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昨天由于一些私人事宜没能及时发文，趁着xx再次送上一篇不错的减震器技术博文。

    F1车队的研发能力{jd1}是所有应用工业和科学界的xxx，残酷而激烈的竞争令研发工程师打起十二分精神以百分百的努力设计、更新赛车，不断提高赛车圈速。F1运动引发的{jd0}科技革命一次又一次冲击人类应用工业的界限，近年来F1在机械科学方面带来的主要科技之一就是调质减震器和J减震器。调质减震器在2006年被FIA禁用，而J减震器目前仍被各车队所广泛使用。

1 调质减震器（Tuned Mass Damper, TMD）

    调质减震器首次惊艳登场时间是2005年9月份的巴西大奖赛，由雷诺车队率先引入，不少车队在2006年也研发了类似理念。将9kg的配重物作为簧上质量/阻尼质量安装到鼻锥内，用来补偿轮胎侧壁变形量（F1轮胎高度要大于其宽度较多，作为大高宽比的轮胎模式，侧壁变形比较显著）。质量减震器对选择米其林轮胎的车队帮助非常巨大，因为与普利司通轮胎相比，米其林轮胎垂直刚度性能相对较差。作为调质减震器的创始车队，雷诺在2006年重新设计了变速箱壳体形状以在赛车尾部安装调质减震器。对于当时车队的做法，雷诺技术总监鲍伯-拜尔认为“由于赛车的固有物理属性以及无法逾越的经典机械结构的约束，赛车前调质减震器的效率要高于赛车尾部的同样组件。但调质减震器还是比传统减震器更具优势，所以还是很值得费一番功夫安装调试并最终应用”。

    当时，围场内一致认为，调质减震器每圈能够带来0.2秒左右的优势，但2006年摩纳哥大奖赛，FIA通过慎重考虑，宣布禁止在后续大奖赛中使用质量减震器。FIA也主要是出于安全因素考虑，在高速状态下相对于车手质量来说，9kg算是一个不小的质量；鼻锥本身就是可拆卸部件；调质减震器安装在鼻锥内，又隶属于可移动配重范畴；考虑以上综合因素，为了车手的安全，FIA禁用了此装置。但其实说到底，FIA主要是害怕质量减震器再次提高赛车的速度，因为此装置明显提高了赛车的空气动力学效率，使赛车高速行驶和入弯过程中底盘高度更加稳定，大大提高了扩散器的效率和前翼的作用。无论出于什么考虑，调质减震器与F1赛车的短暂亲密接触就此画上句号。

2 J减震器

    J减震器机构浮出水面的初衷是作为调质减震器（雷诺车队率先使用）的替代品以减小轮胎与路面接触表面的载荷波动。虽然外界人士通常难以获得F1赛车资料，但俗话说得好“围场无秘密”，J减震器技术最早曝光于媒体面前还要归功于迈凯轮与雷诺的“间谍门”事件。据媒体透露，工程师菲尔-麦克勒斯从麦克拉伦车队跳槽到雷诺车队时，将J减震器技术图纸也一起带到了雷诺。以事后角度再次回望，麦克拉伦在2005年赛季初就在赛车上应用了J减震器，而随后雷诺却在下半年引入了质量减震器。时至今日，大部分F1车队都在赛车上引入了J减震器，业界内术语称为Inerter，此术语最早由剑桥大学马尔科姆-史密斯教授于2003年提出。

    J减震器技术方案旨在吸收“轮胎—悬挂”载荷传动链上的不良振动能量，在安装节点上施加大小相等方向相反的反作用力，反作用力大小与安装节点间的相对加速度大小成正比。通常，轮胎产生的型变量会影响赛车悬挂的工作性能，进而使整车机械抓地力水平低于设计预期。通过使用J减震器（Smiths Inerter），将减震器频率调整到与轮胎固有频率一致，那么赛车高速行进时产生的轮胎变形将通过J减震器进行补偿，这样就不会影响悬挂的工作性能。

3 J减震器工作原理

    在雷诺车队使用调质减震器之前，麦克拉伦车队已经在赛车上使用了由剑桥大学马尔科姆-斯密斯教授所发明的J减震器。斯密斯教授在2003年8月份的控制与仪器工程师协会的演讲发言内容中阐述了J减震器的工作原理，即采用机械系统模拟无源电子控制系统。

    如上图，在减震器壳体你（减震器筒）内布置一对由齿轮齿条所驱动的双飞轮；当外界对减震器施加外力时（作用在齿条上），那么飞轮将加速旋转，产生大小相等方向相反的反作用力。斯密斯教授随后又对技术做出升级，采用带有螺纹的阻尼减震杆来驱动飞轮，并启用液压系统来xx控制螺纹阻尼杆。以赛车前悬挂为例，J减震器安装在两个悬挂摇臂之间，当车体有侧倾趋势时，J减震器并不工作，只有当车体上下颠簸时，J减震器才开始工作，这也正是此减震器的命名方式（Jounce Damper）。

4 J减震器在F1赛车界的应用

    自从史密斯教授提出J减震器理念时，麦克拉伦车队就对此表示出极大兴趣，与史密斯教授携手研发并与2004年应用在麦克拉伦F1赛车上。到2005年四月，迈开拉伦车队在圣玛丽奥测试此系统，也标志着J减震器应用渐渐成熟起来。

    其实，将J减震器紧凑地安装在F1赛车上也并非易事，首先要在史密斯教授的实验室做长时间的设计与测试，随后要为齿轮和齿条传动设计合理的尺寸以确保赛车的空气动力学性能不受削弱。由于此减震器质量非常轻，只有3kg左右，而且体积也比较小，既可以应用于赛车前悬挂系统又可应用于赛车尾端。

麦克拉伦F1赛车的前悬挂J减震器通常无法直接观察到，因为其布置点非常隐蔽，安装在单体壳内油门踏板的前端位置；赛车后悬挂的J减震器直接安装在变速箱壳体上，只要拆下赛车引擎盖就可看到其庐山真面目（如下图），但非内部人士还是无法轻易辨认出J减震器来，因为技师选用的大直径空心钛金属防跳动弹簧挡住了减震器。

    2006年8月当调质减震器被FIA禁止之后，许多车多都感到束手无策，无法找到调质减震器的替代技术方案。随着史密斯教授的研究成果公布于世，加之F1围场内本就无法隐藏技术秘密的特性，J减震器技术方案很快就成为各车队争相选用的{zx1}机械科技。围场内广泛认为法拉利车队是除了麦克拉伦车队以外首先将此理念应用到赛车上的车队。作为调质减震器的使用者，当技术被禁止后，法拉利也一度陷入被动，法拉利2007款赛车的机械抓地力远逊于麦克拉伦赛车，车手在雨天的驾驶非常挣扎就是最明显的表现之一；而且法拉利赛车吃路肩的能力也于麦克拉伦相距甚远。2007下半年，法拉利车队在意大利大奖赛上引入了J减震器，在赛车后悬挂装上了大尺寸的防跳动减震器，这毫无疑问增加了赛车的机械抓地力。但也正是此系统的稳定性问题迫使马萨在蒙扎退赛，比赛还没进行10圈，马萨赛车的阻尼系统就失效了。另外，雷诺车队赛车工程总监帕特-西蒙兹表示，雷诺赛车从2008年西班牙大奖赛上也开始使用J减震器系统。

5 合法性问题

    随着J减震器在F1赛车中的广泛应用，必然会引起套件系统合法性的争议。调质减震器被FIA禁用，因为它不仅是一个非固定部件，如果在高速状态下脱落，可能会危及车手生命安全；而且它还能够改善赛车的空气动力学性能，这与FIA近年来持续努力出台减低赛车空气动力学性能的理念背道而驰。但J减震器情况xx不同，不仅质量非常轻，而且J减震器是悬挂系统的一部分，即使赛车在高速状态下发生意外，J减震器仍会牢牢紧固在变速箱壳体上，威廉姆斯技术总监山姆-麦克的观点也证明此系统可靠“与质量减震器不同，J减震器xx合乎FIA的技术规范，原因很简单，它是悬挂系统的一部分”。到2009年，J减震器系统已经广泛应用在F1赛车上将近两年时间（不算麦克拉伦的率先使用），并没有任何迹象表明FIA将对此系统做出限制，J减震器会被众车队长期使用下去，也许还会被引用到低级别方程式赛车比赛中。

资料来源：Racecar Engineering  McLaren F1