A World Rally Car-ok műszaki részletei

 

 

Aerodinamika

 

Az elmélet

Az aerodinamika a levegő mozgásának tanulmányozása, főképp akkor van szerepe, amikor a levegő és egy ugyancsak mozgó tárgy hatnak egymásra. A levegő a tárgy körül történő mozgásának megértése teszi lehetővé a fellépő erők kalkulációit, mint amilyen a légellenállás vagy a felhajtó- és leszorítóerő.

Ha tisztában vagyunk azzal, hogyan ébrednek ezek az erők, képesek vagyunk ezeket növelni vagy csökkenteni annak érdekében, hogy a tárgyunk úgy viselkedjen, ahogyan azt akarjuk. Az aerodinamika megértésének köszönhető például, hogy a tíz tonnás Thrust SSC szárazföldi sebességrekorder jármű 1228 kilométer/órás sebességnél is az úton maradt, míg egy 400 tonnás Boing 747 felemelkedik 290-es sebességnél.

Technológiailag valahol a Thrust SSC és a 747 között helyezkedik el egy World Rally Car, aminek úgyszintén megvannak a komplex mérnöki kihívásai.  És hogy 210 kilométer/órás sebességnél meg tudjanak birkózni a rali világbajnokság változatos feltételeivel, az összetevők egy döntő fontosságú része, hogy a mérnökök tudják, hogyan használják ki a legjobban az autót érő légáramlatokat. „A ralisportban három dologra használjuk ezt: hűtésre, a légellenállás csökkentésére és a leszorítóerő előállítására” – mondja a BP Ford Abu Dhabi Team technikai igazgatója, Christian Loriaux, aki a Ford Focus RS WRC 08-at is tervezte.

Hűtés

Mint ahogyan az összes World Rally Car esetében, a levegő a Ford Focus RS WRC 08-nál is egy sor ventilátoron és nyíláson megy keresztül az autó elején, hogy a mechanikus részeket hűtse. A hűtés zömét a levegő végzi a két széles, egymás feletti vízszintes belépőnyíláson keresztül, rögtön a rendszám felett beáramolva.

„Az alsó nyílás három hűtőhöz visz levegőt, a motoréhoz, a váltóéhoz és a kormányszervó rendszeréhez” – magyarázza Loriaux. „A felső nyílás a turbófeltöltő intercoolerhez van. A turbó nagy töltést és hőt ad, emiatt kell hűtenünk a levegőt.”

„A hűtőrendszer nagyon komplex. Az intercoolert felülre, a többi hűtőt pedig alulra téve megpróbáltuk a súlyt levinni és a tömegközéppontot a lehető legalacsonyabban tartani.”

Amint a levegő túljutott a hűtőrendszeren, azt a motorháztető tetején található két szögletes nyíláson keresztül elektromos ventilátorokkal űzik ki. „Teljesen becsatornáztuk a rendszert, így a légáramlás nem jut be a motortérbe. Ezzel némi hasznot húztunk a leszorítóerőben és csökkent a légellenállás is” – mutat rá Loriaux.

Az országúti társával ellentétben a Focus World Rally Car hűtőrácsának nagy része le van fedve a lökhárító felett, a Ford jeltől balra lévő terület tisztán azért van, hogy a levegőt a motor beömlőjéhez irányítsa. „A torlónyomás hatását próbáljuk itt alkalmazni, az autó sebességét felhasználva bepréselni a levegőt az airbox-ba. Az airbox nagyobb nyomása nagyobb erőt jelent” – mondja Loriaux.

 

A légellenállás csökkentése

A járművek légellenállásának nagysága azok homlokfelületétől, annak nagyságától függ. A World Rally Car-okra vonatkozó szabályok korlátozzák a karosszériákra vonatkozó módosításokat, ami miatt nehéz drámai változásokat előidézni egy raliautó légellenállásában. Máshogy fogalmazva, a mérnökök az utcai autó karakterisztikájától függnek.

„Amit tudunk, hogy megpróbáljuk lefaragni azt és a lehető leghatékonyabbá tenni a levegő tovahaladását” – mondja Loriaux. „A hűtőrendszert kivezető csatornákkal ellátva csökkenthetjük például a légellenállást, ami nagyobb végsebességet és alacsonyabb üzemanyag fogyasztást eredményez.”

A raliautó tetőszellőzője hatással van a légellenállásra, Loriaux ugyanakkor állítja, ez még mindig kedvezőbb más alternatívákhoz, mint például a csatornákkal ellátott ventilátorhoz képest. „A tény az, hogy ezt tartottuk hatékonynak. Friss levegőt kapunk por nélkül, és jó szolgálatot tesz a versenyzők hűtésében” – mondja a Ford főtervezője.

Leszorítóerő

A leszorítóerő egy lefelé irányuló nyomás, ezt az autó aerodinamikai karakterisztikája állítja elő, ez szorítja a kocsit az úthoz és növeli annak tapadását. Ugyanazt az alapelvet használja ki fordítva, mint ami a repülők felszállását teszi lehetővé, amikor azok szárnya alatt felhajtóerő keletkezik.

A leszorítóerő a rali világbajnokságon a ’80-as évek közepén, a B csoportos érában volt a csúcsán, mikor az olyan autókat, mint a Peugeot 205 T16-ot vagy az Audi Sport Quattro S1-et különféle spoilerekkel, splitterekkel és hatalmas szárnyakkal szerelték fel, amiket azért terveztek, hogy a kocsit az úton tartsák. Amikor azonban a B csoportos autókat száműzték, a legtöbb, leszorítóerőt generáló eszközt is betiltották.

Onnantól kezdve a szigorú technikai szabályozások lényegesen korlátozzák a raliautókon elérhető leszorítóerő nagyságát. A jelenlegi előírások adnak azonban némi mozgásteret, hogy a mérnökök néhány területen növelhessék a leszorítóerőt.

„A két hely, ahol leszorítóerőt szeretnénk, az az autó eleje és hátulja” – magyarázza Loriaux. „Elöl azzal  érünk el egy kis leszorítóerőt, hogy a légáramlás keresztülmegy a hűtőrendszeren, átjut a motorháztetőn, majd hátrafelé távozik. A lökhárítón is van néhány elemünk, ami szélesebbé teszi azt és némi lefelé irányuló erőt generál. A trükk az, hogy minél nagyobbá tegyük ezt anélkül, hogy légellenállást generálnánk azzal. Ez egy nehéz dolog.

A kocsi hátsó részén ott van a szárny. A méretét és a pozícióját is meghatározzák a szabályok, de emellett nagyon sok tesztet végeztünk vele szélcsatornában, hogy megpróbáljuk kihozni a leghatékonyabb formát; minél nagyobb leszorítóerőt létrehozni a lehető legkisebb légellenállással.”

A World Rally Car egyik különleges tulajdonsága, hogy sok időt tölt keresztbe menve. „Emiatt nem csak egyenes vonal mentén kell az aerodat nézned, de nagyon fontos az is, hogy arra is figyelj, amikor van egy kis oldalcsúszás” – mondja Loriaux. „Ez a fajta gondolkodás a Forma-1-ben is fontos, de kisebb mértékben.”

Az olyan elemeket, mint amilyenek a World Rally Car hátsó szárnyának függőleges elemei, éppen arra tervezték, hogy az oldalcsúszások alkalmával is fenntartsák a leszorítóerőt.

 

Andrew

 

Rugóstag

 

Az elmélet

A lengéscsillapítók fontos alkatrészei a World Rally Car felfüggesztési rendszerének. Három fő feladatot töltenek be. Először is szabályozzák, csillapítják a futómű fel- és lefelé irányuló mozgását, így a gumiknak a lehető legjobb kapcsolatuk lesz a talajjal. Másodjára elnyelik és hővé alakítják a göröngyök, bukkanók előidézte energiát, harmadsorban szabályozzák azt a sebességet, amivel a kocsi karosszériája oldalirányba dől, ez az, ami nagy szerepet játszik abban, hogy a pilóta hogyan „érzi” az autót.

 

Hogyan működik?

A legtöbb mai World Rally Car felfüggesztése a McPherson rugóstag valamilyen variációja, melyben a kerékagyhoz kapcsolódó merőleges kitámasztókar magában foglalja a lengéscsillapítót is.

„Egy World Rally Car mindegyik sarkának van egy komplett lengéscsillapító egysége, melyek három részből állnak, egy kitámasztókarból, egy rugóból és egy lengéscsillapító egységből” – magyarázza Charles Hodge mérnök, aki Petter Solberg Citroen Xsara WRC-jéért volt felelős.

 

Kitámasztókar

„A kitámasztókar feladata, hogy kapcsolatot tartson a kerék és a kocsitest között. Ez teszi lehetővé számunkra azt is, hogy rugót és a lengéscsillapítót összeszerelhessük. A kitámasztókar lényegében két függőleges csőből áll, melyek egy teleszkóp mintájára egymásban ki- és becsúszhatnak. Az összenyomott és kirugózott hosszok különbsége határozza meg a rugóút nagyságát.”

 

Rugó

„A rugók biztosítják az erőt. Minél jobban összenyomod őket, annál nagyobb erőt adnak. Egy World Rally Car-ban kitámasztókaronként két rugónk van. Az első viseli az autó súlyát, míg a második felül helyezkedik el, hogy felvegye a szabad mozgást és megakadályozza a zörgést.

A fő rugó állítható szerkezetben ül, amit felfelé- és lefelé tekerhetünk a kitámasztókaron, hogy beállítsuk az autó hasmagasságát.

Ha tisztán a rugókra bíznánk a felfüggesztést, az autó pattogva mozogna, mivel a rugókban tárolt energia közvetlenül a karosszériára jutna. A rugók nem lengéscsillapítók, mivel az energiát nem tudják eloszlatni vagy elnyelni.”

 

Lengéscsillapító

„A harmadik komponens maga a lengéscsillapító. Petter autójában egy olyan egységet használunk, melyet a Reiger gyártott. A lengéscsillapító fő része olajjal töltött és tartalmaz egy dugattyút, mely a folyadékon keresztül fel és le tud mozogni. A dugattyún lévő furatok és nyílások sora határozza meg, hogy milyen sebességgel megy rajta keresztül az olaj és így milyen gyorsan tud mozogni. Az energiát hő formájában nyeli el a lengéscsillapítóban lévő olaj, aminek eredményeként az egység különösen forró tud lenni.

Egy második henger is kapcsolódik a fő lengéscsillapítóhoz, mely további olajtárolóként szolgál, ez segít elnyelni a hőt. A második henger nyomás alatt lévő gázt, általában nitrogént is tartalmaz, hogy nyomás alatt tartsa az olajat, megakadályozza annak kavitációját, vagy a capuccinóhoz hasonló felhabosodását. A felhabosodott olaj átmenetileg csökkenti az egység lengéscsillapítási képességét.”

 

Beállítás

„A Reiger egységeink csillapítási karakterisztikája, mint ahogyan a legtöbb WRC esetében, a versenyzők által is módosítható” – mondja Hodge. „Két állítókerék van mindegyik egységen. Az egyikkel állítható a lengéscsillapító összenyomódásának sebessége. A másik a kirugózás sebességét változtatja. Az állítókerekek csavargatása kicsit olyan, mint egy csap megnyitása és elzárása. A kerekeken számok vannak, melyek mutatják, mennyire nyitott vagy zárt a csap és hallható egy ’klikk’ is, amikor a kereket tekerik.”

 

Andrew

 

Differenciálművek

  

Az elmélet

A World Rally Car-ok erőátviteli rendszerében három differenciálmű (vagy diffi) található, egy elöl, egy középen és egy hátul. A differenciálművek teszik azt lehetővé, hogy a kerekek különböző sebességgel forogjanak, így a kocsi könnyebben tud fordulni.

„A differenciálművek nélkül az autó kicsit úgy viselkedne, mint egy tank, aminek mindkét lánctalpa ugyanolyan sebességgel megy; nem fordulna” – magyarázza a Citroen Junior Team mérnöke, Francois Xavier „FX” Demaison. „Ahhoz, hogy egy tankkal kanyarodni tudjál, az egyik lánctalpat le kell lassítanod, ugyanez igaz egy raliautóra is.”

Az első és a hátsó diffik önzáróak, ami azt jelenti, hogyha megszűnik az egyik kerék tapadása, akkor az erő a nem csúszó kerékre tevődik át.

 

Hogyan működik?

 

Az első és hátsó differenciálmű

Elöl és hátul a kerekek között elhelyezkedő diffik szabályozzák azt az erőt, ami a négy féltengelyen keresztül az autó kerekeire jut.

Alapvetően az első és a hátsó differenciálmű teszi lehetővé azt, hogy a kanyar belső ívén haladó kerék lassabban forogjon, mint a külső. De ez csak egy része a dolognak.

Az első és a hátsó differenciálművek 2006 előtt „aktívak” voltak, mivel számítógép vezérlésű rendszert használtak az erő kerekek felé történő továbbításához.

Egy elektronikus vezérlőegység érzékelte, hogy az egyes kerekek csúsznak-e vagy blokkoltak és azonnal változtatták az erő nagyságát ezen, illetve a többi keréken, hogy a maximális tapadást érhessék el. A diffik ezt jellemzően hidraulikusan működtetett mechanizmussal tették.

A cockpitben lévő gombok tették lehetővé azt a versenyzők számára, hogy a szakaszok során módosítsanak a beállításokon, amivel a kocsi kezelhetőségét finomhangolhatták.

A 2006-os rali világbajnoki szezonban az első és hátsó aktív differenciálművek betiltásra kerültek gazdasági okokból, azokat mechanikus egységek váltották. Ezek alapvetően ugyanazt a feladatot látják el, de fogaskerekek, lamellák és rámpák mechanikus szerkezetét használják az erő szétosztására, nem pedig hidraulikus dugattyúkat és számítógépeket.

A mechanikus diffiket is tudják a versenyzők állítani, de csak egy jóval szűkebb tartományban. A legtöbb egységen manuálisan növelhető vagy csökkenthető a szakaszok között az előfeszítés, az a fok, aminél a kerekek összezárnak. Ennél jelentősebb állítás azonban csak a szervizparkban valósítható meg.

 

Középső differenciálmű

A középső differenciálműben az első és a hátsó tengelyekre jutó erők változtatásával lehet az autó kezelhetőségét módosítani.

Ez azzal akadályozhatja meg azt, hogy mindkét kerék elveszítse a tapadást, hogy módosítja a tengelyekre jutó erők nagyságát.

A középső az egyetlen aktív diffi a modern idők World Rally Car-jában, ezt tipikusan számítógép vezérelte hidraulikus mechanizmus állítja. A középső differenciálművet szakasz közben is állíthatja a versenyző, ami rögtön megváltoztatja a kocsi kezelhetőségét. Az alulkormányozottságtól az egység folyamatos zárásával, a különböző nagyságú erők hátsó tengelyre juttatásával lehet elérni a túlkormányozottságot.

A középső differenciálművek fontos szerepe van abban is, hogy a hajtűkanyarokat teljesíteni lehessen. Összeköttetésben van a kocsi kézifékrendszerével, a kézifék meghúzásakor a diffi leold, lehetővé téve a hátsó kerekek blokkolását a kézifékes forduló teljesítéséhez.

 

Andrew

 

Átbeszélő

Az elmélet

Legyen az közúti etap vagy gyorsasági szakasz, a World Rally Car cockpitje különösen zajos hely. A sorozatgyártású járművekben használatos hangtompító anyagokat itt a súlycsökkentés miatt nem alkalmazzák, így az autó mechanikus részei által generált mindenfajta hang és a gördüléskor ébredő zaj akadály nélkül juthat be a pilótafülkébe.

A motor, a turbófeltöltő, az egyenes fogazású váltó és a három differenciálmű sivítása éppen elég, de ehhez még hozzájön a doblemezeket golyószóró módjára beterítő murva zaja és a kipufogórendszer folyamatos zsongása, ami egy olyan környezetet teremt, amiben akár meg is lehet süketülni.

Mindezen káoszban ugyanakkor létfontosságú, hogy a kocsiban ülő pilóta és navigátor fenn tudja tartani koncentrációját és meglegyen a kétirányú kommunikáció. Ez az a pont, ahol az átbeszélő megjelenik.

 

Hogyan működik?

Matthew Wilson az egykori Stobart VK M-Sport Ford versenyzője szerint a pilóta és a navigátor átbeszélője az egyik legalapvetőbb rendszer volt, amit a Ford Focus World Rally Car-ba beépítettek. „Hihetetlen tud lenni a zaj a kocsiban, főként a murvás versenyeken” – mondja Wilson. „E nélkül Scott egy szavát sem érteném, még akkor sem, ha úgy kiabálna, ahogyan csak tudna.”

A rendszer tartalmaz egy kis vezérlődobozt, melyet általában a két ülés között helyeznek el és két különböző típusú headset-et. A vezérlőegység kezeli a bemenő audio jeleket és a kimenő hangerőt, ehhez a versenyzők biztonsági övéhez rögzített csatlakozóaljzaton keresztül vezetékekkel kapcsolódnak a headset-ek.

A headset egyaránt tartalmaz egy fülhallgatót, mely pontosan illeszkedik a fülhöz, kizárva a külső zajok nagy részét, valamint egy zajszűrővel ellátott, szárra rögzített, könnyen állítható mikrofont, melyet a száj elé lehet pozícionálni.

„A kit alapvetően ugyanaz a headset-ek két típusánál, de azokat különböző időszakokban használjuk” – magyarázza Wilson. „Az egyik a gyorsasági szakaszokon használt bukósisakba van beépítve, míg a másik csak a fülhallgatóból és a mikrofonból áll, ezt az országúti szakaszokon és a pályabejáráson használjuk. A gyorsaságikon tapasztalható extra zaj miatt a sisakba épített egység hangosabbra és tisztábbra van állítva, mint a csak headset-ként használt verzió, de ezen kívül ugyanolyan.”

Miután kijöttek a gyorsaságiról, a versenyzők kihúzzák az átbeszélő zsinórját a csatlakozóból, leveszik a sisakjukat, majd beleteszik azt az ülések mögött, a bukócsőhöz erősített tartóhálóba. Az etapátbeszélőt, melyet általában ugyancsak a hálóban tárolnak, ezután felveszik és csatlakoztatják az országúti szakaszra.

A WRC-s párosok általában a versenyt megelőző pályabejáráson is használják az etapátbeszélőt, nem csak az országúti szakaszokon. „Nagyon fontos, hogy ne tévessz el semmit, nem teheted meg, hogy leveszed” – mondja Wilson. „Kritikus, hogy Scott az első áthaladáskor halljon mindent, amit mondok, amikor jellemzem az utat, és ugyanez a helyzet a második alkalommal is, amikor visszamondja az információkat nekem. Az átbeszélő segít koncentrálni, kiszűr minden háttérzajt.”

Az átbeszélő nem csak a két versenyzőnek segít a tiszta kommunikációban, de kapcsolatban is tartja őket a csapattal. „Az átbeszélő úgy van bekötve, hogy a mérnökeinkkel is tudjunk beszélni a csapatrádión vagy az autó telefonján keresztül, ha valami olyan kényes dolgot akarunk megvitatni, amit nem akarunk közhírré tenni” – mondja Wilson.

„A hosszú utakon még egy iPod-ot is csatlakoztathatunk, zenét is tudunk hallgatni így. Ez kicsit segít elűzni az unalmat, főleg ha egy 160 kilométeres országúti etapot teljesítesz, mint néhány évvel ezelőtt tettük azt Japánban.”

Az „etapból” a „szakasz” üzemmódra átkapcsolva a versenyzők összeköttetésén kívül aztán kiiktatásra kerül minden. „A szakasz rajtja előtt megtesszük ezt, így nem zavarhat semmi. Scott megpöccinti a kapcsolót, mikor befejeztük a szakaszt, és rádión bemondja a csapatnak az időnket” – magyarázza a brit versenyző.

A rendszer egy kipróbált, megbízható technológia, de az átbeszélővel kapcsolatos problémák nem ismeretlenek.

„Ha elromlik, bajban vagyunk” – árulja el Wilson. „Viszünk magunkkal tartalék mikrofont, amit elég egyszerű kicserélni, de ha komolyabb javításra van szükség, meg kell várnunk a szervizparkot, addig pedig valamilyen megoldást ki kell találnunk.

Volt Norvégiában egy problémánk, az átbeszélő közvetlenül a szakasz rajtja előtt romlott el. Akkor úgy döntöttünk, sokkal fontosabb, hogy én halljam Scott-ot, mint a másik irány, emiatt sisakot cseréltünk, és rendben ment a dolog.”

 

Andrew