи.

Каждая команда использует свою коробку передач. В большинстве болидов установлена шести ступенчатая коробка передач, хотя в современных болидах уже используется 7. Седьмая скорость разработана для двигателей узкой полосы мощности, что бы они могли расходовать эту мощность оптимально. Коробка передач крепится к двигателю сзади при помощи 4 или 6 прочных болтов. Коробка сверхпрочный элемент болида, и поэтому обычно она делается из магния.

Жесткий диффиренциал обеспечивает стабильность поведения болида и уменьшение изнашивания резины, .

В болидах Формулы-1 используются ограниченные дифференциалы, что бы избежать заносов, что отличает их от свободных дифференциалов легковых машин. Такая система ограниченных дифференциалов использует трение в отношении между двумя скоростями колёс. Электрогидравлическая система помогает удержать болид от заноса при заходе в поворот.

ВАЖНО: КАК БЫЛО РАНЬШЕ. Раньше команды настраивали передаточные числа для каждой трассы. В частности, благодаря настройкам последней передачи, болид достигал максимальной скорости только в момент окончания самой длинной прямой. Полная настройка коробки передач занимала приблизительно 40 минут.

Как это работает: Трансмиссия машин Формулы 1

Пэт Симондс: «Под трансмиссией мы всегда понимаем коробку передач, но на самом деле она выполняет намного больше функций, чем следует из самого термина. Посредством КПП, разумеется, изменяется крутящий момент и передаётся от силовой установки к ведущим колёсам, но также она формирует структуру задней части машины.

В этой связи ей приходится выдерживать колоссальные нагрузки, которые передаются через подвеску, а также воздействия аэродинамического усилия от заднего крыла. Также она входит в структуру безопасности машины, плюс к ней крепятся тросы, удерживающие задние колёса при аварии.

Кстати, если быть точным, то машину необязательно оснащать коробкой передач. Проблема в том, что у двигателя внутреннего сгорания неважные характеристики крутящего момента, поэтому нужно каким-то образом добиться, чтобы скорость вращения ведущих колёс была не такой, как скорость вращения коленчатого вала. Автомобили с газотурбинными двигателями или электромобили спокойно могут работать при фиксированном соотношении скорости вращения коленвала и ведущих колёс.

Современные гибридные силовые установки отличаются более гибкими динамическими характеристиками, чем прежние моторы V8, им в меньшей степени требуются многоступенчатые КПП, позволяющие нормально работать в узком диапазоне мощности. Почему же тогда в 2014 году в Формуле 1 появились 8-ступенчатые коробки с фиксированными передаточными соотношениями?

На первый взгляд это кажется нелогичным, если характеристики двигателей стали более гибкими, но дело в том, что теперь, выбрав передаточные соотношения, мы практически не можем менять их по ходу всего сезона. Нам приходится использовать одни и те же передаточные числа и на улицах Монако, и на скоростных трассах, вроде Монцы. Если бы не это ограничение, было бы достаточно пяти или шести передач.

Использование постоянных передаточных чисел в течение всего сезона продиктовано стремлением сократить расходы. Раньше в нашем распоряжении было примерно 70 различных комплектов шестерён, из которых мы выбирали нужные в зависимости от характеристик трассы, потом их число было ограничено регламентом, но всё равно первичные шестерни обходятся примерно в 2000 фунтов, и даже простая пара стоит порядка 700 фунтов. Так что имело смысл сократить их количество, увеличив ресурс.

При изготовлении коробки необязательно использовать дорогие экзотические материалы. Корпус обычно изготавливается из углепластика, хотя в ряде случаев можно применять титан или алюминий. Внутренние компоненты коробки в основном стальные – больше нигде в Формуле 1 этот материал не используется. Сталь должна быть высочайшего качества, она проходит двойную обработку в вакууме, чтобы добиться чистоты сплава. Подшипники должны выдерживать очень высокие нагрузки и работать на огромных скоростях, поэтому изготавливаются из очень дорогой керамики.

В гоночных коробках передач используются системы переключения, основанные на полых валах – схожим образом традиционно устроены мотоциклетные КПП. При такой конструкции передачи переключаются последовательно и исключена ошибка при выборе нужной.

Коробки передач в Формуле 1 – секвентальные, прежде системы управления позволяли осуществлять переключения буквально за доли секунды. И всё-таки при этом прерывалась передача крутящего момента, что сказывалось на динамике разгона. Теперь используется бесступенчатое переключение, при котором передача крутящего момента практически не прерывается, что позволило проезжать круги примерно на 0,3 секунды быстрее.

Ее включение занимает много времени, передача может не включиться вообще, поэтому пилоты избегают использовать заднюю передачу кроме случаев, когда этл необходимо для продолжения гонки.

Сколько бы проиграл чемпионский болид 1982 года современному эквиваленту, если бы они ехали на одной трассе?

Такое сравнение усложнено, прежде всего, тем фактом, что с 1982 года все трассы Формулы 1 очень сильно изменились. Меньше всех трансформировалась Монца — длина ее трека стала на 7 метров короче, поэтому именно этот автодром и возьмем для сравнения.

Во время квалификации Гран-при Италии будущий чемпион 1982 года Кеке Росберг показал результат 1.31,834. Сравнение мы проведем по результату сына чемпиона мира на Гран-при Италии 2014 года — Нико Росберга. Свой лучший круг на Монце в прошлом году пилот Mercedes проехал с результатом 1.25,493, завоевав второе место на стартовой решетке. Поэтому, получается,что современный болид на 6 секунд быстрее гоночного автомобиля 1982 года.

Также можно сравнить результаты Кеке Росберга и чемпиона мира 2014 года Льюиса Хэмилтона в квалификациях Гран-при Италии. Результат Кеке мы знаем, а британец завоевал поул, проехав круг за 1.24,109. Итого разница составляет практически 8 секунд.

Еще один способ установить разницу по скорости между болидами 1982 года и современности, это сравнить время пилотов, стартовавших первыми. Поул с результатом 1.28,473 на Гран-при Италии 1982 года выиграл Марио Андретти. Напомним, что поул Хэмилтона в прошлом году составил 1.24,109. В этом случае, разница будет составлять чуть более 4 секунд.

Однако, и это сравнение очень условное. Монца — трасса, где используется максимальная мощность двигателя. На других автодромах результат может быть значительно выше, из-за больших изменений в аэродинамике болида.

Какой тип дифференциала используется в Формуле 1?

В Формуле 1 используются блокирующиеся дифференциалы. В отличие от простого неблокирующегося дифференциала, эта конструкция существенно повышает сцепление при разгоне, но это преимущество проявляется только когда под правым и левым ведущим колесом оказывается разное покрытие.

В «формульных» дифференциалах используется гидравлический механизм блокировки, управляемый электроникой. Уровень блокировки определяется «картой» в зависимости от множества переменных: скорости вращения, силы нажатия на акселератор и т.д.

В правилах особо сказано, что дифференциал не может быть активным — то есть текущая настройка может устанавливаться только человеком за рулем.

Современные коробки передач очень дороги. Даже сегодня, когда у них увеличен ресурс, они обходятся минимум в 4 млн. фунтов в год, если суммировать затраты на разработку, производство и обслуживание. Ремонтный комплект запасных частей для коробки стоит порядка 150 тысяч фунтов».

Что внутри коробки передач болида Формулы-1

Устройство коробок передач для большинства представляет загадку. А уж устройство коробки передач болида Формулы-1 и подавно. Скотт Манселл из проекта Driver61 показал на видео, как устроена кулачковая КП болида Ф-1 Jordan 197, на котором когда-то гонялись Джанкарло Физикелла и Ральф Шумахер. Это было в 1997 году, но конструкция и по сей день выглядит гениально.

Скотт рассказывает, как устроена коробка и как она работала. На видео представлен списанный образец, так что ничего страшного Скотт с ним уже не сделает. Разбор начинается с небольшого цилиндра — это рабочий цилиндр коробки передач, работающий на пневматике. Он отвечает за переключение самих передач. Мы к нему еще вернемся.

Необходимо упомянуть, что КП в Ф-1 расположена между задними колесами и двигателем. В единый с ней корпус встроен и дифференциал. Отсоединив его, Манселл извлек из корпуса непосредственно передачи — набор прямозубых шестерней. Из-а своей прямозубости такая КП работает гораздо громче обычной с косозубыми шестернями. Кроме того, из-за отсутствия осевых нагрузок на валах их КПД заметно выше обычных.

Бросается в глаза максимальная простота коробки. Никаких синхронизаторов. Рабочий цилиндр проворачивает небольшую шестерню — и специальная муфта с кулачками (выступами на ней) зацепляется за такие же на шестерне. Чтобы зацепление происходило плавнее (все-таки здесь нет никаких синхронизаторов), кулачки выполнены скошенными.

В Формуле 1 используются блокирующиеся дифференциалы. В отличие от простого неблокирующегося дифференциала, эта конструкция существенно повышает сцепление при разгоне, но это преимущество проявляется только когда под правым и левым ведущим колесом оказывается разное покрытие.

Как работает коробка передач в Формуле-1

На болидах Формулы 1 установлены полуавтоматические коробки передач без синхронизатора. Для переключения передач пилот не использует сцепление, а нажимает небольшие рычаги, расположенные с обратной стороны руля.

ПАЛОЧКИ И КРУЖОЧКИ: Переключая передачу на руле, гонщик замыкает контакт датчика унифицированного блока управления двигателем ECU. Электроника даёт команду гидравлической системе с обратной связью, которая, не допуская потери мощности, одновременно отключает одну передачу и включает другую. Максимально допустимый интервал при самом сложном алгоритме переключения – 0,07 секунды.

КУДА ВРЕЗАЛИ: Коробка передач скрыта за кожухом двигателя, но её расположение учитывается при разработке общей концепции аэродинамики машины. Она стыкуется с задним фланцем двигателя в фиксированных точках, оговорённых в регламенте. Коробка не мешает турбине, которая также расположена позади мотора, но несколько выше. При этом отработанные газы, идущие к турбине, приходится пропускать по выхлопным трубам через технологические отверстия в боковинах картера коробки передач.

ВАЖНО: КАК БЫЛО РАНЬШЕ. Раньше команды настраивали передаточные числа для каждой трассы. В частности, благодаря настройкам последней передачи, болид достигал максимальной скорости только в момент окончания самой длинной прямой. Полная настройка коробки передач занимала приблизительно 40 минут.

ВАЖНО: КАК СЕЙЧАС. В настоящее время передаточные числа нельзя менять между гонками, поэтому команды вынуждены в начала сезона выбрать универсальные настройки для всех трасс. Поэтому, например, 8 передача настраивается для трасс с длинными прямыми, и на более коротких и медленных автодромах она может не использоваться вообще.

О ЗАДНЕЙ. На болидах Формулы 1 существует и задняя передача. Регламент требует ее присутствия, поэтому конструкторы делают ее максимально облегченной, и потому ненадежной. Часто команды устанавливают модуль задней передачи рядом с основной коробкой, чтобы понизить вес второй. Поэтому часто в гонках гонщики пытаются выехать обратно на трассу только по прямой, или же при вылете в гравий, не пытаются включить заднюю. Есть слух, что некоторые гонщики просто не умеют это делать, потому что надо выполнить целый ряд сложных команд.

Пэт Симондс: «Под трансмиссией мы всегда понимаем коробку передач, но на самом деле она выполняет намного больше функций, чем следует из самого термина. Посредством КПП, разумеется, изменяется крутящий момент и передаётся от силовой установки к ведущим колёсам, но также она формирует структуру задней части машины.

Умопомрачительные данные и характеристики болидов Формулы-1…

Для многих не секрет, что болиды Формулы-1 являются наиболее совершеными в мире автоспорта. Сам я являюсь поклонником этого спорта.
Цель этой записи — дать общее представление и описать различные конструкции, технологии, цены и детали используемые в болидах Формулы-1…

Разгон с места до 100км/ч 1.7 сек.

Разгон с места до 200км/ч 3.8 сек.

Разгон с места до 300км/ч 8.6 сек.

Максимальная скорость около 340 км/ч

Торможение со 100км/ч 1.4 сек и 17 метров дистанции.

Торможение с 200 км/ч 2.9 сек и 55 метров дистанции.

Торможение с 300 км/ч 4 сек

Перегрузка пилота при торможении около 5G.

Прижимная сила равная весу болида достигается на скорости около 180 км/ч.

Максимальная прижимная сила (настройка максимум) при 300+ км/ч около 3000 кг.

Расход топлива в режиме соревнований около 75 л/100км

Стоимость каждого пройденного километра около 500$

Главной особенностью болида Формулы-1 один несомненно является наличие огромной прижимной силы. Именно она позволяет проходить повороты на скоростях, недостижимых любым другим спортивным автомобилям. Здесь есть один интересный момент: многие повороты пилотам просто необходимо проходить на очень высокой скорости, когда прижимная сила позволяет держать болид на трассе, если же скорость сбросить то можно вылететь с трассы так как прижимная сила будет недостаточна!

Прижимную силу создает набор аэродинамических элементов таких как: заднее антикрыло, переднее антикрыло, диффузор, итд. Переднее антикрыло, состоит из углеродного волокна и создает прижимную силу до 25% от всего болида формулы один. Ориентировочная стоимость одной штуки 19000$

Заднее антикрыло при собственном весе около 7 кг создает до 1000кг прижимной силы на высокой скорости, это около 35% всей прижимной силы болида F1. Изготовлено из карбона, стоимость каждого около 20000$

Двигатель…
В разные времена на болидах формулы-1 использовался различный объем двигателя, присутствовал и отсутствовал наддув, ограничения по оборотам и масса других ограничений, объединяло их лишь одно, огромная мощность до 1500 л/с на больших оборотах, до 22500 об/мин. В последнее время регламент поддерживает, путем различных ограничений, максимальную мощность около 850 л.с и обороты порядка 19500 об/мин Стоимость таких моторов около 600000 $

Выхлопная система…
Каждой команде формулы один необходим некоторый запас различных коллекторов выпускной системы для перенастройки двигателя под различные трассы. Стоимость одного комплекта около 26000 $

Радиаторы:
Радиаторы болида выполнены из алюминия стоимость комплекта до 11000$