Test Drive A Storia di Trasmissioni Automotive - Parte 1

In una seria di articuli vi cuntaremu di a storia di trasmissioni per vitture è camioni - forsi cum'è un cennu à l'occasione di u 75 anniversariu di a creazione di a prima trasmissione automatica.

1993 Durante a prova pre-corsa à Silverstone, u pilotu di prova Williams David Coulthard lasciò a pista per a prussima prova in a nova Williams FW 15C. Nantu à u pavimentu bagnatu, a vittura spruzza in ogni locu, ma ancu tutti ponu sente u stranu sonu monotonu à alta velocità di un mutore di dece cilindri. Ovviamente, Frank William usa un altru tipu di trasmissione. Hè chjaru à l'illuminati chì questu hè nunda più di una trasmissione continuamente variabile pensata per risponde à i bisogni di un mutore di Formula 1. In seguitu, hè statu sviluppatu cù l'aiutu di l'ubiquitous specialisti Van Doorn. trasmissioni di infezzjoni. E duie cumpagnie conspirate anu versatu enormi risorse di ingegneria è finanziarii in stu prughjettu in l'ultimi quattru anni per creà un prototipu cumplettamente funziunale chì puderia riscrive e regule di dinamica in a regina di sport. In u video di YouTube oghje pudete vede e teste di stu mudellu, è u stessu Coulthard dichjara chì li piace u so travagliu - soprattuttu in u cantonu, induve ùn ci hè bisognu di perdiri u tempu di downshifting - tuttu hè curatu da l'elettronica. Sfurtunatamente, tutti quelli chì anu travagliatu nantu à u prugettu persu i frutti di u so travagliu. I legislaturi anu prestu à pruibisce l'usu di tali pass in Formula, presuntamente per "vantaghju ingiustu". I reguli sò stati cambiati è e trasmissioni CVT o CVT di cinture in V eranu a storia cù solu questa breve apparizione. U casu hè chjusu è Williams deve vultà à trasmissioni semi-automatica, chì sò sempre standard in Formula 1 è chì, à u turnu, hè diventatu una rivoluzione à a fine di l'anni 80. A strada, in u 1965, DAF cù a trasmissioni Variomatic hà fattu tentativu di entre in a pista di u motorsport, ma à quellu tempu u mecanismu era cusì massivu chì ancu senza l'intervenzione di fatturi subjectivi era cundannatu à fallimentu. Ma questu hè un'altra storia.

Avemu citatu ripetutamente esempi di quantu innuvazione in l'industria automobilistica muderna hè u risultatu di idee anziane nate in i capi di persone estremamente dotate è esigenti. Per via di a so natura meccanica, e scatule di ingranaggi sò unu di l'esempii più chjaru di cume si ponu implementà quandu u tempu hè giustu. Oghje ghjornu, a cumminazione di materiali avanzati è prucessi di fabricazione è e-guvernu hà creatu l'occasione per suluzioni incredibilmente efficaci in tutte e forme di trasmissione. A tendenza à un cunsumu più bassu da una parte è a specificità di novi motori cù dimensioni ridotte (per esempiu, a necessità di superà rapidamente un foru turbo) portanu à a necessità di creà trasmissioni automatiche cù una gamma più larga di rapporti di trasmissione è, di conseguenza, un gran numeru di ingranaggi. E so alternative più accessibili sò CVT per e piccule vitture, spessu aduprate da i fabbricanti di automobili giapponesi, è trasmissioni manuali automatiche cum'è Easytronic. Opel (ancu per piccule vitture). I meccanismi di i sistemi ibridi paralleli sò specifici, è in u quadru di i sforzi di riduzione di emissioni, l'elettrificazione di l'azionamentu si verifica in realtà in e trasmissioni.

Un mutore ùn pò fà senza una scatula di cambiamenti

Finu à oghje, l'umanità ùn hà micca inventatu un modu più efficace di trasmissione diretta di energia meccanica (eccettu, naturalmente, meccanismi idraulici è sistemi elettrici ibridi) di i metudi chì utilizanu cinture, catene è ingranaggi. Benintesa, ci sò innumerevuli variazioni annantu à questu tema, è pudete capisce megliu a so essenza elencendu i sviluppi più impurtanti in questa zona in l'ultimi anni.

U cuncettu di cambiamentu elettronicu, o cunnessione indiretta elettronica di u mecanismu di cuntrollu à u gearbox, hè luntanu da l'ultimu gridu, perchè in u 1916 a cumpagnia Pullman di Pennsylvania hà creatu un gearbox chì cambia l'ingranaggi elettricamente. Utilizendu u listessu principiu di travagliu in una forma migliurata, vint'anni dopu hè stallatu in l'avant-garde Cord 812 - una di e vitture più futuristiche è maravigliose micca solu in u 1936, quandu hè stata creata. Hè abbastanza significativu chì stu cordone pò esse truvatu nantu à a copertina di un libru nantu à i rializazioni di u disignu industriale. A so trasmissioni trasmette torque da u mutore à l'assale di fronte (!), è u cambiu di marcia hè filigrana diretta per a rapprisintazioni allora di a colonna di direzzione, chì attiva interruttori elettrici speciali chì attivanu un sistema cumplessu di apparecchi elettromagnetici cù diaframmi di vacuum, inclusi l'ingranaggi. I diseggiani di Cord anu sappiutu cunghjuntà tuttu questu cun successu, è funziona bè micca solu in teoria, ma ancu in pratica. Era un veru incubo di stallà a sincronizazione trà u cambiamentu di marcia è u funziunamentu di l'embrague, è, secondu l'evidenza di u tempu, era pussibule di mandà un meccanicu à un ospedale psichiatricu. In ogni casu, u Cord era una vittura di lussu, è i so patroni ùn puderanu micca permette l'attitudine casuale di parechji pruduttori muderni à l'accuratezza di stu prucessu - in pratica, a più automatizata (spessu chjamata robotica o semi-automatica) trasmissioni cambia cù un ritardu caratteristicu, è spessu raffi.

Nimu ùn pretende chì a sincronizazione hè un compitu assai più faciule cù e trasmissioni manuali più simplici è più diffusa oghje, perchè a quistione "Perchè hè necessariu di utilizà un tali dispositivu in tuttu?" Hà un caratteru fundamentale. U mutivu di questu avvenimentu impegnativu, ma ancu l'apertura di una nicchia d'affari per miliardi, si trova in a natura stessa di u mutore di combustione. A cuntrariu, per esempiu, un mutore di vapore, induve a prissioni di u vapore furnitu à i cilindri pò cambià relativamente facilmente, è a so pressione pò cambià durante l'iniziu è u funziunamentu normale, o da un mutore elettricu, in quale un forte campu magneticu di guida. esiste ancu à velocità zero. per minutu (in fattu, allora hè u più altu, è per via di a diminuzione di l'efficienza di i mutori elettrici cù a velocità crescente, tutti i pruduttori di trasmissioni per i veiculi elettrici sò attualmente sviluppati opzioni in dui fasi) un internu. u mutore di combustione hà una caratteristica in quale a putenza massima hè ottenuta à velocità vicinu à u massimu, è u torque massimu - in una gamma relativamente chjuca di velocità, in quale i prucessi di combustione più ottimali sò. Si deve dinù nutà chì in a vita vera, u mutore hè raramente adupratu nantu à a curva di coppia massima (rispettivamente, nantu à a curva di sviluppu di a putenza massima). Sfurtunatamente, u torque à giri bassi hè minimu, è se a trasmissione hè direttamente cunnessa, ancu cù una frizione chì si sblocca è permette di parte, a vittura ùn serà mai in gradu di fà attività cum'è avviamentu, accelerazione è guida à una larga gamma di velocità. Eccu un esempiu simplice - se u mutore trasmette a so vitezza 1: 1, è a dimensione di u pneumaticu hè 195/55 R 15 (per avà, astrattu da a prisenza di l'ingranaggio principale), in teoria, a vittura duveria spustà à una vitezza di 320 km. / h à 3000 rivoluzioni albero motore per minutu. Benintesa, e vitture anu ingranaggi diretti o vicini è ancu ingranaggi cingolati, in quale casu a trasmissione finale entra ancu in l'equazione è deve esse presa in considerazione. Tuttavia, se continuemu a logica originale di u ragiunamentu per guidà à una velocità normale di 60 km / h in cità, u mutore hà bisognu solu di 560 giri / min. Benintesa, ùn ci hè micca un mutore capace di fà un tale filu. Ci hè un dettu più - perchè, puramente fisicu, a putenza hè direttamente proporzionale à u torque è a velocità (a so formula pò ancu esse definita cum'è vitezza x torque / un certu coefficient), è l'accelerazione di un corpu fisicu dipende da a forza applicata. . , capite, in questu casu a putenza, hè logicu chì per una accelerazione più rapida avete bisognu di velocità più alte è di più carica (i.e. torque). Sembra cumplicatu, ma in pratica questu significa u seguente: ogni cunduttore, ancu quellu chì ùn capisce nunda in a tecnulugia, sà chì per avvicinà rapidamente una vittura, avete bisognu di cambià una o ancu duie marce più bassa. Cusì, hè cù a scatula di ingranaggi chì furnisce istantaneamente giri più alti è dunque più putenza per questu scopu cù u listessu gradu di pressione di pedale. Questu hè u compitu di stu dispusitivu - tenendu in contu e caratteristiche di u mutore di combustione interna, per assicurà u so funziunamentu in u modu ottimali. Cunduce in prima marcia à 100 km / h serà abbastanza pocu ecunomicu, è in sesta marcia, adatta per a pista, hè impussibile di mette in opera. Ùn hè micca cuincidenza chì a cundizione ecunomica richiede cambi di marcia precoci è u mutore gira à pienu caricu (vale à dì cunduce leggermente sottu à a curva di coppia massima). L'esperti utilizanu u termine "bassu cunsumu energeticu specificu", chì si trova in a gamma media di giri è vicinu à a carica massima. Tandu a valvula à farfalla di i motori à benzina si apre più larga è riduce e perdite di pumping, aumenta a pressione di u cilindru è migliora cusì a qualità di e reazioni chimiche. E velocità più basse riducenu a frizione è permettenu più tempu per riempie cumpletamente. E vitture da corsa giranu sempre à grande velocità è anu un gran numeru di marce (ottu in Formula 1), chì permette una velocità ridotta quandu si sposta è limita a transizione versu e zone cun significativamente menu potenza.

In fatti, pò fà senza una scatula di cambiamenti classica, ma ...

U casu di i sistemi ibridi è in particulare i sistemi hibridi cum'è a Toyota Prius. Questa vittura ùn hà micca una trasmissione di alcunu di i tipi elencati. Praticamente ùn hà micca scatula di trasmissione! Questu hè pussibule perchè e mancanze sopra citate sò compensate da u sistema elettricu. A trasmissione hè rimpiazzata da un splitter di putenza chjamatu, un ingranaghju planetariu chì combina un mutore di combustione interna è duie macchine elettriche. Per e persone chì ùn anu micca leghje a spiegazione selettiva di u so funziunamentu in i libri nantu à i sistemi hibridi è soprattuttu nantu à a creazione di u Prius (questi ultimi sò dispunibuli nantu à a versione in linea di u nostru situ ams.bg), diceremu solu chì u mecanismu permette. parte di l'energia meccanica di u mutore di combustione interna per esse trasferita direttamente, meccanicamente è parzialmente, esse cunvertita in elettrica (cù l'aiutu di una macchina cum'è generatore) è dinò in meccanica (cù l'aiutu di una altra macchina cum'è un mutore elettricu) . U geniu di sta creazione da Toyota (chì l'idea originale era a cumpagnia americana TRW da l'anni 60) hè di furnisce un altu torque di partenza, chì evita a necessità di ingranaggi assai bassi è permette à u mutore di operare in modi efficaci. à a carica massima, simulendu l'ingranaggio più altu pussibule, cù u sistema elettricu sempre cum'è un buffer. Quandu a simulazione di l'accelerazione è u downshift hè necessariu, a vitezza di u mutore hè aumentata cuntrullendu u generatore è, per quessa, da a so velocità utilizendu un sofisticatu sistema elettronicu di cuntrollu di corrente. Quandu si simule ingranaggi elevati, ancu duie vitture anu da cambià u rolu per limità a velocità di u mutore. À questu puntu, u sistema entra in u modu di "circulazione di energia" è a so efficienza hè significativamente ridutta, chì spiega a visualizazione forte di u cunsumu di carburante di stu tipu di veiculi hibridi à alta velocità. Cusì, sta tecnulugia hè in pratica un cumprumissu cunvene per u trafficu urbanu, postu chì hè ovviamente chì u sistema elettricu ùn pò micca cumpensà cumplettamente l'absenza di un gearbox classicu. Per risolve stu prublema, l'ingegneri Honda utilizanu una soluzione simplice ma ingegnosa in u so novu sistema ibridu ibridu sofisticatu per cumpete cù Toyota - aghjunghjenu solu una sesta trasmissione manuale chì si mette in u locu di u mecanismu hibridu d'alta velocità. Tuttu chistu pò esse abbastanza cunvincente per dimustrà a necessità di un gearbox. Di sicuru, s'ellu hè pussibule cun un gran numaru di ingranaggi - u fattu hè chì cù u cuntrollu manuali ùn serà simplicemente micca còmode per u cunduttore avè un gran numaru, è u prezzu aumenterà. À u mumentu, trasmissioni manuali di 7 velocità, cum'è quelli chì si trovanu in Porsche (basatu nantu à DSG) è Chevrolet Corvettes sò abbastanza rari.

Tuttu principia cù catene è cinture

Cusì, diverse cundizioni richiedenu certi valori di a putenza necessaria secondu a velocità è u torque. È in questa equazione, a necessità di un funziunamentu efficiente di u mutore è un cunsumu riduttu di carburante, in più di a tecnulugia muderna di u mutore, a trasmissione diventa una sfida sempre più impurtante.

Naturalmente, u primu prublema chì sorge hè principiatu - in i primi vitture di passageru, a forma più cumuna di scatula di trasmissione era una catena di trasmissione, presa in prestito da una bicicletta, o una trasmissione di cinturione chì agisce nantu à pulleys di cinturione di diversi diametri. In pràtica, ùn ci era micca sorprese spiacevoli in u cinturione. Ùn era micca solu rumoroso cum'è i so cumpagni di catena, ma ancu ùn pudia micca rompe i denti, chì era cunnisciutu da i meccanismi d'ingranaggi primitivi chì i cunduttori à l'epica chjamavanu "lettuce di trasmissione". Dapoi a fine di u seculu, l'esperimenti sò stati fatti cù u chjamatu "friction wheel drive", chì ùn hà micca embrague o ingranaggi, è usa Nissan è Mazda in i so gearbox toroidali (chì serà discututu dopu). In ogni casu, l'alternattivi à i roti d'ingranaggi anu avutu ancu una quantità di svantaghji serii - i cinturini ùn pudianu resistenu à carichi prolongati è velocità crescente, sò diventati prestu è strappati, è i "pads" di e roti di frizione sò stati sottumessi à un usu troppu rapidu. In ogni casu, pocu dopu à l'alba di l'industria di l'automobile, l'ingranaggi hè diventatu necessariu è ferma l'unica opzione in questa fase per trasmette u torque per un bellu pezzu.

A nascita di una trasmissione meccanica

Leonardo da Vinci hà cuncipitu è ​​fabbricatu ruote dentate per i so meccanismi, ma a produzzione di ruote dentate forti, ragionevolmente precise è resistenti hè diventata pussibile solu in u 1880 grazia à a dispunibilità di tecnulugie metallurgiche adatte per a creazione di acciai di alta qualità è macchine per u travagliu di metalli. relativamente alta precisione di u travagliu. A perdita di frizione in ingranaggi hè stata ridotta à solu 2 per centu! Questu hè u mumentu quandu sò diventati indispensabili cum'è parte di u cambio, ma u prublema hè rimasu cù a so unificazione è u so piazzamentu in u meccanismu generale. Un esempiu di suluzione innuvante hè u Daimler Phoenix di u 1897, induve ingranaggi di varie dimensioni sò stati "assemblati" in un veru, secondu a capiscitura d'oghje, una scatula di ingranaggi, chì, in più di quattru velocità, hà ancu una marcia inversa. Dui anni dopu, Packard diventa a prima impresa à aduprà u pusiziunamentu cunnisciutu di a leva di u cambio di vitezza à l'estremità di a lettera "H". In i decennii successivi, l'ingranaggi ùn eranu più, ma i meccanismi anu continuatu à esse migliorati in nome di un travagliu più faciule. Carl Benz, chì hà dotatu e so prime vitture di pruduzzione cù una trasmissione planetaria, hà sappiutu sopravvive à l'apparizione di e prime trasmissioni sincronizate create da Cadillac è La Salle in u 1929. Dui anni dopu, i sincronizatori eranu dighjà in usu da Mercedes, Mathis, Maybach è Horch, è po un altru Vauxhall, Ford è Rolls-Royce. Un dettu - tutti avianu una prima marcia micca sincronizzata, chì hà assai fastidiu i cunduttori è esigeva cumpetenze speciale. A prima scatula di cambiamenti cumpletamente sincronizata hè stata aduprata da l'inglese Alvis Speed ​​Twenty in uttrovi 1933 è hè stata creata da a famosa sucietà tedesca, chì porta sempre u nome di "Gear Factory" ZF, à chì spessu ci riferiremu in a nostra storia. Ùn era chè à a mità di l'anni 30 chì i sincronizatori cuminciavanu à esse installati in altre marche, ma in vitture è camiò più economiche, i cunduttori cuntinuavanu à luttà cù a leva di marcia per spustà è cambià marce. In fatti, una suluzione à u prublema di stu tipu di inconveniente hè stata cercata assai prima cù l'aiutu di diverse strutture di trasmissione, ancu destinate à ingranà constantemente coppie d'ingranaggi è cunnetta cù l'arbulu - in u periodu da 1899 à 1910, De Dion Bouton. hà sviluppatu una trasmissione interessante in quale l'ingranaggi sò constantemente magliati, è a so cunnessione à l'arburu secundariu hè realizatu cù picculi accoppiamenti. Panhard-Levasseur hà avutu un sviluppu simile, ma in u so sviluppu, ingranaggi impegnati in modu permanente sò stati fermamente cunnessi à l'arburu per mezu di spilli. I cuncettori, benintesa, ùn anu cessatu di pensà à cumu fà più faciule per i cunduttori è prutegge e vitture da danni inutili. In u 1914, l'ingegneri di Cadillac anu decisu di pudè sfruttà a putenza di i so enormi mutori è di dotà e vitture di una trasmissione finale regolabile chì puderia cambià elettricamente è cambià u rapportu di marcia da 4,04: à 2,5: 1.

L'anni 20 è 30 eranu un tempu di invenzioni incredibili chì sò parti di l'accumulazione constante di cunniscenze annantu à l'anni. Per esempiu, in u 1931, a cumpagnia francese Cotal hà criatu una trasmissione manuale elettromagnetica cuntrullata da una piccula palanca nantu à u volante, chì, à u turnu, hè stata cumminata cù una piccula palanca idle posta in u pianu. Mencionemu l'ultima funzione perchè permette à a vittura d'avè esattamente tante marce avanti quante ci sò quattru marce inverse. À quellu tempu, marchi prestigiosi cum'è Delage, Delahaye, Salmson è Voisin anu interessatu à l'invenzione di Kotal. In più di u "vantaghju" bizaru è scurdatu di parechji muderni muderni di trazione posteriore, questa incredibile scatula di trasmissione hà ancu a capacità di "interagisce" cù un shifter automaticu Fleschel chì cambia a marcia mentre a velocità diminuisce per via di a carica di u mutore è hè in fattu. unu di i primi tentativi di autumàticu prucessu.

A maiò parte di e vitture di l'anni 40 è 50 avianu trè marce perchè i mutori ùn anu sviluppatu più di 4000 giri / min. Cù l'aumentu di giri, torque è curve di putenza, i trè ingranaggi ùn anu più cupertu a gamma di giri. U risultatu hè statu un muvimentu disarmonicu cù una trasmissione caratteristica "stupefacente" quandu si solleva è forzendu eccessivamente quandu si passa à una inferiore. A suluzione logica di u prublema era u passu massivu à marce à quattru velocità in l'anni 60, è e prime scatule di cambio à cinque velocità in l'anni 70 eranu una tappa significativa per i pruduttori, chì anu rimarcatu cun fiertà a presenza di una tale scatula di marcia cù l'imaghjini di mudellu nantu à a vittura. Recentemente u pruprietariu di un classicu Opel Commodore mi hà dettu chì quandu hà compru a vittura, era in 3 marce è media 20 l / 100 km. Quandu hà rimpiazzatu a scatula di cambiamenti cù una scatula di quattru velocità, a cunsumazione era di 15 l / 100 km, è dopu avè finalmente ottenutu una cinque velocità, quest'ultima hè cascata à 10 litri.

Oghje, ùn ci sò praticamente micca vitture cù menu di cinque marce, è sei velocità diventanu a norma in e versioni più alte di mudelli cumpatti. A sesta idea in a maiò parte di i casi hè una forte riduzione di a velocità à alte giri, è in certi casi, quandu ùn hè micca tantu longa è a riduzione di a velocità scende quandu si cambia. E trasmissioni à più fasi anu un effettu particularmente pusitivu nantu à i mutori diesel, unità chì anu un torque elevatu, ma una portata operativa significativamente ridutta per via di a natura fundamentale di u mutore diesel.

(seguità)

Testu: Georgy Kolev