Prirucka zavodnika – rFactor Kapitola 1 Abstrakt: Tento dokument je urcen jako manual pro online piloty zavodnich simulatoru, prevazne pro Formuli 1. Smyslem neni vytvorit technicky manual, ale dokument urcen pro siroke spektrum neodborne verejnosti. Proto je jeho forma zjednodusena a upravena pro pochopeni informaci, dulezitych pro nastaveni a pilotovani vozu. Slozite konstrukcni parametry a principy jsou vynechany. Autor: Pavel (Ranger_Zx) Vřesňák – www.SimRacing.cz group mailto:
[email protected]
Specialni podekovani pro: Martin (Sumýš) Slezák – zpracovani popisu motoru Tomáš (TomasBoss) Brož – korektura pred vydanim Zdeněk (Geafer) Hübner – dodani zdrojovych materialu pro popis diferencialu
Obsah: Kapitola 1 – zakladni informace o komponentech zavodniho vozu - 1 - palivo - motor - pneumatiky - tlak v pneumatikach - prevodovka - aerodynamika - vyvazeni - brzdy - diferencial Kapitola 2 – zakladni informace o komponentech zavodniho vozu – 2 - pruziny - pomale tlumice - rychle tlumice - svetla vyska - dorazy - uhel svisleho cepu rizeni - odklony - antizkrutne stabilizatory - treti pruzeni a tlumeni a dorazy Kapitola 3 – nastaveni zavodniho vozu – 1 - palivo - motor - pneumatiky - tlak v pneumatikach - prevodovka - aerodynamika - vyvazeni - brzdy - diferencial Kapitola 4 – nastaveni zavodniho vozu – 2 - pruziny - pomale tlumice - rychle tlumice - svetla vyska - dorazy - uhel svisleho cepu rizeni - odklony - antizkrutne stabilizatory - treti pruzeni a tlumeni a dorazy Kapitola 5 – technika jizdy
Kapitola 1: Zakladni komponenty vozu • Palivo – “fuel”: Palivo pohani spalovaci motor. Na kazde kolo je dana urcita spotreba paliva, podle typu motoru, delky a profilu okruhu. V setupu je viditelne nastaveni množstí paliva podle litru a zaroven zobrazeni predbezneho propoctu, na kolik kol bude toto mnozstvi paliva postacovat. Pri nastavovani paliva pro zavod by mel kazdy pilot mel mit zmerenou realnou spotrebu na kolo pro delsi stint (alespon 10 kol) – protoze ne vsechny propocty v menu jsou korektni a ne kazde nastaveni vozu ma totoznou spotrebu. Ten, kdo vi, kolik je jeho skutecna spotreba se nedostane do problemu s palivem na konci zavodu, nebo na opacnou stranu neveze nikdy zbytecne palivo navic. Palivo je mereno v litrech a kazdy litr paliva ma urcitou danou hmotnost v kg. Množství paliva v nadrzi velmi ovlivnuje chovani vozu. Srovnani pro F1 je nasledujici: monopost vazi 600kg, s palivem muze vazit I pres 650kg. Techto 50kg paliva je pomerove k celkove nizke vaze vozu Formule 1 velka porce kilogramu navic, proto dochazi ke snizeni akcelerace, prodlouzeni brzdne drahy, vyssimu namahani brzd i pneumatik a nizsi mozne rychlosti v zatackach. Hmosnost ma vliv na celkove chování vozu.
• Motor – “engine”: Motor je zakladni pohonna jednotka kazdeho zavodniho automobilu. Kazdy motor nese sve konstrukcni technicke specifikace, jako je objem, pocet valcu, zdvih, počet ventilů atp. Kazdy motor dale nese technicke specifikace ziskane na zaklade jeho chovani pri testech merenim. Zakladnimy specifikacemi motoru jsou hodnoty tociveho momentu a vykonu. Maximalni tocivy moment je hodnota vyjadrujici jakou silou motor skutecne disponuje. Pri otackach maximu tociveho momentu ma motor maximalni silu a jde nejrychleji do otacek. Vykon motoru zavisi na hodnote tociveho momentu a na otackach motoru. Cim vyssi jsou otacky a tocivy moment, tim vyssi bude vykon. Maximum tociveho momentu vrcholi drive nez maximum vykonu , avsak protoze jde motor stale do vyssich otacek ,tak prestoze tocivy moment jiz klesa,vykon dale roste. Z grafu prubehu tociveho momentu (zavislost hodnoty tociveho momentu na otackach) muzeme urcit tzv. pruznost motoru. Jestlize ma motor tuto krivku
plochou a vysoke hodnoty tociveho momentu vykazuje v sirokem spektru otacek, pak je motor velice pruzny. Z prubehu hodnot tociveho momentu a vykonu vyplyvaji dve dulezite hodnoty pro pilota. Hodnota otacek, kdy motor dosahuje maximalniho tociveho momentu, a hodnota otacek, kdy motor dosahuje maximalniho vykonu. Pri primocare akceleraci je optimalni radit na vyssi rychlostni stupen v otackach maximalniho vykonu. Pokud jsou dva prevodove stupne nastaveny prilis dlouze a po prerazeni mame otacky nizsi nez jsou otacky pro max.kroutici moment, je treba mezi temito rychlostnimi stupni udelat vyjimku a radit az ve vyssich otackach tak, aby se po prerazeni hodnota otacek nikdy nedostala pod max.kroutici moment. Pri akceleraci ze zatacky – vyjezdu, je dulezity nejen okamzity vykon vozu, ale take plynulost trakce. Pokud ze zatacky budeme vyjizdet kuprikladu na druhy rychlostni stupen a jeho otacky budou blizko maximalnimu vykonu, pri vyjezdu budeme muset brzy preradit na treti stupen. Toto prerazeni zpusobi odpojeni trakce a nasledny vykonovy skok. V dusledku pri odpojeni spojky dojde k presunuti vahy minoritne na predni cast vozu a v dusledku opetovnemu sepnuti spojky dojde k tak prudkemu narustu vykonu, ze na hnanych pneumatikach muze dojit k prokluzu a tim padem ztrate trakce a castecne take stability. Prevodovka by mela byt pripravena a naladena na kazdy okruh pokud mozno tak, aby k temto razeni na vyjezdech nemuselo dochazet. S kazdym typem vozu – motoru je zapotrebi jine zachazeni. Pro ilustracni priklad si uvedeme srovnani motoru pro F3 Euroseries a Formula Nippon. F3 je poddimenzovany motor, ktery je naladeny castecne na vydrz pro snizeni nakladu na zavodeni v serii. Zdaleka nevyuziva sve maximalni otacky a ma pomerove vysoky kroutici moment a v povolenych otackach take vysokou pruznost. Pokud s vozem F3 vyjizdite dlouhou tahlou zatacku, je vyhodnejsi nechat cely vyjezd radeji podtoceny vyssi rychlostni stupen, nez-li radit v pulce vyjezdu. Formule Nippon nema v pomeru tak veliky kroutici moment a sila motoru je vyhonena vysokyma otackama. Prubehova krivka vykonu ma velice uzkou spicku. Kdyz s takovymto vozem vyjizdime obdobnou zatacku, je vyhodnejsi zaradit nizsi rychlostni stupen a radeji radit na vyjezdu s rizikem prokluzu a ztraty trakce. Tato ztrata trakce prokluzem bude daleko mensi, nez ztrata okamziteho vykonu pri vyjezdu s podtocenym motorem. Moderni zavodni vozy maji zakladni funkce motoru jako je zapalovani , plneni motoru ci mnozstvi vstriku paliva rizeny elektronicky přes elektronickou ridici jednotu ECU (electronical controll unit) .Tim se da podstatnou merou ovlivnit vykon a hlavne krivka tociveho momentu.
Jsou to v podstatě 3D mapy (každá mapa zvlast pro zapalovani,plneni,vstrik paliva atd.) kde na osach x a y jsou vyneseny hodnoty otaček a hodnoty zatizeni motoru a k nim je prirazena prislusna hodnota na ose z. Pro ilustraci prilozena 3D mapa vstříkování vozu Subaru Impreza STI:
Na teto mape je dobre videt, ze kdyz napriklad prudce ubereme plyn v nizsich otackach (a tim snizime zatizeni motoru), tak ridici jednotka rozhodne, ze nebude vstrikovat zadne palivo. Jestlize totez udelame pri vysokych otackach tak urcite mnozstvi paliva bude vstriknuto, aby brzdny efekt motoru nebyl prilis silny. U vysokoobsahovych motoru by mohlo dojit az k zablokovani kol. V simulatorech je moznost nastavit si velmi zjednodusenou polozku, tzv.brake mapping. Cim vyssi je tato hodnota, tim vice brzdne sily generuje motor, kdyz pilot nema seslapnuty plynovy pedal – tim nizsi jsou cisla v podobne 3D mape v levych sloupcich. Jak funguje nastaveni boost mappingu ve hre a co presne toto nastaveni v rFactoru ovlivnuje, mi zustava utajeno, proto se to zde nedozvite. Obecne se jedna o nastaveni plnicich tlaku obdobne jako u brake mapping, s tou zmenou, ze tato hodnota zjednodusene ovlivnuje pravou cast tabulky (seslapnuty plyn) 3D mapy, zatim co brake mapping ovlivnuje prevazne levou (uvolneny plyn). U realnych vozu je nastaveni ECU velmi slozita zalezitost a nelze popsat dvemi parametry, jako je tomu u simulatoru. Proto toto nastaveni berte s rezervou. Dalsim dulezitim parametrem ovlivnujici motor je jeho teplota. Motor byva chlazen budto chladici po stranac vozu, popripade kominky, odvadejici teply vzduch od motoru v zadni casti monopostu. Aktivni vetrak je ve Formuli 1 zakazan. Klicovym nastavenim pro udrzeni optimalni teploty motoru je velikost chladice. Cim vetsi chladic, tim lepsi ochlazovaci schopnost. Vysoke chlazeni podobne jako u brzd narusuje aerodynamiku vozu a nejcasteji dochazi k nizsi efektivite aerodynamiky – nizsi maximalni rychlosti.
Idealni pracovni teplota u vozu F1 je lehce nad 100 stupnu celsia. Pri teplotach nad se jiz motor zacina prehrivat a dochazi ke zkracovani jeho zivotnosti. Pri extremni teplote dochazi i ke ztrate vykonu. Nastaveni chlazeni zavisi prevazne na klimatickych podminkach na trati (teplota, vlhkost, nadmorska vyska atp), na profilu trate a take na delce zavodu. Dalsim faktorem, ktery podstatne ovlivnuje teplotu motoru a take jeho zivosnost, jsou jeho maximalni otacky. Cim vyssi otacky motor dosahuje, tim muzeme dosahovat vyssiho vykonu, ale take zkracujeme zivostnost nadmernym opotrebovavanim motoru. Dulezite je najit kompromis, kdy dosahujeme potrebneho vykonu i zivosnosti – spolehlivosti motoru pro zavod.
• Pneumatiky – “tires” / slozeni pneumatik – “tire coumpound” Pneumatiky – gumy je nejrychleji se opotrebovavane zarizeni na celem vozu. Jejich ukolem je prenaset veskere sily mezi vozem a povrchem trate - lateralni i podelne - za kazdych podminek. Jejich kvalita a momentalni kondice ovlivnuje zcela zasadne chovani celeho vozu a proto je treba pneumatikam venovat maximalni pozornost. Vhodne slozeni pneumatik je ruzne pro ruzne povrchy a teploty. Pro ruzne stupne vlhkosti trate se pouzivaji pneumatiky predhodne (intermediate) a mokre (wet). Na suchu se pouzivaji budto slicky (zcela hladke pneu bez vzorku), nebo hladke pneumatiky s drazkama – Formule 1 posledni sezony (jsou docasne zakazane slicky). Krome toho, ze se pneumatiky lisi vzorkem, lisi se taky hustotou smesi. Ve hre se objevuji na sucho pouze dve varianty – mekke (soft) a tvrde (hard). V realnych zavodech se pripravujou zvlastni smesi na individualne na vetsinu okruhu a volba hustoty smesi je pro vyrobce plynule volitelna, tzn.nejde zde o volbu ze dvou hodnot, jako je tomu ve hre. Mokre pneumatiky jsou vzdy z velmi mekke smesi a proto na osychajici trati jsou velice nachylne na prehrati a naslednou devastaci povrchu gumy. Mekke pneumatiky maji daleko vyssi prilnavost, nez-li pneumatiky tvrde, za to jejich vydrz je nizsi a mira zahrivani vyssi, take jsou nachylnejsi pri prehrati na deformaci a pri schlazeni na teplotni degradaci. Teplotni degradaci se rozumi poškození povrchu pneumatiky například prudkým ochlazením nebo přehřátím. Jakmile prehraty povrch gumy zchladne, zacne se doslova drolit a na povrchu gumy se vytvori jakoby puchyre a guma ztraci prilnavost. Pri snaze rychlou jizdou znovu gumy zahrat dojde nejprve k oddroleni veskereho zdegradovaneho povrchu – coz byva
rychle – behem nekolika zatacek, ale behem teto chvile je prilnavost velmi, az nebezpecne nizka. Tato situace casto nastava napriklad po delsi jizde za safetycarem. Pote je mozno opet hladkou gumu znovu zahrat a dostat do optimalni kondice. Pro jasnejsi prestavu, tyto drolene kusy gumy byvaji tvaru a velikosti prstu na ruce. Pneumatiky se navrhujou pro funkci na svem limitu zivotnosti, proto je kriticky dulezite vzdy zvolit vhodny typ, ktery koresponduje se zvolenou tymovou strategii a setrnosti vozu i pilota k zachazeni s pneumatikami. Kazdy typ pneumatiky ma svou optimalni pracovni teplotu, a teplotu, pri niz dochazi k prehrati a ztrate adheze. Tyto teploty je nutno testovat pro kazdy typ vozu a slozeni gumy zvlast a neexistuje zadna obecna hodnota. Plati pravidlo, ze pneumatika, ktera je udrzovana na sve optimalni teplote, dosahuje maximalni vydrze pri maximalni mozne adhezi. Pri prehrati povrchu dochazi k rychlemu opotrebeni a ztrate adheze. Pri podchlazeni dochazi ke ztrate adheze. Chovani k pneumatikam je veda a casto se setkavame s pripady. Kdy pilot po nepovedene kvalifikaci tvrdi, ze po pasazi rychlych zatacek byl nedotacivy, protoze mel v najezdu do zatacky prilis teple pneu atp. V zavode je naprosto nutne nejet pouze sadu hot lapu (nejrychlejsich moznych kol), ale je treba sledovat teplotu gum a hlidat si optimalni tempo – nejrychlejsi styl na kolo byva jen zridka nejrychlejsi v delce celeho zavodu.
• Tlak v pneumatice – “tire preasure” Tlak v zavodnich pneumatikach ma zcela jinou ulohu nez v klasickych cestovnich vozech. Obycejne kolo u auta ma pneumatiku mekke konstrukce a jeji celkova tuhost je dana tlakem uvnitr. Kdezto pneumatika Formule 1 ma bocnice z velmi tuheho materialu a i zcela vypustena castecne drzi svuj tvar. Tuhost je dana kontrukci pneumatiky. Tlak v pneumatice ovlivnuje jeji stredni cast – tzv.behoun. Pri idealnim tlaku v pneumatice je behoun po cele sirce rovny. Pokud je tlak prilis velky, behoun se doslova vybouli a zmensi se stycna plocha pneumatiky s vozovkou, take se bude behoun rychleji opotrebovavat nez-li okraje pneumatiky. Pokud bude tlak prilis maly, behoun bude jakoby pod urovni bocnic, a rychleji se budou opotrebovavat vnejsi a vnítrni casti behounu. Je zcela ocividne, ze tlak pneumatiky je treba udrzovat na urcite dokonale hladine pro maximalni adhezi a zaroven vydrz pneumatiky. Tlak v pneumatice je dynamicka hodnota a meni se v zavislosti na teplote plynove naplne uvnitr pneumatiky. Teplota plynu v pneumatice zavisi samozrejme na teplote celeho kola – od ktereho se plyn zahriva. Podle fyzikalniho zakonu o
teplotni roztaznosti dochazi pri ohrivani ke zvyseni tlaku. Mira tohoto zvyseni krome rozdilu teploty zalezi take na druhu plynove smesi (zavisi na koeficientu teplotni roztaznosti materialu). Napriklad obycejny vzduch ma teplotni roztaznost mnohonasobne vyssi nez plynova smes, ktera se husti v zavodech Formule 1.
• Prevodovka – “gears” Prevodovka je mechanicke zarizeni, ktere je budto samostatne nebo je integrovano do bloku schranky motoru. Prevodovka ma za ukol prenaset hnaci silu motoru a transformovat jeho otacky na hnanou napravu tak, aby pri kazde rychlosti vozu na draze, ktere se na danem okruhu dosahuje, motor mohl pracovat v optimalnich otackach. Prevodovka vozu Formule 1 obsahuje sedm rychlostnich stupnu ve smeru dopredu a jeden rychlostni stupen dozadu (zpatecka). Oproti civilnim prevodovkam je poloautomaticka a nema zadne synchronizacni mechanismy. Prevodovka F1 je schopna zmenit prevodovy stupen behem 20-40 milisekund. Je vice zpusobu a potreb, podle kterych se nastavuji pomery jednotlivych rychlosti. U civilnich automobilu jde prevazne o nastaveni nejvyssiho rychlostniho stupne na optimalni uroven pro komfortni jizdu v bezpecnych otackach pro motor tak, aby maximalni dosahovana rychlost korespondovala s moznostmi motoru a zbytku vozu. Dale o nastaveni prvnich dvou stupnu, kdy prvni stupen slouzi pro rozjezd a druhy pro jizdu od minimalni rychlosti, odbocovani na pravouhlych krizovatkach atp. Zbytek rychlostnich stupnu se rozklada rovnomerne mezi ne. U zavodnich aut se pocita s mnohem vyssimi provoznimi otackami motoru, proto zavodni prevodovky mivaji i nekolika nasobne kratsi prevodove stupne, nez-li civilni prevodovky. Prevodove stupne se pro zavodni vozy zpravidla ladi pro kazdou trat individualne. Hlavni parametry zde hraje maximalni dosahovana rychlost konkretniho vozu na konkretnim okruhu a celkova charakteristika okruhu. Prenastaveni prevodovych stupnu zabira mechanikum Formule 1 v pitech priblizne 40 minut. U civilnich aut ctvrty rychlostni stupen nebyva prevod dvou ozubeni, ale byva tzv.primy prevod (otacky klikove hridele = otacky kardanu). Rychlostni prevody se nastavuji casto nelinearni, casto jsou nektere stupne zhusteny, na ukor prodluzovani jinych. Napriklad, pokud se jedna o trat, kde vetsina trati je ve strednich rychlostech. Pak tedy stredni rychlostni stupne budou mirne zhusteny a krajni budou prodlouzeny. Diky tomu mirne snizime prumerny dosahovany vykon v malych a nejvyssich rychlostech, ale zvysime prumerny dosahovany vykon ve strednich rychlostech a muzeme docilit lepsi efektivity na konkretnim okruhu. U Formule 1 neni povolane pouzivat prevodovku, ktera pri razeni prenasi neustale hnaci silu motoru. Pri zmene
rychlostniho stupne zmacknutim mikrospinace palubni pocitac vyhodnoti akci, uvolni spojku, preradi na dany novy rychlostni stupen a opet sepne spojku. Tyto zavodni spojky vazi pouhych 1.5 kilogramu a pracuji az do teplot pres 500 stupnu celsia.
• Aerodynamika – “aerodynamics” Aerodynamika je zcela zasadni faktor, obdobne jako pneumatiky, ovlivnujici komplexne chovani celeho vozu (brzdeni, akceleraci, adheze a stabilita v zatackach, spotrebu paliva). Aerodynamika je prilis siroky pojem, aby mohla byt popsana jako jeden vliv, proto si jeji zakladni aspekty rozdelime na nekolik casti. To co maji veskere tyto casti spolecne je fakt, ze mira pusobeni aerodynamickych sil se stoupajici rychlosti nestoupa linearne, ale kvadraticky (rychlost ^ 2). Idealni geometricky utvar pro pruchod vzduchem s co nejnizsim odporem je padajici kapka vody, kterou samotne aerodynamicke sily tvaruji do dokonaleho tvaru. Z tohoto tvaru si vzali priklad vsichni konstrukteri zarizeni, prekonavajici vysoke rychlosti. Prakticke priklady: tvar prurezu kridlem letadla – kapka, tvar prurezu listu vrtule – kapka. Predni ‘maska’ velkych letadel – zadne spicate tvary, ale kulata kabina pilota – stejne jako je zakulacena predni (spodni) cast kapky. Dokonce i vzpery u starych viceplosnych letadel byly pozdeji konstruovany s tvarem prurezu kapky. -
Odpor vzduchu. Pro prorazeni vzduchove bariery je zapotrebi urcite energie. Dokonce i pro idealni pripad kapky. Navic kazdy tvar odchylujici se od tohoto tvaru, vytvari disharmonii v obtekajicim proudu vzduchu a tvori se tzv.turbolence (vzdusne viry). Energie, spotrebovana na vytvareni techto vzdusnych viru je dalsi energii spotrebovanou pri prorazeni vzduchu. Se stoupajici rychlosti pohybujiciho se predmetu stoupa tento odpor se ctvercem, proto u kazdeho vozu ci letadla narazime na maximalni moznou dosazitelnou rychlost - kdyz celou hnaci silu motoru pohlti aerodynamicky odpor. Odpor vzduchu proti jedoucimu vozu ovlivnuji take dalsi externi faktory, jako povetrnostni podminky a jine pohybujici se predmety. Napriklad vuz jedouci tesne za jinym vozem je pripad, kdy prvni vuz vytvari urcity tunel vzduchu, pohybujiciho se zaroven s vozem a vuz jedouci tesne za prvnim s nim doslova splyne a vyuziva toho, ze prekonava daleko, daleko mensi odpor. Tento efekt zpetne ovlivnuje i vuz jedouci ve predu a to tak, ze mnoho turbolenci, ktere vznikaji za vozem nemohou kvuli dalsimu vozu vzniknout a vznikaji az za druhym vozem a za urcitych podminek muze byt dosazeno takoveho efektu, ze vuz vepredu bude brzden nizsim odporem, nez by byl brzden, kdyby byl na draze osamocen. Tento efekt se stale vyuziva napriklad v zavodech Nascar, kde plati, ze skupinka jedouci v tzv. vlacku je vzdy rychlejsi nez jednotlivec, jedouci sam.
-
Obtekani kapotaze vozu. Berme v uvahu pouze vzduch proudici po stranach vozu a nad nim. Na obtekani se kladou dva nejpodstatnejsi parametry: mira generovaneho pritlaku a mira brzdiciho efektu. Prvni hodnota je zadana co nejvyssi, druha naopak co nejnizsi. Zpravidla vzdy i na civilnich autech je kapotaz konstruovana tak, ze generuje urcite mnozstvi aerodynamickeho pritlaku. Tento pritlak je meritelny v kilogramech ve specialnim zarizeni (aerodynamickem tunelu) v zavislosti na rychlosti proudiciho vzduchu. Miru tohoto pritlaku u zavodnich a sportovnich vozu velmi vyznamne ovlivnuji pritlacna kridla a dalsi aerodynamicke doplnky umistene na kapotazi.
-
Vzduch proudici pod podvozkem vozu. Toto proudeni vzdy u jakehokoliv vozu velmi negativne ovlivnuje jeho chovani ve vysokych rychlostech. Vozy stredni a nizsi tridy se casto setkavaji s tak spatnym proudenim vzduchu, ze podvozek tvori vztlak tak velky, ze ani pritlacna sila pritlaku na kapotazi ho neprekona a vysledny efekt pri jizde napriklad ve Skoda Octavii pres 200km/h je vztlak nekolik set kg. Je jasne, ze pri urcite – extremne vysoke - rychlosti prekona vztlakova sila celkovou vahu vozu a dojde k nevyhnutelne katastrofe. Vetsina vozu, ktere jsou schopny dosahovat velmi vysokych rychlosti, byvaji ovsem odladeny tak, aby generovaly celkove alespon male mnozstvi pritlaku, proto k tomuto efektu za beznych podminek nemuze dojit. Zavodni podvozky prosly behem dlouholeteho vyzkumu obrovskym vyvojem. Prvni podvozky vubec nepocitaly s optimalizaci kvuli aerodynamickym vlivum. Pozdeji slo prevazne jen o to, aby podvozek byl pokud mozno hladky a svetla vyska vozu byla co mozna nejnize povrchu vozovky, aby se omezila mira proudiciho vzduchu pod vozem. Miru vzduchu, ktera se dostane pod podvozek lze omezit co nejmensi světlou vyskou predni casti vozu od vozovky – mene mista, mene vzduchu. Snizene bocnice az k zemi take snizuji proudeni, ktere se dostava pod auto z boku. Cim vice vzduchu bude pod podvozkem proudit, tim hure. Predstavte si nyni podvozek, ktery je vepredu dejme tomu deset centimetru nad vozovkou, a pritom zadni cast vozu bude nad vozovkou pouze jeden centimert. Dojde zde k negativnimu efektu, ktery je zpusoben tim, ze predni cast podvozku nasava obrovske mnozsvi vzduchu, kteremu desetkrat ubyde prostor. Odchod vzduchu z pod podvozku se zpomali a zvysi se jeho tlak – prevazne pod zadni casti - na nekolikanasobek. Tento efekt zpusobuje extremni nestabilitu vozu ve vysokych rychlostech, protoze
dochazi ke ztrate adheze na zadni naprave vlivem pretlaku pod podvozkem - nadlehceni. Nyni si predstavte stejny priklad, ale v opacnem sklonu, tzn.predni cast vozu je centimetr nad vozovkou. Nasaje se urcite mnozstvi vzduchu, pak se mu otevre mnohem vice prostoru a proudeni ven se urychli, dojde k podtlaku. Pri extremnich rychlostech je tento podtlak giganticky bez jakeho koliv jineho negativniho vlivu zvysuje pritlak vozu. Optimalni nastaveni tohoto uhlu, ktery spina podvozek podelne z vozovkou je 2-6 stupnu. Pro zvyseni tohoto pozitivniho efektu se na konci podvozku zarazuje tzv.difusor. Coz je varianta obraceneho pritlacneho kridla, ktera je viditelna i na nekterych seriovych sportovnich vozech. Napriklad Ferrari se pysni couhajicim difusorem z pod podvozku ven. Tento difusor umocnuje efekt zrychleneho proudeni vzduchu tim, ze svira podelny uhel s vozovkou mnohem vyssi nez zbytek podvozku.
Rozdil mezi hodne sklonenym podvozkem a mene sklonenym s aplikovanym difusorem spociva v tom, ze vice pritlaku se generuje prave na zadni naprave a dalsi bonus je v tom, ze diky mensimu sklonu podvozku je mozno umistit zadni teziste vozu o znatelny kus nize nez u jednodussi varianty. Bonus vyssiho pritlaku na zadni naprave je extremne dulezity, a mnohem dulezitejsi nez vepredu, protoze pri dohaneni zadni adheze pomoci aerodynamickeho pritlaku dochazi k velmi znatelnemu snizeni maximalni dosazitelne rychlosti vozu, kdezto vyssi nastaveni sklonu predniho pritlacneho kridla nema na celkovou maximalni rychlost az takovy vliv (jako sklon zadniho kridla). Tento poznatek byl v jiste ere zavodeni ten, ktery udaval tempo a vozy Formule 1 staje Lotus, ktere jako prvni prisly s timto prevratnym vynalezem az do prozrazeni zcela dominovaly zavodni scene. Zavodni vozy pouzivaji na markantni zvyseni adheze aditivni aerodynamicky pritlak z pritlacnych komponent na vozu auta. Vsechny tyto komponenty vice ci mene snizuji maximalni dosazitelnou rychlost, zvysuji a meni turbolence za vozem – ty maji vliv na dalsi vozy jedouci v zavesu a zvysuji adhezi ve vysokych rychlostech.
Predni pritlacne kridlo u vozu F1 zastava 25 – 40% celkoveho pritlaku vozu. Nejvetsi stavitelnou aerodynamickou ‘brzdou’ byva zpravidla nastaveni zadniho pritlacneho kridla. Jeho veliky vliv na maximalni rychlost je zpusoben tim, ze je to komponenta, ktera uz je za vozem a zpusobuje dalsi vyrazne zmeny proudeni. Predni kridlo ma mnohem mensi vyznam pro maximalni rychlost proto, ze vzduch, ktery rozrazi bude tak jako tak obtikat kolem zbytku vozu. Dokonale nastaveni je takove, ktere potrebuje co nejnizsi sklon zadniho kridla bez problemu se ztratou stability. Takoveto nastaveni ovsem byva casto nebezpecne a ne vzdy vhodne pro dlouhy zavod, kde je treba docilit konzistentni casy na kolo. Cim vyssi je pomer predni ku zadnimu kridlu, tim vice ma auto ve vysokych rychlostech tendence se pretacet, dojde k tzv.aerodynamickemu prevazeni. Casto muzeme pozorovat velmi rychly vuz, ktery ma po par kolech prehrate zadni pneumatiky prave z tohohle duvodu a musi zpomalit.
• Vyvazeni – “weight” Vyvazeni vozu je standartnim nekonecnym problemem. Neustale se naleza nejlepsi kompromis mezi dotacivosti, stabilitou a rovnomernou zatezi na pneumatiky. U seriovych vozu neni s vyvazovanim az takovy problem. Pro civilni potreby je dostacujici stabilni vyvazeni a neni kladen takovy duraz na soumerne opotrebeni (zahrivani) pneumatik. Teziste vozu je u zavodnich vozu zpravidla stavitelne jak po podelne delce, tak i napric vozem – lateralni vyvazeni. Je zadouci, aby samotny vuz byl co nejlehci, aby pote konstrukteri mohli umistit dovazovaci zavazi na nejvhodnejsi misto a podvozek mohl fungovat. Umisteni teziste ovlivnuje miru zatizeni (opotrebeni) pneumatik, cim vetsi vaha na konkretnim kole, tim vetsi zatez je na nej prenesena. Lateralni vyvazeni se pouziva tam, kde se nachazeji okruhy s dominantnimi zatackami na jednu stranu. Napriklad ovaly jsou dokonalym prikladem, protoze zpravidla maji jen jeden smer zataceni. Lateralni vaha se v takovem pripade posunuje na vnitrni stranu zatacky. Tzn.na ciste levotocivem okruhu je nutno prenest vahu doleva a naopak. Na clenitych okruzich se take casto vyplaci posunovat lateralni vahu. Ale je treba velmi dobre si zvazit, zda-li vysledny efekt stoji za to. Obecne lze rici, ze presunutim vahy na pravou stranu vylepsite o trochu schopnost zatacet v pravych zatackach, ale o to vice snizite schopnost zatacet v zatackach levych. Navic diky nesymetrickem vahovem zatizeni dosahnete o neco horsich vlastnosti pri brzdeni. Idealnim prikladem je Toban Grand Prix. Clenitost trate a stridani zatacek ma neblahe dusledky na asimetricke vyvazeni. Idealnim prikladem, kde se takove vyvazeni vyplaci je trat Donington F3. Shrnme si, ze na trati jsou ctyri klicove rychle prave zatacky, pravy vyjezd ze sikany a jedna prava vlasenka. Oproti tomu je zde pouze jedna leva vlasenka a levy najezd do sikany. Zde se vyplati dat vahu co nejvice mozna doprava pro ziskani lepsich casu na kolo.
Navic diky prevazne prave charakteristice se velmi namahaji leve pneumatiky a jejich odlehcenim a prenesenim vahy doprava lze ziskat rovnomernejsi opotrebeni a dosahnout vyrovnanejsich teplot. Podelne vyvazeni je mnohem slozitejsi a je velmi rozporuplnne a je treba hledat fungujici kompromis. Vaha hodne vepredu snizuje nestabilitu vozu, ale na druhou stranu zpusobuje casto nedotacivost. Vaha hodne vzadu zpusobuje casto nestabilitu, ale v nekterych specialnich pripadech nastaveni vaha navic na zadni naprave dokaze poskytnout na pomalych vyjezdech o poznani vice adheze. Nastavovani podelneho vyvazeni ma take podstatny vliv na zahrivani a namahani pneumatik. Na nekterych tratich lze zjistit, ze kvuli lepsi dotacivosti je vhodne posunout vahu dozadu, ale predni gumy budou prilis malo namahany a nedokazou se zahrat na optimalni teplotu, proto je dobre testovat - dat vahu zpet dopredu a zhodnotit, zdali vysledne zvyseni teploty na prednich gumach neposkytne dodatecnou adhezi, ktera vyrovna puvodni nedotacivost. Casto lze dosahnout tohoto efektu. A casto hned na dalsi trati funguje cela tato vytvorena teorie presne opacne. Ano, vyvazeni je ta nejrozporuplnejsi vec na celem voze a nalezeni idealni vahy spociva v nekonecnem krouzeni a testovani. Zmena vyvazeni ovsem zasadne ovlivnuje (casto narusuje) veskere nastaveni podvozku, ktere jiz fungovalo. Zde je na miste pripomenout, ze je treba uvedomit si: Nastavovani vozu je jako skladani rubikovy kostky. Nikdy nestaci, kdyz slozite jednu, dve nebo treba ctyry strany, jakkoliv dokonale. Vuz musi pracovat dokonale jako celek a kazda zmena ovlivni komplexne cely zbytek vozu.
• Brzdy – “brakes” Brzdy je pomerne jednoduche mechanicke zarizeni, ktere je zpravidla umisteno na ose kazdeho kola. Presneji receno na ose kola je umisten brzdovy kotouc, ktery rotuje zaroven s kolem podel jeho osy a je brzden pevne uchycenym zarizenim (trmenem), kdyz je seslapnut brzdovy pedal. Brzdy jsou zarizeni, ktere meni kinetickou energii na energii tepelnou. U zavodnich aut, kde se velmi casto brzdi z obrovskych rychlosti a na nekterych tratich take mockrat za sebou, se generuje velike mnozstvi tepla. Pri delsim brzdeni (civilni auta nevyjimaje) dochazi k zahrivani brzdovych kotoucu. Tyto kotouce je nutne velmi intenzivne chladit. Toto chlazeni se realizuje umoznenim vyssiho prutoku vzduchu pres brzdove zarizeni. Tak vysokeho, aby se brzdy pokud mozno nezahrivaly nad optimalni provozni teplotu. U osobnich civilnich aut neni zahrivani az tak kriticke, a proto neni nutne resit pridavna chlazeni. U zavodnich vozu je tomu jinak. Sasi vozu jsou kontruovany tak, aby obsahovaly predni a postranni sani pro predni i
zadni brzdy. Tyto prutoky pres vuz lze velmi spatne regulovat a optimalizovat tak, aby byly prinosem. Proto plati obecna pravda, ze aerodynamicky kit s vyssim koeficientem chlazeni brzd bude vzdy mene efektivni pro celkovou aerodynamiku vozu, nez-li kit s nizsim chlazenim. Brzdove kotouce se dnes vyrabeji z ruznych materialu a slitin. Prednostmi dobrych kotoucu je presny rovny povrch, brzdna schopnost kotouce a celisti. Kvalitni odvod tepla a vydrz. Ruzne materialy maji zcela ruzne charakteristiky chovani. Napriklad ocelove brzdy pracuji dobre za jakychkoliv teplot. Jejich idealni brzdna sila se projevuje po mirnem zahrati. V nekolika set stupnich temer ztraceji brzdnou silu a ‘meknou’. Pri prehrati dochazi k nadmernemu opotrebovani a mechanickemu poskozeni kotouce. Uhlikove brzdy, ktere pouzivaji Formule 1, maji daleko vyssi schopnost brzdeni. Generuji proto nekolikanasobne vice tepla a je treba je mnohem vice chladit. Jejich pracovni teploty bezne dosahuji pres 600 stupnu celsia. Na nekterych tratich, jako napriklad Italska Monza, kde se brzdi z gigantickych rychlosti do velmi pomale vlasenky, zpusobuje toto dlouhe brzdeni nahle zvyseni teploty na kotoucich i o 800 stupnu! Na narocnych tratich na chlazeni brzd, jako Montreal v Kanade i v zavodech na odladenych a pripravenych vozech dochazi k uplnemu prehrati brzd. Prilis velke prehrati casto zpusobuje vzplanuti a nasledne uplne zaseknuti ‘zavareni’ brzd. Tato situace nastala letos – 2005 prave v Kanade pro pilota BAR Takuma Satu. Tomu pri brzdeni do vlasenky u Kasina shorely zadni brzdy, vzplanuti a zaseknuti vedlo k okamzite ztrate kontroly nad vozem a hodinam. Z vyse napsaneho vyplyva, ze zavodni brzdy musi byt schopny pracovat v rozmezi mnoha set stupnu celsia. To se konstrukterum dari realizovat. Nicmene brzdne schopnosti v zavislosti na menici se teplote zdaleka nemaji nemenny prubeh. Civilni brzdy mivaji dobre schopnosti uz za studena. Jejich nastup maximalni sily se projevi po nekolika brzdeni v rychlem sledu, pomaleji se zahrivaji, pomaleji chladnou. Pri prehrati pomalu ztraceji brzdnou silu. Zavodni brzdy Formule 1 maji pomalejsi nastup brzdne sily a uplne zchlazeny nefunguji optimalne. Po zahrati lze pocitit temer neuveritelny nastup brzdne sily, ktery trva az do velmi vysokych teplot, kde brzdy zacnou opet svou silu ztracet. Jejich zivosnost je proti civilnim brzdam mnohonasobne kratsi. Ovsem jejich cena je nepredstavitelne vysoka. Sada kotoucu pro Formuli 1 stoji vice nez 100.000 dolaru. To je duvod, proc uhlikove brzdy pouzivaji jen ty nejprestiznejsi zavodni serie. Dulezite parametry pri nastavovani brzd jsou jejich maximalni ucinnost a vyvazeni. Maximalni ucinnost je pomerna hodnota ke konstrukcne maximalni mozne brzdne sile brzd. Snizeni teto hodnoty napriklad na polovic (50%) zpusobi pri brzdeni ‘na
podlaze’ brzdnou silu prenasenou na kole o hodnote 50% maximalni. Pozitivni efekt je snizeni citlivosti brzdy a tim moznost pracovat s brzdou precizneji. Vyvazeni brzd se rozumi mezi predni a zadni napravou a jde o vyvazeni pomeru brzdnych sil. U kazdeho vozu je vhodna hodnota velmi individualni. Jeji hrube nastaveni se dela podle celkove vysledne adheze prednich a zadnich pneumatik a jejich pomeru. Ne adheze samotnych pneumatik, ale dynamicke prilnavosti se zapocitanim aerodynamickeho pritlaku, vyvazeni teziste vozu atd. Pri testovani se da nalezt idealni vybalancovani tak, ze se snazite nastavit brzdy co mozna nejvice dozadu a pritom se snazite na ruznych mistech trate zablokovat kola, vzdy se musi zablokovat nejprve predni kola. Pokud tomu bude naopak, v prvni krizove situaci ztratite kontrolu nad vozem. Cim vice dokazete jet s vyvazenim brzdne sily dozadu (dodrzujic vyse uvedenou podminku), tim ma zpravidla vas vuz lepsi brzdici schopnosti a zkrati se vase brzdne drahy. Ovsem formulove zavody maji zasadne nahon na zadni kola. Takze tyto zadni kola jsou velmi namahany prenosem sily pri akceleraci a v rychlych zatackach. Vyvazeni brzd moc dozadu a dalsi jejich namahani se v delsim zavode projevi velmi negativne na vydrzi vasich zadnich pneumatik. Nejdulezitejsim faktorem, pro dobre nastaveni zustava osobni styl jizdy kazdeho pilota.
• Uzaverka diferencialu – “differencial lock” Differencial je velmi dulezita komponenta pri prenaseni hnaci sili z motoru na hnanou napravu. U motokar, kde je hnana cela spojena zadni naprava a sila se mezi obe zadni kola nerozdeluje, ale prenasi se primo na spolecnou osu obou kol, zadny differencial nenajdeme. Pokud s motokarou zatacime pod plynem, vetsina vahy (a proto i prilnavosti) je na vnejsim zadnim kole, jelikoz vnejsi a vnitrni kola vykruzuji rozdilne polomery, je treba , aby se take tocily jinou rychlosti vzajemne vuci sobe. Vnejsi kola se v zatacce musi tocit rychleji, nez-li kola vnitrni. Dusledek takoveto jizdy bez diferencialu je ten, ze vnitrni zadni kolo je nuceno klouzat ve smyku az do vyrovnani motokary do primeho smeru. U motokar je tento jev zakladem k celemu kartingu, ale u civilnich aut by aplikace takoveho principu tezko nesla uspech. U jizdy bez differencialu dochazi k nadmernemu poskozovani zadnich pneumatik a u tezsich aut by dochazelo take k poskozovani vozovky. Jednoduchou a genialni myslenkou pro rozlozeni sily na zadni napravu a zaroven umozneni otaceni kol rozdilnymi rychlostmi je aplikovani diferencialu. Princip diferencialu zde bude vysvetlen na zakladnim modelu otevreneho diferencialu. Tzv. Open Differencial. Tento model je pouzivany ve vetsine civilnich automobilu. Otevreny diferencial se sklada z hlavniho ozubeneho kola, ktere je hnane motorem. Pevnou soucasti tohoto ozubeneho kola je tzv. klec. (na obrazku je tato komponenta modra). Zluta a cervena osa s ozubenymi koly vevnitr klece jsou vuci modre kleci pohyblive – mohou rotovat kolem sve osy. Tyto osy pohaneji kola.
Zeleny pastorek je uchycen na vnitrni strane klece ma volnost pohybu rotace kolem sve osy. Cestou k pochopeni funkce tohoto zarizeni budou nasledujici dva priklady: -
Jizda rovne. Hnaci sila z motoru, prenasena prevodovkou a spojkou se privede na modre ozubene kolo. Cela komponenta zacne rotovat kolem osy ozubeneho kola po smeru nakreslene sipky. Zeleny pastorek zustane bez pohybu a diky tomu se pohyb modre klece prenese na zlutou i cervenou osu soucasne a rovnomerne. Obe tyto osy budou rotovat shodnou rychlosti. -
Zablokovani jednoho z kol jde o ilustracni priklad. Na modre ozubeni opet privedeme hnaci silu, cervena osa je zablokovana proti pohybu, zeleny pastorek je nuce rotovat kolem sve osy a veskera sila je prenasena na zlutou osu.
Tento mechanismus tedy prenasi hnanou silu na obe zadni kola soucasne, pricemz nebrani oboum kolum rotovat v ruznych otackach. U vozu s hnanou jednou napravou byva jeden diferencial. U vozu 4x4 (s hnanymi vsemi ctyrmi koly) byvaji diferencialy nejmene dva, jeden pro predni a jeden pro zadni napravu. Casto je aplikovan take treti (centralni) diferencial pro rozdeleni sil mezi predni a zadni napravu. Centralni diferencial musi byt umisten na vozy, ktere jsou urceny k pouzivani 4WD modu na pevnych cestach. 4WD vozy bez centralniho diferencialu maji aktivovany 4WD mod pouze v kluzkem terenu. Pokud je 4WD mod pouzivan u takoveho vozu na zpevnenem povrchu, diky rozdilnym rychlostem na predni a zadni naprave dochazi k prenosu techto krouticich sil na prevodovku a ta muze byt mechanicky poskozena. Jednoduche mechanicke zarizeni otevreneho diferencialu se zda byt genialnim resenim, ale ma taky sve nedostatky. Napriklad pokud vas vuz uvizne jednim hnanym kolem nad prikopem a nedotyka se zeme, veskera hnana sila bude prenaseno prave na toto kolo. V dusledku se bez cizi pomoci nikdy s prikopu nedostanete. U zavodnich vozu se pri jizde stava, ze jedno z kol ztrati kontakt se zemi. V takovem pripade by opet prave na nej byla prenesena veskera sila motoru. Dochazi ke ztrate trakce. Reseni, jak zabranit tomuto efektu zvanemu differencial slip je nekolik. - LSD – Limited Slip Differential (omezeni prokluzu diferencialu).
Existuje mechanicka verze, ktera pouziva spojku, reagujici na velikost rozdilu rychlosti mezi osami. Cim je tato rychlost vyssi, tim vice se sepne spojka a reguluje tim prokluz jednoho kola. Dalsim typem mechanickeho LSD je zarizeni, ktere reaguje na odpor proti zrychleni, dokud pneumatika generuje odpor, je to v poradku, kdyz proklouzne, spojka se sepne. LSD muze byt realizovane take tzv.hydraulickou metodou. Na jedne ose je pevne uchycena vanicka s olejem, ktera se otaci zaroven s touto osou, druha osa konci v teto vanicce hrideli s lopatkami. Cim vetsi je rozdil rychlosti, tim vetsi odpor generuje viskozni silikonovy olej a tim kompenzuje prokluz. Nevyhodou teto metody je pomalejsi reakce viskozni kapaliny, nezli je tomu u mechanickeho reseni a muze dochazet stale k male ztrate trakce. Vyhodami je snadne konstrukcni reseni, bezudrzbovost a plynulost zaberu ‘spojky diferencialu’. Tato plynulost pridava zavodnim vozum jako je Formule 1 (kde se pouziva hydraulicke LSD) aditivni stabilitu na vyjezdech. -
Dalsi metodou muze byt napriklad uplne uzamceni diferencialu (prechodne) – pro prekonani svizelne situace.
-
Samostatnou kapitolou jsou aktivni diferencialy, kompletne rizene elektronikou. Ty se pouzivaji napriklad u rally WRC vozu, kde jejich nastaveni hraje zasadni roli na efektivitu celeho vozu.
U zavodnich vozu je diferencial navrzen tak, aby byla regulovatelna jeho svornost. Svornost si muzeme predstavit na schematickem obrazku s predchoziho uvedeneho prikladu jako odpor zeleneho pastorku proti toceni. Pri svornosti 0% nebude tento pastorek klast zadny odpor a diferencial se bude chovat jako obycejny otevreny diferencial. Pri svornosti 100% bude tento zeleny pastorek zcela zablokovan proti otaceni a diferencial se bude chovat jako zadni spolecna naprava motokary. Je ocividne, ze ani jedna varianta neni to, co se od diferencialu ceka, proto nastaveni diferencialu je dilem kompromisu. Upozorneni: mechanicky se svornost neresi blokovanim zeleneho pastorku. To je pouze ilustracni priklad. Metody pro generovani castene svornosti jsou popsane vyse (LSD). Moderni slozite diferencialy je mozno nastavovat pomoci softwaru palubniho pocitace pro urcite chovani pri akceleraci a pro jine chovani pri deceleraci (zpomalovani). Ve hre se setkavame s pojmy pump, power a coast. Pump je hlavni diferencial a procentualni hodnota udava jeho nemennou svornost pro akceleraci i pro deceleraci. Pokud muzeme nastavovat zvlast power a coast, dostavame tim nastroj pro mnohem lepsi nastaveni diferencialu, protoze power je svornost pri akceleraci a minimalne ovlivnuje deceleraci, oproti tomu coast je svornost pri deceleraci a minimalne ovlivnuje akceleraci.
Diffential preload je predpeti diferencialu. Pro jednoduchou predstavu je to prednastavena sila, kterou se bude brzdit korunka diferencialu (zeleny pastorek) i pri nulovem rozdilu rychlosti mezi osami – prednastavena svornost.
• Bonus: -
Pokud pojede Formule 1 rychlosti nad 160 kilometru za hodinu, jeji aerodynamicky pritlak prekona vahu vozu a mohla by jet vzhuru nohama po strope.
Pokud naleznete chybu nebo nedostatek, popripade pokud muzete dodat chybejici informace, piste na email
[email protected] . Tento dokument je vytvoren bezplatne na zaklade dobre vule a autor neruci za pripadne technicke, stylisticke nebo gramaticke nedostatky.
