F2012 - Pull-rod vs. Push-rod

[kebab]

Mùa giải 2012 tuy mới chỉ đi qua 2 chặng nhưng ngay từ những ngày đầu khi các đội giới thiệu chiếc xe mới của mình thì Ferrari đã khiến mọi người ngỡ ngàng khi đưa hệ thống treo dạng Pull-rod quay trở lại sau 11 năm kể từ khi chiếc Minadi PS01 dùng hệ thống này. Tiếp đến, sau những ngày đầu tiên của kỳ thử nghiệm mùa đông với việc Ferrari gặp khó khăn trong quá trình thử nghiệm chiếc F2012, mọi chỉ trích tập trung vào hệ thống treo Pull-rod mà Ferrari áp dụng. Chỉ có số ít cho rằng hệ thống này chẳng có gì sai nếu không nói là ngon của nó......chỉ có thời gian mới trả lời chính xác rằng liệu Pull-rod hay Push-rod mới là hệ thống tối ưu...cá nhân em thì cho rằng Pull-rod ngon và Pull-rod không phải là nguyên nhân của sự yếu kém của chiếc F2012.

Vậy Pull-rod và Push-rod nó khác nhau thế nào và những ưu, nhược điểm của 2 hệ thống này ra sao...trước tiên hãy tham khảo hệ thống Push-rod của chiếc MP4-27 (bên trái) và Pull-rod của chiếc F2012 (bên phải).

Nếu nhìn vào hình trên ta có thể nhận thấy sự khác biệt cơ bản về xu hướng thiết kế giữa Macca và Ferrari. Trong khi Macca tiếp tục với quan điểm mũi thấp như họ đã áp dụng vài năm trở lại đây thì Ferrari đi theo xu hướng mũi cao và để đảm bảo tuân thủ quy định về giới hạn chiều cai của phần "bulkhead" chiếc F2012 được trình làng với chiếc mũi gãy và đa phần các đội khác (bao gồm cả RedBull, Mercedes, Lotus Renault...) cũng đi theo xu hướng này với mục đích tăng tối đa khoảng sáng gầm xe ở phần đầu qua đó tăng tối đa lượng gió chạy qua đây trước khi được phần T-tray chia sang hai bên hông xe và thổi vào phía trên của diffusor.

Với xu hướng thiết kế phần mũi như vậy đúng ra chiếc MP4-27 mới là chiếc xe thích hợp nhất cho việc áp dụng hệ thống Pull-rod bởi tiếp điểm của thanh pullrod khi đó sẽ nằm thấp hơn (nếu so với chiếc F2012) và như thế thanh pullrod sẽ nằm dốc hơn dẫn (tham khảo hình bên dưới, góc của thanh pushrod là khoảng 31 độ) đến hiệu quả hoạt động của thanh pullrod sẽ lớn hơn so với thanh pullrod gần như nằm ngang (góc nghiêng chỉ có khoảng 8 độ) của chiếc F2012. Lý do? Khi chiếc xe chuyển động lốp xe sẽ chuyển động lên xuống theo phương dọc và với góc của thanh pullrod gần như ngang, nó sẽ phải chịu không chỉ lực kéo lên từ chiếc lốp mà còn cả lực kéo ngang. Ngược lại, nếu góc của thanh pullrod dốc hơn, lực kéo lên sẽ tăng và lực kéo ngang sẽ giảm và để đối phó với hiện tượng này thanh pullrod và thanh wishbone trên của hệ thống treo trên chiếc F2012 sẽ phải lớn hơn để chịu lực.

Giờ hãy tham khảo Pull-rod của chiếc Minardi PS01:

Từ hình này ta sẽ thấy cặp wishbone trên chiếc PS01 gần như nằm song song với mặt phẳng ngang còn trên chiếc F2012, cặp wishbone nằm rất dốc. Góc dốc này tạo nên cái gọi là suspension geometry. Phải nói ngay là với geometry với cặp wishbone nằm ngang luôn là giải pháp tối ưu nhất để đảm bảo mặt lốp luôn tiếp xúc với mặt đường ở tiết diện lớn nhất. Tuy nhiên với thiết kế chassis của chiếc xe như hiện này đã dẫn đến việc tăng geometry của bộ treo lên bởi điểm tiếp nhận bộ treo trên thân xe giờ đây nằm cao hơn so với thiết kế chassis cũ. Điều này đương nhiên ảnh hưởng đến khả năng vận hành của bộ treo mà đặc biệt là khả năng lái cho dù bộ treo đó là Push-rod hay Pull-rod và các ý kiến chỉ trích Ferrari đều dựa vào lý thuyết này để chỉ ra rằng sử dụng Pull-rod chính là sai lầm của Ferrari. Về mặt lý thuyết thì chính xác là vậy. Tuy nhiên...

Đầu tiên hãy tham khảo bảng tổng hợp về geometry của hệ thống treo trên những chiếc Ferrari đời trước so sánh với chiếc F2012 và chiếc MP4-27 để tìm hiểu xem Pull-rod có phải là sai lầm của Ferrari và rằng nó là nguyên nhân cho sự yếu kém của chiếc F2012.

Như phần trên đã nói, khi chiếc xe chuyển động và bộ treo được vận hành, các thanh wishbone sẽ chịu lực mỗi khi có sự giao động trong hệ thống treo. Tiếp đó thanh pullrod/pushrod sẽ truyền lực tác động lên hệ thống giảm chấn thông qua bộ rocker, damper và lực mà thanh pullrod/pushrod phải chịu và quan trọng hơn là biên độ giao động của lốp xe truyền sang bộ damper được quyết định bởi chính góc nghiêng của thanh rod. Trong trường hợp của chiếc MP4-27, do góc nghiêng của thanh rod là khoảng 30 độ nên bộ damper sẽ có biên độ giao động sẽ bằng nửa của lốp. Còn với chiếc F2012, do góc của thanh rod là khoảng 8 độ nên biên độ truyền lên damper khoảng 7 lần. Với biên độ giao động được truyền sang lớn như vậy thì Ferrari sẽ phải dùng bộ rocker lớn hơn để giải quyết cái tử số truyền này. Bộ rocker lớn đồng nghĩa với việc tăng trọng lượng.

Tiếp đến ta sẽ xem xét cách thức vận hành của bộ treo. Thông thường khi bộ treo vận hành với sự chuyển động theo phương dọc của bánh xe, thanh wishbone sẽ chuyển động dần về phương nằm ngang hay nói cách khác góc của thanh wishbone với mặt phẳng ngang giảm đi và phần xa nhất của thanh wishbone (điểm nối với lốp xe) sẽ đồng thời vừa chạy ra xa thân xe vừa chuyển động lên cao hơn so với mặt đường trong khi lốp xe sẽ dịch chuyển từ vị trí nằm thẳng đứng sang tư thế với phần đỉnh chuyển động ra xa khỏi thân xe (xem hình minh họa ở dưới). Ta cũng biết khi lốp xe được setup nằm theo phương thẳng đứng nó tạo ra một góc được gọi là góc camber và với setup đó thì góc camber bằng 0. với hình minh họa dưới thì khi bộ treo hoạt động góc camber chuyển từ 0 sang dương.

Chính sự chuyển động vừa đi lên vừa ra xa của hệ thống như mô tả ở trên quyết định lực mà các thành phần của bộ treo như wishbone, thanh rod phải chịu và từ đó quyết định thiết kế về mặt cơ khí và vật liệu của hệ thống. Câu hỏi là tại sao Ferrari lại chọn góc của thanh rod là 8 độ mà không phải con số lớn hơn để tăng tính hiệu quả của hệ thống lái? Câu trả lời nằm ở chính con số 8 độ. Với góc của thanh rod là 8 độ, chuyển động đi lên (đẩy thanh wishbone về gần phương nằm ngang) quan trọng hơn chuyển động từ phương thẳng đứng sang góc nghiêng để tạo camber dương của bộ lốp. Với chỉ 1/7 chuyển động tạo góc camber được truyền sang bộ damper thông qua rocker trong khi 95% chuyển động đi lên của thanh wishbone sẽ được truyền. Như vậy, so với hệ thống dùng Push-rod thì hệ thống Pull-rod cho hiệu quả như nhau khi đảm bảo được việc cần bằng các lực theo các phương đi lên và sang ngang là tương tự nhau.

Vấn đề thứ 2 nảy sinh khi hệ thống treo hoạt động đó là khi bộ lốp chuyển động theo bộ treo và tạo góc camber, nó sẽ làm cho bản thân chiếc lốp phải chuyển động theo phương ngang từ đó dẫn đến lốp nhanh bị mòn hơn. Điều này không phải là trở ngại lớn khi chiếc xe chuyển động thẳng nhưng lại thành vấn đề lớn khi chiếc xe vào cua bởi khi đó chiếc xe chịu hiện tượng roll, hệ thống treo hoạt động mạnh hơn do load (đặc biệt load lên lốp bên ngoài tính theo hướng cua). Để giải quyết vấn đề này hãy nhìn vào góc của thanh wishbone trên so với thanh wishbone dưới. Không phải tự nhiên mà 1 thanh tạo góc 17 độ còn 1 thanh tạo góc 13 độ. Hai thanh này không nằm song song với nhau. Nếu hai thanh wishbone nằm song song thì toàn bộ chiếc lốp sẽ chuyển động ra xa thân xe nhiều hơn khi so với thiết kế có 2 thanh wishbone không song song nhau như Ferrari áp dụng. Và với việc chiếc xe luôn được setup với góc camber âm việc đảm bảo bề mặt bám đường của chiếc lốp luôn ở mức cao nhất được duy trì mỗi khi chiếc xe vào cua hay khi nó chịu chuyển động lên xuống của hệ thống treo.

Với tính toán như trên thì con số chỉ ra rằng hiệu quả của bộ treo dùng Pull-rod với thanh rod nằm 8 độ của Ferrari tương tự như nếu họ dùng bộ treo Push-rod với thanh rod nằm 30 độ như của Macca.

Nguồn VivaF1

Trên đây là phân tích của VivaF1. Do họ không đưa ra các công thức tính toán họ dùng trong phân tích này nên sự chính xác chưa được kiểm chứng. Tuy nhiên họ có "credit" bài viết cho Ferrari nên không loại trừ khả năng một số thông số/tính toán là từ Ferrari ra.

Bài viết này được đưa ra là để tham khảo chứ không nhằm mục đích kết luận Pull-rod với Push-rod cái nào hay hơn. Chỉ có thời gian mới cho câu trả lời chính xác nhất. Trong khi ý kiến chỉ trích lựa chọn của Ferrari thì nhiêu những phân tích ủng hộ lựa chọn của Ferrari lại rất hiếm. Hãy tự tìm cho mình câu trả lời riêng...

 

[fanofcar]

e thấy hệ thống pull - rod của F 2012 bị chỉ trích nhiều thì cũng phải thôi!, bởi người ta thường nhìn vào hiện tượng nhiều hơn là nguyên nhân thực sự ( ở đây chưa biết được đâu là ng nhân thực sự ), có thể thấy được hệ thống treo ảnh hưởng đến sự cân = của xe,nhất là lúc vào cua,1 khi xe vào cua ko ổn định thì chắc chắn sẽ ảnh hưởng đến tốc độ của xe khi thoát khỏi góc cua,mà chiếc F2012 qua 2 chặng vừa rồi đều cho thấy sự thua sút trong cuộc đua phân hạng,còn trong chiến thắng ở SEPANG vừa rồi thì có phần may mắn do HAMINTON bị kẹt ở pit stop, và rõ ràng nhất là ALONSO đã bị S PERES rút ngắn khoảng cách và sắp vượt mặt khi dẫn trước từ khoảng cách rất xa ( khoảng 6 s ) nếu S PERES ko thiếu kinh nghiệm để mất lái ở góc cua nọ thì chưa chắc chiếc F2012 đã có thể về nhất ! vậy cho nên người hâm mộ đổ lổi cho hệ thống treo PULL-ROD là ng nhân gây ra sự yếu kém của chiếc F2012 cũng là điều dễ hiểu ! vậy chúng ta hảy chờ xem những chặng tiếp theo chiếc F2012 có cải thiện được tốc độ ko và hệ thống treo của nó có phải là ng nhân gây nên tình trạng này hay ko ? cá nhân e thì là fan của MCLAREN từ lâu và từ đầu mùa giải tới giờ thì rõ ràng chiếc MP4-27 đang là số 1

 

[kebab]

Có nhiều lý do khiến một chiếc xe không ổn định khi vào cua và bản thân khúc cua sẽ được chia là vài loại nhưng cơ bản gồm cua tốc độ nhanh và thấp. Ở cua tốc độ nhanh, yếu tố giúp chiếc xe "nhanh" ở cua này là DF còn ở cua tốc độ thấp traction lại là yếu tố quyết định. Tuy nhiên mỗi chiếc xe đều cần một điểm chung để đảm bảo có thể nhanh tại cả hai loại cua này đó là sự ổn định khi phanh nhưng cua tốc độ thấp đòi hỏi phanh khắc nhiệt hơn cua tốc độ cao.

Quá trình thử nghiệm mùa đông cũng như qua hai chặng đầu chiếc F2012 không gặp vấn đề với cua tốc độ nhanh mà là ở cua tốc độ thấp. Điều này nói lên gì? Nó nói lên sự bất ổn định khi cua của chiếc F2012 không thể quy cho riêng bộ treo pullrod trước bởi nếu treo trước không hiệu quả thì khả năng vào cua cao không thể tốt do load lên bộ treo trước ở cua tốc độ cao lớn hơn nhiều so với cua tốc độ thấp.

Vấn đề của chiếc F2012 nằm ở sự ổn định khi phanh, breaking stability. Ferrari chưa bao giờ chính thức công nhận điều này nhưng có những bằng chứng cho thấy đây hoàn toàn có thể là nguyên nhân.

Lý do cốt lõi của sự bất ổn khi phanh nằm ở sự nhạy cảm của chiếc xe với sự thay đổi về pitch (pitch sensitivity). Ta biết khi phanh sẽ có hiện tượng dồn trọng tâm từ sau ra trước khiến đầu xe chúi thấp xuống -> đít nhổng lên (dù ít hay nhiều). Vì lý do này mà hệ thống treo của xe thể thao luôn được gắn bộ anti-dive. Pitch sensitivity đã từng là vấn đề của chiếc MP4-24, chiếc xe này do Pat Fry cầm trịch thiết kế khi Pat còn đang ở Macca...đoán xem hiện Pat đang ở đâu...Technical Director của Ferrari.... Khi chiếc xe thay đổi pitch khi phanh, nếu thiết kế khí động học của chiếc xe không tốt sẽ khiến chiếc xe mất cân bằng/ổn định từ đó dẫn đến sự thiếu ổn định khi phanh. Không phải tự nhiên mà chiếc F2012 chuyển từ việc setup với khoảng sáng gầm sàn (rake) ở phần đuôi lớn như thế này (tại Jerez trong kỳ thử nghiệm đầu tiên của mùa đông):

sang thế này (tại Barcelona vào cuối kỳ thử nghiệm):

Giảm rake là cách chữa cháy tốt nhất cho vấn đề pitch sensitivity vì nó giảm sự thay đổi về pitch mỗi khi xe phanh.

Chưa hết, ta đều biết xe F1 có thiết kế đặc biệt là hộp số bặt thẳng vào động cơ, động cơ bắt thẳng vào chassis còn bộ treo thì bắt thẳng vào hộp số. Ferrari tại chặng Úc đã bổ xung một tay đòn nối hộp số với chassis để tăng độ "cứng" của cả package. (Tham khảo hình minh họa với tay đòn được đánh dấu bằng mũi tên mầu đỏ và hình thực tế của nó ở phía dưới)

Để giảm ảnh hưởng của pitch sensitivity thì xe cần được setup với treo sau cứng hơn, nhưng treo sau càng cứng thì lốp sau càng ăn đòn. Sự bổ xung của tay đòn này là để cả package treo sau cứng hơn nhằm giảm tác động của hiện tượng pitch sensitivity.

Như vậy liệu kết luận sự kém ổn định của chiếc xe khi vào cua là do thiết kế treo trước dùng pullrod của Ferrari có thật sự chính xác và công bằng...?...only time will tell...

 

[kebab]

Pat Fry mới trả lời phỏng vấn của tờ Autosport và khi nói về chiến thắng của Ferrari tại Sepang hắn chỉ rõ: "Damp low grip conditions suit our car and flatter some of the issues we have with the F2012 at the moment.". Điều kiện đường đua tại Sepang chỉ ra một điều là chiếc xe quả thật có vấn đề về aerodynamic grip chứ không phải mechanical grip nên nghi vấn cho bộ treo trước Pull-rod càng không có cơ sở. Hơn nữa tại Sepang Ferrari chủ động setup chiếc xe cho điều kiện trời mưa và chiếc xe vượt trội các xe khác trong điều kiện đường ướt và grip thấp đó càng chứng minh các giả thiết về pitch sensitivity là có cơ sở. Khi setup cho điều kiện trời mưa thì thường bao gồm nâng khoảng sáng gầm xe, tăng rake và setup bộ treo mềm hơ. Đây chính là những điểm mà Ferrari phải làm ngược lại tại Melbourne trong điều kiện trời khô.

 

[milkyway]

@fanocar: Peres đuổi kịp FA là một chuyện còn qua mặt lại là chuyện khác mặc dù có DRS. Lốp H mà chạy trên phần dirty side + đường ướt thì quả là hên xui... Quả mất lái của Peres cũng nói lên điều đó.
@KBắp: Nếu o phải do Pull-rod thì các nghiên cứu Aerodynamic của Fer lại có vấn đề nữa hay sao?! Điều kiện cơ sở vật chất của Fer chắc là đỉnh nhất trong các đội rồi mà.
Khoảng sáng gầm xe có thể thay đổi được theo từng chặng đua hả bác Bắp ?

 

[fanofcar]

@fanocar: Peres đuổi kịp FA là một chuyện còn qua mặt lại là chuyện khác mặc dù có DRS. Lốp H mà chạy trên phần dirty side + đường ướt thì quả là hên xui... Quả mất lái của Peres cũng nói lên điều đó.
@KBắp: Nếu o phải do Pull-rod thì các nghiên cứu Aerodynamic của Fer lại có vấn đề nữa hay sao?! Điều kiện cơ sở vật chất của Fer chắc là đỉnh nhất trong các đội rồi mà.
Khoảng sáng gầm xe có thể thay đổi được theo từng chặng đua hả bác Bắp ?

@MILKYWAY: e nghĩ ở 6 vòng cuối cùng thì track line cũng đã khô rồi ( espn cũng nói là wet - dry race mà ! ) ! và cú mất lái của PERES cũng ko phải do lốp hard, nếu mất lái do lốp hard thì thường phải có 1 cú trượt, e nghĩ đây là do thao tác đánh lái ko phù hợp với tốc độ thì đúng hơn !

 

[kebab]

Khoảng sáng gầm xe (ride height) thay đổi thoải mái bác ạ, thậm chí thay đổi trong cuộc đua nếu muốn.

 

[kebab]

...với việc Mclaren áp dụng pull-rod front suspenssion như Ferrari cho chiếc MP4-28 bộ treo pull-rod trước đã được khẳng định tính ưu việt trong điều kiện hiện tại...

 

[bluesilhouettes]

Nghe mấy bác nhà nghề nhận xét MC không hẳn là theo hết quan điểm của Fer, họ dùng pull rod và nâng độ cao của nó lên để có được clean air. Trong khi Fer thì ráng để nó thấp xuống để hạ COG.Nói chung nó là compromise, được cái này thì phải bớt cái kia.


Trái với nhận xét là eo mới của MP4-28 thon hơn, em thấy nó không những không thon mà còn to ra, chỉ có điều dọc theo hết sidepod ra phía eo thì chiếc xe dòm mướt hơn chiếc mùa trước -> giống Mercedes AMG mùa trước.

 

[kebab]

Em thì cho rằng nguyên nhân về mechanical grip & handling nhiều hơn là COG...