Introduktion til manuel transmissionsteknologi

Introduktion til manuel transmissionsteknologi

Oversigt over transmissionstyper

Vi kan definere 2 hovedtyper af transmissioner, den manuelle gearkasse (MT) og automatisk gearkasse (AT). Automatgeartypen er derefter opdelt i 4 undergrupper:

  • Classic AT, med epicykliske gear (intet tab af trækkraft under gearskift)
  • Kontinuerlig variabel transmission (CVT), med koniske remskiver og skubbet rem (uendelig af gearforhold mellem laveste og højeste udveksling)
  • Automatiseret manuel transmission (AMT). Det er en manuel gearkasse med automatiske aktuatorer til koblingsudløsning og gearskifte (tab af trækkraft under gearskift)
  • Dobbeltkoblingsgear (DCT eller DSG), med 2 koblinger, der muliggør forvalg af gear (næsten intet tab af trækkraft under gearskift)

Gearkasselayouterne er af to slags:

  • FF (Motor foran, forhjulstræk)
  • FR/FR (Formotor, baghjulstræk)

Vi kan bemærke, at alle disse typer og layout tillader tilpasning til firehjulstræk.

Transmissions markedsandele

I betragtning af alle typer transmissioner kan vi sige, at tendensen for transmissionsmængder er den samme som for køretøjers volumener. Følgende graf viser verdensomspændende volumentendenser gennem årene inklusive forventninger frem til 2015.transmission split i VesteuropaEt stort volumenfald er observeret omkring 2008 på grund af bilindustriens første krise. Men fra 2010 er tendensen meget højere takket være høj bilproduktion i Brasilien, Rusland, Indien og Kina (BRIC).



I 2009 anslås personbiler transmissioner verdensmarkedet omkring 60 millioner enheder med en ligelig fordeling mellem AT og MT. BRIK-markedet er det største med 19 millioner enheder efterfulgt af Europa (16 millioner), Nordamerika (12 millioner) og Japan med 5 millioner enheder.

Opdelingen mellem AT og MT varierer også meget mellem disse regioner, primært af historiske og kulturelle årsager:

  • Europa: 77 % MT / 23 % AT
  • Nordamerika: 9 % MT / 91 % AT
  • Japan: 18 % MT / 82 % AT
  • BRIC'er: 83 % MT / 17 % AT

Opdelingen ændrer sig dog i nogle regioner, hovedsageligt på grund af den økologiske kontekst. For eksempel sammenlignes opdelingen i 2009 og forventet opdeling i 2015 i Vesteuropa i følgende graf:

Renault PK4 manuel gearkasse

Man kan sige, at andelen af ​​MT skal være faldende, til DCTs fordel. Dette forklares med, at DCT-teknologien i dag er moden og kan give en vis brændstofbesparelse sammenlignet med MT.

De vigtigste MT-producenter kan opdeles i to kategorier, de historiske baseret på historiske markeder og de nye, der dukker op på nye markeder.

I Europa plejede bilproducenter at fremstille deres egne manuelle gearkasser, selvom nogle leverandører som ZF eller Getrag er mere og mere til stede på markedet. Det er den samme situation i Japan, hvor Toyota, Honda eller Nissan fremstiller MT'er, men også Aisin eller Jatco som leverandører. I BRIC'er er de nye Tata, BYD, FAW, Tsingshan eller WIA.

Definition og funktion af en transmissionsenhed

Gearkassen er en kraftoverførselsenhed, hvad end det er en MT eller AT. Det tillader start af køretøjet, overførsel af motorkraft til drivhjulene, i frem- og bakretning, i overensstemmelse med førerens behov, og det opnår en passende fordeling af drejningsmomenter og omdrejningshastigheder mellem højre og venstre drivende hjul.

For at udføre disse funktioner er enheden sammensat af:

  • En koblings-/afkoblingsanordning (f.eks. kobling eller omformer)
  • En række reduktionsrationer (f.eks. gear eller remskiver)
  • En enhed, der gør det muligt at ændre forhold (f.eks. synkronisatorer, hydrauliske aktuatorer, …)
  • En strømfordelingsenhed (differentialet)
  • En forbindelse med hjulene, der respekterer deres frihedsgrader (led og drivaksler)
  • En forbindelsesenhed med driveren (knop, puder, …)

Et eksempel på transmissionsenhed er præsenteret nedenfor (Her en Renault PK4 manuel gearkasse):

Lad os nu fokusere på funktionelle ønsker fra den manuelle gearkasse.

Manuel transmission funktionsanmodninger

De funktionelle anmodninger er opdelt i 5 områder:

  • Brændstofforbrug og køreegenskaber
  • Køretøjsmontering og layout
  • Akustik
  • Skift kvalitet
  • Pålidelighed

Denne artikel omhandler kun brændstofforbrug og køreegenskaber. Andre emner vil dog blive behandlet i en kommende dedikeret artikel.

Brændstofforbrug og køreegenskaber

Køretøjer er generelt udstyret med en forbrændingsmotor som leverer sit maksimale drejningsmoment eller kraft på et begrænset område af rotationshastigheder. Med kun ét reduktionsforhold mellem motor og hjul ville føreren derfor nå motorens grænser på et begrænset område af køretøjets hastighed. Desuden er det nødvendigt at nå maksimal motorydelse i et bredt område af køretøjshastigheder:

  • Lave hastigheder: Start, bakkestigning
  • Høje hastigheder: Motorveje
  • Middel hastighed: overhaling, bakkestigning

Så er det nødvendigt at indskyde en transmission mellem motor og drivhjul, som tilbyder forskellige reduktionsforhold af hastighed og drejningsmoment. Denne variation af hastigheder muliggør en rationel brug af motoren takket være passende trinvis gear inde i transmissionen.

Metoden til at designe reduktionsforhold i henhold til køretøjs- og motorspecifikationer vil snart være tilgængelig i artiklenMetode til at designe manuelle gearforhold.

Kriterierne for at vurdere designet af gearforhold er:

  • Brændstofforbrug ved stabiliseret hastighed (90 km/t, 120 km/t og 150 km/t)
  • Brændstofforbrug påkørecyklusser(NEDC, kundecyklus, …)
  • Ydelsesindeks (Renault-kriterier, der tager hensyn til køretøjets masse, motorens maksimale effekt og drejningsmoment, S.Cx og køretøjshastighed ved 1000 rpm på de 2 højeste forhold)
  • Forestillinger:
    • Startkapacitet og køreegenskaber
    • Startacceleration (0 til 100 km/t, 0 til 400 m eller 0 til 1000 m)
    • Maksimal hastighed på slutforhold
    • Acceleration i mellemområdet (30 til 60 km/t på 3., 80 til 120 km/t på 4., 5. eller 6.)

Når du vælger det første gearforhold, er det nødvendigt at tage hensyn til startkapaciteten, herunder bugseringsforholdene. De klassiske værdier for et 1. gear er fra 18 til 12, hvilket betyder, at køretøjet er cirka mellem 6,5 og 10 km/t ved 1000 o/min.

Ved udformningen af ​​det endelige gearforhold tages der hensyn til den maksimale hastighed, brændstofforbrug og emissioner på cyklusser. Klassiske værdier for det endelige gearforhold er fra 3 til 2,2, altså mellem 40 og 55 km/t ved 1000 o/min.

Ved valget af mellemforhold tager ingeniørerne højde for køreegenskaberne og accelerationerne i mellemklassen, men også brændstofforbruget på cyklus.

Når alle gearforhold er valgt, beregnes udvekslingsindikatoren som det 1. gearforhold divideret med det endelige gearforhold. Denne indikator udtrykker typen af ​​design af den manuelle gearkasse. Klassiske værdier er generelt mellem 4 (ydeevnedesign) til 7 (brændstoføkonomisk design). Et eksempel på gearforholdsværdier for Renault PK4 gearkassen er vist i tabellen nedenfor:Udover udvekslingsdesignet har to andre faktorer indflydelse på køretøjets brændstofforbrug, gearkassens masse og dets effektivitet. Med hensyn til massen er den mere eller mindre proportional med det moment, som gearkassen kan overføre. Det siges, at forholdet er omkring 1 kg / 10 Nm. Gearkassens effektivitet afhænger af tab på grund af gear- og lejefriktion, drejetab... Evalueringen af ​​disse tab gør det muligt at beregne køretøjets brændstofforbrug, som skyldes MT.

Grafikken nedenfor viser trækmomentet vs. drejningsmomentkapaciteten af ​​en gearkasse (i 5. gear ved 2000 rpm med 30 Nm drejningsmoment ved 50°C):Det kan siges, at trækmomentet stiger proportionalt med drejningsmomentkapaciteten. Med nuværende MT er den del af brændstofforbruget, der skyldes MT-tab mellem 3 og 5 %, og dets effektivitet er mellem 85 og 90 %. Til sammenligning kan en klassisk AT repræsentere op til 20 % af det samlede brændstofforbrug.

Konklusion

Manuel gearkasse teknologi er kendt siden det 18. århundrede og nu mestret af bilproducenter. Det er en billig og effektiv måde at sikre transmissionsfunktioner på. For et korrekt design tages der hensyn til flere parametre som brændstoføkonomi, ydeevne, akustik eller emballage. Udvekslingsdesignet er vejen til at nå ønsket brændstofforbrug og ydeevne. Faktisk er første og sidste gear af stor betydning for maksimal hastighed, start og brændstoføkonomi. Og endelig bliver gearkassens effektivitet vurderet og sænket, da den også bidrager til komplet drivlinjes brændstofeffektivitet.