Testovací jízda Historie automobilových převodovek - 3. část

V této poslední části najdete různé typy moderních řešení v této oblasti.

Svět převodovek je dnes rozmanitější než kdy jindy a automobilové společnosti a dodavatelé jsou vázáni složitými vztahy a dohodami vedoucími k vytváření extrémně high-tech produktů, od malých převodovek CVT až po devítistupňové automatické převodovky.

V 50. letech se zdálo, že vše dostává křišťálově čistý obraz: pro Američany je nyní prvořadá automatická převodovka a pro Evropany zůstává prioritou manuální převodovka. Stejné konstatování lze ovšem aplikovat i na 70. léta – nesmíme zapomínat, že skutečná „motorizace“ Evropy (západní) začala právě tehdy, protože 80. léta jsou ještě roky na přestavbu z válečných trosek. Historie ukazuje, že v roce 2000 se situace příliš nelišila, i když na některých místech v Evropě se automatika začala objevovat v luxusnějších autech. Až v 90. letech začal nástup e-governmentu měnit směr ve prospěch automatických převodovek a starého kontinentu. Ale ještě v roce 80, kdy podíl automatizace v nových autech dosáhl 15 procent v USA a 4 procent v Japonsku, zvolilo toto řešení pouze 5 procent Evropanů. Samozřejmě nelze v tomto případě podceňovat psychologickou složku a velmi cílevědomou touhu druhého řadit samostatně. V té době to byly ještě převážně ročník 2002 a 6. rychlostní stupeň – teprve v 8. roce představila společnost ZF první generaci své šestistupňové převodovky 8HP, aby dosáhla výkonu až XNUMXHP, o sedm let později ZF XNUMXHP. Ten se stává skutečnou revolucí nejen počtem převodových stupňů, ale také dokonalým komfortem ovládání, který byl díky inženýrům BMW a jejich přesné integraci do sedmé řady doveden k dokonalosti.

Je to skutečně období neuvěřitelných změn, protože v té době ZF nadále dodávala 4HP pro Peugeot 407 a 5HP pro VW a Škoda. Ve skutečnosti za 13 let podíl automatických převodovek celosvětově raketově vzrostl a v roce 46 dosáhl 2014 procent. I přes navýšení počtu převodů se zmenšila velikost a hmotnost a zde si již každý najde něco. I malá auta jako Honda Jazz dostanou také dvouspojkové převodovky. Mercedes a ZF představují devět stupňových jednotek za sebou. Aktivní společný vývoj GM a Ford usilovně pracují na projektu desetistupňové automatické převodovky, aby čelili americkému Chrysleru, který mezitím vydává licencovanou verzi ZF 8HP. Zatímco evoluce manuálních převodovek směřuje k lepším převodům, zjednodušení a přesnějšímu řazení a dovádí některá auta k takové dokonalosti, že by bylo svatokrádež o ně připravit, automaty mají nyní obrovský výběr možností. Ze všech vozů s automatickou převodovkou prodaných v roce 2014 je 49 procent klasických automatických převodovek se 6 a více stupni a pouze 15 procent má méně než 6 stupňů. CVT tvoří 20 procent, dvouspojkové převodovky 9 procent a automatizované manuální převodovky jen 3 procenta, stejně jako hybridní a elektrické převodovky vozidel. Tato čísla skrývají některá přísná specifika: hlavní podíl například převodovek DSG je na trhu v Evropě, klasických v Evropě a USA a vysoký podíl převodovek CVT je v Japonsku. Nové jednotky zároveň nejsou v žádném případě těžší ani větší než jejich předchůdci – pokud pětistupňová automatická převodovka Mercedes z roku 5 vyžaduje čtyři planetové převody a sedm blokovacích zařízení, díky své inteligentní architektuře je to nový 2004G-Tronic. také zvládá čtyři planetové převody, ale se šesti spojkami jako blokovacími prvky. Jedna věc je jasná - velmi brzy budou i značky střední třídy následovat výrobce luxusního zboží a nyní přejdou na převodovky s více převodovými stupni - dobrým příkladem toho je skutečnost, že Opel je v závěrečné fázi vývoje osmistupňové automatické převodovky . Myšlenka vozu s automatickou převodovkou, která motor nepříjemně zrychluje a vytváří zvláštní syntetický pocit, je nyní zcela v historii.

Aliance a dohody

Mercedes je však jako automobilka, která vyvíjí a vyrábí vlastní převodovky, spíše jednou z výjimek. Mazda, PSA a Hyundai/Kia jsou si podobné, ale v praxi je většina výrobců automobilů do značné míry vázána složitými vztahy a společnými podniky mezi sebou navzájem a s dodavateli převodovek, jako jsou ZF a Aisin. S 8stupňovou automatickou převodovkou ZF v různých variantách jsou například modely vybaveny Audi, BMW a Rolls-Royce. Na základě licenční smlouvy vyrábí Chrysler stejnou převodovku pro modely Evasion, Chrysler a Jeep, ale také pro Maserati a Fiat. GM vyrábí osmistupňovou Hydra-Matic v Corvette sama, ale spolupracovala s Aisinem na vývoji osmistupňové převodovky pro Cadillac a před deseti lety dodávala automatické převodovky BMW. Americký gigant zároveň spolupracuje s Fordem na vývoji desetistupňové převodovky, zatímco jeho evropská dceřiná společnost Opel vyvíjí vlastní osmistupňovou převodovku. Hyundai/Kia vyvinula i vlastní osmistupňovou převodovku. Společnost Getrag, která mezitím získala bohaté zkušenosti s výrobou dvouspojkových převodovek, nabízí své agregáty jak pro kompaktní modely Ford a Renault, tak i pro verze BMW M, přičemž obě spojky pro ně většinou dodává LUK. Slavná převodovka DSG od VW a Audi byla navržena s pomocí BorgWarner a převodovku pro Veyron navrhl Ricardo. Převodovka se dvěma spojkami a sedmi rychlostními stupni. Porsche PDK je dílem... ZF, BorgWarner a Aichi Machine Industry, kteří společně vyvíjejí a vyrábějí převodovku pro Nissan GT-R.

Klasická automatizační soutěž

V předchozí části jsme vám podrobně řekli o tvorbě a vývoji klasických automatických převodovek. Dodáme, že v dřívějších verzích je tlakový hydraulický systém aktivující blokovací prvky (viz níže) mechanicky řízen na základě vakua v potrubí a pomocí odstředivého regulátoru. Později je vše založeno na elektronice a parametrech souvisejících s řízením motoru. Je důležité si uvědomit, že nové syntetické oleje také významně přispívají k přesnému výkonu moderních převodovek. Rychlý vývoj klasických automatických převodovek v posledních letech jim však pomohl stát se dnes nepřekonatelnými, pokud jde o pohodlí při řazení s výjimečnou hladkostí a vysokou rychlostí, a zatím jsou lídry v počtu rychlostních stupňů (již 9). Rychlé odpojení měniče točivého momentu je činí efektivnějšími a bez přerušení trakce, což je přibližuje k DSG, časy řazení se zkracují a pomocí akumulátorů tlaku není integrován systém start-stop. otázka. Je zajímavé poznamenat, že zatímco autobusy používají převážně klasické automatické převodovky, prioritou u velkých nákladních vozidel je manuální převodovka s automatickým pneumatickým řazením.

Automatické převodovky

Ještě před deseti lety vypadala jejich budoucnost slibně... Poté, co v 80. letech vstoupili do motorsportu a přešli na vysokorychlostní sekvenční převodovky, jsou nyní v sériových autech stále méně obvyklé a ustupují dvoustupňovým převodovkám. spojka. U nákladních vozidel zůstávají prioritou mechanické převodovky s pneumatickým a hydraulickým řazením, u závodních vozů sekvenční. To je spíše paradoxní skutečnost a FIA jej argumentuje snahou snížit náklady. Dospělo to do bodu, kdy brzy všechny vozy Formule 1 pravděpodobně dostanou převodovky od stejného dodavatele. Kromě toho jsou omezeni v materiálech, v počtu převodů a v šířce převodů - poněkud zvláštní rozhodnutí na pozadí zavedení nových turbomotorů.

Ve skutečnosti to všechno začalo jako revoluce v extrémním inkubátoru Formule 1 a jeho koncepčním generátorem byl šéfdesignér Ferrari v polovině 80. let John Barnard. Jeho hlubokou myšlenkou v praxi není najít nový způsob přepínání, ale odstranit složité a těžké mechanismy v kabině vozu. Protože již v té době existoval technologický základ v podobě elektrohydraulických zařízení (jako prvek aktivního odpružení automobilů), rozhodl se, že k tomuto účelu lze použít takový aktivátor. Nejde ani o to, že nejdřív sundáte spojkový pedál. První prototypy obsahovaly zařízení pro řazení každého rychlostního stupně a toto řešení umožňovalo posouvat páky volantu. Teprve pak přišel nápad uvolnit spojkový pedál a současně jej otevřít pomocí mozku řídicí elektroniky. Tato architektura a vylepšení mikroprocesoru, stejně jako zavedení elektronicky řízených škrticích klapek, umožňují plně automatické řazení. Bude to poslední hřebíček do rakve klasické automatické převodovky – v devadesátých letech se takové hlasy začaly ozývat stále více. Automatické převodovky se navíc rychle zdokonalují, směřují ke zcela nové architektuře s uspořádaným (sekvenčním) designem, ve kterém jsou páky řadících systémů umístěny v kanálech nebo sledují obrysy rotujícího bubnu.

Klasický automat nyní s manuálním ovládáním

Jenže ve stejné době, kdy poloautomatické převodovky na bázi manuálních převodovek udělaly první krůčky ve velkém sportu, Porsche vyřešilo opačný problém vytvořením klasické automatické převodovky s možností řadit pomocí páček na volantu. Převodovka samozřejmě patří ZF, která spolu s Boschem hraje v projektu vedoucí roli (Porsche vytváří hlavní myšlenku a vede projekt, ZF vyvíjí zařízení a Bosch je management). Realizace projektu je demonstrována formou dodatečného vybavení pro 911 a 968 a později Audi a Mitsubishi kupují licence na projekt. Název této převodovky tiptronic pochází z německého slova tippen (tlačit) kvůli schopnosti řadit zatlačením a zatažením za páku. Tento typ převodovky má již funkci změny svého režimu v závislosti na jízdním stylu řidiče.

Mezitím má výtvor Johna Barnarda své právoplatné místo v autech - samozřejmě pro ty se sportovním duchem nebo alespoň s nároky na něj - jako je Ferrari F360 Modena a mnohem skromnější Alfa 147 Selespeed se sekvenční převodovkou (založená na na standardní pětistupňové převodovce s přidanou řadicí pákou a mozkem Magnetti-Marelli Jak jsme ale zmínili, zrození dvouspojkové převodovky jako by spálilo ambice automatických převodovek ve světě velkých aut a ty druhé obrátil ke skromnějším modelům a možnosti levnější automatizace stávajících převodovek (např. Opel Easytronic se mezitím dočkal svého nového, třetího vydání). To je realizováno jednoduššími prostředky než sériová architektura - k tomu slouží přídavná řídicí jednotka, která je již poměrně kompaktní. Řešení dlouholetého snu konstruktérů o synchronizovaném automatickém řazení a vyřazování však zůstává pouze utopií – v praxi k tomu nikdy nedochází a všechny převodovky tohoto typu trpí nedostatkem harmonického řazení z jednoho převodového stupně na druhý. . Výrobci sportovních vozů se zaměřili na dvouspojkové převodovky (DCT nebo DSG). Typickým příkladem v tomto směru je spolupráce BMW a Getrag, která se zhmotnila jako sekvenční převodovka SMG pro předchozí generaci M5 a přestavěná na sedmistupňovou převodovku DCT pro tu současnou.

Se dvěma spojkami bez přerušení trakce

Vše začalo v roce 2003, kdy VW představil převodovku s přímým řazením (nebo německy Direct Schalt Getriebe) vyvinutou ve spolupráci s BorgWarner. Už při svém představení prokázal schopnost řadit rychleji a bez cukání manuálních i automatických převodovek, bez ztráty trakce a bez zhoršení spotřeby v důsledku chybějícího měniče. Návrat do historie však ukazuje, že Audi používalo podobnou převodovku ve svých soutěžních vozech již v polovině 80. let (jako Sport Quattro S1 Pikes Peak), ale technologie bude muset chvíli počkat, než budou k dispozici dostatečně rychlé elektronické systémy. ovládání pro sériovou výrobu, vhodné spojovací materiály a rychlé hydraulické pohony. Na rozdíl od konvenční převodovky má DSG dva souosé hřídele, každý s vlastní spojkou. Tyto konektory jsou uspořádány soustředně vůči sobě navzájem, přičemž vnější je připojena k vnitřnímu ze dvou hřídelů a vnitřní k duté vnější části. Jeden z hřídelů přijímá liché a druhý - sudé převody. Když je například zařazen první rychlostní stupeň, druhý je již připraven a zařazení probíhá současným vyřazením jednoho ze záběru a zařazením druhého bez přerušení trakce. Převody jsou poháněny pomocí klasických synchronizátorů, ale místo mechanických tyčí a vidlic se tak děje pomocí hydraulických prvků. Lamelové spojky se svou konstrukcí liší od těch mechanických převodovek a v tomto ohledu se blíží mechanismům, které v automatech slouží jako blokovací prvky – jejich vývoj přispěl k evoluci DSG. Oba typy si však nejsou podobné pouze z hlediska otevírání a zavírání hydraulických spojek, ale také z hlediska elektronického ovládání založeného na více senzorech. V dřívějších verzích měla převodovka spojky v olejové lázni pro lepší přenos tepla, ale s pokrokem v materiálech se nyní používají účinnější suché spojky. Převodovky DSG jsou nyní prioritou především u sportovních modelů, ale často se používají i jako alternativa pro kompaktní a malé modely jako Ford Focus a Renault Megane (ve výbavě Getrag), VW Golf, Audi A3, Škoda Octavia (VW-BorgWarner). automatické a automatizované. Takže dnes s pomocí elektroniky mají všechny typy automatických převodovek schopnost mechanicky přepínat různé režimy provozu automatických strojů.

A co se mezitím stalo s variátorem?

Myšlenka plynule měnitelné převodovky je stará jako svět a projekty zahrnují mnoho variant. Jejich problém je většinou v tom, že zde nejsou převody a přenos točivého momentu na kluzné plochy vede k škatulkování. Ještě na počátku 20. století měl takovou převodovku švýcarský Weber, ale teprve v roce 1955 se bratrům Dornům podařilo vytvořit praktické řešení tohoto druhu - to druhé se objevilo v podobě Variomatic v holandském voze DAF. Hlavním problémem jednoduché a perspektivní plynulé změny v široké škále provedení s axiálně přesazenými hydraulickými pohony a kuželovými prvky spojenými zkoseným řemenem je jejich opotřebení. Proto byl v pozdějších konstrukcích nahrazen ocelovým segmentovým kovovým prvkem s vysokým třením, u kterého není pohyb tahem, ale tlačením, což zajišťuje vyšší krouticí moment. Koncem 80. let mnoho společností jako Ford, Fiat, Subaru a ZF zahájilo koprodukci s Van Doorne a za účelem přenosu většího točivého momentu než v roce 2000 vytvořilo Audi převodovku CVT pomocí řetězu. V roce 2003 Nissan, který tyto převodovky jistě respektuje, z velké části díky místnímu výrobci Jatco, vybavil Murano převodovkou CVT a současná verze s automatickou převodovkou Subaru Legacy používá tu od LUK.

Ještě koncem 19. století vznikly první převodovky CVT, které využívaly přímého záběru s kotouči různých průměrů a ve 20. letech Citroen a GM poprvé vyrobily první sériové verze. Jejich zájem o toto technologické řešení se vrátil na konci 80. let, opět s vývojem materiálů, a jeho správci byla britská společnost Torotrak a již zmíněné Jatco – druhé jmenované jako lídr v oblasti převodovek CVT. V poslední době se objevuje stále více nových řešení tohoto druhu, jako je převodovka Double Rollet CVT Ultimate Transmission, která dosud neprokázala svou životaschopnost.

U standardní převodovky CVT je obvykle před hlavní převodovka umístěna malá planetová převodovka, která poskytuje rychlostní stupeň vpřed, vzad a neutrál. Různá počáteční řešení používají magnetické konektory nebo standardní převodník (Subaru nebo ZF Ecotronic CVT). Převodovky CVT, které byly v posledních letech dlouho opomíjeny, se opět těší zvýšenému zájmu, zejména ze strany japonských výrobců. Stále mají velký podíl na celkové výrobě automatických převodovek. Přenosové technologie společnosti Bosch v této oblasti stále více pracují. Stejně jako u ostatních přicházejí na pomoc nové materiály a elektronika.

Základní konstrukce klasické automatické převodovky

Mercedes ve své nové převodovce 9G-Tronic používá tzv. hydrodynamický měnič točivého momentu, což je extrémně složité zařízení, ale princip jeho činnosti se neliší od prvního takového zařízení (viz foto). V praxi se skládá z čerpadla spojeného se setrvačníkem motoru, turbíny spojené s ozubenými koly a mezičlánku zvaného stator. Dynamika tekutin v tomto zařízení je extrémně složitá, ale jednoduše olej v něm umístěný je čerpán po svém obvodu kruhovým pohybem, podobně jako v horní části obrázku 8, ale ve 50D verzi, ve které jsou protínající se čáry posunuty. vůči sobě navzájem. Specifický tvar lopatek turbíny ve znaku ramene je ve skutečnosti extrémně přesně vypočítané zakřivení, které optimálně absorbuje sílu proudění, které naopak prudce mění směr. V důsledku toho se zvyšuje točivý moment. Bohužel, jakmile se změní směr, proudění již působí negativně, protože je nasměrováno zpět proti lopatkám čerpadla. Zde přichází na pomoc stator, jehož úlohou je měnit směr proudění a právě tento prvek mění zařízení na měnič točivého momentu. Je navržen tak, že má zajišťovací mechanismus, který jej pod tímto tlakem udržuje v klidu. V důsledku všeho výše uvedeného dochází k největšímu nárůstu točivého momentu při rozjezdu. I když je proudění při určité rychlosti obráceno, jak se jeho obvodová rychlost turbíny postupně zvyšuje v opačném směru, jeho čistá rychlost se stává stejnou jako ve směru turbíny. Abyste tomu porozuměli, představte si, že jedete tramvají rychlostí 30 km/h a míček odrazíte zpět rychlostí 20 km/h. V tomto případě proudění oleje projde za lopatky statoru, jeho blokování se vypne a začne se otáčet. volně, a když je dosaženo 90 procent rychlosti čerpadla, vírový proud se stane radiálním a nárůst točivého momentu se zastaví. Auto tedy startuje a zrychluje, ale to je vždy spojeno se ztrátami i u moderních agregátů. U moderních převodovek se krátce po nastartování měnič vypne, respektive se jeho činnost zablokuje pomocí tzv. blokovací spojka, která zvyšuje celkovou účinnost převodovky. U hybridních verzí, jako je ZF 8HP, je nahrazen elektromotorem zvyšujícím točivý moment a u některých řešení, jako je AMG 7G-DCT, je měnič nahrazen sadou lamelových spojek. A přesto – pro optimalizaci dynamiky proudění oleje mají v některých případech lopatky statoru měnící se úhel náběhu, který podle situace mění točivý moment.

Sada planetových převodů

Jak již bylo zmíněno v předchozí části, planetové soukolí bylo vybráno jako nejvhodnější soukolí kvůli jeho schopnosti zvládnout různé převody bez převodů nebo synchronizátorů. Mechanismus je ozubený věnec (korunka) s vnitřními zuby, centrálním kolem a planetovými koly, které se o něj třou a jsou spřaženy s korunovým věncem, které jsou spojeny se společným vedením. Když je jeden z prvků (korunka, vodicí nebo centrální kolo) zablokován, točivý moment se přenáší mezi zbývající dva a převodový poměr závisí na konstrukci. Blokovací prvky mohou být spojky nebo pásové brzdy a jsou u starších převodovek ovládány hydraulickými pohony mechanicky au novějších elektronicky řízeny. Dokonce i rané automatické převodovky jako GM Hydra-Matic nebo Chrysler Torque-Flite nepoužívaly konvenční planetové převody, ale kompozitní konstrukce jako Simpson. Poslední jmenovaný je pojmenován po svém tvůrci, americkém inženýrovi Howardu Simpsonovi a zahrnuje dva zcela totožné planetové (epicyklické) převody, u nichž je jeden z dílů druhého spojen s prvním (například vedení se slunečním kolem). V tomto případě jsou upevňovacími prvky dvě lamelové spojky, dva brzdové pásy a také jednosměrná spojka, která zajišťuje přímý přenos točivého momentu. K převodovce lze samostatně přidat třetí mechanismus, poskytující tzv. rychloběh. Řada modernějších konstrukcí používá složitější než konvenční planetové soukolí, jako je Ravigneaux (pojmenovaný po svém tvůrci Paulu Ravigneau), který je kombinován s jedním a dvěma standardními převody, aby se počet převodů zvýšil na pět. Zahrnuje společnou korónu a kombinaci dvou různých typů satelitů a solárních kol, mezi kterými probíhají ještě složitější energetické toky. První 6stupňová automatická převodovka ZF, představená v roce 2002, využívá mechanismus Lepelletier (designér Paul Lepelletier), což vedlo k menšímu počtu součástí, menší hmotnosti a objemu. Inteligence moderních řešení spočívá především ve schopnosti, díky počítačové analýze, integrovat kompaktnější uzamykací mechanismy, hřídele a ozubená kola, umožňující interakci více prvků a tím i dosažení více ozubených kol.

V čele 9 rychlostních stupňů: Mercedes 9G-Tronic.

Nová převodovka Mercedes 9G-Tronic má převodový poměr (převodový poměr od prvního do devátého) 9,15. Díky této převodovce tedy může E 350 Bluetec jet na devátém rychlostním stupni při 120 km / h při pouhých 1350 ot./min. Schopnost pohybu při nižších rychlostech podporuje také dvojitý torzní tlumič nahrazující setrvačník v kombinaci s odstředivým kyvadlovým zařízením. I když zvládne točivý moment až 1000 XNUMX Nm, je tento pohon, založený na velkém počtu počítačových simulací, lehčí a kompaktnější než dříve. Dvoudílné pouzdro je vyrobeno z hliníku v hydrodynamickém měniči točivého momentu a slitin hořčíku jinak s polymerovou klikovou skříní. Než byla dosažena možnost realizace devíti rychlostních stupňů pouze se čtyřmi planetovými rychlostmi, byla provedena řada analýz. Tento přenos bude široce používán v jiných modelech s příčným uložením a DSG bude použit pro kompaktní modely.

Fantastický zpětný ráz ZF: 9 HP

Kořeny 9HP lze vysledovat do roku 2006, kdy se ZF rozhodla vrátit do příčného segmentu (předchozí produkty byly čtyřstupňové a převodovky CVT, které byly ukončeny koncem 90. let). Vývoj obvykle trvá přibližně 4 roky, ale společnost nechce, aby se vrátili se šestistupňovou automatikou, protože již existují. Skutečnost, že společnosti trvá dokončení cíle 6 let, hovoří o obrovské konstrukční práci, která šla do vytvoření tohoto přenosu. Toto řešení je neuvěřitelně technologicky vyspělé řešení, které dokonce i ve verzi 7 Nm váží pouze 480 kg. Díky nové převodovce je spotřeba paliva snížena přibližně o 86 procent ve srovnání se šestistupňovou převodovkou a při konstantní rychlosti 10 km / h je snížení o 6 procent. Inteligentní architektura zahrnuje umístění čtyř planetových soukolí vnořených do sebe a přidání dalších pinových konektorů, které mají při otevření menší zbytkové tření. Do měniče točivého momentu byl přidán vícestupňový systém tlumení.

Text: Georgy Kolev