Prøvekjøring Historien til biltransmisjoner - Del 3

I denne siste delen finner du ulike typer moderne løsninger innen dette området.

I dag er verden av girkasser mer mangfoldig enn noen gang, og bilselskaper og leverandører er bundet av komplekse relasjoner og avtaler som fører til etableringen av ekstremt høyteknologiske produkter, fra små CVT-transmisjoner til ni-trinns automatgir.

På 50-tallet så alt ut til å få et krystallklart bilde: For amerikanere er automatgir nå viktigst, og for europeere er manuell girkasse fortsatt en prioritet. Det samme utsagnet kan imidlertid brukes på 70-tallet – vi må ikke glemme at den virkelige «motoriseringen» av Europa (vestlig) begynte nettopp da, fordi 80-tallet fortsatt er år å bygge opp igjen fra krigens ruiner. Historien viser at bildet ikke var mye annerledes på 2000-tallet, selv om det noen steder i Europa begynte å dukke opp automater i mer luksuriøse biler. Det var ikke før på 90-tallet at fremkomsten av e-forvaltning begynte å endre tidevannet til fordel for automatgir og det gamle kontinentet. Men selv i 80, da andelen automatisering i nye biler nådde 15 prosent i USA og 4 prosent i Japan, valgte bare 5 prosent av europeerne denne løsningen. Selvfølgelig kan man ikke undervurdere den psykologiske komponenten i dette tilfellet og det svært målrettede ønsket til sistnevnte om å skifte gir på egen hånd. På den tiden var de fortsatt hovedsakelig 2002 og 6. gir - det var ikke før i '8 at ZF introduserte den første generasjonen av sin 8HP sekstrinns girkasse for å ta dem opp til XNUMXHP, syv år senere på ZF XNUMXHP. Sistnevnte blir en reell revolusjon, ikke bare med antall gir, men også med den perfekte betjeningskomforten, som takket være BMW-ingeniører og deres presise integrering i den syvende serien har blitt brakt til perfeksjon.

Dette er virkelig en periode med utrolig forandring fordi ZF på den tiden fortsatte å levere 4 HK til Peugeot 407 og 5 HK til VW og Skoda. Faktisk, over 13 år, har andelen automatiske girkasser over hele verden skutt i været og nådde 46 prosent i 2014. Til tross for økningen i antall gir er størrelsen og vekten redusert, og her er det allerede noe for enhver smak. Selv små biler som Honda Jazz vil også få doble clutch girkasser. Mercedes og ZF presenterer ni trinnenheter etter hverandre. Aktiv felles utvikling GM og Ford jobber hardt med et ti-trinns automatgirprosjekt for å motvirke Chrysler i Amerika, som i mellomtiden slipper en lisensiert versjon av ZF 8HP. Mens utviklingen av manuelle girkasser går mot bedre gir, forenkling og mer presis giring, noe som bringer noen biler til en slik perfeksjon at det ville være helligbrøde å frata dem, har automatikk nå et stort utvalg alternativer. Av alle biler med automatgir solgt i 2014 er 49 prosent klassiske automatgir med 6 eller flere gir, og kun 15 prosent har mindre enn 6 gir. CVT-er utgjør 20 prosent, girkasser med dobbel clutch 9 prosent, og automatiserte manuelle girkasser bare 3 prosent, det samme gjør hybrid- og elektriske girkasser. Disse tallene skjuler noen strenge detaljer: hovedandelen av DSG-transmisjoner er for eksempel på markedet i Europa, klassiske i Europa og USA, og en høy andel CVT-transmisjoner er i Japan. Samtidig er de nye enhetene på ingen måte tyngre eller større enn sine forgjengere – hvis Mercedes 5-trinns automatgirkasse fra 2004 krever fire planetgir og syv låseenheter, takket være sin intelligente arkitektur, er den nye 9G-Tronic det klarer også fire planetgir, men med seks clutcher som låseelementer. En ting er klart - veldig snart vil selv mellomklassemerker følge luksusvareprodusentene og nå gå over til girkasser med flere gir - et godt eksempel på dette er det faktum at Opel er i sluttfasen av utviklingen av en åtte-trinns automatgir . Ideen om en bil med automatgir som får motoren til å akselerere ubehagelig og skaper en merkelig syntetisk følelse, er nå helt i historiens annaler.

Allianser og avtaler

Mercedes er imidlertid snarere et av unntakene som bilprodusent som utvikler og produserer egne girkasser. Mazda, PSA og Hyundai/Kia er like, men i praksis er de fleste bilprodusenter i stor grad bundet av komplekse relasjoner og joint ventures med hverandre og med girkasseleverandører som ZF og Aisin. Med en 8-trinns ZF automatgir i ulike varianter er for eksempel modellene utstyrt av Audi, BMW og Rolls-Royce. Under en lisensavtale produserer Chrysler den samme girkassen for Evasion-, Chrysler- og Jeep-modeller, men også for Maserati og Fiat. GM lager den åtte-trinns Hydra-Matic i selve Corvetten, men den samarbeidet med Aisin for å utvikle en åtte-trinns girkasse for Cadillac og leverte automatiske girkasser til BMW for et tiår siden. Samtidig jobber den amerikanske giganten sammen med Ford om å utvikle en ti-trinns girkasse, mens det europeiske datterselskapet Opel utvikler sin egen åtte-trinns girkasse. Hyundai/Kia utviklet også sin egen åtte-trinns girkasse. Getrag, som i mellomtiden har opparbeidet seg lang erfaring i produksjon av girkasser med dobbel clutch, tilbyr sine enheter for både Ford og Renault kompaktmodeller, samt BMW M-versjoner, og de to clutchene til disse er stort sett levert av LUK. Den berømte DSG-girkassen fra VW og Audi ble designet ved hjelp av BorgWarner, og girkassen til Veyron ble designet av Ricardo. Girkasse med to clutcher og syv gir. Porsche PDK er arbeidet til... ZF, BorgWarner og Aichi Machine Industry, som i fellesskap utvikler og produserer girkassen til Nissan GT-R.

Klassisk automatiseringskonkurranse

I forrige del fortalte vi deg detaljert om oppretting og utvikling av klassiske automatiske girkasser. Vi vil legge til at i tidligere versjoner blir det hydrauliske systemet under trykk som aktiverer låseelementene (se nedenfor) mekanisk styrt basert på vakuum i manifoldene og ved hjelp av en sentrifugalregulator. Senere er alt basert på elektronikk og parametere relatert til motorstyring. Det er viktig å merke seg at de nye syntetiske oljene også gir et betydelig bidrag til den presise ytelsen til moderne girkasser. Den raske utviklingen av klassiske automatgir de siste årene har imidlertid hjulpet dem til å bli i dag uovertruffen når det gjelder girskiftkomfort med eksepsjonell glatthet og høy hastighet, og så langt er de ledende i antall gir (allerede 9). Den raske frakoblingen av dreiemomentomformeren gjør dem mer effektive og uten avbrudd i trekkraften, noe som bringer dem nærmere DSG, skiftetiden blir kortere og kortere, og ved hjelp av trykkakkumulatorer er ikke start-stopp-systemet integrert. spørsmål. Det er interessant å merke seg at mens busser for det meste bruker klassiske automatgir, er prioriteten for store lastebiler en manuell girkasse med automatisk pneumatisk girskifte.

Automatiske girkasser

For bare et tiår siden så fremtiden deres lovende ut... Etter at de begynte i motorsporten på 80-tallet og byttet til høyhastighets sekvensielle girkasser, er de nå mindre og mindre vanlige i produksjonsbiler, og gir plass til to-trinns girkasser. kløtsj. Mekaniske giralternativer med pneumatisk og hydraulisk giring forblir prioritet for lastebiler, og sekvensielle for racerbiler. Det siste er et ganske paradoksalt faktum og argumenteres av FIA med ønsket om å kutte kostnader. Det har kommet til et punkt hvor alle Formel 1-biler snart vil få girkasser fra samme leverandør. I tillegg er de begrenset i materialer, og i antall gir, og i bredden på girene - en ganske merkelig beslutning på bakgrunn av introduksjonen av nye turbomotorer.

Faktisk startet det hele som en revolusjon i den ekstreme Formel 1-inkubatoren, og dens konseptuelle generator var sjefdesigneren til Ferrari på midten av 80-tallet, John Barnard. Hans dype idé i praksis er ikke å finne en ny måte å bytte på, men å eliminere de komplekse og tunge mekanismene i førerhuset på bilen. Siden det på den tiden allerede var et teknologisk grunnlag i form av elektrohydrauliske enheter (som et element i den aktive suspensjonen av biler), bestemte han seg for at en slik aktivator kunne brukes til dette formålet. Det handler ikke engang om å fjerne clutchpedalen først. De første prototypene inkluderte enheter for å skifte hvert gir, og denne løsningen gjorde at rattspakene kunne flyttes. Først da kom ideen om å slippe clutchpedalen og samtidig åpne den ved hjelp av den elektroniske kontrollhjernen. Denne arkitekturen og mikroprosessorforbedringene, samt introduksjonen av elektronisk kontrollerte gasspjeld, tillater helautomatisk giring. Vil dette være den siste spikeren i kista til en klassisk automatgir - på nittitallet begynte slike stemmer å høres mer og mer. Dessuten forbedres automatiske girkasser raskt, og beveger seg mot en helt ny arkitektur med en ordnet (sekvensiell) design, der spakene til girsystemene er plassert i kanaler eller følger konturene til en roterende trommel.

Klassisk automatisk nå med manuell overstyring

Men samtidig som halvautomatiske girkasser basert på manuell gir tok sine første skritt i den store sporten, løste Porsche det motsatte problemet ved å lage en klassisk automatgirkasse med mulighet for giring ved hjelp av spaker på rattet. Transmisjonen tilhører selvsagt ZF, som sammen med Bosch spiller en ledende rolle i prosjektet (Porsche lager hovedideen og leder prosjektet, ZF utvikler utstyret, og Bosch er ledelsen). Gjennomføringen av prosjektet demonstreres i form av tilleggsutstyr til 911 og 968, og senere kjøper Audi og Mitsubishi lisenser for prosjektet. Navnet på denne tiptronic-girkassen kommer fra det tyske ordet tippen (å skyve) på grunn av muligheten til å skifte ved å skyve og trekke en spak. Denne typen girkasse har allerede funksjonen til å endre modus avhengig av kjørestilen til føreren.

I mellomtiden har John Barnards kreasjon sin rettmessige plass i biler - selvfølgelig for de med en sporty ånd, eller i det minste med pretensjoner til det - som Ferrari F360 Modena og den mye mer beskjedne Alfa 147 Selespeed med en sekvensiell girkasse (basert på en standard fem-trinns girkasse med ekstra girskifter og hjernen til Magnetti-Marelli Men, som vi nevnte, så det ut til at fødselen til dobbelclutch-girkassen svepte ambisjonene til automatiske girkasser i store bilers verden, og sistnevnte vendt til mer beskjedne modeller og mulighet for billigere automatisering av eksisterende girkasser (som Opel Easytronic i mellomtiden har fått sin nye, tredje utgave). Dette er implementert med enklere midler enn den serielle arkitekturen - for dette brukes en ekstra kontrollenhet, som allerede er ganske kompakt. Løsningen på designernes langvarige drøm om synkronisert automatisk giring og utkobling forblir imidlertid bare en utopi – i praksis skjer dette aldri, og alle girkasser av denne typen lider av mangel på harmonisk giring fra ett gir til et annet. . Sportsbilprodusenter har fokusert på girkasser med dobbel clutch (DCT eller DSG). Et typisk eksempel i denne retningen er samarbeidet mellom BMW og Getrag, som materialiserte seg som en sekvensiell SMG-girkasse for forrige generasjon M5 og konvertert til en syv-trinns DCT-girkasse for den nåværende.

Med to clutcher uten avbrudd i trekkraft

Det hele startet i 2003 da VW introduserte Direct Shift Transmission (eller Direct Schalt Getriebe på tysk) som ble utviklet sammen med BorgWarner. Så snart den ble introdusert, demonstrerte den evnen til å skifte raskere og uten rykk fra manuelle og automatiske girkasser, uten tap av trekkraft og uten forringelse av forbruket på grunn av mangelen på en omformer. Å gå tilbake til historien viser imidlertid at Audi brukte en lignende girkasse i sine rallybiler tilbake på midten av 80-tallet (som Sport Quattro S1 Pikes Peak), men teknologien må vente en stund før raske nok elektroniske systemer er tilgjengelig. styring for serieproduksjon, passende koblingsmaterialer og raske hydrauliske aktuatorer. I motsetning til en konvensjonell girkasse har DSG to koaksiale aksler, hver med sin egen clutch. Disse koblingene er anordnet konsentrisk i forhold til hverandre, med den ytre forbindelse til den indre av de to akslene og den indre til den hule ytre seksjonen. En av akslingene aksepterer odde, og den andre - jevne gir. Når for eksempel det første giret settes inn, er det andre allerede forberedt, og inngrepet skjer ved at det ene og det andre kobles ut samtidig uten å avbryte trekkraften. Girene drives ved hjelp av klassiske synkronisatorer, men i stedet for mekaniske stenger og gafler, gjøres dette ved hjelp av hydrauliske elementer. Multi-plate clutcher skiller seg i design fra de til mekaniske girkasser og er i denne forbindelse nær mekanismene som fungerer som låseelementer i automatikk - deres utvikling har bidratt til utviklingen av DSG. De to typene er imidlertid ikke bare like når det gjelder åpning og lukking av hydrauliske clutcher, men også når det gjelder elektronisk styring basert på flere sensorer. I tidligere versjoner hadde girkassen oljebadclutcher for bedre varmeoverføring, men med fremskritt i materialer brukes nå mer effektive tørrclutcher. DSG-transmisjoner er nå prioritert hovedsakelig for sportsmodeller, men brukes også ofte som et alternativ for kompakte og små modeller som Ford Focus og Renault Megane (utstyrt med Getrag), VW Golf, Audi A3, Skoda Octavia (VW-BorgWarner). automatisk og automatisert. Så i dag, ved hjelp av elektronikk, har alle typer automatiske girkasser muligheten til å mekanisk bytte forskjellige driftsmoduser for automatiske maskiner.

Og hva skjedde med variatoren i mellomtiden?

Ideen om en kontinuerlig variabel overføring er like gammel som verden, og prosjekter inkluderer mange variasjoner. Problemet deres er vanligvis at det ikke er gir og overføring av dreiemoment til glideflatene fører til boksing. Tilbake på begynnelsen av 20-tallet hadde sveitsiske Weber en slik girkasse, men først i 1955 klarte Dorn-brødrene å lage en praktisk løsning av denne typen – sistnevnte dukket opp i form av Variomatic i den nederlandske DAF-bilen. Hovedproblemet med en enkel og lovende trinnløs endring i et bredt spekter av design med aksialt forskjøvede hydrauliske aktuatorer og koniske elementer forbundet med et skråbelte er deres slitasje. Derfor, i senere design, ble det erstattet av et høyfriksjons stålsegmentert metallelement, der bevegelsen ikke er ved å trekke, men ved å skyve, noe som gir et høyere dreiemoment. På slutten av 80-tallet begynte mange selskaper som Ford, Fiat, Subaru og ZF samproduksjon med Van Doorne, og for å overføre mer dreiemoment enn i 2000, skapte Audi en CVT-transmisjon ved hjelp av en kjede. I 2003 utstyrte Nissan, som absolutt respekterer disse girkassene, mye takket være den lokale produsenten Jatco, Murano med en CVT-girkasse, og den nåværende automatgirversjonen av Subaru Legacy bruker en fra LUK.

Tilbake på slutten av 19-tallet ble de første CVT-transmisjonene laget, som brukte direkte inngrep med skiver med forskjellige diametre, og på 20-tallet produserte Citroen og GM først de første produksjonsversjonene. Interessen deres for denne teknologiske løsningen kom tilbake på slutten av 80-tallet, igjen med utviklingen av materialer, og dets forvaltere var det britiske selskapet Torotrak og det nevnte Jatco - sistnevnte som ledende innen CVT-transmisjoner. Den siste tiden har flere og flere nye løsninger av denne typen dukket opp, som Double Rollet CVT Ultimate Transmission, som ennå ikke har vist sin levedyktighet.

I en standard CVT-overføring plasseres vanligvis et lite planetgir foran hovedutstyret for å gi forover-, revers- og nøytrale gir. Ulike startløsninger bruker magnetiske kontakter eller en standardomformer (Subaru eller ZF Ecotronic CVT). CVT-girkasser, som har blitt neglisjert lenge de siste årene, vekker igjen økt interesse, særlig fra japanske produsenter. De har fortsatt en stor andel i den totale produksjonen av automatgir. Boschs overføringsteknologi jobber i økende grad på dette området. Som med andre kommer nye materialer og elektronikk til unnsetning.

Grunnleggende design av en klassisk automatgir

I sin nye 9G-Tronic-transmisjon bruker Mercedes en såkalt hydrodynamisk dreiemomentomformer, som er en ekstremt kompleks enhet, men prinsippet for driften er ikke forskjellig fra de første slike enheter (se bilde). I praksis består den av en pumpe koblet til motorens svinghjul, en turbin koblet til gir, og et mellomelement kalt en stator. Væskedynamikken i denne enheten er ekstremt kompleks, men bare oljen som er plassert i den pumpes rundt periferien i en sirkulær bevegelse, lik toppen av figur 8, men i en 50D-versjon der de kryssende linjene er forskjøvet. i forhold til hverandre. Den spesifikke formen til turbinbladene, som et tegn på armen, er faktisk en ekstremt nøyaktig beregnet krumning som optimalt absorberer kraften i strømmen, som igjen endrer retning brått. Som et resultat øker dreiemomentet. Dessverre, så snart retningen endres, har strømmen allerede en negativ effekt, fordi den rettes tilbake mot pumpebladene. Her kommer statoren til unnsetning, hvis rolle er å endre strømningsretningen, og det er dette elementet som gjør enheten til en momentomformer. Den er utformet på en slik måte at den har en låsemekanisme som holder den stasjonær under dette trykket. Som en konsekvens av alle de ovennevnte, ved oppstart, den største økningen i dreiemoment. Selv om strømmen reverseres ved en viss hastighet, ettersom turbinens omkretshastighet øker gradvis i motsatt retning, blir nettohastigheten den samme som i turbinens retning. For å forstå dette, forestill deg at du kjører en trikk i 30 km/t og du spretter en ball tilbake i 20 km/t. I dette tilfellet passerer oljestrømmen bak statorbladene, blokkeringen er deaktivert og den begynner å rotere fritt, og når 90 prosent av pumpehastigheten er nådd, blir virvelstrømmen radiell og økningen i dreiemoment stopper. Dermed starter og akselererer bilen, men dette er alltid forbundet med tap, selv med moderne enheter. I moderne overføringer, kort tid etter start, er omformeren slått av, eller rettere sagt, dens handling blokkeres ved hjelp av den såkalte. låsekobling, som øker den totale effektiviteten til girkassen. I hybridversjoner, som ZF 8HP, er den erstattet av en elektrisk motor som øker dreiemomentet, og i enkelte løsninger, som AMG 7G-DCT, er omformeren erstattet av et sett med plateclutcher. Og likevel - for å optimere dynamikken i oljestrømmen, har statorbladene i noen tilfeller en skiftende angrepsvinkel, som, avhengig av situasjonen, endrer dreiemomentet.

Sett med planetgir

Som nevnt i forrige avsnitt ble planetgiret valgt som det best egnede giret på grunn av dets evne til å håndtere ulike gir uten gir eller synkronisatorer. Mekanismen er et ringhjul (krone) med innvendige tenner, et solhjul og planethjul som gnider det og koblet med kronringen, som er koblet til en felles guide. Når ett av elementene (krone, guide eller solhjul) er låst, overføres dreiemomentet mellom de to andre, og girforholdet avhenger av designet. Låseelementene kan være clutcher eller båndbremser og aktiveres av hydrauliske aktuatorer mekanisk i eldre girkasser og elektronisk styrt i nyere. Selv tidlige automatiske girkasser som GM Hydra-Matic eller Chrysler Torque-Flite brukte ikke konvensjonelle planetgir, men komposittdesign som Simpsons. Sistnevnte er oppkalt etter skaperen, den amerikanske ingeniøren Howard Simpson, og inkluderer to helt identiske planetariske (episykliske) gir, der en av delene til det andre er koblet til det første (for eksempel en guide med et solhjul). I dette tilfellet er festeelementene to multi-plate clutcher, to bremseremmer, samt en enveis clutch som gir direkte overføring av dreiemoment. En tredje mekanisme, som gir en såkalt overdrive, kan legges separat til girkassen. En rekke mer moderne design bruker et mer komplekst enn konvensjonelt planetgir, for eksempel Ravigneaux (oppkalt etter skaperen, Paul Ravigneau), som er kombinert med ett og to standardgir for å øke antall gir til fem. Den inkluderer en felles korona og en kombinasjon av to forskjellige typer satellitter og solhjul, mellom hvilke enda mer komplekse energistrømmer finner sted. ZFs første 6-trinns automatgir, introdusert i 2002, bruker Lepelletier-mekanismen (designer Paul Lepelletier), noe som resulterte i færre komponenter, mindre vekt og volum. Intelligensen til moderne løsninger ligger hovedsakelig i evnen, takket være dataanalyse, til å integrere mer kompakte låsemekanismer, aksler og gir, slik at flere elementer kan samhandle og dermed oppnå flere gir.

I forkant av 9 gir: Mercedes 9G-Tronic.

Den nye Mercedes 9G-Tronic girkassen har et girforhold (girforhold fra første til niende) på 9,15. Dermed, utstyrt med denne girkassen, kan E 350 Bluetec kjøre i niende gir i 120 km / t på bare 1350 o / min. Evnen til å bevege seg ved lavere hastigheter støttes også av en dobbel torsjonsdemper som erstatter svinghjulet, kombinert med en sentrifugal pendelanordning. Selv om den tåler opptil 1000 Nm dreiemoment, er dette drivverket, basert på et stort antall datasimuleringer, lettere og mer kompakt enn før. Det todelte huset er laget av aluminium i den hydrodynamiske momentomformeren og magnesiumlegeringer, ellers med et polymer veivhus. Det ble utført mange analyser før muligheten for å realisere ni gir med bare fire planetgir var oppnådd. Denne overføringen vil bli mye brukt i andre tverrmonterte modeller, og DSG vil bli brukt til kompakte modeller.

Fantastisk rekyl ZF: 9HK

Røttene til 9HP kan spores tilbake til 2006 da ZF bestemte seg for å gå tilbake til tverrsegmentet (tidligere produkter var fire-trinns og CVT-girkasser, som ble avviklet på slutten av 90-tallet). Det tar vanligvis rundt 4 år å utvikle seg, men selskapet vil ikke at de skal komme tilbake med en 6-trinns automat fordi de allerede eksisterer. Det faktum at selskapet tar syv år å fullføre målet snakker til det enorme designarbeidet som gikk med å skape denne overføringen. Løsningen er en utrolig høyteknologisk løsning som selv i 7 Nm-versjonen bare veier 480 kg. Takket være den nye girkassen reduseres drivstofforbruket med omtrent 86 prosent sammenlignet med en 10-trinns girkasse, og med en konstant hastighet på 6 km / t er reduksjonen 120 prosent. Intelligent arkitektur inkluderer plassering av fire planetgir som er nestet i hverandre og tillegg av ekstra stiftkontakter som har mindre gjenværende friksjon når de er åpne. Det er lagt til et flertrinns dempingssystem i momentomformeren.

Tekst: Georgy Kolev