Testrit De geschiedenis van autotransmissies - Deel 1
Testrit

Testrit De geschiedenis van autotransmissies - Deel 1

Testrit De geschiedenis van autotransmissies - Deel 1

In een reeks artikelen vertellen we u over de geschiedenis van transmissies voor auto's en vrachtwagens - wellicht als knipoog naar de 75ste verjaardag van de creatie van de eerste automatische transmissie.

1993 Tijdens pre-race tests op Silverstone verliet Williams-testrijder David Coulthard de baan voor de volgende test in de nieuwe Williams FW 15C. Op nat wegdek spat de auto overal, maar toch hoort iedereen het vreemde monotone hoge toerental van een tiencilindermotor. Het is duidelijk dat Frank William een ​​ander soort transmissie gebruikt. Voor de ingewijden is het duidelijk dat dit niets anders is dan een continu variabele transmissie die is ontworpen om te voldoen aan de behoeften van een motor uit de Formule 1. Later bleek dat deze was ontwikkeld met de hulp van de alomtegenwoordige Van Doorn-specialisten. overdracht van infectie. De twee samenzwerende bedrijven hebben de afgelopen vier jaar enorme technische en financiële middelen in dit project gestoken om een ​​volledig functioneel prototype te creëren dat de regels van dynamiek in de sportkoningin zou kunnen herschrijven. In de YouTube-video van vandaag kun je de tests van dit model zien, en Coulthard beweert zelf dat hij van haar werk houdt - vooral in de bocht, waar het niet nodig is om tijd te verspillen met terugschakelen - alles wordt verzorgd door elektronica. Helaas verloor iedereen die aan het project werkte de vruchten van hun arbeid. Wetgevers waren er snel bij om het gebruik van dergelijke passen in de Formule te verbieden, naar verluidt vanwege "oneerlijk voordeel". De regels werden gewijzigd en CVT- of CVT-transmissies met V-snaar waren verleden tijd met slechts deze korte verschijning. De zaak is gesloten en Williams moet terugkeren naar semi-automatische transmissies, die nog steeds standaard zijn in de Formule 1 en die op hun beurt eind jaren 80 een revolutie werden. Trouwens, in 1965 deed DAF met de Variomatic-transmissie pogingen om het autosportcircuit te betreden, maar in die tijd was het mechanisme zo massief dat het zelfs zonder tussenkomst van subjectieve factoren gedoemd was te mislukken. Maar dat is een ander verhaal.

We hebben herhaaldelijk voorbeelden aangehaald van hoeveel innovatie in de moderne auto-industrie het resultaat is van oude ideeën die geboren zijn in de hoofden van extreem begaafde en veeleisende mensen. Door hun mechanische aard zijn tandwielkasten een van de duidelijkste voorbeelden van hoe ze op het juiste moment kunnen worden geïmplementeerd. Tegenwoordig heeft de combinatie van geavanceerde materialen en productieprocessen en e-government de mogelijkheid gecreëerd voor ongelooflijk effectieve oplossingen in alle vormen van overdracht. De trend naar een lager verbruik enerzijds en de specificiteit van nieuwe motoren met kleinere afmetingen (bijvoorbeeld de noodzaak om snel een turbogat te overwinnen) leidden tot de noodzaak om automatische transmissies te creëren met een breder scala aan overbrengingsverhoudingen en, dienovereenkomstig, een groot aantal versnellingen. Hun meer betaalbare alternatieven zijn CVT's voor kleine auto's, vaak gebruikt door Japanse autofabrikanten, en automatische handmatige transmissies zoals Easytronic. Opel (ook voor kleine auto's). De mechanismen van parallelle hybride systemen zijn specifiek, en als onderdeel van de emissiereductie-inspanningen vindt de elektrificatie van de aandrijving daadwerkelijk plaats in transmissies.

Een motor kan niet zonder versnellingsbak

Tot op heden heeft de mensheid geen efficiëntere manier uitgevonden om mechanische energie direct over te brengen (behalve natuurlijk hydraulische mechanismen en hybride elektrische systemen) dan methoden die gebruik maken van riemen, kettingen en tandwielen. Er zijn natuurlijk talloze variaties op dit onderwerp, en u kunt de essentie ervan beter begrijpen door de meest opvallende ontwikkelingen op dit gebied van de afgelopen jaren op te sommen.

Het concept van elektronisch schakelen, of elektronische indirecte verbinding van het bedieningsmechanisme met de versnellingsbak, is verre van de laatste kreet, want in 1916 creëerde het bedrijf Pullman uit Pennsylvania een versnellingsbak die elektrisch schakelt. Gebruikmakend van hetzelfde werkingsprincipe in een verbeterde vorm, werd hij twintig jaar later geïnstalleerd in de avant-garde Cord 812 - een van de meest futuristische en prachtige auto's, niet alleen in 1936, toen hij werd gemaakt. Het is veelbetekenend dat dit koord terug te vinden is op de omslag van een boek over de verworvenheden van industrieel ontwerp. Zijn transmissie brengt het koppel van de motor over op de vooras (!), en de versnellingspook is direct filigraan voor de toenmalige weergave van de stuurkolom, die speciale elektrische schakelaars activeert die een complex systeem van elektromagnetische apparaten met vacuümmembranen activeren, inclusief versnellingen. De ontwerpers van Cord wisten dit allemaal succesvol te combineren en het werkt niet alleen in theorie geweldig, maar ook in de praktijk. Het was een echte nachtmerrie om synchronisatie tussen schakelen en koppelingsbediening tot stand te brengen, en volgens de bewijzen van die tijd was het mogelijk om een ​​monteur naar een psychiatrisch ziekenhuis te sturen. De Cord was echter een luxe auto en de eigenaren konden zich de nonchalante houding van veel moderne fabrikanten ten opzichte van de nauwkeurigheid van dit proces niet veroorloven - in de praktijk schakelen de meeste geautomatiseerde (vaak robotachtige of semi-automatische) transmissies met een karakteristieke vertraging, en vaak windstoten.

Niemand beweert dat synchronisatie een veel gemakkelijkere taak is met de eenvoudigere en meer wijdverbreide handmatige transmissies van tegenwoordig, omdat de vraag "Waarom is het überhaupt nodig om zo'n apparaat te gebruiken?" Heeft een fundamenteel karakter. De reden voor deze complexe gebeurtenis, maar ook het openen van een zakelijke niche voor miljarden, ligt in de aard van de verbrandingsmotor. In tegenstelling tot bijvoorbeeld een stoommachine, waarbij de druk van de stoom die aan de cilinders wordt toegevoerd relatief gemakkelijk kan veranderen en de druk tijdens het opstarten en normaal bedrijf kan veranderen, of van een elektromotor, waarbij een sterk aandrijvend magnetisch veld bestaat ook bij nul snelheid per minuut (in feite is het dan het hoogste, en vanwege de afname van de efficiëntie van elektromotoren met toenemende snelheid, ontwikkelen alle fabrikanten van transmissies voor elektrische voertuigen momenteel tweetrapsopties) een interne verbrandingsmotor heeft een kenmerk waarbij maximaal vermogen wordt bereikt bij snelheden die dicht bij het maximum liggen, en het maximale koppel - in een relatief klein toerentalbereik, waarin de meest optimale verbrandingsprocessen plaatsvinden. Er moet ook worden opgemerkt dat de motor in het echte leven zelden wordt gebruikt op de maximale koppelcurve (overeenkomstig op de maximale vermogensontwikkelingscurve). Helaas is het koppel bij lage toerentallen minimaal, en als de transmissie direct is aangesloten, zelfs met een koppeling die ontkoppelt en wegrijden mogelijk maakt, zal de auto nooit activiteiten kunnen uitvoeren zoals starten, accelereren en rijden met een breed snelheidsbereik. Hier is een eenvoudig voorbeeld - als de motor zijn snelheid 1: 1 overbrengt en de bandenmaat 195/55 R 15 is (voorlopig abstract van de aanwezigheid van de hoofdversnelling), dan zou de auto theoretisch moeten rijden met een snelheid van 320 km. / u bij 3000 krukasomwentelingen per minuut. Auto's hebben natuurlijk directe of korte versnellingen en zelfs kruipversnellingen, in welk geval ook de eindaandrijving in aanmerking moet worden genomen. Als we echter doorgaan met de oorspronkelijke logica van het rijden met een normale snelheid van 60 km / u in de stad, heeft de motor slechts 560 tpm nodig. Natuurlijk is er geen motor die zo'n touw kan maken. Er is nog een detail - omdat, puur fysiek, vermogen recht evenredig is met koppel en snelheid (de formule kan ook worden gedefinieerd als snelheid x koppel / een bepaalde coëfficiënt), en de versnelling van een fysiek lichaam hangt af van de kracht die erop wordt uitgeoefend . , begrijp in dit geval het vermogen, het is logisch dat u voor snellere acceleratie hogere snelheden en meer belasting nodig hebt (d.w.z. koppel). Het klinkt ingewikkeld, maar in de praktijk betekent dit het volgende: elke bestuurder, zelfs iemand die niets van techniek verstaat, weet dat je om snel een auto in te halen een of zelfs twee versnellingen lager moet schakelen. Het is dus met de versnellingsbak dat hij direct hogere toeren levert en dus meer vermogen voor dit doel met dezelfde pedaaldruk. Dit is de taak van dit apparaat - rekening houdend met de kenmerken van de verbrandingsmotor, om ervoor te zorgen dat het in de optimale modus werkt. Rijden in de eerste versnelling met een snelheid van 100 km / u zal vrij oneconomisch zijn, en in de zesde versnelling, geschikt voor de baan, is het onmogelijk om op gang te komen. Het is geen toeval dat zuinig rijden vroeg moet worden geschakeld en de motor op vollast moet draaien (d.w.z. iets onder de maximumkoppelcurve rijden). Deskundigen gebruiken de term "laag specifiek stroomverbruik", die zich in het middelste toerentalbereik bevindt en dicht bij de maximale belasting. Dan gaat de gasklep van benzinemotoren wijder open en vermindert de pompverliezen, verhoogt de cilinderdruk en verbetert daardoor de kwaliteit van chemische reacties. Lagere snelheden verminderen de wrijving en geven meer tijd om volledig te vullen. Raceauto's rijden altijd met hoge snelheden en hebben een groot aantal versnellingen (acht in de Formule 1), wat een lagere snelheid mogelijk maakt bij het schakelen en de overgang naar gebieden met aanzienlijk minder vermogen beperkt.

In feite kan hij zonder een klassieke versnellingsbak, maar ...

Het geval van hybride systemen en in het bijzonder hybride systemen zoals de Toyota Prius. Deze auto heeft geen transmissie van een van de vermelde typen. Hij heeft vrijwel geen versnellingsbak! Dit is mogelijk doordat de bovengenoemde tekortkomingen worden gecompenseerd door het elektrische systeem. De transmissie wordt vervangen door een zogenaamde powersplitter, een planetair tandwiel dat een verbrandingsmotor en twee elektrische machines combineert. Voor mensen die de selectieve uitleg van de werking ervan niet hebben gelezen in boeken over hybride systemen en vooral over de creatie van de Prius (deze laatste zijn beschikbaar op de online versie van onze site ams.bg), zullen we alleen zeggen dat het mechanisme het mogelijk maakt een deel van de mechanische energie van de verbrandingsmotor die direct, mechanisch en gedeeltelijk moet worden omgezet in elektrisch (met behulp van de ene machine als generator) en weer in mechanisch (met behulp van een andere machine als elektromotor) . Het geniale van deze creatie van Toyota (wiens oorspronkelijke idee het Amerikaanse bedrijf TRW uit de jaren 60 was) is het leveren van een hoog startkoppel, waardoor zeer lage versnellingen niet nodig zijn en de motor in efficiënte modi kan werken. bij maximale belasting de hoogst mogelijke versnelling simuleren, waarbij het elektrische systeem altijd als buffer fungeert. Wanneer het accelereren en terugschakelen moet worden gesimuleerd, wordt het motortoerental verhoogd door de generator te regelen en dienovereenkomstig door zijn snelheid met behulp van een geavanceerd elektronisch stroomregelsysteem. Bij het simuleren van hoge versnellingen moeten zelfs twee auto's van rol wisselen om de snelheid van de motor te beperken. Op dit punt gaat het systeem over op de "stroomcirculatie"-modus en wordt de efficiëntie aanzienlijk verminderd, wat de scherpe weergave van het brandstofverbruik van dit type hybride voertuigen bij hoge snelheden verklaart. Deze technologie is dus in de praktijk een handig compromis voor stadsverkeer, aangezien het duidelijk is dat het elektrische systeem de afwezigheid van een klassieke versnellingsbak niet volledig kan compenseren. Om dit probleem op te lossen, gebruiken Honda-ingenieurs een eenvoudige maar ingenieuze oplossing in hun nieuwe geavanceerde hybride hybridesysteem om te concurreren met Toyota - ze voegen gewoon een zesde handgeschakelde versnellingsbak toe die inschakelt in plaats van het hogesnelheidshybridemechanisme. Dit alles kan overtuigend genoeg zijn om de noodzaak van een versnellingsbak aan te tonen. Natuurlijk, indien mogelijk met een groot aantal versnellingen - feit is dat het met handmatige bediening voor de bestuurder eenvoudigweg niet comfortabel zal zijn om een ​​groot aantal te hebben, en de prijs zal stijgen. Op dit moment zijn handgeschakelde transmissies met 7 versnellingen, zoals die in Porsche (gebaseerd op DSG) en Chevrolet Corvettes, vrij zeldzaam.

Het begint allemaal met kettingen en riemen

Verschillende omstandigheden vereisen dus bepaalde waarden van het vereiste vermogen, afhankelijk van het toerental en het koppel. En in deze vergelijking wordt de behoefte aan een efficiënte motorwerking en een lager brandstofverbruik, naast moderne motortechnologie, transmissie een steeds belangrijkere uitdaging.

Het eerste probleem dat zich voordoet, is natuurlijk het starten - in de eerste personenauto's was de meest voorkomende vorm van versnellingsbak een kettingaandrijving, geleend van een fiets, of een riemaandrijving die werkt op riemschijven met verschillende diameters. In de praktijk waren er geen onaangename verrassingen in de riemaandrijving. Hij was niet alleen net zo luidruchtig als zijn ketenpartners, maar kon ook geen tanden breken, wat bekend was van de primitieve versnellingsmechanismen die chauffeurs destijds 'transmissiesla' noemden. Sinds de eeuwwisseling zijn er experimenten uitgevoerd met de zogenaamde "wrijvingswielaandrijving", die geen koppeling of versnellingen heeft en Nissan en Mazda gebruikt in hun toroïdale versnellingsbakken (die later zullen worden besproken). De alternatieven voor tandwielen hadden echter ook een aantal ernstige nadelen: de riemen waren niet bestand tegen langdurige belastingen en toenemende snelheden, ze raakten snel los en scheurden, en de "blokken" van de wrijvingswielen waren onderhevig aan te snelle slijtage. Hoe dan ook, kort na het begin van de auto-industrie werden versnellingen noodzakelijk en bleven in dit stadium de enige optie voor het overbrengen van koppel gedurende een vrij lange periode.

De geboorte van een mechanische transmissie

Leonardo da Vinci ontwierp en vervaardigde tandwielen voor zijn mechanismen, maar de productie van sterke, redelijk nauwkeurige en duurzame tandwielen werd pas in 1880 mogelijk dankzij de beschikbaarheid van geschikte metallurgische technologieën voor het maken van hoogwaardige staal- en metaalbewerkingsmachines. relatief hoge nauwkeurigheid van het werk. Wrijvingsverliezen in tandwielen worden teruggebracht tot slechts 2 procent! Dit was het moment waarop ze onmisbaar werden als onderdeel van de versnellingsbak, maar het probleem bleef met hun unificatie en plaatsing in het algemene mechanisme. Een voorbeeld van een innovatieve oplossing is de Daimler Phoenix uit 1897, waarbij tandwielen van verschillende groottes werden "gemonteerd" tot een echte, naar de huidige opvatting, versnellingsbak, die naast vier versnellingen ook een achteruitversnelling heeft. Twee jaar later was Packard het eerste bedrijf dat de bekende positionering van de versnellingspook aan de uiteinden van de letter "H" gebruikte. In de volgende decennia waren de tandwielen niet meer, maar de mechanismen werden steeds verbeterd in naam van gemakkelijker werk. Carl Benz, die zijn eerste productieauto's uitrustte met een planetaire versnellingsbak, slaagde erin de verschijning van de eerste gesynchroniseerde versnellingsbakken van Cadillac en La Salle in 1929 te overleven. Twee jaar later werden synchronisatoren al gebruikt door Mercedes, Mathis, Maybach en Horch, en daarna nog een Vauxhall, Ford en Rolls-Royce. Eén detail - ze hadden allemaal een niet-gesynchroniseerde eerste versnelling, wat de chauffeurs enorm irriteerde en speciale vaardigheden vereiste. De eerste volledig gesynchroniseerde versnellingsbak werd in oktober 1933 gebruikt door het Engelse Alvis Speed ​​Twenty en is gemaakt door het beroemde Duitse bedrijf, dat nog steeds de naam "Gear Factory" ZF draagt, waar we in ons verhaal vaak naar zullen verwijzen. Pas in het midden van de jaren dertig begonnen synchronisatoren op andere merken te worden geïnstalleerd, maar in goedkopere auto's en vrachtwagens bleven chauffeurs worstelen met de versnellingspook om te bewegen en te schakelen. In feite werd al veel eerder een oplossing gezocht voor het probleem van dit soort ongemakken met behulp van verschillende overbrengingsconstructies, ook gericht op het constant in elkaar grijpen van tandwielparen en deze verbinden met de as - in de periode van 1899 tot 1910, De Dion Bouton ontwikkelde een interessante transmissie waarin de tandwielen constant in elkaar grijpen en hun verbinding met de secundaire as wordt uitgevoerd met behulp van kleine koppelingen. Panhard-Levasseur had een vergelijkbare ontwikkeling, maar in hun ontwikkeling werden permanent ingeschakelde tandwielen stevig met pennen verbonden met de as. De ontwerpers bleven natuurlijk nadenken over hoe ze het bestuurders gemakkelijker konden maken en auto's konden beschermen tegen onnodige schade. In 1914 besloten Cadillac-ingenieurs dat ze de kracht van hun enorme motoren konden benutten en auto's konden uitrusten met een verstelbare eindaandrijving die elektrisch kon schakelen en de overbrengingsverhouding van 4,04: in 2,5: 1 kon veranderen.

De jaren 20 en 30 waren een tijd van ongelooflijke uitvindingen die deel uitmaken van de constante accumulatie van kennis door de jaren heen. In 1931 creëerde het Franse bedrijf Cotal bijvoorbeeld een elektromagnetisch geschakelde handgeschakelde versnellingsbak die werd bestuurd door een kleine hendel op het stuur, die op zijn beurt werd gecombineerd met een kleine stationaire hendel op de vloer. We noemen de laatste functie omdat de auto hierdoor precies evenveel versnellingen vooruit kan hebben als vier versnellingen achteruit. In die tijd waren prestigieuze merken als Delage, Delahaye, Salmson en Voisin geïnteresseerd in de uitvinding van Kotal. Naast het bovengenoemde bizarre en vergeten "voordeel" van veel moderne versnellingen met achterwielaandrijving, heeft deze ongelooflijke versnellingsbak ook de mogelijkheid om te "interageren" met een Fleschel automatische shifter die schakelt als de snelheid daalt als gevolg van motorbelasting en is in feite een van de eerste pogingen om het proces te automatiseren.

De meeste auto's uit de jaren 40 en 50 hadden drie versnellingen omdat de motoren niet meer dan 4000 tpm ontwikkelden. Met de toename van toerental-, koppel- en vermogenscurves bedekten de drie versnellingen niet langer het toerentalbereik. Het resultaat was een disharmonische beweging met een karakteristieke "verbluffende" overbrenging bij het heffen en overmatig forceren bij het schakelen naar een lagere. De logische oplossing voor het probleem was de massale verschuiving naar vierversnellingen in de jaren 60, en de eerste vijfversnellingsbakken in de jaren 70 waren een belangrijke mijlpaal voor fabrikanten, die trots de aanwezigheid van een dergelijke versnellingsbak samen met het model op de auto opmerkten. Onlangs vertelde de eigenaar van een klassieke Opel Commodore me dat toen hij de auto kocht, deze in 3 versnellingen stond en gemiddeld 20 l / 100 km aflegde. Toen hij de versnellingsbak veranderde naar een vierversnellingsbak, was het verbruik 15 l / 100 km, en nadat hij eindelijk een vijfversnellingsbak had gehaald, zakte de laatste terug naar 10 liter.

Tegenwoordig zijn er praktisch geen auto's met minder dan vijf versnellingen, en zes versnellingen worden de norm in hogere versies van compacte modellen. Het zesde idee is in de meeste gevallen een sterke snelheidsvermindering bij hoge toerentallen, en in sommige gevallen wanneer het niet zo lang is en de snelheidsvermindering daalt bij het schakelen. Meertraps transmissies hebben een bijzonder positief effect op dieselmotoren, waarvan de eenheden een hoog koppel hebben, maar een aanzienlijk kleiner werkbereik vanwege de fundamentele aard van de dieselmotor.

(volgen)

Tekst: Georgy Kolev

Voeg een reactie