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f1液压系统基本原理

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原文标题:
The fundamentals of Formula 1 hydraulics systems explained
本文来自于:b站QuadrifoglioF1原文来自于:网页链接
原文作者:Craig Scarborough
为什么要使用控制系统?
从历史上看,驾驶员一直是主要的“控制系统”——驾驶员操作动力系统的时间和努力是他们技能的一部分,并将好坏区分开来。正是驾驶员的敏捷性和协调性使顺序升档和“跟趾”降档操作得以实现。然而,每个车手都是容易犯错的,一个车手在车里能做的事情只有这么多。随着80年代初电子技术的出现和ECU的出现,工程师们有了一种工具,可以更快地思考问题,并以驾驶员根本无法做到的方式操作事情。在液压系统被应用于主动悬架系统之前,其应用已经有一段时间了,但所学到的经验教训和车上的硬件,很快就被工程师们利用了。
1989年,法拉利凭借约翰·巴纳德(John Barnard)的半自动变速箱跃居榜首,其使用液压硬件换档,与此同时奈杰尔·曼塞尔(Nigel Mansell)和格哈德·伯杰(Gerhard Berger)在早期系统中经历了不同程度的成功和失败。此后,车队将该技术应用于油门和离合器控制,突然间任何东西都可以通过这些液压系统的ECU进行可靠和精确的控制。尽管在1994年禁止使用主动技术,但控制系统仍然保留下来,而从那时起F1就从未没有过主动控制技术。
现在,车手根本不可能错过一个档位,也不需要在降档时踩油门。此外,转向可以是动力辅助的,离合器可以用方向盘上的拨片操作,差速器可以设置为在赛车通过拐角时改变设置,还可以使用DRS等系统。


IP属地:江苏来自Android客户端1楼2022-07-01 16:30回复
    为什么是液压?
    当车队首次采用半自动换档时,液压并不是唯一的解决方案。Tyrrell最初开发了一种气动系统,但很快就被淘汰了,因为液压系统被证明是更好的解决方案。控制系统所需的关键性能是功率,它为控制操作带来力量和速度。电气和气动系统可以配置为实现这一性能水平,但液压系统在较小的体积范围内提供了这一性能。正是功率密度的优势使得液压系统成为主要解决方案,其可以将泵、伺服阀和执行器封装到更小的空间中。缺点是重量可能更高,成本更高,动力来自发动机以驱动泵。之后的迭代开发工作降低了重量,减少了发动机的寄生损失,而F1从来没有在正确的解决方案上怕花钱的问题!


    IP属地:江苏来自Android客户端2楼2022-07-01 16:31
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      2025-08-25 03:29:52
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      系统概要
      整个控制系统取决于两个因素——控制阀和机油压力。
      控制由伺服阀提供,伺服阀从ECU获取输入信号并将其转换为液压变化。阀的输出通过作用在气缸内活塞上的压力转化为运动,液压油中的压力来自发动机驱动的泵。其中,有一个迷宫式的管道系统和歧管,用于将加压流体引导至散布在汽车周围的伺服阀/执行器。一旦达到目的,油液需要返回泵。
      目前,液压系统控制以下功能:
      1.转向助力
      2.换档
      3.离合器
      4.差速器
      5.倒档
      6·DRS
      7.线控刹车
      8.节气门
      9.进气阀
      10.涡轮废气旁通阀
      以前类似的控制系统还控制悬架运动、后轮转向和油箱盖。


      IP属地:江苏来自Android客户端4楼2022-07-01 16:32
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        伺服阀
        与飞机一样,伺服阀是该系统的关键解决方案。这是一个精密的工程部件,可以反映小的电子输入与压力输出成比例的变化。Moog是一家普遍为F1生产伺服阀的公司,因此它们通常被简单地称为“穆格阀”。
        通过控制伺服阀内电磁阀的ECU的直流输出实现控制,该电磁阀反过来来回移动内部滑阀。正是滑阀的运动将压力传送到两个出口中的一个,并带有一个排放口,允许流体压力逸出并重新调整阀门中心。
        由于一个阀门可以控制两个运动,对于大多数功能,一个阀门作用于双作用活塞/致动器,以精细地控制来回运动。对于一些较简单的功能,一个阀可用于两个系统,只要它们不同时激活,因此DRS和倒档以这种格式控制。
        按照规则,转向控制无法由电子阀门来实现。相反,转向系统仍然存在滑阀,但滑阀通过转向柱施加的扭矩以机械方式移动。这会改变输出的压力以提供转向助力。


        IP属地:江苏来自Android客户端5楼2022-07-01 16:32
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          液压泵
          液压泵
          为了使力能够快速操作控制功能,系统中需要有一个高的流体压力,该压力由连接到发动机的专用泵提供。需要提供大约250巴的压力,使用了从航空航天工业开发的小型但坚固的泵。尽管其他制造商也生产此类泵,并在过去提供给F1,但帕克·哈尼芬(Parker Haniffin)自上世纪90年代以来一直是大多数车队的首选供应商,在此期间一直使用一种特定的泵型号。
          该泵位于发动机侧面的水泵和油泵之间。2014年之前,V8发动机将其定位在左侧。现在MGUK占据了这个空间,现在它位于发动机的右侧。
          现在,无论发动机转速如何,这都可以确保泵在一圈内的任何位置提供250巴的压力。这是为了防止慢速时无压力和高转速时超压,因此泵设置了控制斜盘。与直升机旋翼类似,内部活塞安装在旋转斜盘上,旋转斜盘可随着转速的增加保持一致的油压。斜盘运动由泵自身的油压控制,当压力输出升高时,斜盘倾斜以减少活塞冲程,并自动调节其输送的压力。
          重约1公斤,泵是相当重的F1设备,但主要问题是泵从引擎消耗的动力。在九十年代,这是一个相当大的数目。但是,在F1液压系统30多年的发展过程中,对泵本身的开发和控制系统的需求将减少这一点。



          IP属地:江苏来自Android客户端6楼2022-07-01 16:33
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            液压油
            充注系统的油基流体起着将压力从泵传递到执行器的作用。尽管将其染成红色有助于在发生泄漏时将其与其他液体区分开来,但它与制动液成分基本相同。因此,F1液压油在使用中存在一些相同的问题,特别是污染和温度。
            最早的F1液压系统是开放式系统,因此流体暴露在空气中,这导致流体吸收空气形成系统中的气泡。即使现在使用的是定容密闭系统,如果压力降至大气压力,流体中溶解的空气也会形成气泡。这会影响来自系统高压侧以及在返回泵重新加压之前收集在油箱中的油液。为防止出现这种情况,系统低压侧的液体通过储存在蓄能器中,保持略微加压至高于大气压力。该低压蓄能器(LPA)是一个小型储罐,通过氮气将100-200ml的液体保持在3-5bar的压力下,并有一个内部气囊将液体与氮气分离。
            由于系统结构紧凑,整个系统中只有大约800毫升的液体,这意味着液体中很快就会积聚热量。该热量来自泵的压缩效应、通过阀门/执行器的流体运动以及车身下方的高温环境。为了使流体保持在120-140°c的工作温度,流体通过回流回路中的小型热交换器进行冷却。它通常安装在发动机后面,通常从顶部防滚架进气口接收冷却空气。
            如果系统暴露在大气中,会有空气、水或其他污染物影响流体,因此应小心处置控制系统的维护。使用前,系统将排出管道系统中的所有空气,然后用新鲜、未污染的液体冲洗。这一过程已经很完善,每一场比赛都有一台专用装置,并存放在维修库内。一旦完成,系统将保持密封,除非必要,否则不会打开。
            阀块(阀门单元)
            为了便于维护,已安装的系统被分解成子组件,这些子组件在工厂的干净区域内预先准备好。这些分总成设计用于容纳赛车某一部分的所有部件,称为阀块。将有一个动力装置块、一个齿轮箱块和一个通向转向齿条的单独部分。
            典型的阀块是一个复杂的零件,由铝加工而成,带有内部钻孔,将高压流体从进口输送至伺服阀,然后返回低压回流。由于受到高内部压力的影响,它们在CAD和有限元分析(FEA)中经过精心设计,以确保它们重量轻,但能够承受施加在它们身上的载荷。
            蓄能器
            阀块还具有额外的蓄能器,这些蓄能器在处理高压流体时与LPA略有不同。这种高压蓄能器(HPA)有两个功能;第一种是在需求较高时提供流量,例如当阀门打开向致动器供应流体时。第二种方法是消除泵输出的压力变化,因为泵不能提供平稳和连续的压力。
            系统中还有另一个蓄能器。当车辆停在赛道上,驾驶员或赛事工作人员需要选择空档以允许车辆移动时,可使用此功能。因此,有一个特殊的液压油箱,其中装有足够的加压油液,即使泵已停止,也可以分离离合器。称为离合器分离系统(CDS),它通过底盘顶部标有“N”的按钮激活。与尝试在变速箱上挂空档相比,分离离合器是一个更简单的解决方案。
            一旦组装完成,这些子组件将不会在现场打开,以避免污染。相反,将安装更换子组件以解决任何问题。安装在汽车上,它们与干断接头相连,因此任何发动机或齿轮箱的拆卸都不会自动意味着需要排气/冲洗过程。但是,如果系统发生故障且油液泄漏,则需要进行完全排气/处理,以确保系统的完整性。
            管道工程
            通过刚性钛管或编织软管将高压流体从泵分配到阀组和执行器上,在需要灵活性的地方。它们通过特殊配件连接,使用O形密封圈密封连接,并使用K形螺母法兰将接头固定到位。每根管道都在团队的CAD系统中进行了全面设计,相关图纸将用于管道加工和夹具中,以创建成品管道。一旦钛管弯曲,就无法调整以达到完美的配合,因此只有一次机会弯曲每段管道。


            IP属地:江苏来自Android客户端7楼2022-07-01 16:33
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              根据xtrac官网信息,f1变速箱在7速无缝时代就已经使用液压系统驱动换挡转鼓,并且有两条换挡转鼓,而并非常规序列式里的一条。


              IP属地:江苏来自Android客户端8楼2022-07-01 16:38
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                帮顶


                IP属地:山东来自iPhone客户端10楼2022-07-01 17:38
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                  2025-08-25 03:23:52
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                  IP属地:重庆来自Android客户端11楼2022-07-01 17:52
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                    技术贴要顶


                    IP属地:内蒙古来自iPhone客户端12楼2022-07-01 19:23
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                      绝世好贴


                      IP属地:广东来自iPhone客户端13楼2023-02-25 15:43
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                        好帖


                        14楼2023-02-25 16:11
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