Testkørsel Historien om biltransmissioner - del 3

I denne sidste del finder du forskellige typer moderne løsninger inden for dette område.

I dag er transmissionernes verden mere forskelligartet end nogensinde før, og bilvirksomheder og leverandører er bundet af komplekse relationer og aftaler, der fører til skabelsen af ​​ekstremt højteknologiske produkter, fra små CVT-transmissioner til ni-trins automatgear.

I 50'erne så alt ud til at få et krystalklart billede: For amerikanere er automatgear nu altafgørende, og for europæere er manuel gearkasse fortsat en prioritet. Det samme udsagn kan dog anvendes på 70'erne - vi må ikke glemme, at den egentlige "motorisering" af Europa (vestlig) begyndte netop dengang, for 80'erne er stadig år at genopbygge fra krigens ruiner. Historien viser, at billedet ikke var meget anderledes i 2000'erne, selvom der nogle steder i Europa begyndte at dukke automatik op i mere luksuriøse biler. Det var først i 90'erne, at fremkomsten af ​​e-forvaltning begyndte at ændre tidevandet til fordel for automatgear og det gamle kontinent. Men selv i 80, hvor andelen af ​​automatisering i nye biler nåede 15 procent i USA og 4 procent i Japan, valgte kun 5 procent af europæerne denne løsning. Selvfølgelig kan man ikke undervurdere den psykologiske komponent i dette tilfælde og sidstnævntes meget målrettede ønske om at skifte gear på egen hånd. På det tidspunkt var de stadig overvejende 2002 og 6. gear - det var først i '8, at ZF introducerede den første generation af sin 8HP seks-trins gearkasse for at tage dem op til XNUMXHP, syv år senere ved ZF XNUMXHP. Sidstnævnte bliver en sand revolution, ikke kun med antallet af gear, men også med den perfekte betjeningskomfort, som takket være BMW-ingeniører og deres præcise integration i den syvende serie er blevet bragt til perfektion.

Dette er virkelig en periode med utrolig forandring, fordi ZF på det tidspunkt fortsatte med at levere 4 HK til Peugeot 407 og 5 HK til VW og Skoda. Faktisk er andelen af ​​automatiske gearkasser på verdensplan gennem 13 år steget i vejret og nåede 46 procent i 2014. På trods af stigningen i antallet af gear er størrelsen og vægten reduceret, og her er allerede noget for enhver smag. Selv små biler som Honda Jazz vil også få dobbeltkoblingsgearkasser. Mercedes og ZF præsenterer ni step-enheder i rækkefølge. Aktiv fælles udvikling GM og Ford arbejder hårdt på et ti-trins automatgearprojekt for at modvirke Chrysler i Amerika, som i mellemtiden frigiver en licenseret version af ZF 8HP. Mens udviklingen af ​​manuelle gearkasser bevæger sig i retning af bedre gear, forenkling og mere præcise skift, hvilket bringer nogle biler til en sådan perfektion, at det ville være helligbrøde at fratage dem, har automatikken nu et stort udvalg af muligheder. Af alle biler med automatgear solgt i 2014 er 49 procent klassiske automatgear med 6 eller flere gear, og kun 15 procent har mindre end 6 gear. CVT'er udgør 20 procent, dobbeltkoblingsgearkasser 9 procent, og automatiserede manuelle gearkasser kun 3 procent, ligesom hybrid- og elektriske køretøjsgearkasser. Disse tal skjuler nogle strenge detaljer: Hovedandelen af ​​DSG-transmissioner er for eksempel på markedet i Europa, klassiske i Europa og USA, og en høj andel af CVT-transmissioner er i Japan. Samtidig er de nye enheder på ingen måde tungere eller større end deres forgængere – hvis Mercedes 5-trins automatgearkassen fra 2004 kræver fire planetgear og syv låseanordninger, takket være dens intelligente arkitektur, er den nye 9G-Tronic det klarer også fire planetgear, men med seks koblinger som låseelementer. En ting er klar - meget snart vil selv mellemklassemærker følge luksusvareproducenterne og nu gå over til transmissioner med flere gear - et godt eksempel på dette er det faktum, at Opel er i de sidste faser af udviklingen af ​​en otte-trins automatgearkasse . Ideen om en bil med automatgear, der får motoren til at accelerere ubehageligt og skaber en mærkelig syntetisk følelse, er nu helt i historiens annaler.

Alliancer og aftaler

Mercedes er dog snarere en af ​​undtagelserne som bilproducent, der udvikler og producerer sine egne transmissioner. Mazda, PSA og Hyundai/Kia ligner hinanden, men i praksis er de fleste bilproducenter i høj grad bundet af komplekse relationer og joint ventures med hinanden og med gearkasseleverandører som ZF og Aisin. Med en 8-trins ZF automatgearkasse i forskellige varianter er modellerne eksempelvis udstyret af Audi, BMW og Rolls-Royce. Under en licensaftale producerer Chrysler den samme transmission til Evasion-, Chrysler- og Jeep-modeller, men også til Maserati og Fiat. GM laver den otte-trins Hydra-Matic i selve Corvetten, men den arbejdede sammen med Aisin om at udvikle en otte-trins gearkasse til Cadillac og leverede automatiske gearkasser til BMW for ti år siden. Samtidig arbejder den amerikanske gigant sammen med Ford om at udvikle en ti-trins gearkasse, mens dets europæiske datterselskab Opel udvikler sin egen otte-trins gearkasse. Hyundai/Kia udviklede også deres egen otte-trins gearkasse. Getrag, som i mellemtiden har oparbejdet stor erfaring med produktion af dobbeltkoblingsgear, tilbyder sine enheder til både Ford og Renault kompaktmodeller samt BMW M-versioner, og de to koblinger til disse er for det meste leveret af LUK. Den berømte DSG-transmission fra VW og Audi er designet med hjælp fra BorgWarner, og transmissionen til Veyron er designet af Ricardo. Gearkasse med to koblinger og syv gear. Porsche PDK er værket af... ZF, BorgWarner og Aichi Machine Industry, som i fællesskab udvikler og producerer transmissionen til Nissan GT-R.

Klassisk automatiseringskonkurrence

I den foregående del fortalte vi dig detaljeret om oprettelsen og udviklingen af ​​klassiske automatiske transmissioner. Vi vil tilføje, at i tidligere versioner styres det hydrauliske tryk, der aktiverer låseelementerne (se nedenfor), mekanisk baseret på vakuum i manifolderne og ved hjælp af en centrifugalregulator. Senere er alt baseret på elektronik og parametre relateret til motorstyring. Det er vigtigt at bemærke, at de nye syntetiske olier også yder et væsentligt bidrag til den nøjagtige ydelse af moderne transmissioner. Imidlertid har den hurtige udvikling af klassiske automatiske transmissioner i de senere år hjulpet dem med at blive uovertruffen i dag med hensyn til gearskiftkomfort med enestående glathed og høj hastighed, og indtil videre er de førende inden for antallet af gear (allerede 9). Den hurtige frakobling af momentomformeren gør dem mere effektive og uden afbrydelse af trækkraft, hvilket bringer dem tættere på DSG, skiftetiderne bliver kortere og kortere, og ved hjælp af trykakkumulatorer er start-stop-systemet ikke integreret. spørgsmål. Det er interessant at bemærke, at mens busser for det meste bruger klassiske automatiske transmissioner, er prioriteten for store lastbiler en manuel transmission med automatisk pneumatisk gearskift.

Automatiske transmissioner

For bare et årti siden så deres fremtid lovende ud... Efter at de gik ind i motorsporten i 80'erne og skiftede til højhastigheds-sekventielle gearkasser, er de nu mindre og mindre almindelige i produktionsbiler, og de giver plads til to-trins gearkasser. kobling. Mekaniske transmissionsmuligheder med pneumatisk og hydraulisk skift forbliver prioriteret for lastbiler, og sekventielle for racerbiler. Sidstnævnte er et ret paradoksalt faktum og argumenteres af FIA med ønsket om at skære i omkostningerne. Det er nået dertil, hvor alle Formel 1-biler snart vil få gearkasser fra den samme leverandør. Derudover er de begrænsede i materialer og i antallet af gear og i bredden af ​​gearene - en ret mærkelig beslutning på baggrund af introduktionen af ​​nye turbomotorer.

Faktisk startede det hele som en revolution i den ekstreme Formel 1-kuvøse, og dens konceptuelle generator var chefdesigneren af ​​Ferrari i midten af ​​80'erne, John Barnard. Hans dybe idé i praksis er ikke at finde en ny måde at skifte på, men at eliminere de komplekse og tunge mekanismer i bilens førerhus. Da der på det tidspunkt allerede var et teknologisk grundlag i form af elektrohydrauliske enheder (som et element i den aktive ophængning af biler), besluttede han, at en sådan aktivator kunne bruges til dette formål. Det handler ikke engang om at fjerne koblingspedalen først. De første prototyper inkluderede enheder til at skifte hvert gear, og denne løsning gjorde det muligt at flytte rattets håndtag. Først da opstod ideen om at slippe koblingspedalen og samtidig åbne den ved hjælp af den kontrolelektroniske hjerne. Denne arkitektur og mikroprocessorforbedringer samt introduktionen af ​​elektronisk styrede gasspjæld giver mulighed for fuldautomatisk skift. Vil dette være det sidste søm i kisten på en klassisk automatgearkasse - i halvfemserne begyndte sådanne stemmer at blive hørt mere og mere. Desuden forbedres automatiske gearkasser hurtigt og bevæger sig mod en helt ny arkitektur med et ordnet (sekventielt) design, hvor gearsystemets greb er placeret i kanaler eller følger konturerne af en roterende tromle.

Klassisk automatisk nu med manuel tilsidesættelse

Men samtidig med at halvautomatiske transmissioner baseret på manuelle gear tog deres første skridt i den store sport, løste Porsche det modsatte problem ved at skabe en klassisk automatgearkasse med mulighed for at skifte ved hjælp af håndtag på rattet. Transmissionen tilhører naturligvis ZF, som sammen med Bosch spiller en ledende rolle i projektet (Porsche skaber hovedideen og leder projektet, ZF udvikler udstyret, og Bosch er ledelsen). Gennemførelsen af ​​projektet demonstreres i form af ekstraudstyr til 911 og 968, og senere køber Audi og Mitsubishi licenser til projektet. Navnet på denne tiptronic transmission kommer fra det tyske ord tippen (at skubbe) på grund af evnen til at skifte ved at skubbe og trække i et håndtag. Denne type gearkasse har allerede funktionen til at ændre sin tilstand afhængigt af førerens kørestil.

I mellemtiden har John Barnards skabelse sin retmæssige plads i biler - selvfølgelig for dem med en sporty ånd, eller i det mindste med prætentioner til det - såsom Ferrari F360 Modena og den meget mere beskedne Alfa 147 Selespeed med en sekventiel transmission (baseret på en standard fem-trins gearkasse med en ekstra gearskifter og hjernen fra Magnetti-Marelli Men, som vi nævnte, syntes fødslen af ​​dobbeltkoblingsgearkassen at brænde ambitionerne om automatiske gearkasser i de store bilers verden, og sidstnævnte henvendt sig til mere beskedne modeller og mulighed for billigere automatisering af eksisterende transmissioner (som Opel Easytronic i mellemtiden har fået sin nye, tredje udgave). Dette er implementeret med enklere midler end den serielle arkitektur - til dette bruges en ekstra kontrolenhed, som allerede er ret kompakt. Løsningen på designernes langvarige drøm om synkroniseret automatisk skift og udkobling er dog kun en utopi – i praksis sker det aldrig, og alle transmissioner af denne type lider under mangel på harmonisk skift fra et gear til et andet. . Sportsvognsproducenter har fokuseret på dobbeltkoblingsgear (DCT eller DSG). Et typisk eksempel i denne retning er samarbejdet mellem BMW og Getrag, der udmøntede sig som en sekventiel SMG-gearkasse til den tidligere generation M5 og ombygget til en syvtrins DCT-gearkasse til den nuværende.

Med to koblinger uden afbrydelse af trækkraft

Det hele startede i 2003, da VW introducerede Direct Shift Transmission (eller Direct Schalt Getriebe på tysk) udviklet i samarbejde med BorgWarner. Så snart den blev introduceret, demonstrerede den evnen til at skifte hurtigere og uden ryk fra manuelle og automatiske gearkasser, uden tab af trækkraft og uden forringelse af forbruget på grund af manglen på en konverter. At gå tilbage til historien viser dog, at Audi brugte en lignende gearkasse i deres rallybiler tilbage i midten af ​​80'erne (som Sport Quattro S1 Pikes Peak), men teknologien skal vente et stykke tid, før hurtige nok elektroniske systemer er tilgængelige. styring til serieproduktion, passende koblingsmaterialer og hurtige hydrauliske aktuatorer. I modsætning til en konventionel transmission har DSG to koaksiale aksler, hver med sin egen kobling. Disse konnektorer er anbragt koncentrisk i forhold til hinanden, med den ydre forbindelse til den indre af de to aksler og den indre til den hule ydre sektion. En af akslerne accepterer ulige, og den anden - lige gear. Når f.eks. det første gear er indkoblet, er det andet allerede forberedt, og indkoblingen sker ved samtidig at frakoble det ene og indkoble det andet uden at afbryde trækkraften. Gearene drives ved hjælp af klassiske synkronisatorer, men i stedet for mekaniske stænger og gafler sker dette ved hjælp af hydrauliske elementer. Multipladekoblinger adskiller sig i design fra mekaniske transmissioner og er i denne henseende tæt på de mekanismer, der tjener som låseelementer i automatik - deres udvikling har bidraget til udviklingen af ​​DSG. De to typer ligner dog ikke kun hinanden, hvad angår åbning og lukning af hydrauliske koblinger, men også i form af elektronisk styring baseret på flere sensorer. I tidligere versioner havde transmissionen oliebadskoblinger for bedre varmeoverførsel, men med fremskridt inden for materialer bliver mere effektive tørkoblinger nu brugt. DSG-gearkasser prioriteres nu hovedsageligt til sportsmodeller, men bruges også ofte som et alternativ til kompakte og små modeller som Ford Focus og Renault Megane (udstyret med Getrag), VW Golf, Audi A3, Skoda Octavia (VW-BorgWarner). automatisk og automatiseret. Så i dag, ved hjælp af elektronik, har alle typer automatiske transmissioner evnen til mekanisk at skifte forskellige driftsformer for automatiske maskiner.

Og hvad skete der med variatoren i mellemtiden?

Ideen om en trinløs transmission er lige så gammel som verden, og projekter omfatter mange variationer. Deres problem er normalt, at der ikke er nogen gear, og overførsel af drejningsmoment til glideoverfladerne fører til boksning. Tilbage i begyndelsen af ​​det 20. århundrede havde schweiziske Weber sådan en transmission, men først i 1955 lykkedes det Dorn-brødrene at skabe en praktisk løsning af denne art – sidstnævnte dukkede op i form af Variomatic i den hollandske DAF-bil. Hovedproblemet med en enkel og lovende trinløs ændring i en lang række designs med aksialt forskudte hydrauliske aktuatorer og tilspidsede elementer forbundet med en skrå rem er deres slid. Derfor blev det i senere designs erstattet af et højfriktionsstål segmenteret metalelement, hvor bevægelsen ikke er ved at trække, men ved at skubbe, hvilket giver et højere drejningsmoment. I slutningen af ​​80'erne begyndte mange virksomheder som Ford, Fiat, Subaru og ZF co-produktion med Van Doorne, og for at overføre mere drejningsmoment end i 2000 skabte Audi en CVT-transmission ved hjælp af en kæde. I 2003 udstyrede Nissan, som bestemt respekterer disse transmissioner, i høj grad takket være den lokale producent Jatco, Murano med en CVT-gearkasse, og den nuværende automatgearversion af Subaru Legacy bruger en fra LUK.

Tilbage i slutningen af ​​19-tallet blev de første CVT-transmissioner skabt, som brugte direkte indgreb med skiver med forskellige diametre, og i 20'erne producerede Citroen og GM først de første produktionsversioner. Deres interesse for denne teknologiske løsning vendte tilbage i slutningen af ​​80'erne, igen med udviklingen af ​​materialer, og dets vogtere var det britiske firma Torotrak og det førnævnte Jatco - sidstnævnte som førende inden for CVT-transmissioner. På det seneste er der dukket flere og flere nye løsninger af denne art op, såsom Double Rollet CVT Ultimate Transmission, som endnu ikke har vist deres levedygtighed.

I en standard CVT-transmission placeres et lille planetgear normalt foran hovedgearet for at give fremad, baglæns og neutrale gear. Forskellige startløsninger bruger magnetiske stik eller en standardkonverter (Subaru eller ZF Ecotronic CVT). CVT-gearkasser, som er blevet forsømt i lang tid de seneste år, tiltrækker igen øget interesse, især fra japanske producenter. De har stadig en stor andel i den samlede produktion af automatiske transmissioner. Boschs transmissionsteknologier arbejder i stigende grad inden for dette område. Som med andre kommer nye materialer og elektronik til undsætning.

Grundlæggende design af en klassisk automatisk transmission

I sin nye 9G-Tronic-transmission bruger Mercedes en såkaldt hydrodynamisk momentomformer, som er en ekstremt kompleks enhed, men princippet om dens drift er ikke forskellig fra de første sådanne enheder (se billede). I praksis består den af ​​en pumpe forbundet til motorens svinghjul, en turbine forbundet med gear og et mellemelement kaldet en stator. Væskedynamikken i denne enhed er ekstremt kompleks, men blot den olie, der er placeret i den, pumpes rundt i dens periferi i en cirkulær bevægelse, svarende til toppen af ​​figur 8, men i en 50D-version, hvor de skærende linjer er forskudt. i forhold til hinanden. Turbinevingernes specifikke form, som et tegn på armen, er i virkeligheden en ekstremt præcist beregnet krumning, der optimalt absorberer strømningskraften, som til gengæld ændrer retning brat. Som et resultat øges drejningsmomentet. Desværre, så snart retningen ændres, har flowet allerede en negativ effekt, fordi det er rettet tilbage mod pumpebladene. Her kommer statoren til undsætning, hvis rolle er at ændre strømmens retning, og det er dette element, der gør enheden til en momentomformer. Den er designet på en sådan måde, at den har en låsemekanisme, der holder den stationær under dette tryk. Som en konsekvens af alle ovenstående, ved opstart, den største stigning i drejningsmoment. Selvom flowet vendes med en vis hastighed, bliver dens nettohastighed den samme som i turbinens omkredshastighed gradvist øges i den modsatte retning. For at forstå dette, forestil dig, at du kører en sporvogn med 30 km/t, og du hopper en bold tilbage med 20 km/t. I dette tilfælde passerer oliestrømmen bag statorbladene, dens blokering er deaktiveret, og den begynder at rotere frit, og når 90 procent af pumpehastigheden er nået, bliver hvirvelstrømmen radial, og stigningen i momentet stopper. Således starter og accelererer bilen, men dette er altid forbundet med tab, selv med moderne enheder. I moderne transmissioner, kort efter start, er konverteren slukket, eller rettere, dens handling blokeres ved hjælp af den såkaldte. låsekobling, hvilket øger transmissionens samlede effektivitet. I hybridversioner, såsom ZF 8HP, er den erstattet af en elektrisk motor, der øger momentet, og i nogle løsninger, såsom AMG 7G-DCT, er konverteren erstattet af et sæt pladekoblinger. Og alligevel - for at optimere dynamikken i oliestrømmen, har statorbladene i nogle tilfælde en skiftende angrebsvinkel, som afhængigt af situationen ændrer drejningsmomentet.

Sæt med planetgear

Som nævnt i forrige afsnit blev planetgearet valgt som det bedst egnede gear på grund af dets evne til at håndtere forskellige gear uden gear eller synkronisatorer. Mekanismen er et ringgear (krone) med indvendige tænder, et solgear og planethjul, der gnider det og koblet med kronringen, som er forbundet med en fælles guide. Når et af elementerne (krone, styre eller solhjul) er låst, overføres drejningsmomentet mellem de to andre, og udvekslingen afhænger af designet. Låseelementerne kan være koblinger eller båndbremser og aktiveres af hydrauliske aktuatorer mekanisk i ældre transmissioner og elektronisk styret i nyere. Selv tidlige automatiske gearkasser som GM Hydra-Matic eller Chrysler Torque-Flite brugte ikke konventionelle planetgear, men kompositdesign som Simpsons. Sidstnævnte er opkaldt efter sin skaber, den amerikanske ingeniør Howard Simpson, og omfatter to fuldstændig identiske planetariske (epicykliske) gear, hvor en af ​​delene af den anden er forbundet med den første (for eksempel en guide med et solhjul). I dette tilfælde er fastgørelseselementerne to flerpladekoblinger, to bremseremme samt en envejskobling, der giver direkte transmission af drejningsmoment. En tredje mekanisme, der giver et såkaldt overgear, kan tilføjes separat til gearkassen. En række mere moderne designs bruger et mere komplekst end konventionelt planetgear, såsom Ravigneaux (opkaldt efter dets skaber, Paul Ravigneau), som er kombineret med et og to standardgear for at øge antallet af gear til fem. Den omfatter en fælles korona og en kombination af to forskellige typer satellitter og solhjul, hvor imellem der finder endnu mere komplekse energistrømme sted. ZFs første 6-trins automatgearkasse, der blev introduceret i 2002, bruger Lepelletier-mekanismen (designer Paul Lepelletier), hvilket resulterede i færre komponenter, mindre vægt og volumen. Intelligensen af ​​moderne løsninger ligger hovedsageligt i evnen til, takket være computeranalyse, at integrere mere kompakte låsemekanismer, aksler og gear, hvilket tillader flere elementer at interagere og derfor opnå flere gear.

I spidsen for 9 gear: Mercedes 9G-Tronic.

Den nye Mercedes 9G-Tronic transmission har et gearforhold (gearforhold fra første til niende) på 9,15. Således udstyret med denne transmission kan E 350 Bluetec køre i niende gear ved 120 km / t ved kun 1350 omdr./min. Evnen til at bevæge sig ved lavere hastigheder understøttes også af en dobbelt torsionsspjæld, der erstatter svinghjulet kombineret med en centrifugalpendulanordning. Selvom det kan klare op til 1000 Nm drejningsmoment, er dette drivsystem, baseret på et stort antal computersimuleringer, lettere og mere kompakt end før. Det todelte hus er lavet af aluminium i den hydrodynamiske momentomformer og magnesiumlegeringer ellers med et polymert krumtaphus. Talrige analyser blev udført, før muligheden for at realisere ni gear med kun fire planetgear blev opnået. Denne transmission vil blive udbredt i andre modeller på tværs, og DSG vil blive brugt til kompakte modeller.

Fantastisk rekyl ZF: 9HK

Rødderne til 9HP kan spores tilbage til 2006, da ZF besluttede at vende tilbage til det tværgående segment (tidligere produkter var fire-trins og CVT transmissioner, som blev afbrudt i slutningen af ​​90'erne). Det tager normalt omkring 4 år at udvikle sig, men virksomheden ønsker ikke, at de skal komme tilbage med en 6-trins automatik, fordi de allerede findes. Det faktum, at virksomheden tager 7 år at gennemføre målet, taler til det enorme designarbejde, der gik ind i at skabe denne transmission. Løsningen er en utrolig højteknologisk løsning, der selv i 480 Nm-versionen kun vejer 86 kg. Takket være den nye gearkasse reduceres brændstofforbruget med ca. 10 procent sammenlignet med en 6-trins gearkasse, og ved en konstant hastighed på 120 km / t er reduktionen 16 procent. Intelligent arkitektur inkluderer placering af fire planetgear, der er indlejret i hinanden, og tilføjelsen af ​​ekstra stift, der har mindre restfriktion, når de er åbne. Et drejningssystem med flere trin er tilføjet til momentomformeren.

Tekst: Georgy Kolev