Тэст драйв Гісторыя аўтамабільных трансмісій - Частка 1

У серыі матэрыялаў мы раскажам вам пра гісторыю каробак перадач для легкавых і грузавых аўтамабіляў магчыма, у якасці рэверансу з нагоды 75-годдзя з дня стварэння першай аўтаматычнай трансмісіі.

1993 г. Падчас тэстаў перад гонкай у Сільверстоўне тэст-пілот Williams Дэвід Култхард пакінуў трасу для наступных тэстаў на новым Williams FW 15C. На мокрым асфальце машына распырсквае паўсюль пырскі, але ўсё ж кожны можа пачуць дзіўны манатонны хуткасны гук дзесяціцыліндровага рухавіка. Відавочна, Фрэнк Уільям выкарыстоўвае іншы від перадачы. Усім адукаваным ясна, што гэта не што іншае, як бесступенькавая трансмісія, распрацаваная для задавальнення запатрабаванняў рухавіка Формулы 1. Пазней высветлілася, што яна была распрацаваная пры ўдзеле ўсюдыісных адмыслоўцаў кампаніі Van Doorn. Перадача інфекцыі. Дзве кампаніі-змоўшчыкі ўклалі ў гэты праект вялізны інжынерны і фінансавы патэнцыял за апошнія чатыры гады, каб стварыць цалкам функцыянальны прататып, які можа перапісаць правілы дынамікі ў каралеве спорту. У відэа на YouTube сёння вы можаце ўбачыць тэсты гэтай мадэлі, і сам Култхард сцвярджае, што яму падабаецца яе праца - асабліва ў куце, дзе няма неабходнасці марнаваць час на пераключэнне на паніжаную перадачу - аб усім паклапаціліся электроніка. Нажаль, усе, хто працаваў над праектам, пазбавіліся пладоў сваёй працы. Заканадаўцы паспяшаліся забараніць выкарыстанне такіх перадач у Формуле, як мяркуецца, з-за «несправядлівай перавагі». Правілы былі змененыя, і варыятар з Клінава рамянём або трансмісіі CVT засталіся ў гісторыі толькі з гэтым кароткім праявай. Справа зачынена, і Williams павінна вярнуцца да паўаўтаматычных трансмісіям, якія да гэтага часу з'яўляюцца стандартнымі ў Формуле 1 і якія, у сваю чаргу, сталі рэвалюцыяй у канцы 80-х. Дарэчы, яшчэ ў 1965 годзе DAF з трансмісіяй Variomatic рабіў спробы выйсці на трэк аўтаспорту, але на той момант механізм быў настолькі масіўным, што нават без умяшання суб'ектыўных фактараў быў асуджаны на правал. Але гэта ўжо іншая гісторыя.

Мы неаднаразова прыводзілі прыклады таго, колькі інавацый у сучасным аўтамабілебудаванні з'яўляецца вынікам старых ідэй, народжаных у галовах надзвычай таленавітых і праніклівы людзей. З-за сваёй механічнай прыроды скрынкі перадач з'яўляюцца адным з самых яркіх прыкладаў таго, як яны могуць быць рэалізаваны, калі прыйдзе час. У цяперашні час спалучэнне перадавых матэрыялаў і вытворчых працэсаў і электроннага ўрада стварыла магчымасць для неверагодна эфектыўных рашэнняў ва ўсіх формах перадачы. Тэндэнцыя да зніжэння расходу з аднаго боку і спецыфіка новых рухавікоў з паменшанымі габарытамі (напрыклад, неабходнасць хуткага пераадолення турба-дзіркі) прыводзяць да неабходнасці стварэння аўтаматычных трансмісій з больш шырокім дыяпазонам перадаткавых лікаў і, адпаведна, вялікай колькасцю перадач. Іх больш даступнымі альтэрнатывамі з'яўляюцца бесступенькавыя трансмісіі для невялікіх аўтамабіляў, часта выкарыстоўваюцца японскімі аўтавытворцамі, і аўтаматычныя механічныя трансмісіі, такія як Easytronic. Opel (таксама для невялікіх аўтамабіляў). Механізмы паралельных гібрыдных сістэм спецыфічныя, і ў рамках намаганняў па зніжэнні выкідаў электрыфікацыя прывада фактычна адбываецца ў трансмісіях.

Рухавік не можа абысціся без скрынкі перадач

На сённяшні дзень чалавецтва не вынайшла больш эфектыўнага спосабу прамой перадачы механічнай энергіі (за выключэннем, вядома, гідраўлічных механізмаў і гібрыдных электрычных сістэм), чым спосабы з выкарыстаннем рамянёў, ланцугоў і шасцерняў. Вядома, варыяцый на гэтую тэму незлічонае мноства, і лепш зразумець іх сутнасць можна, пералічыўшы найбольш выдатныя распрацоўкі ў гэтай галіне за апошнія гады.

Канцэпцыя электроннага пераключэння перадач або электроннага ўскоснага злучэння механізму кіравання з каробкай перадач – далёка не апошні крык, таму што ў 1916 годзе кампанія Pullman са штата Пенсільванія стварыла каробку перадач, якая пераключае перадачы электрычнаму. Выкарыстоўваючы той жа прынцып працы ва ўдасканаленым выглядзе, праз дваццаць гадоў ён быў усталяваны ў авангардным Cord 812 адным з самых футурыстычных і выдатных аўтамабіляў не толькі ў 1936 году, калі ён быў створаны. Досыць паказальны той факт, што на вокладцы кнігі аб дасягненнях прамысловага дызайну гэты шнур можна знайсці. Яго трансмісія перадае крутоўны момант ад рухавіка на перадпакой вось (!), а пераключэнне перадач прамое філіграннае для тагачаснага падання рулявой калонкі, якое актывуе адмысловыя электрычныя перамыкачы, якія актывуюць складаную сістэму электрамагнітных прылад з вакуумнымі дыяфрагмамі, уключаючы шасцярні. Дызайнерам Cord атрымалася ўсё гэта ўдала сумясціць, і гэта выдатна працуе не толькі ў тэорыі, але і на практыцы. Наладзіць сінхранізацыю паміж пераключэннем перадач і працай счаплення сапраўдны кашмар, і, паводле сведчанняў таго часу, можна было адправіць механіка ў псіхіятрычную лякарню. Аднак Cord быў раскошным аўтамабілем, і яго ўладальнікі не маглі дазволіць сабе нядбайнае стаўленне шматлікіх сучасных вытворцаў да дакладнасці гэтага працэсу на практыцы большасць аўтаматызаваных (часта званых рабатызаваных або паўаўтаматычнымі) каробкамі перадач перамыкаюцца з характэрнай затрымкай, і часта парывамі.

Ніхто не сцвярджае, што сінхранізацыя нашмат прасцейшая задача з прасцейшымі і шырока распаўсюджанымі механічнымі трансмісіямі сёння, таму што пытанне Чаму наогул неабходна выкарыстоўваць такая прылада? Мае фундаментальны характар. Прычына гэтага складанага падзеі, але таксама якая адкрывае ніша для бізнесу для мільярдаў, крыецца ў самой прыродзе працы рухавіка ўнутранага згарання. У адрозненне, напрыклад, ад паравога рухавіка, дзе ціск пары, які падаецца ў цыліндры, можа змяняцца адносна лёгка, і яго ціск можа змяняцца падчас запуску і звычайнай працы, ці ад электрарухавіка, у якім моцнае рухаючае магнітнае поле таксама існуе ў пры нулявых абарачэннях у хвіліну (на самай справе тады яна самая высокая, а з-за паніжэнні ККД электрарухавікоў пры павелічэнні хуткасці ўсе вытворцы трансмісій для электрамабіляў у наш час распрацоўваюць двухступеністыя варыянты) рухавік унутранага згарання мае характарыстыку, пры якой максімальная магутнасць дасягаецца пры хуткасці блізкія да максімальных, а максімальны крутоўны момант у адносна невялікім дыяпазоне хуткасцяў, пры якім працякаюць найболей аптымальныя працэсы згарання. Таксама варта адзначыць, што ў рэальным жыцці рухавік рэдка выкарыстоўваецца на крывой максімальнага крутоўнага моманту (адпаведна на крывой развіцця максімальнай магутнасці). На жаль, крутоўны момант на нізкіх абарачэннях мінімальны, і, калі трансмісія падключана напрамую, нават са счапленнем, якое адключаецца і забяспечвае дакрананьне з месца, аўтамабіль ніколі не зможа выконваць такія дзеянні, як дакрананьне з месца, паскарэнне і рух з шырокім дыяпазонам хуткасць. Вось просты прыклад калі рухавік перадае сваю хуткасць 1: 1, а памер шын 195/55 R 15 (пакуль абстрагуемся ад наяўнасці галоўнай перадачы), то тэарэтычна аўтамабіль павінен рухацца са хуткасцю 320 км. / Ч пры 3000 абарачэннях каленчатага вала у хвіліну. Вядома, у аўтамабіляў ёсць прамыя або блізкія перадачы і нават паніжальныя перадачы, і тады галоўная перадача таксама ўваходзіць у раўнанне і павінна быць прынята пад увагу. Аднак, калі мы працягнем зыходную логіку разваг аб руху з нармальнай хуткасцю 60 км / г па горадзе, рухавіку спатрэбіцца ўсяго 560 аб / мін. Вядома, няма матора, здольнага зрабіць такі шпагат. Ёсць яшчэ адна дэталь - таму што чыста фізічна магутнасць прама прапарцыйная крутоўнаму моманту і хуткасці (яе формула таксама можа быць вызначана як хуткасць x крутоўны момант / пэўны каэфіцыент), а паскарэнне фізічнага цела залежыць ад прыкладзенай да яго сілы. , Зразумейце, у дадзеным выпадку магутнасць, лагічна, што для больш хуткага разгону вам спатрэбяцца больш высокія хуткасці і вялікая нагрузка (г.зн. крутоўны момант). Гучыць складана, але на практыцы гэта азначае наступнае: кожны кіроўца, нават той, хто нічога не разумее ў тэхніцы, ведае, што для таго, каб хутка абагнаць машыну, трэба пераключыць на адну ці нават дзве перадачы ніжэй. Такім чынам, менавіта з дапамогай скрынкі перадач яна імгненна забяспечвае больш высокія абароты і, такім чынам, вялікую магутнасць для гэтай мэты пры той жа ступені ціску на педаль. У гэтым і складаецца задача дадзенай прылады - з улікам характарыстык рухавіка ўнутранага згарання забяспечыць яго працу ў аптымальным рэжыме. Язда на першай перадачы з хуткасцю 100 км / г будзе даволі неэканамічнай, а на шосты, прыдатнай для трасы, чапацца немагчыма. Не выпадкова, для эканамічнага ваджэння патрабуецца ранняе пераключэнне і праца рухавіка з максімальна магчымай нагрузкай (гэта значыць рух крыху ніжэй крывой максімальнага крутоўнага моманту). Спецыялісты выкарыстоўваюць тэрмін «нізкае ўдзельнае энергаспажыванне», якое знаходзіцца ў сярэднім дыяпазоне абаротаў і блізкая да максімальнай нагрузцы. Тады дросельная засланка бензінавых рухавікоў адкрываецца шырэй і зніжае помпавыя страты, павялічвае ціск у цыліндрах і тым самым паляпшае якасць хімічных рэакцый. Больш нізкія хуткасці памяншаюць трэнне і пакідаюць больш часу для поўнага запаўнення. Гоначныя аўтамабілі заўсёды працуюць на высокіх хуткасцях і маюць вялікую колькасць перадач (восем у Формуле 1), што дазваляе знізіць хуткасць пры пераключэнні і абмяжоўвае пераход у зоны са значна меншай магутнасцю.

На самай справе можа абысціся і без класічнай скрынкі перадач, але ...

Выпадак гібрыдных сістэм і, у прыватнасці, камбінаваных сістэм, такіх як Toyota Prius. Гэты аўтамабіль не мае каробкі перадач ні аднаго з пералічаных тыпаў. У яго практычна няма каробкі перадач! Гэта магчыма таму, што вышэйзгаданыя недахопы кампенсуюцца за рахунак электрычнай сістэмы. Трансмісію замяняе так званая прылада падзелу магутнасці, планетарны механізм, які аб'ядноўвае рухавік унутранага згарання і дзве электрычныя машыны. Для людзей, якія не чыталі выбарачнае тлумачэнне яго працы ў кнігах па гібрыдных сістэмах і асабліва па стварэнні Prius (апошнія даступныя ў анлайн-версіі нашага сайта ams.bg), мы скажам толькі, што механізм дазваляе частка механічнай энергіі рухавіка ўнутранага згарання перадавацца напроста, механічна і часткова, ператварацца ў электрычную (з дапамогай адной машыны ў ролі генератара) і зноў у механічную (з дапамогай іншай машыны ў ролі электрарухавіка). Геніяльнасць гэтага тварэння Toyota (чыя арыгінальная ідэя амерыканская кампанія TRW з 60-х) забяспечыць высокі крутоўны момант пры запуску, што дазваляе пазбегнуць неабходнасці вельмі нізкіх перадач і дазваляе рухавіку працаваць у эфектыўных рэжымах. пры максімальнай нагрузцы, імітуючы максімальна магчымую перадачу, пры гэтым электрычная сістэма заўсёды працуе як буфер. Калі патрабуецца імітацыя паскарэння і паніжанай перадачы, частата кручэння рухавіка павялічваецца за рахунак кіравання генератарам і, адпаведна, за рахунак яго хуткасці з дапамогай складанай электроннай сістэмы кіравання токам. Пры мадэляванні высокіх перадач нават дзве машыны павінны памяняцца ролямі, каб абмежаваць хуткасць рухавіка. У гэты момант сістэма пераходзіць у рэжым цыркуляцыі магутнасці , і яе эфектыўнасць значна зніжаецца, што тлумачыць рэзкае адлюстраванне выдатку паліва гэтага тыпу гібрыдных аўтамабіляў на высокіх хуткасцях. Такім чынам, гэтая тэхналогія на практыцы з'яўляецца кампрамісам, зручным для гарадскога руху, паколькі відавочна, што электрычная сістэма не можа цалкам кампенсаваць адсутнасць класічнай каробкі перадач. Для рашэння гэтай праблемы інжынеры Honda выкарыстае простае, але геніяльнае рашэнне ў сваёй новай складанай камбінаванай гібрыднай сістэме, якая павінна канкураваць з Toyota яны проста дадаюць шостую механічную скрынку перадач, якая ўключаецца замест высакахуткаснага гібрыднага механізму. Усё гэта можа быць дастаткова пераканаўчым, каб паказаць неабходнасць каробкі перадач. Вядома, па магчымасці з вялікай колькасцю перадач справа ў тым, што з ручным кіраваннем кіроўцу будзе проста не камфортна мець вялікую колькасць, і кошт узрасце. На дадзены момант 7-ступеністыя механічныя каробкі перадач, такія як у Porsche (на аснове DSG) і Chevrolet Корветы сустракаюцца даволі рэдка.

Усё пачынаецца з ланцужкоў і рамянёў

Такім чынам, розныя ўмовы патрабуюць пэўных значэнняў неабходнай магутнасці ў залежнасці ад хуткасці і крутоўнага моманту. І ў гэтым раўнанні неабходнасць эфектыўнай працы рухавіка і зніжэння расходу паліва, у дадатак да сучасных тэхналогій рухавікоў, трансмісія становіцца ўсё больш важнай задачай.

Натуральна, першая праблема, якая ўзнікае, гэта запуск у першых легкавых аўтамабілях найболей распаўсюджанай формай скрынкі перадач была ланцуговая перадача, запазычаная ў ровара, або раменная перадача, якая дзейнічае на раменные шківы рознага дыяметра. На практыцы ў раменнай перадачы непрыемных сюрпрызаў не абышлося. Ён не толькі быў такім жа шумным, як яго ланцужныя партнёры, але і не мог зламаць зубы, што было вядома па прымітыўных зубчастых механізмах, якія вадзіцелі ў той час называлі "трансмісійнай салатай". З пачатку стагоддзя праводзіліся эксперыменты з так званым фрыкцыйным прывадам на колы , у якога няма ні счаплення, ні шасцерняў, і ў якім выкарыстоўваюцца Nissan і Mazda у іх тараідальных скрынках перадач (пра якія будзе сказанае пазней). Аднак альтэрнатывы зубчастым колам таксама мелі шэраг сур'ёзных недахопаў рамяні не вытрымоўвалі працяглых нагрузак і нарастальных хуткасцяў, хутка расхістваліся і дзёрліся, а калодкі фрыкцыйных колаў падвяргаліся занадта хуткаму зносу. У любым выпадку, неўзабаве пасля зараджэння аўтамабільнай прамысловасці зубчастыя перадачы сталі неабходныя і заставаліся адзіным варыянтам на дадзеным этапе для перадачы крутоўнага моманту на працягу даволі працяглага перыяду часу.

Нараджэнне механічнай трансмісіі

Леанарда да Вінчы спраектаваў і вырабіў зубчастыя колы для сваіх механізмаў, але вытворчасць трывалых, дастаткова дакладных і даўгавечных зубчастых колаў стала магчымым толькі ў 1880 годзе дзякуючы наяўнасці адпаведных металургічных тэхналогій для стварэння высакаякасных сталей і металаапрацоўчых станкоў. адносна высокая дакладнасць працы. Страты на трэнне ў шэсцярнях скараціліся за ўсё да 2 працэнтаў! Гэта быў момант, калі яны сталі незаменнымі як элемент скрынкі перадач, але праблема заставалася з іх уніфікацыяй і размяшчэннем у агульным механізме. Прыкладам наватарскага рашэння з'яўляецца Daimler Phoenix 1897 года, у якім шасцярні розных памераў былі «сабраны» ў сапраўдную, згодна з сённяшняга разумення, скрынку перадач, якая акрамя чатырох хуткасцяў мае яшчэ і перадачу задняга ходу. Два гады праз Packard стала першай кампаніяй, якая выкарыстоўвала добра вядомае размяшчэнне рычага пераключэння перадач на канцах літары «H». У наступныя дзесяцігоддзі шасцерняў больш не стала, але механізмы працягвалі ўдасканальвацца ў імя палягчэння працы. Карлу Бенц, узброіўшыся свае першыя серыйныя аўтамабілі планетарнай каробкай перадач, удалося перажыць з'яўленне першых каробак перадач з сінхранізатарамі, створаных Cadillac і La Salle ў 1929 годзе. Два гады праз сінхранізатары ўжо выкарыстоўваліся Mercedes, Матыс, Maybach і Хорьх, а потым яшчэ адзін Воксхолл, Ford і Ролс-Ройс. Адна дэталь ва ўсіх была несінхранізаваная першая перадача, што моцна ятрыла кіроўцаў і патрабавала адмысловых навыкаў. Першая цалкам сінхранізаваная скрынка перадач выкарыстоўвалася ангельскай Alvis Speed ​​Twenty ў кастрычніку 1933 года і была створана вядомай нямецкай кампаніяй, якая да гэтага часу носіць назву «Gear Factory» ZF, якое мы часта будзем згадваць у нашым аповедзе. Толькі ў сярэдзіне 30-х гадоў сінхранізатары пачалі ўсталёўвацца на іншыя маркі, але ў больш танных легкавых і грузавых аўтамабілях вадзіцелі працягвалі змагацца з рычагом пераключэння перадач, каб рухацца і ўключаць слізгальныя перадачы. Фактычна, рашэнне праблемы нязручнасцяў такога роду шукалі значна раней з дапамогай розных структур трансмісіі, накіраваных таксама на сталае зачапленне зубчастых пар і іх злучэнне з валам у перыяд з 1899 па 1910 год Дэ Дыён Бутон распрацаваў цікавую трансмісію ў шасцярні якога ўвесь час знаходзяцца ў зачапленні, а іх злучэнне з другасным валам ажыццяўляецца з дапамогай невялікіх муфт. Кампанія Panhard-Levasseur мела аналагічнае развіццё, але пры іх распрацоўцы пастаянна уключаныя шасцярні былі трывала злучаныя з валам з дапамогай пальцаў. Канструктары, вядома ж, не перасталі думаць пра тое, як палегчыць кіроўцам і абараніць аўтамабілі ад лішніх пашкоджанняў. У 1914 году інжынеры Cadillac вырашылі, што яны могуць выкарыстоўваць магутнасць сваіх велізарных рухавікоў і абсталяваць аўтамабілі рэгуляванай галоўнай перадачай, якая магла б перамыкацца электрічным і дазваляла змяняць перадаткавы лік з 4,04: да 2,5: 1.

20-я і 30-я гады былі часам неверагодных вынаходак, якія з'яўляюцца часткай пастаяннага назапашвання ведаў на працягу многіх гадоў. Напрыклад, у 1931 годзе французская кампанія Cotal стварыла механічную каробку перадач з электрамагнітным пераключэннем, кіраваную невялікім рычагом на рулявым коле, які, у сваю чаргу, быў сумешчаны з невялікім, размешчаным на падлозе рычагом халастога ходу. Мы згадваем апошнюю асаблівасць, таму што яна дазваляе аўтамабілю мець роўна гэтулькі перадач пярэдняга ходу, колькі задняе чатыры. У той час вынаходствам Катала цікавіліся такія прэстыжныя брэнды, як Delage, Delahaye, Salmson і Voisin. У дадатак да вышэйзгаданай мудрагелістай і забытай перавагі шматлікіх сучасных заднепрывадных механізмаў, гэтая неверагодная скрынка перадач таксама валодае здольнасцю ўзаемадзейнічаць з аўтаматычным перамыкачом Fleschel, які перамыкае перадачы з падзеннем хуткасці з-за нагрузкі на рухавік і фактычна з'яўляецца адным з першых. працэс.

Большасць аўтамабіляў 40-х і 50-х гадоў мелі па тры перадачы, таму што рухавікі не развіваліся больш за 4000 аб / мін. З павелічэннем абаротаў, крутоўнага моманту і крывых магутнасці тры перадачы больш не пакрывалі дыяпазон абаротаў. У выніку атрымалася дисгармоничное рух з характэрным «Аглушаны» перадачы пры ўздыме і празмерным фарсіраваннем пры пераключэнні на больш нізкую. Лагічным рашэннем праблемы стаў масавы пераход на чатырохступеністую перадачу ў 60-х гадах, а першыя пяціступеністыя скрынкі перадач у 70-х сталі значнай падзеяй для вытворцаў, якія з гонарам адзначылі наяўнасць такой скрынкі перадач нароўні з выявай мадэлі на аўтамабілі. Нядаўна уладальнік класічнага Opel Commodore распавёў мне, што калі ён купляў машыну, яна была на 3-х перадачах і ў сярэднім выдаткоўвала 20 л / 100 км. Калі ён замяніў скрынку перадач на чатырохступеністую, расход стаў 15 л / 100 км, а пасля таго, як ён нарэшце атрымаў пяціступеністую, апошні знізіўся да 10 літраў.

Сёння практычна няма аўтамабіляў з менш чым пяццю перадачамі, і шэсць хуткасцяў становяцца нормай у больш высокіх версіях кампактных мадэляў. Ідэя шосты ў большасці выпадкаў заключаецца ў моцным зніжэнні хуткасці на высокіх абарачэннях, а ў некаторых выпадках, калі гэта не так доўга і зніжэнне хуткасці падае пры пераключэнні. Шматступенны трансмісіі асабліва станоўча ўплываюць на дызельныя рухавікі, агрэгаты якіх маюць высокі крутоўны момант, але значна скарочаны працоўны дыяпазон з-за прынцыповага характару працы дызеля.

(Прытрымлівацца)

Тэкст: Георгій Колеў