Автомат системы Барнарда

2017-04-04, Техника, Борис Мурадов

Ясным майским днем 1988 года в окрестностях небольшого городка Балокко на севере Италии вокруг некоего объекта, окруженного глухой оградой, творилось нечто странное. Раскидистые кроны больших деревьев, растущих за пределами огороженной территории, вдруг обросли увесистыми экзотическими «плодами» – папарацци, вооруженными фотокамерами с длиннофокусными объективами, и наводнившие эту местность крепкие секьюрити трудились в поте лица, собирая с деревьев обильный «урожай». А в самый ответственный момент над столь тщательно охраняемым объектом закружил вертолет, в дверном проеме которого расположился еще один незваный гость, увешанный мощными фотообъективами. И машину, которую за несколько секунд до этого выкатили из гаража, тут же закатили обратно. Так отнюдь не во Фьорано, а на одной из ничем не примечательных испытательных трасс концерна FIAT начинались тесты новой Ferrari, оснащенной новым аэродинамическим пакетом и, главное, новейшей и тогда абсолютно уникальной разработкой, которой был присвоен гриф строжайшей секретности, – системой автоматического переключения передач.

Джон Барнард

Джон Барнард

В то время как возвращение на прошедшем ГП Испании в машины Ф-1 антипробуксовочной системы привлекло всеобщее внимание и наделало много шуму, другое, не менее знаменательное изменение в Техническом регламенте – отмена запрета на использование полностью автоматических коробок передач – осталось почти незамеченным. Между тем на момент своего появления это устройство было не менее, а даже более революцион¬ным, нежели антипробуксовочная система.

Любопытно, впрочем, что изначально об автоматической трансмиссии как таковой никто в Формуле-1 и не помышлял, и появилась она, можно сказать, случайно, в качестве своего рода «вторичного продукта». И подтолкнуло к ее созданию, соответственно, вовсе не стремление упростить и облегчить пилотирование машин Ф-1, а совсем другие соображения.

Не удобства ради, а скорости для.

Дело в том, что в конце 70-х с целью лучшего распределения веса топливные емкости стали размещать в одном большом баке позади пилота, и конструкторам пришлось изрядно поломать голову над тем, как и где протянуть тяги, соединяющие рычаг переключения передач с коробкой передач – то ли в обход бака, то ли сквозь него. И тот, и другой вариант имел свои существенные недостатки, что заставило искать принципиально иное решение.

Таковое пришло в светлую голову Джона Барнарда, когда он в конце 1986 года размышлял над этой задачей, готовясь к переходу из McLaren на место главного конструктора в Ferrari. «В те годы, – вспоминает Барнард, – в машинах Формулы-1 все большее применение находили электрогидравлические клапаны, например, в активной подвеске, и я подумал, а почему бы не использовать их в качестве исполнительного механизма переключения передач, приводимого в действие простым нажатием кнопок с места пилота – по проводам?»

Впервые полуавтоматическая коробка передач появилась в 1989 году на Ferrari 640. Как это часто случается, революционная новинка оказалась не слишком надежной: 9 раз в 16 Гран При сезона-89 автомобили Ferrari выбывали из гонок из-за проблем, связанных с коробкой передач

Впервые полуавтоматическая коробка передач появилась в 1989 году на Ferrari 640. Как это часто случается, революционная новинка оказалась не слишком надежной: 9 раз в 16 Гран При сезона-89 автомобили Ferrari выбывали из гонок из-за проблем, связанных с коробкой передач

Сказано – сделано. Уже в следующем сезоне в Ferrari стали экспериментировать с подобной системой, которая в первую очередь должна была непременно давать возможность пилоту при торможении перед медленными поворотами переходить с высшей передачи сразу на вторую или третью, минуя промежуточные. Таким образом, первая полуавтоматическая коробка передач с раздельными гидравлическими цилиндрами на концах каждого включающего штока позволяла переключать передачи не последовательно, а как угодно – хоть с шестой сразу на первую. Однако такая система требовала установки шести клапанов плюс еще одного для включения задней передачи, что к тому же делало конструкцию весьма тяжелой (хотя и все равно более легкой, чем традиционная).

Система переключения передач с подрулевыми рычажками, примененная на Ferrari 640: включающие штоки (1) приводились в действие гидравлическими цилиндрами, смонтированными на их концах; штоки задействовали включающие вилки (2), которые в свою очередь перемещали кольца, включавшие ту или иную передачу; гидравлические цилиндры управлялись двухходовыми клапанами (3)

Система переключения передач с подрулевыми рычажками, примененная на Ferrari 640: включающие штоки (1) приводились в действие гидравлическими цилиндрами, смонтированными на их концах; штоки задействовали включающие вилки (2), которые в свою очередь перемещали кольца, включавшие ту или иную передачу; гидравлические цилиндры управлялись двухходовыми клапанами (3)

Затем стало ясно, что совсем необязательно размещать переключатели в том же месте, где и обычный рычаг переключения передач. А непосредственно идею их размещения в «одном флаконе» с рулевым колесом Барнард «подглядел» в картах, на некоторых моделях которых в то время перед рулем располагались рычаги выключения сцепления или переключения передач, наподобие мотоциклетных.

Найджел Мэнселл на феррари, Монако-1989

Найджел Мэнселл на феррари, Монако-1989

Несложный анализ показывает, что кинематическая схема трансмиссии 6HP26 по существу получена из кинематической схемы четырехскоростной трансмиссии 4HP18, в которой муфты 1 и 2 соединяют малые центральные колеса с ведущим звеном не напрямую, а через дополнительный планетарный редуктор. Сдует отметить, что данная кинематическая схема относится к четырехстепенным.

Также стало очевидно, что теперь педаль выключения сцепления нужна лишь для того, чтобы стронуть машину с места при старте, а затем на протяжении всей гонки выключение и включение сцепления может производиться также в автоматическом режиме по сигналу при нажатии того же подрулевого рычажка переключения передач. Так левая нога пилота довольно неожиданно была избавлена от лишней работы.

Далее оказалось, что «вверх» передачи могут переключаться тоже полностью автоматически, просто по достижении двигателем максимального числа оборотов. А вот с переключением «вниз», наоборот, возникли некоторые проблемы: пилоту необходимо было, как и в машине с ручной коробкой, выбирать «правильное» число оборотов для плавного перехода на пониженные передачи, иначе он рисковал перетормозить двигателем.

Впрочем, от полностью автоматического переключения передач позже пришлось все же отказаться: это не понравилось пилотам, которые предпочитали переключаться «вверх» по своему усмотрению. Например, иногда в повороте имеет смысл перейти на более высокую передачу, чтобы более эффективно контролировать его прохождение двигателем – особенно такой прием помогает на мокрой трассе. Но даже полуавтоматическое переключение передач путем нажатия на подрулевые рычажки позволяло проходить повороты куда быстрее, нежели традиционное, при помощи обычного рычага и педали сцепления, которое невозможно было проделать непосредственно в середине поворота, когда обе руки должны контролировать положение рулевого колеса.

Двигатели Ф-1 -- это не только сотни лошадиных сил, но и тончайшая настройка систем, спосоных совладать с этой мощью

Двигатели Ф-1 -- это не только сотни лошадиных сил, но и тончайшая настройка систем, спосоных совладать с этой мощью

Мал рычажок, да удал.

Все это, опробованное на Ferrari впервые в тот самый майский день 1988 года, с которого начался этот рассказ, должно было получить уже «боевое» крещение в очередной, 640-й модели. На ней в следующем году пилотам Скудерии предстояло отстаивать поруганную честь команды (в ЧМ 1988 года McLaren выиграла 15 гонок из 16, a Ferrari - лишь одну). Однако в том же 1988 году умер великий Энцо Феррари, и представители «вышестоящей инстанции» - менеджеры концерна FIAT – поспешили захватить бразды правления командой в свои не слишком искушенные в этом деле руки. Одной из директив нового руководства стало требование отказаться от новой системы переключения передач и втиснуть в уже готовое 640-е шасси обычную коробку с ручным переключением.

«Сделать это было крайне трудно, – вспоминает Барнард, – и я был страшно зол, потому что знал, что это потребует такого колоссального объема работ, который мы просто не могли себе позволить, однако решение принимал босс из FIAT, и я вынужден был подчиниться и изуродовать монокок машины. Положение спас Найджел Мэнселл, который, протестировав ее несколько кругов, сказал: «Ну уж нет, спасибо. Верните мне подрулевые переключатели». После этого о возврате к ручному переключению передач уже никто не вспоминал».

Впрочем, Мэнселл был сам настолько не уверен в надежности новой системы, что даже и не надеялся в первой гонке сезона-89 хотя бы доехать до финиша, поэтому забронировал себе билет домой на более ранний авиарейс. Однако лететь пришлось все же позже – за рулем Ferrari 640, оборудованной полуавтоматической коробкой передач, англичанин не просто финишировал, но и выиграл первую же гонку – Гран При Бразилии!

Система барабанного переключения передач, схема которой осталась по сути неизменной по сей день: переключение осуществляется рычажками на задней стороне рулевого колеса (1), рычаг с одной стороны переключает передачи вверх, с другой -- вниз; управляющая электроника (2); электрогидравлический клапан, управляющий контуром, давление в котором отбирается от гидравлической системы двигателя; гидравлика приводит в действие зубчатую рейку (4), возвратно-поступательные движения которой (5) вращают барабан; направляющие барабана (6) двигают включающие вилки (7), которые выбирают нужную передачу; крутящий момент от коробки передач передается на дифференциал (8)

Система барабанного переключения передач, схема которой осталась по сути неизменной по сей день: переключение осуществляется рычажками на задней стороне рулевого колеса (1), рычаг с одной стороны переключает передачи вверх, с другой -- вниз; управляющая электроника (2); электрогидравлический клапан, управляющий контуром, давление в котором отбирается от гидравлической системы двигателя; гидравлика приводит в действие зубчатую рейку (4), возвратно-поступательные движения которой (5) вращают барабан; направляющие барабана (6) двигают включающие вилки (7), которые выбирают нужную передачу; крутящий момент от коробки передач передается на дифференциал (8)

В результате этой сенсационной победы полуавтоматическая коробка передач с электронным переключением подрулевыми рычажками привлекла к себе всеобщее пристальное внимание. Выгоды от ее применения были налицо: возможность переключать передачи в самый подходящий для этого момент (особенно в поворотах), не отрывая рук от рулевого колеса и, таким образом, полностью контролируя траекторию. Кроме того, ошибаясь при обычном, ручном переключении, пилоты часто «перекручивали» мотор, что приводило к его более быстрому износу. Теперь же синхронная работа сцепления и механизма при переключении передач «вверх» исключала эти ошибки.

«Оставалось лишь добиться того же эффекта и при понижении передач, – рассказывает Барнард, – чтобы переключение не происходило, пока скорость вращения коленвала и скорость движения машины не придут в соответствие. Добиться этого удалось лишь спустя несколько лет, когда в двигателях появились электронные дроссели. К тому времени я уже работал в Benetton, а там не было достаточной для подобных систем электронной базы, поэтому даже спустя три года после дебюта полуавтоматической коробки в машинах Ferrari пришлось выпускать на трассы Гран При автомобиль, по старинке оснащенный ручной коробкой. Зато теперь, десять лет спустя, пилоты всех команд могут уже без каких-либо рывков и усилий, сколько и как угодно переключаться хоть «вверх», хоть «вниз». Более того, теперь уже подобные системы все шире используются не только в гоночных, но и в обычных дорожных автомобилях. Когда идея полуавтоматической коробки передач пришла мне в голову, я и представить себе такое не мог».

Коробка передач -- один из самых сложных и, без сомнения. самый капризный узел гоночного автомобиля

Коробка передач -- один из самых сложных и, без сомнения. самый капризный узел гоночного автомобиля

«Программа передач» на завтра.

Между тем сами коробки за прошедшие годы сильно прогрессировали. Стало ясно, что поскольку гидравлика переключает передачи очень быстро, переключение «вниз» может быть секвентальным – то есть последовательным. И на смену усложнявшим и утяжелявшим мотор раздельным переключающим штокам пришел барабанный механизм, схожий с тем, что применяется в мотоциклетных коробках передач. Внешне его можно сравнить и с более знакомым многим в быту механизмом – валиком детской «музыкальной шкатулки» с расположенными на нем выступами, которые при прокручивании цепляют металлические «лепестки-ноты» в заданной последовательности, всякий раз воспроизводя одну и ту же мелодию. Так и барабанный механизм переключения передач при каждом переключении «вниз» сразу «через» несколько передач на самом деле, проворачиваясь на заданный угол, последовательно включает все «промежуточные» передачи, просто очень и очень быстро, обеспечивая одновременно и моментальность, и необходимую плавность переключения.

Причем в трансмиссиях Ferrari этот механизм приводится в действие не привычным реечно-шестереночным, а роторным гидравлическим приводом, который проворачивает переключающий «барабан» на все 360 градусов до требуемого положения, индикацию которого на приборном щитке обеспечивает роторный же электронный потенциометр.

Самое же сложное в такой системе, которая должна за считанные доли секунды переключать передачи «без сучка без задоринки», опять же по мнению ее «отца», Джона Барнарда – это программное обеспечение, за счет которого абсолютная синхронность работы собственно устройства переключения, механизма сцепления и числа оборотов двигателя. То самое программное обеспечение, из-за которого в Формуле-1 в последние годы было сломано так много копий и сфера применения которого существенно расширилась в результате известных недавних изменений в Техническом регламенте.

Шумахер пришел в Ferrari, Барнард покидал итальянскую команду, но изобретение талантливого конструктора прижилось не только в ней, но и во всей Ф-1

Шумахер пришел в Ferrari, Барнард покидал итальянскую команду, но изобретение талантливого конструктора прижилось не только в ней, но и во всей Ф-1

Впрочем, одно так и остается пока неясным: что дает отмена запрета на полностью автоматические коробки передач, если опытные пилоты все равно предпочитают «полуавтоматы»? Может, поэтому это «старое нововведение» и не вызвало какого-либо заметного резонанса?

Электронных помощников становится все больше, но ими тоже надо уметь управлять, и число переключателей на руле гонщиков все возрастает

Электронных помощников становится все больше, но ими тоже надо уметь управлять, и число переключателей на руле гонщиков все возрастает

Мурадов, Б. Автомат системы Барнарда / Борис Мурадов // О Формула-1 2001. -- №7. -- с. 70-73.

Другие статьи на подобные темы:
Коробки передач ZF
Электричество без проводов
Заменитель третьей педали
Свет в конце туннеля
ГМП Chrysler A500

Чистое будущее

2017-04-30, Техника, Алексей Воробьев-Обухов,

В конце прошлого года, как обычно, открылся автосалон в Лос-Анджелесе. В цитадели американских экологов были не только представлены новые модели авто, но и прошел конкурс дизайнеров-футуристов. Не стесненные финансово-технологическими рамками художники соревновались между собой, воображая автомобильный мир 2030 года.

Подробно


Автомат системы Барнарда

2017-04-04, Техника, Борис Мурадов,

Ясным майским днем 1988 года в окрестностях небольшого городка Балокко на севере Италии вокруг некоего объекта, окруженного глухой оградой, творилось нечто странное. Раскидистые кроны больших деревьев, растущих за пределами огороженной территории, вдруг обросли увесистыми экзотическими «плодами» – папарацци, вооруженными фотокамерами с длиннофокусными объективами, и наводнившие эту местность крепкие секьюрити трудились в поте лица, собирая с деревьев обильный «урожай». А в самый ответственный момент над столь тщательно охраняемым объектом закружил вертолет, в дверном проеме которого расположился еще один незваный гость, увешанный мощными фотообъективами. И машину, которую за несколько секунд до этого выкатили из гаража, тут же закатили обратно. Так отнюдь не во Фьорано, а на одной из ничем не примечательных испытательных трасс концерна FIAT начинались тесты новой Ferrari, оснащенной новым аэродинамическим пакетом и, главное, новейшей и тогда абсолютно уникальной разработкой, которой был присвоен гриф строжайшей секретности, – системой автоматического переключения передач.

Подробно


Коробки передач ZF

2017-04-04, Техника, С. Харитонов,

В 2001 году немецкая фирма по производству зубчатых передач ZF приступила к выпуску трансмиссий с шестискоростной АКПП 6HP26, которые устанавливаются на автомобили BMW седьмой серии.

Подробно


Коробка передач

2017-04-04, Техника, Дмитрий Белабенко,

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к трансмиссии транспортных машин.

Известна планетарная коробка передач автомобиля Renault, содержащая корпус с размещенными в нем входным и выходным валами, установленными соосно. Солнечные зубчатые колеса первого и второго планетарных рядов установлены на входном валу. Водило первого планетарного ряда установлено на входном валу, а водило второго планетарного ряда установлено на выходном валу и соединено с ним. Коронное зубчатое колесо первого планетарного ряда, установлено на водиле второго планетарного ряда и соединено с ним, а коронное зубчатое колесо второго планетарного ряда установлено на водиле первого планетарного ряда и соединено с ним. На водилах первого и второго планетарных рядов установлены сателлиты. Сателлиты первого планетарного ряда входят в зацепление с солнечным и коронным зубчатыми колесами первого планетарного ряда, а сателлиты второго планетарного ряда - с солнечным и коронным зубчатыми колесами второго планетарного ряда. Две фрикционные муфты установлены на входном валу и соединены с ним ведущими полумуфтами, а ведомыми полумуфтами одна - с водилом первого планетарного ряда, вторая - с солнечным зубчатым колесом первого планетарного ряда. Многодисковый фрикционный тормоз соединен с корпусом наружной полумуфтой, а внутренней полумуфтой - с солнечным зубчатым колесом первого планетарного ряда. Два ленточных тормоза охватывают лентами: один - барабан, соединенный с коронным зубчатым колесом второго планетарного ряда, второй - барабан, соединенный с солнечным зубчатым колесом второго планетарного ряда.

Подробно


ГМП Chrysler A500

2017-04-02, Техника, Дмитрий Белабенко,

{Различные модификации ГМП Chrysler A500 имеют обозначения 40RH, 42RH, 42RE, 44RE.}

4-х ступенчатые АКПП Chrysler A500, (с 1994 - 42RE, 44RE) конструктивно родственны трансмиссиям "золотого века" Америки TF6 (A904), которые с 1968 года ставились на заднеприводные авто, и даже когда-то использовались для пикапов Мицубиши.

Подробно


Последнее обновление
  • 2017-11-01
Опрос
Архив
Другие источники
Самые читаемые авторы сайта
Самые интересные статьи
Также читайте на сайте
Контактная информация