Ни единого разрыва
Новая КПП Zeroshift, установленная на прототипе Honda RC212V, готова свершить революцию в мире мотоциклов. Если, конечно, доберется до серийного производства
Во время предшествующих сезону MotoGP тестов, а также на первом гран-при Катара, было явно заметно превосходство мотоциклов Хонды перед конкурентами. В чем секрет технического рывка японского концерна? Не в последнюю очередь, — в сбалансированности и продуманности всего проекта RC212V. И все же, главный козырь Хонды — не баланс мощности мотора и жесткости шасси, а новая трансмиссия, обеспечивающая переключение передач без разрыва потока мощности.
Многие эксперты считают, что за этой технологией скрывается британская компания Zeroshift, специализирующаяся на трансмиссионных системах. Чтобы убедиться, что это именно так, мы отправились в предместье Лондона, а именно в Милтон Кейнс.
Недостатки традиционных КПП компенсируются использованием сцепления и лапки коробки. Все райдеры к этому привыкли
Узнать, сотрудничает ли Honda с Zeroshift, — значит разобраться в наибольшем клубке слухов сезона МотоГП-2011. Но гораздо интереснее услышать, что эта КПП предназначена не только для гоночных мотоциклов. Zeroshift уже сотрудничает с несколькими крупными мотопроизводителями для внедрения своей технологии в серийные модели, о чем нам рассказал инженер проекта Даррен Месколл: "Сейчас мы только делаем первые шаги в этом направлении. Чтобы разработать такую КПП, мы потратили пять лет. В последние годы по крайней мере два клиента обращались к нам с просьбой продолжать развитие проекта. И мы постоянно продвигаемся вперед. Признаю, мы по-прежнему отстаем от установленных временных рамок и все еще находимся на стадии тестирования. Но до конца года мы сделаем важное заявление, что наш проект готов для серийного производства«.
Проблема КПП
Любая коробка переключения передач предназначена для изменения частоты и крутящего момента в более широких пределах, чем это может обеспечить двигатель. При каждом переключении передачи наступает момент, когда зубчатые пары находятся в свободном состоянии и не передают никаких усилий. В этот короткий отрезок времени система шестерен не задействована, как если бы КПП пребывала в нейтральном положении. То есть, при ускорении присутствует момент, когда подача тяги останавливается, а затем возобновляется, когда уже приведена в действие следующая зубчатая пара. И, наоборот, при снижении скорости в момент каждого переключения передач пропадает эффект торможения двигателем.
Карло Фумагалли на Moto Guzzi 500 C4V — RC212V 1930-х.
Мотоцикл уже оснащался коробкой передач
На дорогах общего пользования эти недостатки традиционных КПП компенсируются своевременным использованием ручки сцепления, лапки коробки передач и рукоятки газа. Все райдеры к этому привыкли. Но на треке ловкости рук недостаточно. При каждом изменении передачи райдер теряет небольшой процент тяги, что в сумме дает внушительное отставание на круге.
Коробка передач Zeroshift решает эту проблему, переходя от одной передачи к другой, ни на мгновение не прекращая подачу мощности и крутящего на заднее колесо. Это не единственная система такого типа. Есть несколько производителей, которые работают над подобными решениями. Британская разработка лучше адаптирована к мотоциклу как в структуре передачи тяги, так и в управлении.
Зубчатая головоломка
Все традиционные КПП характеризируются кратковременными интервалами разрыва связи шестерен. Zeroshift разработала комплексную систему дополнительных деталей, которая устраняет эту проблему.
Чтобы разобраться в принципе работы коробки Zeroshift, представим себе две скорости: первую и вторую. Между двумя шестернями есть три компонента: первое сцепное кольцо, центральный барабан, жестко закрепленный на валу, и второе сцепное кольцо, зеркально повторяющее первое. Сцепное кольцо имеет с одной стороны три плоских зуба, которые взаимодействуют с шестернями КПП. Последние, в свою очередь, имеют три расточенных боковых выреза. С другой стороны сцепного колеса зубья скошены для того, чтобы быстро выходить из паза, когда необходимо прекратить передачу «шестерня — вал».
Принцип работы Zeroshift
Синее сцепное колесо предназначено для зацепления шестерен первой передачи при ускорении и освобождении второй передачи (торможение двигателем). Красное предназначено для зацепления шестерен второй передачи при ускорении и освобождении первой передачи.
1. Сцепные колеса находятся в нейтральном положении, зубы не зацеплены.
2. Система смещает синее сцепное кольцо, соответствующее первой передаче, в сторону шестерни первой передачи. Происходит сцепление и передача тяги, мотоцикл приводится в движение.
3. Красное сцепное кольцо второй передачи незамедлительно следует за кольцом первой, завершая включение передачи. Теперь возможна передача обратного крутящего момента при торможении двигателем.
4. Начало изменения передачи. При ускорении красное сцепное кольцо не находится под нагрузкой, то есть может свободно перемещаться в сторону шестерни второй передачи.
5. Шестерня второй передачи вращается быстрее, чем первой, красное сцепное кольцо входит в зацепление с ней, передавая крутящий момент на вал и заднее колесо мотоцикла.
6. В этот же момент синее сцепное колесо первой передачи, которое вращается медленнее, освобождается от нагрузки и под действием пружины следует за красным сцепным колесом.
7. Синее сцепное колесо завершает включение второй передачи. Теперь красное колесо передает ускорение, синее — отвечает за торможение двигателем.
При включении первой передачи первое сцепное кольцо (на рисунке обозначено синим цветом) смещается в сторону шестерни первой передачи. Три зуба сцепного кольца «вгрызаются» в центральный барабан, тем самым обеспечивая жесткую связь между шестерней первой передачи и центральным барабаном, то есть — валом. Полный процесс включения первой передачи завершается приближением другого сцепного кольца (на рисунке обозначено красным). Оно необходимо для передачи обратного крутящего момента мотора, то есть — для торможения двигателем.
Когда нужно переключиться на вторую передачу, происходит обратный процесс движения обоих сцепных колец. Выполняющее функцию передачи обратного крутящего момента кольцо (на рисунке обозначено красным) не находится под нагрузкой, поэтому может свободно сместиться в сторону шестерни второй передачи. Когда три зуба войдут в боковые вырезы шестерни второй передачи, произойдет сцепление и передача крутящего момента. В этот момент шестерня первой передачи (на рисунке обозначена синим) больше не находится под нагрузкой и следует за красным кольцом до завершения соединения.
Преимущества Zeroshift
Способность переключать передачи без разрыва тяги — большое конкурентное преимущество. Но это не единственная цель, которую ставят в Zeroshift, о чем заявляет Дарен Месколл: «Непрерывный поток мощности при переключении скоростей — очень большое преимущество шоссейных мотоциклов, поскольку позволяет изменять передачи в поворотах без риска дисбаланса мотоцикла. Это также очень важно на подъемах».
Но это еще не все. КПП Zeroshift позволяет осуществлять переключения автоматически или полуавтоматически без усложнения конструкции коробки. Достаточно цифрового контроллера и правильного ПО. Концептуально этот метод похож на те, которые мы встречаем в современных системах подачи топлива с электронным управлением или в антипробуксовочных системах. «Мы можем предложить различные решения для серийного производства КПП как с автоматическим переключением, так и с ручным, — говорит Месколл. — Первый вариант может быть достигнут без особых трудностей, поскольку переключение передач требует незначительных усилий. Но ручное переключение является важным для многих райдеров, которые чувствуют, что они и в какой момент хотят изменить. Эта особенность — рычаг сцепления на руле, ножная педаль переключения на картере коробки — основополагающая в езде на мотоцикле».
Несомненно, многие мотоциклисты выберут традиционный способ переключения передач. Контролируемая автоматикой КПП, впрочем, имеет ряд преимуществ: позволяет избежать ошибок в интересах безопасности, обеспечиваетмаксимально рациональное потребление топлива, минимизирует выбросы. Рассказывает Билл Мартин, директор по маркетингу Zeroshift: «В автоматическом режиме система всегда использует наиболее подходящую передачу, что обеспечивает высокую производительность и экономию топлива. Это также выгодно с точки зрения безопасности, поскольку переключение передач может осуществляться электронно, то есть находится под контролем блока управления. В таком случае невозможно использовать трансмиссию неверным образом. Программное обеспечение корректирует любые опасные маневры».
Как в Формуле-1
Наиболее важные эволюционные прорывы в области трансмиссий серийных автомобилей были заимствованы из Формулы-1. КПП с двойным сцеплением, разработанные для гонок, сейчас не используются в Формуле из-за избыточного веса и громоздких размеров. На самом деле такие коробки передач работают по трем осям, а не двум. Когда одна зубчатая пара приводится в рабочее состояние, следующая за ней уже готова для приема нагрузки и последующего ускорения автомобиля. Для ее активизации необходимо выжать сцепление, тем самым отключив предыдущую пару на другом валу.
Еще одна версия продвинутой автомобильной трансмиссии — обычная коробка передач с двумя валами и одним сцеплением, но с нетрадиционными передаточными числами. Система включения передач — электрогидравлическая, переключение осуществляется сервоприводами. Момент разрыва тяги во время смены передач сводится к минимуму, но не исчезает: минимальное время составляет 50 мс.
Такая автоматическая трансмиссия также подходит для скутеров. «Классические ременные вариаторы малоэффективны, коэффициент потери мощности у них составляет от 20 до 35%, — говорит Мартин. — КПП без разрыва потока мощности, управляемая электроникой, оставит райдеру такую же легкость вождения скутера, но с более высокой производительностью и меньшим потреблением топлива. Если на нашу разработку будет достаточный спрос, цены могут быть снижены до уровня обычной вариаторной системы».
На данный момент бессмысленно говорить о цене тран смиссии Zeroshift, поскольку она напрямую зависит от объемов производства. «Если мы остановимся на нишевом техническом предложении, цена нашей разработки будет высокой, — говорит Мартин, — Но если будет запущено массовое производство, эта трансмиссия будет стоить не дороже обычной коробки передач».
Можно предположить, что КПП Zeroshift появится сначала на больших спорт-туристах или спортбайках, а уже потом на скутерах. Какими будут эти мотоциклы — мы узнаем очень скоро. По неофициальной информации, к концу года один из мировых мотогигантов представит модель с КПП, переключающей передачи без разрыва потока мощности.
У Хонды уже есть два удачных эксперимента с непрерывной подачей мощности: VFR1200 DCT использует КПП с двойным сцеплением, в DN-01 применена гидромеханическая бесступенчатая трансмиссия
Версия от Honda
На рынке уже есть мотоцикл, который демонстрирует преимущества бесступенчатой трансмиссии. Honda VFR1200DCT оснащен полуавтоматической коробкой передач с двойным сцеплением. Идея такой КПП позаимствована у широко распространенных автомобильных трансмиссий. По сути, это объединение в одно целое двух коробок передач и двух муфт сцепления. В первой размещены шестерни нечетных передач (1-я, 3-я, 5-я), во второй — четные (2-я, 4-я, 6-я). Сцепления работают попеременно: когда одна муфта находится в рабочем состоянии — другая отключается. Таким образом достигается неразрывная подача тяги в момент переключения передачи.
Такая система громоздкая и сложная. В дополнение к двойному блоку КПП нужна еще и гидравлическая система, управляющая шестернями, и электроника, координирующая переходы между сцеплениями.
Вариаторная трансмиссия Suzuki Burgman 650 может имитировать переключение передач благодаря изменению соотношений шкивов
Но даже если DCT (Dual Clutch Transmission) хорошо работает на серийной модели, Honda не смогла перенести эту технологию в MotoGP. Правила мотогонок запрещают использование систем двойного сцепления, но не запрещают бесступенчатой трансмиссии. Это дает преимущество относительно простой системе Zeroshift. «Многие производители мотоциклов оценят тот факт, что система Zeroshift особо не отличается от обычных коробок передач, — уточняет Месколл. — Инженерам не придется сталкиваться с новыми технологиями, потому как принципы производства и сборки остаются теми же. Внедрение такого технического решения будет очень легким».
Аналогичная Бургману схема применяется в мотоцикле Aprilia Mana
Но вернемся к тайне успеха Honda в этом сезоне MotoGP. Использует ли японский завод Zeroshift? Британцы уклоняются от ответа. Будем надеяться, что этот секрет Honda не будет вечным и мотогигант объявит, какое техническое нововведение он принял на вооружение