sztory by paul van valkenburgh – photos as credited
Néha a legegyszerűbb, legártatlanabb kérdés is komplex és igényes magyarázatot igényel. Vagy mégsem. Tegyük fel például, hogy egy 7 éves gyerek azt kérdezi: “Apa, honnan jöttem?”. És miután hosszas, feszült magyarázatot kapott a madarakról és a méhekről, a gyerek azt válaszolja: “Nem, úgy értem, melyik országból!”. Nemrégiben egy versenyzőnek a sebességfokozat kiválasztásával kapcsolatos kérdése vezetett a mérnöki megfontolások eme elemzéséhez. A válasz valóban nagyon sokféle lehet, minden egyén sajátos igényeitől és erőforrásaitól függően, az alkalmi amatőr autocrossosoktól a profi közúti versenyzőkig – vagy a kevés áttételi lehetőséggel rendelkező, széria elsőkerék-meghajtású szedánoktól a V8-as motorral hajtott, gyorsváltós versenyautókig.
Ha sokat fut ugyanazon a pályán, és az autója pont olyan, amilyennek vette, valószínűleg már tapasztalta, hogy a sebességfokozatok nem illeszkednek túl jól a kanyarkijáratokhoz vagy az egyenesekhez. Lehet, hogy a második fokozat túl alacsony, és rögtön a harmadikba kell kapcsolnod, vagy lehet, hogy az a fokozat túl magas, és nincs elég nyomatékod. Vagy talán pont az egyenes végén vagy túl kell pörgetned a motort, vagy fékezés előtt csak egy pillanatra kell feljebb kapcsolnod.
Három lehetőséged van a helyzet javítására, bár az utakat korlátozhatja a költségvetés, a rendelkezésre álló felszerelés, vagy a szankcionáló testület által diktált szabályok. Változtathatsz a gumiabroncsok átmérőjén, de ez általában kisebb hatással van az áttételre és nagyobb hatással a kezelhetőségre és a hasmagasságra. (Ne felejtsd el, hogy az autó megemelése az aerodinamikát is befolyásolja.) A másik lehetőséged, hogy felszereled az autódat egy olyan gyorsváltóval, amelyben minden fokozatban sok áttétel áll rendelkezésre.
Ez bónuszként lehetővé teheti számodra, hogy a legtöbb pályán egyetlen differenciálmű áttétellel is boldogulj. Végül, ha kevés vagy egyáltalán nincs lehetőség a sebességváltóra, akkor remélhetőleg legalább a végáttétel változtatható a különböző pályáknak megfelelően. Ez azonban minden fokozatban ugyanannyiszorosára változtatja az áttételt, ami valószínűleg egy másik kanyarban felborítja majd a kedved. Mint mondtuk, a realitások korlátozhatják, hogy ezek közül a lehetőségek közül melyiket választhatod. Sokan közülünk talán csak a végáttétel megváltoztatására korlátozódnak, vagy esetleg néhány különböző váltófogaskerék közötti választásra. Mégis, mindig van remény.
Takarékosság vs. teljesítmény
Az ideális gyártási differenciálmű-áttétel – az autó hajtott kerekeinél található fogaskerekek – az utcai használatra a lehető legmagasabb az üzemanyag-takarékosság érdekében, és egyre több áttételezéssel lehet jó gyorsulást elérni holtpontról. Ezért van az, hogy egyes kézi váltók ma már akár hatfokozatúak is lehetnek, esetleg a legfelső áttétel egy overdrive. De akár kezdő vagy profi vagy, a versenyzéshez az optimális megoldás mindig ugyanaz lesz:
Először is, azonosítsd azokat az áttételeket, amelyek a motor nyomatékgörbéje alatti legnagyobb területet hozzák létre a minimális és maximális fordulatszám között az egyes gyorsulási szakaszokon vagy egyenesekben; másodszor, csökkentsd a vezetőre nehezedő sebességváltási terhet. A sebességváltó beállítása általában a versenyautó beállításának körülbelül utolsó fázisa, mivel az összes kanyar kijárati sebességtől és egyenes végsebességtől függ, amelyek a kanyarodási teljesítmény, a fékezés és az aerodinamika végső alakulásától függenek. Nemcsak, hogy a sebességváltónak kevés visszatérő hatása van ezekre a tényezőkre, hanem ez az egyik olyan dolog, amit viszonylag könnyű az utolsó pillanatban beállítani – olyan versenyautókban, amelyekben gyorsváltó áttételek vannak.
Az egyes versenypályák optimális sebességváltójának kérdését találgatással és teszteléssel lehet megoldani – kivéve, ha a pálya új vagy nem lehet előre lefutni, mint az autocrossban, amit egy külön mellékszálban fogunk megvizsgálni. Mivel azonban a nagy, első motoros, hátsókerék-meghajtású autókra szerelhető egyes versenyváltókban számos áttétel áll rendelkezésre, a választási lehetőségek száma és a pályaidő költségei miatt fontos, hogy valamilyen racionális módszert alkalmazzunk. Nézzük meg először a professzionális megközelítést, majd szűkítsük le gyakorlati szintre.
Professzionális megközelítés
1. ábra
Az ideális kiindulási információ a sebességek rögzítése lenne minden egyes konkrét pályán egy hasonló jármű esetében. Ezekből meg lehetne találni az összes minimális kanyarsebességet és maximális egyenessebességet. Ez az egyik legértékesebb indoklása az elektronikus adatgyűjtő rendszereknek – még a legegyszerűbb, néhány csatornás rendszereknek is.
Máskülönben a vezetőnek kell megfigyelnie mindezeket az egyenes úti fordulatszám-pontokat, esetleg hang- vagy videorekorderrel. Az egyes egyenesekre vonatkozó minimális és maximális gyorsulási tartományok ezután oszlopdiagram formájában ábrázolhatók, ahogy az 1. ábra alján látható. Feltételezve, hogy nem lesz állórajt, ezekből a sávokból kiszámítható a figyelembe veendő teljes motorfordulatszám-tartomány. Néha előfordulhat, hogy csak két lehetőség van, és a választási lehetőségek a szoros áttételű vagy a széles áttételű sebességváltóra korlátozódnak.
Az alapvető különbség az alkalmazásokban a drag racing, az állórajtokkal, és az országúti versenyek között van, ahol a minimális sebességek valószínűleg 40 mph körül vannak. A jó drag-indításokhoz gyakran a lehető legalacsonyabb első áttételre van szükség, és onnantól kezdve gondosan elosztott lépésekre. Az országúti versenyeken azonban, ha nincsenek állórajtok vagy boxkiállások, akkor kevésbé kell aggódni az alacsony első fokozat miatt, és inkább magasabbra kell állítani, hogy a pályán esetleg használható legyen. Ezért az áttételeket a leglassabb kanyartól a legnagyobb egyenesmeneti sebességig fokozatosan kell növelni. Mindkét esetben a gyár valószínűleg már elvégezte ezeket az áttételválasztásokat, a motor nyomatékgörbéjének ismerete alapján. Ha azonban az áttételeket egy módosított motor nyomatékához vagy egy adott országúti versenypálya kanyarsebességeinek követelményeihez kell kiválasztani, akkor segít a szélesebb választék.
Az ismert BorgWarner T10 négyfokozatú sebességváltót például a Richmond Gear felvásárolta, és a (http://www.texracing.com/)-on keresztül kapható. Nyolc lehetséges áttételkombinációval rendelkezik. A (http://www.richmondgear.com/) szintén megvásárolta a régi Doug Nash öt- és hatfokozatú sebességváltók jogait, amelyek minden fokozatban legalább nyolc áttételi lehetőséggel rendelkeznek, ami szinte korlátlan számú kombinációt tesz lehetővé.
Ezek azonban sokkal drágábbak, ezért a profi versenyzők kivételével mindenki számára megfizethetetlenek. Ezen a ponton a komoly versenyző foghatja a dinó nyomatékgörbéjét, és egy számítógép segítségével átalakíthatja azt a hátsó kerekekre ható tolóerőre minden lehetséges áttételben, majd ábrázolhatja a sebességgel szemben, a pályasebesség sávdiagramjaival együtt. Ez látható az 1. ábra felső részén. A görbék numerikus feliratai a differenciálmű áttétel és a sebességváltó áttétel szorzatát mutatják minden lehetséges áttételválasztásnál. Azzal kezdjük, hogy kiválasztjuk a legalacsonyabb használható fokozatot, amely nem megy jóval a kerékkipörgési határérték fölé (mint ahogy a 6,87 nyilvánvalóan teszi), majd ezt a legnagyobb fordulatszámban kifejezett fordulatszámig (vagy addig a pontig, ahol a tolóereje metszi a következő áttételi görbét), majd egy másik, magasabb áttételre váltunk lefelé. Vizuálisan láthatod a problémát a diagramon.
Ha ötfokozatú dobozod van, akkor azt az öt áttételt akarod kiválasztani, amelyik a legnagyobb területet adná a görbéjük alatt az árnyékolt területen. Ha lehetőség lenne korlátlan számú fokozatra, vagy fokozatmentes váltóra, akkor a fordulatszám maradhatna a csúcsnyomatéknál, és a rendelkezésre álló tolóerő egyetlen sima görbe lenne. Ezek a görbék azt is szemléltetik, miért olyan fontos, hogy a motor nyomatékgörbéje viszonylag lapos legyen a lehető legszélesebb fordulatszám-tartományban. Ha a motor nyomatéka meredeken leesik, vagy észrevehető mélyedések vannak benne a vezérműtengely kiválasztása vagy a szívócsonk-tuning vagy a kipufogótuning hatásai miatt, akkor nehezebb lesz elkerülni a tolóerő-görbe csökkenését az áttételválasztás alkalmazásával. Ez az eljárás azt is megmutatja, hogy a motorok csúcsteljesítmény alapján történő értékelésének általános gyakorlata viszonylag jelentéktelen.
Egy egyszerűbb módszer
Az áttételek kiválasztásának van azonban egy olcsóbb és egyszerűbb módja is: a tapasztalat és a kísérletezés felhasználásával, amint azt az Egyszerűbb módszer táblázatunk mutatja. Példánkban csak három áttételi lehetőséget veszünk figyelembe, és azt mondjuk, hogy a pálya csak négy nagy egyenesből áll. Bár ez egy korlátozott gyakorlat, mégis a végtelenségig tanulmányozhatjuk a kompromisszumokat anélkül, hogy elérnénk az optimális megoldást, ezért a profik olyan gyorsan kapcsolható váltót akarnak, amely minden fokozatban sok lehetőséget kínál.
Rögtön láthatjuk, hogy a széles áttételű opció “túl van kapcsolva” ennek a pályának a végsebességéhez, és a második és a harmadik között nagy fordulatszám-csökkenés is van. (Minél gyorsabban mész, annál közelebbi áttételeket szeretnél, de ez már egy másik, bonyolultabb történet.) A 3,07:1 arányú differenciálmű a szoros áttételű sebességváltóval olyannyira megemeli a második fokozatot, hogy a motor a leglassabb kanyarokból kijövet “elakad” – és nem akarsz visszaváltani az elsőbe. Ez egy újabb okot ad arra, hogy a 3,07:1 differenciálmű áttételét csökkentsük. (Ne feledje, hogy az áttétel csökkentése magasabb számot eredményez.)
Az ideális kiválasztás megtalálásához szorozza meg a végáttétel áttételét a negyedik fokozatban mért vörös határsebességgel (152 mph), és ossza el ezt a pálya végsebességével (140 mph). Ez egy elméleti 3,33-at eredményezne – ami elég közel van a legközelebbi elérhető 3,36:1 végáttételhez. Ha ezt a 3,36:1 arányú végáttételt a szoros áttételű sebességváltóval kombináljuk, akkor az első három egyenesben csak egy, az utolsó és leghosszabb egyenesben pedig két kapcsolási pontot kapunk. Van egy még egyszerűbb módja is a helyes áttételezés meghatározásának: Egyszerűen csak a vezetői visszajelzésekre alapozza a döntését. Mondjuk, hogy a legtöbb egyenesben, vagy a legfontosabb egyenesekben hajlamos túlpörögni, vagy éppen fékezés előtt kell feljebb kapcsolnia. Ebben az esetben érdemes lenne egy kicsit nagyobb differenciálmű-áttételt (vagy egy alacsonyabb számot – lásd a szemantikai oldalsávot) beépíteni.
Még azt is ki tudná számolni, hogy mekkora váltás lenne az ideális, ha tudná, hogy mennyire túlpörög. Tegyük fel, hogy 500 fordulatszámmal mentél a 6000 fordulat/perc ajánlott határérték felett. Akkor egy nagyobb differenciálmű áttételt akarnál, ami 6000 osztva 6500-zal, szorozva a meglévő áttételeddel. Nem nagyon számít, hogy egy ilyen magasabb differenciálművel vagy egy alacsonyabb differenciálművel mész, és akkor korábban kapcsolsz feljebb – kivéve, ha használhatod a legfelső fokozatodat, ami valószínűleg közvetlen (vagy 1:1) lesz, és valamivel kisebb lesz a hajtáslánc teljesítményvesztesége. Több oka is van annak, hogy minimalizáljuk a váltás szükségességét, többek között azért, hogy csökkentsük a vezető munkaterhelését és minimalizáljuk a váltás elrontásának lehetőségét (és az ezzel járó rossz fokozatot, az alkatrészek elhasználódását stb.).
A kevesebb váltással elkerülhető a sebességváltások közötti “állásidő” miatti tizedmásodpercnyi gyorsulási veszteség is. De ne hagyd, hogy ez felülírja a több fokozat gyorsulási értékét, hogy a motor a nyomatékcsúcson maradjon. A legjobb áttételek kiválasztására az az egyszerű válasz, hogy meg kell találni azokat, amelyek a vezetőt boldoggá teszik, részben a váltások számának minimalizálásával, de ami még fontosabb, a köridők minimalizálásával.
Egyszerű módszer táblázat
Itt van egy egyszerű módszer arra, hogy egy adott autóhoz három lehetőség közül kiválasszuk a legjobb áttételt: 3,07:1 végáttétel széles áttételű váltóval, 3,07:1 végáttétel szoros áttételű váltóval és 3,36:1 végáttétel szoros áttételű váltóval. Példánkban 6000 fordulat/perc fordulatszámot és 26 hüvelykes átmérőjű gumiabroncsokat feltételezünk. A sebességfokozatokban mph értékének meghatározásához használja ezt a képletet: (.003) x (fordulatszám) x (gumiabroncs átmérője hüvelykben)/(differenciálmű áttétel) x (sebességváltó áttétel). Ez a matematika a következő egyenletet eredményezi: 468/(differenciálmű áttétel) x (sebességváltó áttétel). (A .003 csak átváltja a hüvelykeket és a perceket mph-ra.) A sebességsávok ábrázolása a vörös vonalon mind a négy fokozatban a különböző áttételeinkhez ezt a szórást eredményezi.
Váltóválasztások:
Minden sebességváltó fogaskerékpár mindig fogaskerékben van, de csak időszakosan kapcsolódnak a tengelyeikhez. A személygépkocsi sebességváltók ezt a kapcsolatot súrlódó felületekkel hozzák létre, amelyek először érintkeznek, hogy a fordulatszámok simábban illeszkedjenek egymáshoz.
Versenyszerű használatban ezek a szinkronizátorok gyorsan kopnak, vagy hajlamosabbak a pillanatnyi meghibásodásra. A tisztán versenyszerű sebességváltókban a fogaskerekek váltakozva kapcsolódnak a főtengelyhez lépcsős fogaskerekekkel, más néven “kutyákkal”, amelyeket úgy terveztek, hogy nagyon gyorsan és határozottan kapcsolják be vagy ragadják meg a következő fokozatot, ami a mindennapi vezetéshez túl durva művelet. Ezeknek a fogaskerekeknek az alulvágási szögét és sarokrádiuszát gondosan úgy tervezték, hogy kopás nélkül fogjanak, és szilárdan rögzüljenek egymáshoz, amíg a nyomaték továbbításra kerül.
Az ilyen típusú dobozokkal rendelkező vezetők közül sokan vagy a gázpedálról való leengedés nélkül kapcsolnak, vagy csak állórajt esetén használják a kuplungot. És hacsak nem nagyon ügyesek benne, a kutyák összedörzsölődnek, és ennek következtében vagy nem mennek be, vagy nem maradnak sebességben.
Egyik típusú szinkronizáláson sokat segít, ha a vezető megtanulja a gázpedál modulálásával – a másodperc töredékére való elengedéssel a felkapcsoláskor, vagy egy enyhe billenéssel a visszaváltáskor – a sebességeket a sebességfokozatok között összehangolni. Ellenkező esetben a szinkronizátorok vagy a fülek gyorsan elkophatnak vagy eltörhetnek, és a vezetőnek még jobban össze kell hangolnia a sebességeket – vagy talán még a váltókart is sebességben kell tartania.
Váltófogak választása
A személyautók sebességváltói a zaj csökkentése érdekében szögletes vágású vagy “spirális vágású” váltófogakat használnak, míg a differenciálművek “hipoid” vágású fogakkal rendelkeznek. (Az ilyen típusú fogaskerekeket a hajtótengely középvonalának csökkentésére is használják.) A nagyobb szilárdság és hatékonyság érdekében azonban a versenyautókban csak egyenes vágású “fogasléces” fogaskerekeket használnak, amelyeknek a csúszó érintkezés helyett elsősorban gördülő érintkezés van a felületükön.
Váltóművek autocrosshoz
A sebességfokozat kiválasztása sokkal könnyebb, ha a sebességtartomány sokkal szűkebb és sokkal alacsonyabb. A minimális kanyarsebesség egy autocrossos számára valószínűleg nem releváns kiválasztási kritérium itt, mert a sok többleterővel az alacsonyabb sebességeknél a kanyar nagy részében nem tudod használni a teljes teljesítményt, és ezért a sebességfokozat viszonylag jelentéktelen.
Ha van adatgyűjtő rendszered a sebességtörténeted rögzítésére, akkor hasznos a gázpedálállás rögzítése is. Vagy ha még egy csatornás adatrögzítőd is van, akkor csak rögzítsd a sebességedet, miközben széles gázadásnál vagy. A sebességjelet egy egyszerű be-/kikapcsolón keresztül lehet futtatni a gázpedál leállítóján. Tegyük fel, hogy a teljes nyitott gázzal mért teljes sebességtartománya 35 és 60 mérföld/óra között van – ez tipikus érték egy átlagos autóversenyen, függetlenül attól, hogy hol rendezik meg. Akkor lehetséges, hogy olyan differenciálmű áttételt választ, amely egyetlen sebességváltó áttételt – nem számít, hogy melyiket – helyez el, hogy lefedje ezt a tartományt. Ennek eredményeképpen nem lesz váltási pont az egyenes közepén.
GYakorlati gyakorlat
Ideje félretenni a csúszószabályokat, és megnézni, hogyan befolyásolják a sebességfokozatok a köridőket. Az alanyaink egy pár Grand American Rolex-osztályú Porsche GT3 Cup autó lesz a Team Sahlen-től, és a gyakorlat során két különböző sebességváltót kell összehasonlítanunk, egy széles áttételű és egy szoros áttételű váltót. Tantermünk a Watkins Glen International, és a csapat versenyzője, Wayne Nonnamaker a mai professzorunk.”
“Az 5-ös kanyar, a grafikon közepe, a Watkins Glenben a Boot csipkéiből való kilépést és a Boot orra felé tartást jelképezi” – jegyzi meg versenyzőnk. A Pi Research adatgyűjtő nyomtatványának felső két vonala a két autó fordulatszámát mutatja. “A fekete vonal a szűkebb áttételű autó grafikonja, a piros vonal pedig a hosszabb áttételűé” – magyarázza. “Látható, hogy a szűkebb váltónak két váltást kell végrehajtania az egyenesben, míg a hosszabb váltónak csak egy váltást kell végrehajtania.” A középső két vonal a két autó sebességét jelenti mph-ban, a fekete a szűkebb váltót, a rózsaszín pedig a hosszabb váltót jelöli. “Az alsó vonal a két autó közötti különbség” – jegyzi meg Wayne. “Láthatod az egyenesben, hogy néhány tizedmásodpercnyi előny van, amint a teljesítményt leteszed. Az is látható, hogy a hosszabb sebességváltó valóban drámaian felzárkózik, amikor a másik váltót kapcsolják, de a visszanyerés nem elég ahhoz, hogy ellensúlyozza a teljesítménysávból való kiesésből adódó veszteséget.” Ezen a pályán és ezzel az alkalmazással a szoros áttételű váltó gyorsabb köröket produkál, még akkor is, ha egy kicsit több váltásra van szükség.
“Azt is tartsuk szem előtt, hogy a Porsche GT3 Cup egy kissé csúcsos motor” – teszi hozzá Wayne. “Ez azt jelenti, hogy a teljesítménysávban tartása elengedhetetlen. Ha szélesebb teljesítménysávval rendelkezik, ez nem annyira lényeges. Tehát amikor azt nézzük, hogy milyen közeli sebességfokozatokat szeretnénk, a teljesítménysáv szélessége nagyon fontos.” Míg a sebességfokozatok a történet részét képezik, azt is figyelembe kell venni, hogy ezek az egységek mennyire bírják a visszaéléseket. “A Rolex autóinkban a váltó olyan gyorsan kapcsolható, amilyen gyorsan csak fizikailag meg lehet csinálni” – magyarázza Wayne a Porsche GT3 Cup autóikról. A Grand-Am Kupa Porsche 996-os gépeik, bár külsőleg hasonlóak, valamivel finomabb kezeket igényelnek. “A Grand-Am Cup autókban egy rövid pillanatig várni kell, különben lecsiszolod a váltót, és széttéped a dobozt”. Wayne szerint a sebességváltó áttételek megvitatásakor fontos, hogy megnézzük az adott autót. “Tehát ha van egy Ford Mustangod széles teljesítménysávval és egy olyan váltóval, amelyiknek egy pillanatig tart a váltás; valószínűleg nem éri meg szigorítani az áttételeket” – teszi hozzá. “Ha azonban egy Integra Type R-t használ, ahol a sebességváltó meglehetősen gyorsan vált, és a sáv nagyon csúcsos, akkor valószínűleg megéri szigorítani az áttételeket.”
Hozzászólások megtekintése a GRM fórumokon
7/16/18 1:16 p.m.
Great article!
1/4/21 9:53 a.m.
Hogyan számolják ki a kerékcsavarás tolóerő határát?
1/4/21 16:32
Az adatokat is meg lehet nézni meg lehet nézni a gyorsulás Gs. Ha a gyorsulási Gs leesik, akkor állítani kell a váltót.
A hozzászóláshoz be kell jelentkezned. Bejelentkezés