Прекалено много скорости ли имат днешните коли?

В наши дни автоматичните скоростни кутии са с 8, 9 или 10 предавки. Разбира се, електромобилите имат прости редукции на предавките с една скорост, а ръчните трансмисии остават заковани на шест скорости с няколко изключения. Но в света на автоматика трудно ще се намерят по-малко от осем предавки, категорични са колегите ни Motor1, които се опитват да отговорят на въпроса „Прекалено много скорости ли имат днешните коли?“

За да се стигне до категоричен отговор, първо трябва да се знае малко повече за конструкцията на автоматичната трансмисия. Автоматикът използва поредица от планетарни предавки, които са свързани в различни подредби чрез съединители, за да осигурят определени предавателни съотношения. Една единствена планетарна предавка има редица възможни съотношения, но не всички са полезни.

„За една планетарна скоростна кутия всъщност има седем възможни предавателни числа – обяснява автомобилният професор от университета Вебер – Джон Кели. – Някои от тях са с абсурдно високи или ниски предавателни числа, които биха били неизползваеми, като съотношение на ускоряване на предавките от 0,2:1, петкратно ускоряване. Но когато комбинирате тези планетарни предавки в различни комбинации подред, тогава ще получите десетки възможни предавателни числа, така че можете просто да избирате кои искате.“

За да създадете трансмисия с по-използваеми предавателни съотношения, не е задължително да имате нужда от повече планетарни предавки. Ако погледнете цялата автомобилна история, има примери за четиристепенни автомати с две, три или дори четири предавки.

Популярната осемстепенна скоростна кутия на ZF има четири планетарни предавки, както и 10-степенната на GM и Ford (на снимката). Първата има пет съединителя, докато втората има шест, тоест добавянето на още две използваеми предавателни числа за предни предавки не увеличава чак толкова много броя на компонентите.

ZF беше първият, който пусна на пазара шестстепенна автоматична трансмисия. Ford, Aisin и други лицензират дизайна, който използва две планетарни предавки, комбинирани в един модул, наречен Ravigneaux, и една традиционна предавка. Въпреки че използва четири отделни предавки за своите осем скорости, компанията успява да побере всичко в пакет с приблизително същия размер, който е по-лек като цяло.

„Намерихме от наша гледна точка много интелигентно решение за възможността да преминем към осем скорости и първоначално всички казаха: „Е, нямаме нужда от осем скорости – спомня си д-р Албърт Дик, ръководител на проекти в ZF, който ръководи развитието на осемстепенната скоростна кутия. – Това беше много рано във фазата на разработка, така че направихме някои демонстрации и открихме, че е просто страхотно да имаш осем скорости.“

ZF дебютира със своя осемстепенен автоматик – 8HP (на снимката), през 2009 г., когато производителите на автомобили започват тенденция към намаляване на обема на мотора. С по-малък двигател с турбокомпресор вместо по-голям агрегат с естествено пълнене, полезният работен прозорец на двигателя се свива. За да получите точния баланс между производителност, реакция и икономия на гориво, вие основно се нуждаете от повече предавки.

„Единственият начин да поддържате двигателя в диапазона на мощността му е да имате предавки на трансмисията, които, когато трансмисията превключва, да не изваждат двигателя извън диапазона на мощността му – казва Кели. – Това позволява да се запази илюзията за мощен двигател. ​​Когато, ако вземете същия този двигател и го поставите с четиристепенна трансмисия, ще го намразите“.

Повече предавки позволяват по-широко разпространение на съотношението – изчислено чрез разделяне на първото предавателно отношение на горното предавателно число – и както д-р Дик просто го казва: „Колкото по-голямо е покритието на съотношението, толкова повече различни условия на работа можете да постигнете.“

Инженерите от компанията отбелязват, че първото поколение на осемстепенната трансмисия е допринесла за 6-процентно увеличение на икономията на гориво спрямо съществуващите шест скорости. Това се дължи до голяма степен на увеличаването на броя на съотношението напред. Първите версии на 8HP имаха разпределение на съотношението от 7,05, докато последните итерации достигат до 8,6 в зависимост от спецификацията.

„Превозните средства с 8-, 9- и 10-степенни трансмисии имат някои наистина ниски съотношения на първа, втора, трета предавка…, които наистина ви дават силно ускорение. Те се чувстват невероятно“, казва Кели.

В действителност безстепенната трансмисия (CVT) е най-ефективната от всички видове трансмисии, тъй като предавателното отношение винаги е идеалното за текущото състояние на работа, каквото и да е то. Но CVT не са най-надеждните трансмисии и клиентите не ги харесват по различни причини, така че традиционната автоматична трансмисия работи по-добре. С повече скорости можете да се доближите до CVT ефективността без недостатъците.

И все пак д-р Дик не вижда нужда от повече от осем скорости сега. (ZF прави деветстепенна трансмисия, но това е за офроуд превозни средства, които нямат специална предавателна кутия за нисък диапазон. Супер ниската първа предавка симулира нисък диапазон за офроуд, но в повечето условия на работа, тази кутия се държи като осемстепенна.)

„Преди време водихме дискусия с клиенти дали има смисъл да добавяме още предавки или да спрем сега? Ясно стигнахме до общото заключение, че няма смисъл да преминаваме към девет или десет скорости. Вместо това трябва да преминем към хибриди, трябва да преминем към електрификация“, спомня си д-р Дик.

Скоростната кутия 8HP винаги е проектирана с идеята да се използва при хибриди, които могат да поддържат 48-волтов стартер-генератор или по-голям 400-волтов двигател. ZF също помага за разработването на тези хибридни технологии, така че има смисъл да се съсредоточат корпоративните инвестиции там. Хибридната система наистина помага за изглаждане на кривата на въртящия момент на двигателя, увеличавайки значително неговия полезен работен диапазон. Това обаче не означава ли, че можете да се използват по-малко скорости?

„Нашите клиенти знаят, че понякога батериите са празни и тогава работите с двигател с вътрешно горене (самостоятелно). И тогава сте щастливи, че имате вашата осемстепенна трансмисия. И разбира се, когато шофирате в хибриден режим, можете дори да сте много по-добри в ефективността, използвайки може би прекомерен въртящ момент за зареждане на батерията“, казва Дик.

Освен това производителите на автомобили обичат и разбират 8HP, така че не искат да преминат към нещо ново. Трансмисиите са изключително скъпи за разработване – затова Ford и GM се обединиха в създаването на една, а нови се появяват само когато има нужда. И щом осемте скорости работят, защо да ги заменяте?