Test Drive A historia das transmisións automotrices - Parte 3

Nesta última parte, atoparás varios tipos de solucións modernas nesta área.

Hoxe, o mundo das transmisións é máis diverso que nunca, e as empresas e provedores de automóbiles están ligados por complexas relacións e acordos que conducen á creación de produtos de extrema alta tecnoloxía, desde pequenas transmisións CVT ata transmisións automáticas de nove velocidades.

Nos anos 50, todo parecía ter unha imaxe nítida: para os estadounidenses, a transmisión automática é agora primordial, e para os europeos, a transmisión manual segue sendo unha prioridade. Non obstante, a mesma afirmación pódese aplicar aos anos 70 -non hai que esquecer que a verdadeira "motorización" de Europa (occidental) comezou precisamente entón, porque os anos 80 aínda son anos para reconstruír a partir das ruínas da guerra. A historia mostra que o panorama non era moi diferente na década de 2000, aínda que nalgúns lugares de Europa comezaron a aparecer os automáticos en coches máis luxosos. Non foi ata a década dos 90 cando a chegada da administración electrónica comezou a cambiar o rumbo a favor das transmisións automáticas e do Vello Continente. Pero mesmo en 80, cando a cota de automatización nos coches novos alcanzou o 15 por cento en EE.UU. e o 4 por cento en Xapón, só o 5 por cento dos europeos elixiu esta solución. Por suposto, non se pode subestimar o compoñente psicolóxico neste caso e o desexo moi decidido deste último de cambiar de marcha por si só. Nese momento, aínda eran predominantemente 2002 e 6.ª marcha; non foi ata o 8 cando ZF presentou a primeira xeración da súa transmisión de seis velocidades de 8 CV para levalas ata XNUMX CV, sete anos despois en ZF de XNUMX CV. Esta última convértese nunha auténtica revolución, non só pola cantidade de marchas, senón tamén coa perfecta comodidade de funcionamento, que grazas aos enxeñeiros de BMW e á súa precisa integración na sétima serie chegou á perfección.

Este é verdadeiramente un período de cambios incribles porque nese momento ZF seguía subministrando 4 CV para o Peugeot 407 e 5 CV para VW e Skoda. De feito, ao longo de 13 anos, a proporción de transmisións automáticas en todo o mundo disparouse, chegando ao 46 por cento en 2014. A pesar do aumento do número de engrenaxes, o tamaño e o peso redúcense, e aquí xa hai algo para todos. Incluso os coches pequenos como o Honda Jazz tamén terán caixas de cambios de dobre embrague. Mercedes e ZF presentan nove unidades de paso seguidas. Desenvolvemento conxunto activo GM e Ford están traballando duro nun proxecto de transmisión automática de dez velocidades para contrarrestar a Chrysler en Estados Unidos, que mentres tanto está a lanzar unha versión con licenza do ZF 8HP. Mentres a evolución das transmisións manuais avanza cara a mellores marchas, simplificación e cambios máis precisos, levando algúns coches a tal perfección que sería un sacrilexio privalos, as automáticas teñen agora unha gran variedade de opcións. De todos os coches con transmisión automática vendidos en 2014, o 49 por cento son transmisións automáticas clásicas con 6 ou máis marchas, e só o 15 por cento ten menos de 6 marchas. As transmisións CVT representan o 20 por cento, as transmisións de dobre embrague o 9 por cento e as transmisións manuais automatizadas só o 3 por cento, así como as transmisións de vehículos híbridos e eléctricos. Estas cifras agochan algúns detalles estritos: a principal participación das transmisións DSG, por exemplo, está no mercado en Europa, as clásicas en Europa e EE. Ao mesmo tempo, as novas unidades non son en absoluto máis pesadas nin máis grandes que as súas predecesoras: se a transmisión automática de 5 velocidades de Mercedes de 2004 require catro engrenaxes planetarias e sete dispositivos de bloqueo, grazas á súa arquitectura intelixente, o novo 9G-Tronic é o que é. tamén xestiona catro engrenaxes planetarias, pero con seis embragues como elementos de bloqueo. Unha cousa está clara -moi pronto mesmo as marcas de gama media seguirán aos fabricantes de artigos de luxo e agora pasarán a transmisións con máis marchas-, un bo exemplo diso é o feito de que Opel está nas fases finais do desenvolvemento dunha transmisión automática de oito velocidades. . A idea dun coche cunha transmisión automática que fai que o motor acelere incómodamente e crea unha estraña sensación sintética está agora completamente nos anais da historia.

Alianzas e acordos

Porén, Mercedes é máis ben unha das excepcións como fabricante de automóbiles que desenvolve e produce as súas propias transmisións. Mazda, PSA e Hyundai/Kia son similares, pero na práctica a maioría dos fabricantes de automóbiles están ligados en gran medida por relacións complexas e empresas conxuntas entre si e con provedores de caixas de cambios como ZF e Aisin. Cunha transmisión automática ZF de 8 velocidades en diferentes variantes, por exemplo, os modelos están equipados por Audi, BMW e Rolls-Royce. Segundo un acordo de licenza, Chrysler produce a mesma transmisión para modelos Evasion, Chrysler e Jeep, pero tamén para Maserati e Fiat. GM fabrica o Hydra-Matic de oito velocidades no propio Corvette, pero traballou con Aisin para desenvolver unha transmisión de oito velocidades para Cadillac e forneceu transmisións automáticas a BMW hai unha década. Ao mesmo tempo, o xigante estadounidense traballa con Ford para desenvolver unha caixa de cambios de dez velocidades, mentres que a súa filial europea Opel desenvolve a súa propia caixa de oito velocidades. Hyundai/Kia tamén desenvolveron a súa propia transmisión de oito velocidades. Getrag, que mentres tanto adquiriu unha ampla experiencia na produción de transmisións de dobre embrague, ofrece as súas unidades tanto para os modelos compactos Ford como para Renault, así como para as versións BMW M, e os dous embragues destes son subministrados na súa maioría por LUK. A famosa transmisión DSG de VW e Audi foi deseñada coa axuda de BorgWarner, e a transmisión para o Veyron foi deseñada por Ricardo. Transmisión con dous embragues e sete marchas. Porsche PDK é obra de... ZF, BorgWarner e Aichi Machine Industry, que desenvolven e producen conxuntamente a transmisión para o Nissan GT-R.

Concurso de Automatización Clásica

Na parte anterior, contámosche en detalle sobre a creación e desenvolvemento de transmisións automáticas clásicas. Engadiremos que en versións anteriores, o sistema hidráulico presurizado que activa os elementos de bloqueo (ver máis abaixo) contrólase mecánicamente en función do baleiro nos colectores e mediante un regulador centrífugo. Máis tarde todo está baseado na electrónica e en parámetros relacionados co control do motor. É importante ter en conta que os novos aceites sintéticos tamén contribúen significativamente ao rendemento preciso das transmisións modernas. Non obstante, o rápido desenvolvemento das clásicas transmisións automáticas nos últimos anos axudoulles a converterse hoxe en insuperables en termos de confort de cambio de marchas cunha excepcional suavidade e alta velocidade, e ata o momento son líderes en número de marchas (xa 9). A rápida desconexión do convertedor de par fai que sexan máis eficientes e sen interrupcións de tracción, o que os achega ao DSG, os tempos de desprazamento son cada vez máis curtos e coa axuda de acumuladores de presión o sistema start-stop non está integrado. pregunta. É interesante notar que, aínda que os autobuses usan principalmente transmisións automáticas clásicas, a prioridade para camións grandes é unha transmisión manual con cambio automático de marchas pneumático.

Transmisións automáticas

Hai só unha década, o seu futuro parecía prometedor... Despois de que entraron no deporte do motor nos anos 80 e cambiaron ás caixas de cambios secuenciais de alta velocidade, agora son cada vez menos comúns nos coches de produción, deixando paso ás caixas de cambios de dúas velocidades. embrague. As opcións de transmisión mecánica con cambios neumáticos e hidráulicos seguen sendo a prioridade para os camións, e as secuenciais para os coches de carreiras. Este último é un feito bastante paradoxal e é argumentado pola FIA polo desexo de reducir custos. Chegou ao punto de que en breve todos os coches de Fórmula 1 probablemente obteñan caixas de cambios do mesmo provedor. Ademais, están limitados en materiais, e no número de engrenaxes e no ancho das engrenaxes - unha decisión bastante estraña no contexto da introdución de novos motores turbo.

De feito, todo comezou como unha revolución na incubadora extrema da Fórmula 1, e o seu xerador conceptual foi o deseñador xefe de Ferrari a mediados dos 80, John Barnard. A súa idea profunda na práctica non é atopar unha nova forma de cambiar, senón eliminar os complexos e pesados ​​mecanismos da cabina do coche. Dado que naquel momento xa existía unha base tecnolóxica en forma de dispositivos electrohidráulicos (como elemento da suspensión activa dos coches), decidiu que ese activador podería usarse para este fin. Nin sequera se trata de quitar primeiro o pedal do embrague. Os primeiros prototipos incluían dispositivos para cambiar cada marcha, e esta solución permitía mover as pancas do volante. Só entón xurdiu a idea de soltar o pedal do embrague e ao mesmo tempo abrilo coa axuda do cerebro electrónico de control. Esta arquitectura e as melloras do microprocesador, así como a introdución de aceleradores controlados electrónicamente, permiten un cambio totalmente automático. Será este o último cravo no cadaleito dunha transmisión automática clásica: nos anos noventa, esas voces comezaron a escoitarse cada vez máis. Ademais, as transmisións automáticas están a mellorar rapidamente, avanzando cara a unha arquitectura completamente nova cun deseño ordenado (secuencial), na que as pancas dos sistemas de cambio se colocan en canles ou seguen os contornos dun tambor xiratorio.

Automático clásico agora con anulación manual

Pero ao mesmo tempo que as transmisións semiautomáticas baseadas en transmisións manuais daban os seus primeiros pasos no gran deporte, Porsche resolveu o problema contrario ao crear unha clásica transmisión automática con capacidade de cambio mediante palancas no volante. Por suposto, a transmisión pertence a ZF, que xunto con Bosch xoga un papel protagonista no proxecto (Porsche crea a idea principal e lidera o proxecto, ZF desenvolve o equipo e Bosch é a dirección). A implementación do proxecto demóstrase en forma de equipamento adicional para o 911 e o 968, e despois Audi e Mitsubishi compran licenzas para o proxecto. O nome desta transmisión tiptronic provén da palabra alemá tippen (empurrar) debido á capacidade de cambiar empurrando e tirando dunha panca. Este tipo de caixas de cambios xa ten a función de cambiar o seu modo en función do estilo de condución do condutor.

Mentres, a creación de John Barnard ten o lugar que lle corresponde nos automóbiles -por suposto, para aqueles con espírito deportivo, ou polo menos con pretensións del-, como o Ferrari F360 Modena e o moito máis modesto Alfa 147 Selespeed con transmisión secuencial nunha transmisión estándar de cinco velocidades cunha palanca de cambios adicional e o cerebro de Magnetti-Marelli Pero, como mencionamos, o nacemento da transmisión de dobre embrague parecía queimar as ambicións das transmisións automáticas no mundo dos grandes automóbiles, e este último. recorreu a modelos máis modestos e á posibilidade de automatizar máis barato as transmisións existentes (como o Opel Easytronic recibiu mentres tanto a súa nova, terceira edición). Isto implícase por medios máis sinxelos que a arquitectura en serie; para iso utilízase unha unidade de control adicional, que xa é bastante compacta. Non obstante, a solución ao soño de longa data dos deseñadores de cambiar e desconexión automática sincronizada segue sendo só unha utopía; na práctica, isto nunca ocorre e todas as transmisións deste tipo sofren unha falta de cambio harmonioso dunha marcha a outra. . Os fabricantes de automóbiles deportivos centráronse nas transmisións de dobre embrague (DCT ou DSG). Un exemplo típico neste sentido é a colaboración entre BMW e Getrag, que se materializou como unha caixa de cambios SMG secuencial para a xeración anterior M5 e convertida nunha caixa de cambios DCT de sete velocidades para a actual.

Con dúas poutas sen interrupción de tracción

Todo comezou en 2003 cando VW presentou a Transmisión Direct Shift (ou Direct Schalt Getriebe en alemán) desenvolvida con BorgWarner. Nada máis presentarse, demostrou a capacidade de cambiar de marcha máis rápido e sen sacudidas das transmisións manuais e automáticas, sen perda de tracción e sen deterioración do consumo por falta de convertidor. Non obstante, volver á historia mostra que Audi utilizou unha caixa de cambios semellante nos seus coches de rally a mediados dos anos 80 (como o Sport Quattro S1 Pikes Peak), pero a tecnoloxía terá que esperar un tempo antes de que estean dispoñibles sistemas electrónicos o suficientemente rápidos. control para a produción en serie, materiais de acoplamento axeitados e actuadores hidráulicos rápidos. A diferenza dunha transmisión convencional, o DSG ten dous eixes coaxiais, cada un co seu propio embrague. Estes conectores dispóñense concéntricamente entre si, conectándose o exterior co interior dos dous eixes e o interior coa sección exterior oca. Un dos eixes acepta engrenaxes impares e o outro - pares. Cando, por exemplo, a primeira marcha está acoplada, a segunda xa está preparada, e o acoplamento realízase desenganchando unha e enganchando a outra sen interromper a tracción simultáneamente. As marchas accionan mediante sincronizadores clásicos, pero en lugar de varillas e garfos mecánicos, isto faise mediante elementos hidráulicos. Os embragues multiplacas difiren no deseño dos das transmisións mecánicas e, a este respecto, achéganse aos mecanismos que serven como elementos de bloqueo nos automáticos; o seu desenvolvemento contribuíu á evolución do DSG. Non obstante, os dous tipos non só son similares en canto a apertura e peche de embragues hidráulicos, senón tamén en termos de control electrónico baseado en múltiples sensores. Nas versións anteriores, a transmisión tiña embragues en baño de aceite para unha mellor transferencia de calor, pero cos avances nos materiais, agora utilízanse embragues en seco máis eficientes. As transmisións DSG son agora unha prioridade principalmente para os modelos deportivos, pero tamén adoitan utilizarse como alternativa para modelos compactos e pequenos como Ford Focus e Renault Megane (equipado con Getrag), VW Golf, Audi A3, Skoda Octavia (VW-BorgWarner). automático e automatizado. Así que hoxe, coa axuda da electrónica, todos os tipos de transmisións automáticas teñen a capacidade de cambiar mecánicamente os diferentes modos de funcionamento das máquinas automáticas.

E que pasou co variador mentres tanto?

A idea dunha transmisión continuamente variable é tan antiga como o mundo, e os proxectos inclúen moitas variacións. O seu problema adoita ser que non hai engrenaxes e a transferencia de par ás superficies de deslizamento leva ao encaixamento. A principios do século XX, o suízo Weber tiña tal transmisión, pero só en 20 os irmáns Dorn lograron crear unha solución práctica deste tipo: esta última apareceu en forma de Variomatic no coche DAF holandés. O principal problema cun cambio continuo sinxelo e prometedor nunha ampla gama de deseños con actuadores hidráulicos compensados ​​axialmente e elementos cónicos conectados por unha correa biselada é o seu desgaste. Polo tanto, en deseños posteriores, foi substituído por un elemento metálico segmentado de aceiro de alta fricción, no que o movemento non é tirando, senón empurrando, o que proporciona un maior par. A finais dos 1955, moitas empresas como Ford, Fiat, Subaru e ZF comezaron a coprodución con Van Doorne e, para transmitir máis par que no 80, Audi creou unha transmisión CVT mediante cadea. En 2000, Nissan, que certamente respecta estas transmisións, grazas en gran parte ao fabricante local Jatco, equipou o Murano cunha transmisión CVT, e a versión actual de transmisión automática do Subaru Legacy utiliza unha de LUK.

A finais do século XIX, creáronse as primeiras transmisións CVT, que utilizaban un compromiso directo con discos de diferentes diámetros, e nos anos 19, Citroën e GM produciron por primeira vez as primeiras versións de produción. O seu interese por esta solución tecnolóxica volveu a finais dos 20, de novo co desenvolvemento de materiais, e os seus custodios foron a empresa británica Torotrak e a citada Jatco -esta última como líder en transmisións CVT-. Recentemente apareceron cada vez máis novas solucións deste tipo, como a Transmisión Ultimate CVT Double Rollet, que aínda non demostraron a súa viabilidade.

Nunha transmisión CVT estándar, unha pequena engrenaxe planetaria adoita colocarse diante do accionamento final para proporcionar engrenaxes adiante, inversa e neutra. Varias solucións de partida utilizan conectores magnéticos ou un conversor estándar (Subaru ou ZF Ecotronic CVT). As caixas de transmisión CVT, que foron ignoradas durante moito tempo nos últimos anos, están a atraer de novo un maior interese, especialmente dos fabricantes xaponeses. Aínda teñen unha gran participación na produción total de transmisións automáticas. As tecnoloxías de transmisión de Bosch traballan cada vez máis nesta área. Como con outros, novos materiais e aparellos electrónicos veñen ao rescate.

Deseño básico dunha transmisión automática clásica

Na súa nova transmisión 9G-Tronic, Mercedes utiliza un denominado conversor de par hidrodinámico, que é un dispositivo extremadamente complexo, pero o principio do seu funcionamento non é diferente ao dos primeiros dispositivos deste tipo (ver foto). Na práctica, consiste nunha bomba conectada ao volante do motor, unha turbina conectada a engrenaxes e un elemento intermedio chamado estator. A dinámica de fluídos neste dispositivo é extremadamente complexa, pero simplemente o aceite que se coloca nel é bombeado pola súa periferia nun movemento circular, similar ao superior da Figura 8, pero nunha versión 50D na que as liñas que se cruzan están compensadas. relativos entre si. A forma específica das palas da turbina, como sinal do brazo, é de feito unha curvatura calculada con gran precisión que absorbe de forma óptima a forza do fluxo, que, á súa vez, cambia de dirección bruscamente. Como resultado, o torque aumenta. Desafortunadamente, tan pronto como a dirección cambia, o fluxo xa ten un efecto negativo, porque se dirixe cara atrás contra as aspas da bomba. Aquí o estator chega ao rescate, cuxa función é cambiar a dirección do fluxo, e é este elemento o que converte o dispositivo nun conversor de par. Está deseñado de tal xeito que ten un mecanismo de bloqueo que o mantén estacionario baixo esta presión. Como consecuencia de todo o anterior, na posta en marcha, o maior incremento do par. Aínda que o fluxo inverte a certa velocidade, a medida que a súa velocidade circunferencial da turbina aumenta gradualmente no sentido contrario, a súa velocidade neta pasa a ser a mesma que na dirección da turbina. Para entendelo, imaxina que estás conducindo un tranvía a 30 km/h e estás botando unha pelota cara atrás a 20 km/h. Neste caso, o fluxo de aceite pasa por detrás das palas do estator, o seu bloqueo está desactivado e comeza a xirar. libremente, e cando se alcanza o 90 por cento da velocidade da bomba, o fluxo do vórtice faise radial e o aumento do par detense. Así, o coche arranca e acelera, pero isto sempre está asociado con perdas, mesmo con unidades modernas. Nas transmisións modernas, pouco despois de comezar, o conversor está desactivado, ou mellor dito, a súa acción está bloqueada coa axuda do chamado. embrague de bloqueo, que aumenta a eficiencia global da transmisión. Nas versións híbridas, como o ZF 8HP, substitúese por un motor eléctrico que aumenta o par motor, e nalgunhas solucións, como o AMG 7G-DCT, o conversor substitúese por un conxunto de embragues de placa. E aínda así, para optimizar a dinámica do fluxo de aceite, nalgúns casos, as láminas do estator teñen un ángulo de ataque cambiante, o que, dependendo da situación, cambia o par.

Conxunto de engrenaxes planetarias

Como se mencionou no apartado anterior, escolleuse a engrenaxe planetaria como a máis adecuada pola súa capacidade para manexar diversas marchas sen engrenaxes nin sincronizadores. O mecanismo é unha corona (coroa) con dentes internos, un engranaje solar e rodas planetarias que o fregan e acoplados ao anel da coroa, que están conectados a unha guía común. Cando un dos elementos (coroa, guía ou roda solar) está bloqueado, transfírese o par entre os outros dous e a relación de transmisión depende do deseño. Os elementos de bloqueo poden ser embragues ou freos de banda e son accionados por actuadores hidráulicos mecánicamente nas transmisións máis antigas e controlados electrónicamente nas máis novas. Mesmo as primeiras transmisións automáticas como o GM Hydra-Matic ou Chrysler Torque-Flite non usaban engrenaxes planetarias convencionais senón deseños compostos como o de Simpson. Este último leva o nome do seu creador, o enxeñeiro estadounidense Howard Simpson, e inclúe dúas engrenaxes planetarias (epicíclicas) completamente idénticas, nas que unha das partes do segundo está conectada á primeira (por exemplo, unha guía cunha roda solar). Neste caso, os elementos de fixación son dous embragues multiplaca, dúas correas de freo, así como un embrague unidireccional que proporciona transmisión directa do par. Un terceiro mecanismo, que proporciona un chamado overdrive, pódese engadir por separado á caixa de cambios. Varios deseños máis modernos usan un engrenaxe planetario máis complexo que o convencional, como o Ravigneaux (nomeado así polo seu creador, Paul Ravigneau), que se combina con unha e dúas engrenaxes estándar para aumentar o número de engrenaxes a cinco. Inclúe unha coroa común e unha combinación de dous tipos diferentes de satélites e rodas solares, entre os que se producen fluxos de enerxía aínda máis complexos. A primeira transmisión automática de 6 velocidades de ZF, introducida en 2002, utiliza o mecanismo Lepelletier (deseñador Paul Lepelletier), que deu como resultado menos compoñentes, menos peso e volume. A intelixencia das solucións modernas reside principalmente na capacidade, grazas á análise informática, de integrar mecanismos de bloqueo, eixes e engrenaxes máis compactos, permitindo que máis elementos interactúen e, polo tanto, lograr máis engrenaxes.

Á cabeza de 9 marchas: o Mercedes 9G-Tronic.

A nova transmisión Mercedes 9G-Tronic ten unha relación de transmisión (relación de transmisión do primeiro ao noveno) de 9,15. Así, equipado con esta transmisión, o E 350 Bluetec pode viaxar en novena marcha a 120 km / h a tan só 1350 rpm. A capacidade de moverse a velocidades máis baixas tamén está soportada por un amortecedor de torsión dual que substitúe o volante en combinación cun dispositivo de péndulo centrífugo. Aínda que pode soportar ata 1000 Nm de par, esta transmisión, baseada nun gran número de simulacións por ordenador, é máis lixeira e compacta que antes. A carcasa de dúas pezas está feita de aluminio no convertedor de par hidrodinámico e aliaxes de magnesio doutro xeito cun cárter de polímero. Realizáronse numerosas análises antes de acadar a posibilidade de realizar nove engrenaxes con só catro engrenaxes planetarias. Esta transmisión será moi utilizada noutros modelos de montaxe transversal e o DSG será usado para modelos compactos.

Fantástico retroceso ZF: 9HP

As raíces do 9HP pódense remontar ao 2006 cando ZF decidiu volver ao segmento transversal (os produtos anteriores eran transmisións de catro velocidades e CVT, que se interromperon a finais dos 90). Normalmente leva uns 4 anos desenvolverse, pero a compañía non quere que volvan cunha transmisión automática de 6 velocidades porque xa existen. O feito de que a empresa tarde 7 anos en completar o obxectivo fala do tremendo traballo de deseño que se iniciou na creación desta transmisión. A solución é unha solución incrible de alta tecnoloxía que, incluso na versión de 480 Nm, pesa só 86 kg. Grazas á nova caixa de cambios, o consumo de combustible redúcese nun 10 por cento en comparación cunha caixa de cambios de 6 velocidades e a unha velocidade constante de 120 km / h a redución é do 16 por cento. A arquitectura intelixente inclúe a colocación de catro engrenaxes planetarias aniñadas entre si e a adición de conectores pin adicionais que teñen menos fricción residual cando están abertos. Engadiuse un sistema de amortiguamento de varias etapas ao convertedor de par.

Texto: Georgy Kolev