příběh by paul van valkenburgh – fotografie jako kreditní
Někdy nejjednodušší, nejnevinnější otázka vyžaduje složité a náročné vysvětlení. Nebo také ne. Řekněme, že se sedmileté dítě zeptá: „Tati, odkud jsem přišel?“. A poté, co vydrží dlouhé a namáhavé vysvětlování o ptáčcích a včelách, dítě odpoví: „Ne, myslím, z jaké země!“. Nedávno vedla otázka jednoho závodníka týkající se volby převodových poměrů k této analýze technických úvah. Odpověď se opravdu hodně liší v závislosti na konkrétních potřebách a prostředcích každého jednotlivce, od příležitostných amatérských autokrosařů až po profesionální silniční závodníky – nebo od sériových sedanů s předním náhonem a malými možnostmi řazení až po závodní vozy s motorem V8 a rychloběhem.
Pokud často jezdíte po stejné trati a vaše auto je přesně takové, jaké jste si ho koupili, pravděpodobně jste zjistili, že převody příliš neodpovídají výjezdům ze zatáček nebo rovinkám. Možná je druhý převodový stupeň příliš nízký a musíte hned řadit na trojku, nebo je možná tento stupeň příliš vysoký a nemáte dostatečný točivý moment. Nebo možná hned na konci rovinky musíte buď přetočit motor, nebo podřadit na pouhý okamžik před brzděním.
Máte tři možnosti, jak situaci zlepšit, i když vaše cesty mohou být omezeny rozpočtem, dostupným vybavením nebo pravidly diktovanými sankčním orgánem. Můžete změnit průměr pneumatik, ale to má obvykle malý vliv na převodový poměr a velký vliv na ovladatelnost a jízdní výšku. (Nezapomeňte, že zvýšení vozu ovlivní také aerodynamiku.) Druhou možností je vybavit vůz rychloběhem s mnoha převodovými poměry dostupnými na každém stupni.
Jako bonus by vám to mohlo umožnit vystačit si na většině tratí pouze s jedním diferenciálem. A konečně, pokud jsou možnosti převodovky omezené nebo žádné, pak doufejme, že alespoň koncový převod lze měnit tak, aby vyhovoval různým tratím. Tím se však změní převodový poměr v každém převodovém stupni o stejný násobek, což vás pravděpodobně v jiné zatáčce rozhodí. Jak jsme řekli, realita situace může omezit, kterou z těchto možností můžete učinit. Mnozí z nás mohou být omezeni pouze na změnu posledního převodového stupně nebo možná na volbu mezi několika různými převodovými stupni. Přesto vždy existuje naděje.
Hospodárnost vs. výkon
Ideální převodový poměr výrobního diferenciálu – tedy převodových stupňů, které se nacházejí na hnacích kolech vozu – pro jízdu na silnici je co nejvyšší kvůli úspoře paliva, s rostoucím počtem převodových stupňů pro dosažení dobré akcelerace z klidu. Proto se dnes některé manuální převodovky mohou dodávat až se šesti rychlostmi, případně s nejvyšším převodovým poměrem overdrive. Ale ať už jste začátečník nebo profesionál, optimální řešení pro závody bude vždy stejné:
Předně určete převodové poměry, které vytvářejí maximální plochu pod křivkou točivého momentu motoru mezi minimálními a maximálními otáčkami v každém úseku zrychlení nebo rovince; a za druhé snižte zátěž řidiče při řazení. Řazení převodových stupňů je obvykle zhruba poslední fází nastavení závodního vozu, protože na něm závisí všechny rychlosti na výjezdu ze zatáčky a maximální rychlosti na rovince, které závisí na konečném vývoji výkonu v zatáčkách, brzdění a aerodynamice. Nejenže má řazení na tyto faktory malý zpětný vliv, ale je to také jedna z věcí, kterou lze relativně snadno upravit na poslední chvíli – v závodních vozech, které mají rychle měnitelné převody.
Otázku optimálního řazení pro každou závodní trať je možné vyřešit odhadem a testem – pokud není trať nová nebo ji nelze předem projet, jako je tomu u autokrosu, kterému se budeme věnovat v samostatném vedlejším panelu. Vzhledem k množství převodových poměrů, které jsou k dispozici u některých závodních převodovek, jež lze namontovat do velkých vozů s motorem vpředu a pohonem zadní nápravy, je však vzhledem k množství možností a ceně času stráveného na trati důležité použít nějakou racionální metodu. Podívejme se nejprve na profesionální přístup a poté jej zredukujme na praktickou úroveň.
Profesionální přístup
Obrázek 1
Ideální výchozí informací by byl záznam rychlostí po celé každé konkrétní trati pro podobné vozidlo. Z nich lze zjistit všechny minimální rychlosti v zatáčkách a maximální rychlosti na rovinkách. To je jedno z nejcennějších zdůvodnění pro elektronické systémy sběru dat – i ty nejjednodušší s pouhými několika kanály.
V opačném případě musí řidič všechny tyto body otáček na rovince sledovat, případně pomocí hlasového nebo video záznamníku. Minimální a maximální rozsahy zrychlení pro každou přímku pak lze vynést do sloupcového grafu, jak je znázorněno v dolní části obrázku 1. Za předpokladu, že nedojde k žádnému rozjezdu ve stoje, umožňují tyto sloupce vypočítat celkový rozsah otáček motoru, který je třeba vzít v úvahu. Někdy mohou existovat pouze dvě možnosti, přičemž výběr je omezen na převodovku s těsným nebo širokým převodovým poměrem.
Základní rozdíl v aplikacích je mezi drag racingem, kde se jezdí ve stoje, a silničními závody, kde se minimální rychlosti pohybují pravděpodobně kolem 40 mph. Pro dobré drag starty často potřebujete co nejnižší převodový poměr prvního rychlostního stupně a od něj pečlivě odstupňované kroky. Při silničních závodech, kde se nestartuje ve stoje ani se nezastavuje v boxech, se však můžete méně starat o nízký první rychlostní stupeň a místo toho zařadit vyšší a případně použitelný na trati. Proto chcete mít převody odstupňované od nejpomalejší zatáčky až po maximální rychlost na rovince. V obou případech je pravděpodobné, že továrna již tyto převodové poměry zvolila na základě znalosti křivky točivého momentu motoru. Pokud je však třeba zvolit převodové poměry tak, aby vyhovovaly točivému momentu upraveného motoru nebo požadavkům na rychlost v zatáčkách na konkrétní silniční trati, pak pomůže širší výběr.
Například známá čtyřstupňová převodovka BorgWarner T10 byla odkoupena společností Richmond Gear a je k dispozici prostřednictvím (http://www.texracing.com/). Má osm možných kombinací převodových poměrů. (http://www.richmondgear.com/) také odkoupila práva na staré pěti- a šestistupňové převodovky Douga Nashe, které mají nejméně osm možností převodových poměrů v každém převodovém stupni pro téměř neomezený počet kombinací.
Jsou však mnohem dražší, a tudíž cenově nedostupné pro všechny kromě profesionálních závodníků. V tomto bodě by seriózní závodník mohl vzít svou dynamickou křivku točivého momentu a pomocí počítače ji přepočítat na tah na zadních kolech při každém možném převodovém poměru a pak ji vynést do grafu v závislosti na rychlosti spolu se sloupcovými grafy rychlosti na trati. To je vidět v horní části obrázku 1. Číselné značky na těchto křivkách ukazují převodový poměr diferenciálu vynásobený převodovým poměrem při každé možné volbě převodového poměru. Začínáte výběrem nejnižšího použitelného převodového stupně, který nepřekračuje hranici otáčení kol (jako zřejmě 6,87), pak jej rozjedete až do jeho maximální rychlosti v otáčkách (nebo do bodu, kdy se jeho tah protne s další křivkou převodového poměru), a pak jej posunete na další vyšší převodový poměr. Vizuálně je tento problém vidět na grafu.
Pokud máte pětistupňovou skříň, pak chcete vybrat pět převodových poměrů, které by vám daly maximální plochu pod jejich křivkami ve stínované oblasti. Pokud by bylo možné mít neomezený počet převodových stupňů nebo převodovku s plynule měnitelným převodem, pak by otáčky mohly zůstat na maximu točivého momentu a dostupný tah by tvořil jednu plynulou křivku. Tyto křivky také ilustrují, proč je tak důležité mít relativně plochou křivku točivého momentu motoru v co nejširším rozsahu otáček. Pokud točivý moment motoru prudce klesá nebo má znatelné poklesy v důsledku volby vaček nebo vlivu ladění sacích beranů či výfukových plynů, pak bude obtížnější zabránit poklesům křivky tahu pomocí volby převodových poměrů. Tento postup také ukazuje, jak je běžná praxe hodnocení motorů podle špičkového výkonu relativně nedůležitá.
Jednodušší metoda
Existuje však levnější a jednodušší způsob volby převodových poměrů: pomocí zkušeností a experimentů, jak ukazuje náš graf jednodušší metody. V našem příkladu budeme uvažovat pouze tři možnosti převodů a řekneme, že trať má pouze čtyři hlavní rovinky. Přestože se jedná o omezené cvičení, můžeme donekonečna studovat kompromisy, aniž bychom dospěli k optimálnímu řešení, což je důvod, proč profesionálové chtějí rychloupínací převodovku s mnoha možnostmi v každém převodovém stupni.
Hned vidíte, že možnost s širokým převodovým poměrem je pro maximální rychlost této trati „přetížená“ a má také velký pokles otáček mezi dvojkou a trojkou. (Čím rychleji jedete, tím blíže chcete mít převodové poměry, ale to je jiný, složitější příběh). Diferenciál 3,07:1 s převodovkou s těsným převodem zvedne druhý rychlostní stupeň natolik, že motor bude při výjezdu z nejpomalejších zatáček „bahnit“ – a vy nechcete podřazovat na jedničku. To nám dává další důvod, proč snížit převodový poměr diferenciálu 3,07:1. (Nezapomeňte, že snížení převodového poměru vede k vyššímu číslu.)
Ideální volbu zjistíte tak, že vynásobíte koncový převodový poměr otáčkami na čtvrtém rychlostním stupni (152 km/h) a vydělíte je maximální rychlostí na trati (140 km/h). Tím získáte teoretický převod 3,33 – což je dostatečně blízko nejbližšímu dostupnému převodovému poměru 3,36:1. Kombinace tohoto konečného převodu 3,36:1 s převodovkou s blízkým převodovým poměrem přinese pouze jeden bod řazení na prvních třech rovinkách a dva body na poslední a nejdelší rovince. Existuje ještě jednodušší způsob, jak určit správné převodové poměry: Jednoduše se rozhodujte pouze na základě zpětné vazby od řidiče. Řekněme, že na většině rovinek nebo na těch nejdůležitějších máte tendenci přetáčet nebo musíte podřadit těsně před brzděním. V takovém případě byste možná chtěli nainstalovat o něco vyšší převodový poměr diferenciálu (nebo nižší číslo – viz postranní panel o sémantice).
Mohli byste dokonce vypočítat, jak velká změna by byla ideální, kdybyste věděli, jak moc přetáčíte. Řekněme, že byste jeli o 500 otáček za minutu více, než je doporučená hranice 6000 otáček za minutu. Pak byste chtěli vyšší převodový poměr diferenciálu, který by byl 6000 děleno 6500 a násobeno vaším stávajícím převodovým poměrem. Nezáleží příliš na tom, zda půjdete s vyšším diferenciálem takto, nebo na nižší diferenciál a pak budete řadit nahoru dříve – ledaže byste mohli použít svůj nejvyšší převodový stupeň, který bude pravděpodobně přímý (nebo 1:1) a bude mít o něco menší ztráty výkonu hnacího ústrojí. Existuje několik důvodů, proč minimalizovat potřebu řazení, mimo jiné proto, aby se snížila zátěž řidiče a minimalizovala možnost vyhození převodovky (a s tím spojené špatné řazení, opotřebení dílů atd.)
Méně řazení také zamezí ztrátě zhruba desetiny sekundy zrychlení kvůli „prostojům“ při řazení mezi převodovými stupni. Nedovolte však, aby to překonalo hodnotu zrychlení, kterou má více převodových stupňů pro udržení motoru ve špičce točivého momentu. Jednoduchou odpovědí na výběr nejlepších převodových poměrů je najít takové, které řidiče potěší, částečně minimalizací počtu řazení, ale hlavně minimalizací časů na kolo.
Jednoduchá metodická tabulka
Tady je přízemní způsob výběru nejlepšího převodu pro konkrétní vůz ze tří možností: 3,07:1 s převodovkou se širokým převodovým poměrem, 3,07:1 s převodovkou s blízkým převodovým poměrem a 3,36:1 s převodovkou s blízkým převodovým poměrem. Náš příklad bude předpokládat červenou hranici 6000 otáček za minutu a pneumatiky o průměru 26 palců. Pro zjištění mph v převodech použijte tento vzorec: (.003) x (otáčky) x (průměr pneumatik v palcích)/(převodový poměr diferenciálu) x (převodový poměr). Výsledkem této matematiky je následující rovnice: 468/(převodový poměr diferenciálu) x (převodový poměr). (0,003 pouze převádí palce a minuty na mph.) Vykreslením sloupců otáček při červené čáře na všech čtyřech převodových stupních pro naše různé převodové poměry získáme toto rozpětí:
Volba převodovky: Synchronizátory vs. „psi“
Všechny převodové dvojice jsou vždy v záběru, ale jsou pouze přerušovaně spojeny se svými hřídeli. U převodovek osobních automobilů se toto spojení uskutečňuje pomocí třecích ploch, které se dotýkají jako první, aby se otáčky vyrovnávaly plynuleji.
Při závodním použití se tyto synchronizátory rychle opotřebovávají nebo jsou náchylné k okamžitějšímu selhání. V čistě závodních převodovkách jsou převody střídavě spojeny s hlavním hřídelem stupňovitými ozubenými koly, známými také jako „psi“, které jsou navrženy tak, aby velmi rychle a pevně zařadily nebo uchopily další převodový stupeň, což je činnost příliš tvrdá pro každodenní jízdu. Úhel podříznutí a poloměry rohů těchto psů jsou pečlivě navrženy tak, aby se zachytily, aniž by se opotřebovávaly, a aby se pevně spojily, dokud je přenášen točivý moment.
Mnoho řidičů, kteří mají tyto typy skříní, řadí buď silou, aniž by povolili plyn, nebo používají spojku pouze při rozjezdech vestoje. A pokud v tom nejsou velmi dobří, psi se rozmělní a v důsledku toho buď nezařadí, nebo nezůstanou zařazený stupeň.
Kterémukoli z těchto typů synchronizace velmi pomůže, pokud se řidič naučí přizpůsobovat rychlosti mezi jednotlivými převodovými stupni pomocí modulace plynového pedálu – zlomkem sekundy povolit při řazení nahoru nebo mírně podřadit při řazení dolů. V opačném případě může dojít k rychlému opotřebení nebo zlomení synchronizátorů nebo výstupků, což vyžaduje, aby řidič přizpůsoboval rychlosti ještě pečlivěji – nebo možná dokonce držel řadicí páku v převodovce.
Výběr zubů převodovky
Převodovky osobních automobilů používají pro snížení hlučnosti úhlově řezané nebo „šikmo řezané“ zuby převodovky, zatímco převodovky diferenciálu mají „hypoidně“ řezané zuby. (Tyto druhy ozubených kol se používají také ke snížení osy hnacího hřídele.) Pro zvýšení pevnosti a účinnosti se však u závodních vozů používají pouze rovně řezaná „čelní“ ozubená kola, jejichž čelní plochy mají primárně valivý kontakt, nikoliv kontakt kluzný.
Převody pro autokros
Volba převodového poměru je mnohem jednodušší, když je rozsah otáček mnohem užší a mnohem nižší. Minimální rychlost v zatáčce pro autokrosaře zde pravděpodobně není relevantním kritériem výběru, protože při velkém přebytku výkonu v nižších rychlostech nemůžete po většinu zatáčky využívat plný výkon, a proto je řazení relativně nedůležité.
Pokud máte systém sběru dat pro záznam historie rychlosti, pak je užitečné zaznamenávat také polohu škrticí klapky. Nebo, pokud máte dokonce jen jeden kanál dat, prostě zaznamenávejte rychlost při otevřeném plynu. Signál rychlosti by mohl být veden přes jednoduchý vypínač na dorazu plynu. Řekněme, že váš celkový rozsah rychlosti při široce otevřeném plynu je od 35 do 60 km/h – typické hodnoty pro průměrný autokros, bez ohledu na to, kde se koná. Pak je možné, že byste mohli zvolit takový převodový poměr diferenciálu, který by umístil jediný převodový poměr převodovky – bez ohledu na to, který – pro pokrytí tohoto rozsahu. Výsledkem bude, že nebudete mít bod řazení přímo uprostřed rovinky.
Praktické cvičení
Čas odložit posuvná pravidla a zjistit, jak převodové poměry ovlivňují časy na kolo. Naším objektem bude dvojice vozů Porsche GT3 Cup třídy Grand American Rolex od týmu Sahlen a cvičení bude spočívat v porovnání dvou různých převodovek, skříně se širokým a blízkým převodovým poměrem. Naší učebnou je Watkins Glen International a dnešním profesorem je jezdec týmu Wayne Nonnamaker.
„Zatáčka 5, střed grafu, představuje výjezd ze šněrovačky ve Watkins Glen a směřování ke špičce boty,“ poznamenává náš jezdec. Horní dvě čáry na výtisku sběru dat Pi Research představují otáčky obou vozů. „Černá čára je graf vozu s užšími převody a červená čára je graf vozu s delšími převody,“ vysvětluje. „Je vidět, že auto s užší převodovkou musí na rovince dvakrát řadit, zatímco auto s delší převodovkou řadí jen jednou.“ Prostřední dvě čáry znázorňují rychlost v km/h obou vozů, přičemž černá je pro užší převodovku a růžová pro delší převody. „Spodní čára představuje rozdíl mezi oběma vozy,“ poznamenává Wayne. „Na rovince je vidět, že po přidání výkonu je nárůst o několik desetin sekundy. Můžete také vidět, že delší převodovka sice výrazně dohání ztrátu po přeřazení druhé skříně, ale zpětný zisk není dostatečný na to, aby vyrovnal ztrátu způsobenou vyřazením z výkonového pásma.“ Na této trati a při tomto použití dosahuje skříň s užším převodovým poměrem rychlejších kol, i když je potřeba o něco více řadit.
„Mějte také na paměti, že Porsche GT3 Cup je poněkud špičkový motor,“ dodává Wayne. „To znamená, že je nezbytné udržet ho ve výkonovém pásmu. Pokud máte širší výkonové pásmo, není to tak podstatné. Takže když se díváte na to, jak blízko chcete mít převody, je šířka výkonového pásma velmi klíčová.“ Zatímco převodové poměry jsou součástí příběhu, je třeba vzít v úvahu také to, jak moc jsou tyto jednotky schopny být zneužívány. „V našich vozech Rolex lze převodovku řadit tak rychle, jak to fyzicky dokážete,“ vysvětluje Wayne v souvislosti s jejich vozy Porsche GT3 Cup. Jejich stroje Porsche 996 pro Grand-Am Cup jsou sice navenek podobné, ale potřebují o něco jemnější ruku. „Ve vozech Grand-Am Cup musíte chvíli počkat, jinak převodovku rozmělníte a roztrhnete skříň.“ Wayne říká, že při diskusi o převodových poměrech je důležitý pohled na konkrétní vůz. „Takže pokud máte Ford Mustang s širokým výkonovým pásmem a převodovkou, které chvíli trvá, než přeřadí; pravděpodobně se nevyplatí tyto poměry utahovat,“ dodává. „Pokud však provozujete Integru Type R, kde převodovka řadí poměrně rychle a její pásmo je velmi špičkové, pak se pravděpodobně vyplatí tyto převody zpřísnit.“
Zobrazit komentáře na fóru GRM
7/16/18 13:16
Skvělý článek!
1/4/21 9:53.m.
Jak se počítá mezní tah kola?
1/4/21 16:32
Můžete se také podívat na data můžete se také podívat na zrychlení Gs. Pokud zrychlovací Gs klesají, je třeba upravit převody.
Pro odeslání příspěvku se musíte přihlásit. Přihlaste se