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什么是悬挂系统 本文源自2019年梅赛德斯奔驰车队数字工程转型总监 Geoff Willis 的介绍。

一级方程式赛车的悬挂系统是一个由不同元件组成的复杂系统，在正确设置方面发挥着重要作用...

悬架的作用是什么？

悬架的主要作用是将赛车与车轮连接起来。这听起来可能比较琐碎，但它确实需要一个由不同部件组成的复杂系统，因为高速移动汽车这样的重物会带来许多挑战。

在公路汽车上，悬挂系统有两个主要功能--行驶和操控。行驶指的是车辆如何应对路面的变化，如何应对起伏、颠簸、路缘石、坑洼、外倾角变化等。

悬挂系统确保汽车能够应对不平坦的路面；它能分散汽车在起伏路面上行驶时产生的能量，并确保四个轮胎之间的抓地力分布正确。

另一方面，操控指的是悬挂系统在车辆动态方面的作用，描述了赛车如何对驾驶员的输入做出反应，例如，在制动时的表现或如何改变方向。

F1 悬挂系统具有相同的两种功能，只是参数有所不同。例如，舒适性是公路车行驶质量的一个重要方面；但在设计和设置 F1 赛车悬挂系统时，舒适性并不是主要目标。

F1 赛车和公路赛车的悬挂系统在功能上有什么区别吗？

虽然驾驶和操控是 F1 赛车和公路赛车悬挂系统的功能，但还有第三个功能是一级方程式赛车所独有的，或者更准确地说，是严重依赖空气动力学产生下压力的赛车所独有的。工程师们称之为平台控制。

F1 赛车速度越快，产生的下压力就越大。当赛车高速行驶时，它所产生的下压力是车身重量的数倍。因此，当赛车高速行驶时，悬挂系统必须承受数吨的额外负荷。

要使空气动力学概念发挥作用，赛车相对于赛道的位置极为重要--赛车升高或降低几毫米，气流就会发生巨大变化，使底板和扩散器等重要的空气动力学部件失去作用。

因此，F1 赛车的悬挂系统必须确保赛车的俯仰角和行驶高度得到良好控制，这样空气动力学概念才能充分发挥其潜力，尽管不同速度下的下压力会发生变化。这就是平台控制的意义所在。

悬挂系统有哪些要素？

F1 赛车的悬挂元件与公路赛车的悬挂元件概念相似，因此赛车的四个角都有独立的弹簧。在一级方程式赛车上，悬挂元件可分为三个部分--内侧悬挂、外侧悬挂和气流中的元件。

隐藏在 F1 赛车车身下面的是内侧悬挂元件 - 弹簧、减震器、摇臂和防倾杆。梅赛德斯-AMG F1 W10 EQ Power+ 的弹簧大部分是气动的，因此该车使用的是空气弹簧。内侧悬架与气流中的部件相连：叉骨、拉杆、推杆和轨道杆。这些部件与外侧悬架相连，而外侧悬架则隐藏在车轮后面，包括立柱、车轴和轴承。

W10 的悬挂系统是在哪里制造的？

我们在内部制造整个悬挂系统。这样，我们就能确保所需的高制造质量，并对设计变更做出相对较快的反应。隐藏在底盘内部的悬架部件主要是金属材料，而位于气流中的部件则主要由碳纤维制成，只有它们的连接处或挠性部分通常是金属材料。

悬架的外侧部件全部由金属制成，但它们位于制动管道内，而制动管道则由碳纤维制成。虽然悬挂系统看似相对琐碎，但其制造过程却相当复杂。昂贵的材料和大量的劳动力使悬挂系统成为 F1 赛车中最昂贵的部件之一。

在设计和制造 F1 悬挂系统时，最大的挑战是什么？

悬挂系统必须能够承受高负荷。当 F1 赛车高速驶过路缘石时，悬挂系统必须坚固、刚硬，才能承受这些载荷而不发生任何损坏。例如，推杆和拉杆等碳纤维元件在压缩和拉伸时都非常坚固，可以承受十千牛顿或更大的负荷。

与此同时，悬挂系统也需要像 F1 赛车上的其他部件一样轻巧。最后，一些悬挂部件（如叉骨）会暴露在气流中，因此这些部件必须相对较薄，以减少空气动力效应。

让事情变得更加复杂的是，叉骨必须足够大，以容纳轮胎系带（每个车轮有三条），在发生事故时，轮胎系带可将立柱和轮胎固定在底盘上。要在高强度、低重量和紧凑性这三个要求之间找到适当的平衡点是一项棘手的平衡工作，这也使得悬架的设计和制造过程变得相当复杂。

F1 车队如何使用悬挂系统优化赛车设置？

针对每条赛道优化悬挂系统是 F1 赛车总体设置工作的重要组成部分。通过悬挂系统设置，车队可以精确控制轮胎与路面的接触方式，并通过改变趾尖（车轮相对于彼此的角度）和外倾角（车轮相对于路面的角度）等参数来优化操控性和抓地力水平。

这种设置工作主要通过改变悬挂系统的几何形状来完成，例如通过改变金属垫片或使用不同链节长度的悬挂元件。工程师在进行悬挂系统设置时还要考虑的另一个方面是平台控制。为了使平台达到最佳工作状态，车队主要关注弹簧率，并可能改变弹簧中的气体压力或更换不同刚度的金属元件。

F1 车队会在一年中更换悬挂系统吗？

车队在赛季中更换悬挂系统有多种原因。例如，结构安全就是其中之一。车队清楚地知道悬挂系统能承受多大的负荷；事实上，在每场比赛中，结构系统工程师都会监控实时遥测数据，以确保不会超出负荷限制。

如果对结构安全有任何担忧，车队就会更换悬挂系统。引入新悬挂部件的另一个原因是对赛车进行升级--无论是对悬挂本身还是对其空气动力特性进行升级。悬挂系统的某些部件，如叉骨或转向臂等，会处于气流中，因此对赛车周围的气流有很大影响。

最后，车队可能会针对特定赛道采用新的悬挂系统。例如，在摩纳哥大奖赛上，车队采用了特殊的前悬挂系统，以确保赛车能够应对蒙特卡洛街道的独特挑战。

摩纳哥赛道拥有本赛季最狭窄的弯道，即著名的费尔蒙特发卡弯（又名 Loews），它比其他任何弯道都需要更多的转向锁。与即将举行的加拿大大奖赛的发卡弯（10 号弯道）相比，Loews 发卡弯需要额外 40% 的转向锁。

该弯道非常狭窄，普通悬挂系统会限制驾驶员通过发卡弯时的驾驶线路选择，或者驾驶员不得不多次转动方向盘。车队带到摩纳哥的特殊前悬挂系统允许更大的车轮角度，这样车手就可以按照自己的方式攻击发卡弯。