Potřebují moderní převodovky tolik kroků? AUTOLIDÉ

První sériově vyráběné vozy byly vybaveny převodovkami se třemi nebo čtyřmi rychlostmi. To stačilo pro pohodlné řízení a rychlou akceleraci. Ani osmistupňový automat však dnes není žádnou vzácností. Zda průměrný spotřebitel potřebuje takovou komplikaci designu, pokusíme se zjistit pečlivým studiem tématu.

První sériově vyráběné vozy byly vybaveny převodovkami se třemi nebo čtyřmi rychlostmi. To stačilo pro pohodlné řízení a rychlou akceleraci. Ani osmistupňový automat však dnes není žádnou vzácností. Zda průměrný spotřebitel potřebuje takovou komplikaci designu, pokusíme se zjistit pečlivým studiem tématu.

Proč zvyšují počet kroků?

Typický benzínový spalovací motor pracuje v rozsahu 600 až 6500 otáček za minutu. Avšak pouze při 3000±800 otáčkách za minutu je zajištěno nejúplnější spalování směsi paliva a vzduchu a maximální účinnost. Kromě toho, že je tento režim nákladově efektivní, zjednodušuje dodržování ekologických norem.

Při relativně úzkém rozsahu optimálních otáček je potřeba zajistit dostatečně vysoký točivý moment pro dynamickou akceleraci. Uvedené úlohy jsou řešeny pomocí převodovky.

Jaké problémy vznikají při zvyšování počtu kroků

Někteří odborníci se domnívají, že 5-6 rychlostních stupňů je pro osobní automobil zcela dostačující. Ale při studiu nabídky trhu najdete vozy vybavené převodovkou s 8-10 rychlostmi.

Další funkční jednotky boxu zvyšují náklady na návrh, testování a výrobu. Zvýšení počtu dílů snižuje spolehlivost zařízení a nutí k použití složitějších řídicích algoritmů.

Příplatek za vylepšenou převodovku je těžké odhadnout, jelikož srovnatelné modely mají různé pohonné jednotky a výbavu. O dodatečných nákladech však lze vyvodit správný závěr.

Spolehlivost zhoršuje nejen velké množství součástek. Volný prostor pro umístění převodovky je omezený, proto konstruktéři zmenšují rozměry spojek, ložisek a dalších dílů. Tento přístup snižuje nosnost součástí a sestav.

Je také nutné poznamenat následující nevýhody „vícestupňové“ převodovky:

• časté řazení;
• velká hmotnost;
• složitost oprav a zvýšené náklady na restaurátorské práce.

V městských jízdních podmínkách se rychlost často mění. V takových podmínkách automatická převodovka mění rychlostní stupně v intervalech 5-10 sekund. Při vysoké intenzitě používání rychle selhávají i spolehlivé komponenty.

Velká hmotnost automatické převodovky komplikuje rozložení hmotnosti mezi nápravy. Těžká jednotka zvyšuje zatížení odpružení a brzdnou dráhu.

Kromě drahých oprav je třeba vzít v úvahu vlastnosti zrychleného opotřebení. Za takových provozních podmínek se olej rychle kontaminuje, což přispívá k rozvoji negativních procesů. Z tohoto důvodu doporučují zkušení specialisté striktně dodržovat doporučení výrobce pro časový harmonogram výměny maziv.

Shrneme-li výše uvedené argumenty, můžeme dojít k závěru, že nadměrné zvyšování počtu kroků nemá praktický smysl. Obchodníci zdůrazňují tuto vlastnost „stroje“, aby přilákali kupující. Při posuzování skutečných přínosů však musíme být realističtí.

Jaké jsou výhody velkého počtu převodových stupňů v převodovce?

Pro správnou analýzu je nutné poznamenat pozitivní aspekty použití vícestupňového „automatického“. Taková výbava se může u miniauta hodit pro zajištění dynamické jízdy se slabou pohonnou jednotkou. Výkonné auto s velkým objemem motoru spotřebuje méně paliva. Těžké nákladní vozy jsou vybaveny převodovkami s více než 20 převodovými stupni. Toto technické řešení slouží k optimálnímu provozu dieselového agregátu při relativně nízkých otáčkách klikového hřídele 1500±500 ot./min.

Co zrychluje auto? Odpovědí je motor. Motor má momentovou charakteristiku v závislosti na otáčkách.
To, co určuje dynamiku vozu, je točivý moment na kolech. Jak jsme již zjistili z předchozího článku, maximální redukovaný točivý moment z motoru získává v bodě jeho maximálního výkonu.

Podívejme se na graf točivého momentu a výkonu 2.5l atmosférického motoru.

Jak vidíme z obrázku, maximální točivý moment je 242 Nm při 5100 otáčkách za minutu a maximální výkon 208 koní. při 6800 ot./min
Počítejme průměrný točivý moment tohoto motoru v rozmezí 2000-6000 ot./min.

Při 2000 ot./min máme 175 Nm, při 6000 ot./min 234 Nm, ve výsledku tak v průměru u tohoto motoru dostáváme 220 Nm v rozmezí 2000-6000 ot./min.

Co se stane, když má převodovka pouze 1 rychlostní stupeň? Točivý moment bude vždy přenášen přímo úměrně na kola od motoru přes 1. rychlostní stupeň. A pokud předpokládáme, že naše hlavní dvojice je také 1 ku 1, pak graf točivého momentu na kolech bude přesně opakovat graf točivého momentu motoru vynásobený převodovým poměrem stejného 1. rychlostního stupně.

Nevýhodou takového schématu je, že si budeme muset vybrat: udělat tento převod krátký, abychom víceméně dynamicky zrychlovali, ale měli maximální rychlost např. 70 km/h, nebo dlouhý, řekněme do 200 km/h, ale pak i rozjezd z klidu bude dost problematický.

Počítejme převodový poměr, abychom se dostali na 200 km/h při 6000 ot./min na 1. rychlostní stupeň, na kolech o rozměru 225/45 R17. Délka obvodu kola je 1.993 m. 200 km/h je 3.33 km/min nebo 3333 metrů za minutu. 3333/1.993 = 1672.3 ot/min, pokud provedete přímý převod. Pro zrychlení na 6000 km/h při 200 ot./min je tedy potřeba nasadit redukční převod 3.587krát (pro zjednodušení to zaokrouhlíme na 3.6). To znamená, že snížíme otáčky 3.6krát a o stejnou hodnotu zvýšíme točivý moment.

Takto bude vypadat graf točivého momentu NA KOLECH při zrychlení z 0-200 km/h pro výše uvedený 2.5l motor. Tito. každý bod v grafu se vynásobí 3.6.

Ujasněme si hned, že spojku začínáme používat při 2000 ot./min, takže rozsah do 2000 ot./min. Ve skutečnosti bude průměrný točivý moment ještě menší a motor nemusí s autem vůbec hýbat.

Počítejme průměrný (integrální) točivý moment na kolech v rozmezí 0-200 km/h. 3,6*220 – přibližně 792Nm.

Proč se to děje? Všechno je to o momentové charakteristice spalovacího motoru. I s motorem o výkonu 208 koní 2.5 litru při 2000 ot./min s točivým momentem pouze 175 Nm. Vzhledem k naší dlouhé jednostupňové přímé převodovce je 792 Nm na kola extrémně málo pro adekvátní akceleraci.

Přidejme ještě jeden krok, pořízení dvoustupňové převodovky. Řekněme, že první rychlostní stupeň má poměr 1:2 k našemu starému převodovému stupni, což znamená, že snižuje otáčky na polovinu a zdvojnásobuje točivý moment. Druhý rychlostní stupeň zůstane stejný až do 1 km/h. Celkem na první rychlostní stupeň do 200 km/h se rychlost sníží 100krát, na druhý rychlostní stupeň do 7.2 km/h, rychlost se sníží 200krát.

Počítejme průměrný (integrální) točivý moment na kolech v rozmezí 0-100 km/h. 220*7.2 = 1584 Nm. Ta se díky převodovým poměrům stala dvakrát vyšší. V rozmezí 100-200 km/h bude také vyšší, protože po přepnutí na dvojku (100 km/h) klesne ručička otáčkoměru o 3000 ot./min, což znamená, že průměrný točivý moment motoru v rozmezí 3000-6000 ot./min bude vyšší, a bude přibližně 225 Nm.

Průměrný točivý moment v rozmezí 100-200 km/h bude přibližně: 3.6*225 Nm = 810 Nm. To znamená v průměru pro rozsah 0-200 km/h: (1584+810)/2 = 1197 Nm. To znamená, že přidáním pouhého 1 převodového stupně jsme zvýšili průměrný točivý moment o 51 %: ze 792 Nm na 1197 Nm, a proto by se doba zrychlení z 0-200 km/h zkrátila jedenapůlkrát.

Nyní si představme, že nainstalujeme moderní 5stupňovou převodovku,
kde:
0-50 km/h – 1. rychlostní stupeň, 14.4násobné snížení otáček,
50-100 km/h — sekunda, snížení otáček 7.2krát,
100-150 km/h — třetí, snížení otáček 4.8krát,
150-200 km/h – čtvrté snížení rychlosti 3.6krát,
200+ km/h — pátý.
Podívejme se, jak se mění graf točivého momentu na kolech:

Vypočítejme průměrný točivý moment na kolech podle rozsahu:

Rozsah 0-50 km/h 2000-6000 ot./min – 220 Nm*14.4 = 3168 Nm
Rozsah 50-100 km/h 3000-6000 ot./min – 225 Nm*7.2 = 1620 Nm
Rozsah 100-150 km/h 4000-6000 ot./min – 230 Nm*4.8 = 1104 Nm
Rozsah 150-200 km/h 4500-6000 ot./min – 235 Nm * 3.6 = 846 Nm

Průměrný točivý moment v rozmezí 0-200 km/h: (3168+1620+1104+846)/4 = 1684 Nm.
Tím, že máme 4 rychlostní stupně v rozsahu 0-200 km/h, získáme 2.1krát větší točivý moment ve srovnání s 1stupňovou převodovkou a o 40% více ve srovnání s 2stupňovou převodovkou.

Ale kdybychom měli o několik převodových stupňů více, mohli bychom dále „zkomprimovat“ rozsah každého z nich a získat další pár procent točivého momentu na kola.

Jaký závěr lze učinit:

Čím více převodových stupňů, tím vyšší jsou průměrné otáčky, a proto jsme blíže k bodu maximálního výkonu motoru, a proto dostáváme z motoru maximální výkon.

Co se stane, když uděláte hodně přihrávek? Nekonečně mnoho. Jak dlouho můžeme zvyšovat průměrný točivý moment na kolech? Tak byla vynalezena bezstupňová převodovka.

Variátor umožňuje udržovat motor vždy na špičkovém výkonu ve vysokých otáčkách a zároveň volit maximální převodové poměry pro získání maximálního točivého momentu na kola, a tedy i zrychlení.

Můžeme vykreslit graf točivého momentu na kolech CVT? Ano.

Průměrný točivý moment v rozmezí 0-200 km/h zde bude asi 1900 Nm, což je o 15 % více než u 4stupňové automatické převodovky, o 10 % více než u 5stupňové automatické převodovky a jen o 2 % více než u 10stupňové automatické převodovky. Více získat nelze.

Co se stane, když nainstalujete malá kolečka nebo řekněme zkrátíte GP? Naše převody budou „stlačeny“, zkrátí se a točivý moment se úměrně zvýší. Pokud jste předtím jeli 50 km/h za 1. a 100 km/h za sekundu, pak zkrácením GP o 10 % pojedete 45, respektive 90 km/h, ale na třetí budete muset jet 90-100 km/h. Jinými slovy, „virtuálně“ zvýšíte počet převodových stupňů, ale efekt bude účinný pouze tehdy, budete-li přesně vědět, pro jaký rozsah otáček převodové poměry volíte.

Čím více převodových stupňů, tím vyšší průměrný točivý moment na kolech. Čím rychleji auto zrychluje.
Převodovky CVT maximálně efektivně realizují potenciál motoru na silnici.
4 rychlostní stupně v rozsahu 0-200 km/h jsou pouze o 15 % horší než 10, ale třikrát lepší než 1. Proto prakticky nemá smysl řadit více než 6-7 akceleračních stupňů.
Zkracování převodovky nebo kol by se mělo dělat s rozumem – musíte předem vědět, jaký rozsah otáček chcete optimalizovat