story by paul van valkenburgh – photos as credited
Câteodată cea mai simplă, cea mai inofensivă întrebare necesită o explicație complexă și solicitantă. Sau nu. De exemplu, să zicem că un copil de 7 ani întreabă: „Tată, de unde vin eu?”. Și după ce suportă o explicație lungă și încordată despre păsări și albine, copilul răspunde: „Nu, vreau să spun din ce țară!”. Recent, întrebarea unui pilot de curse cu privire la selectarea rapoartelor de transmisie a dus la această analiză a considerentelor tehnice. Răspunsul variază într-adevăr foarte mult, în funcție de nevoile și resursele specifice ale fiecărui individ, de la amatorii ocazionali de autocross până la piloții profesioniști de curse pe șosea – sau de la sedanurile de serie cu tracțiune față cu puține opțiuni de angrenaje până la mașinile de curse cu motor V8 cu transmisii cu schimbare rapidă.
Dacă parcurgeți des același traseu și mașina dumneavoastră este exact așa cum ați cumpărat-o, probabil ați constatat că angrenajele nu se potrivesc foarte bine la ieșirile din viraje sau pe liniile drepte. Poate că treapta a doua este prea mică și trebuie să treci imediat în a treia, sau poate că acea treaptă este prea mare și nu ai suficient cuplu. Sau poate chiar la capătul liniei drepte trebuie fie să suprasolicitați motorul, fie să urcați treptele de viteză pentru doar o clipă înainte de a frâna.
Aveți trei opțiuni pentru a îmbunătăți situația, deși căile dvs. pot fi limitate de buget, de echipamentul disponibil sau de regulile dictate de organismul de sancționare. Puteți schimba diametrul anvelopelor, dar acest lucru are de obicei un efect minor asupra raportului de transmisie și un efect major asupra manevrabilității și înălțimii de rulare. (Nu uitați că înălțarea mașinii va afecta, de asemenea, aerodinamica.) A doua opțiune este să vă echipați mașina cu o transmisie cu schimbare rapidă cu multe rapoarte disponibile în fiecare treaptă de viteză.
Ca bonus, acest lucru ar putea face posibil să vă descurcați cu un singur raport de diferențial pentru majoritatea circuitelor. În cele din urmă, dacă există puține sau deloc opțiuni pentru transmisie, atunci să sperăm că cel puțin transmisia finală poate fi schimbată pentru a se potrivi diferitelor piste. Cu toate acestea, acest lucru va schimba raportul în fiecare treaptă de viteză cu același multiplu, ceea ce probabil vă va supăra în alt viraj. După cum am spus, realitățile situației pot limita care dintre aceste alegeri pe care le puteți face. Mulți dintre noi s-ar putea să fie limitați doar la o schimbare a treptei de transmisie finală sau poate la alegerea între câteva angrenaje de transmisie diferite. Totuși, există întotdeauna o speranță.
Economie vs. Putere
Raportul ideal al diferențialului de producție – acele angrenaje care se găsesc la roțile motoare ale mașinii – pentru stradă este cât mai mare posibil pentru a economisi combustibil, cu un număr tot mai mare de rapoarte de transmisie pentru a obține o accelerație bună de pe loc. Acesta este motivul pentru care unele cutii manuale pot veni acum cu până la șase viteze, cu posibilitatea ca raportul superior să fie un overdrive. Dar, indiferent dacă sunteți începător sau profesionist, soluția optimă pentru competiție va fi întotdeauna aceeași:
În primul rând, identificați rapoartele care creează suprafața maximă sub curba cuplului motorului dumneavoastră între turația minimă și cea maximă în fiecare segment de accelerație sau linie dreaptă; și în al doilea rând, reduceți sarcina de schimbare a treptelor de viteză pentru pilot. Schimbul de viteze este, de obicei, cam ultima etapă în configurarea mașinii de curse, deoarece depinde de toate vitezele de ieșire din viraje și de vitezele maxime pe linie dreaptă, care depind de dezvoltarea finală a puterii în viraje, a frânării și a aerodinamicii. Nu numai că angrenajul are puțină influență de întoarcere asupra acestor factori, dar este un lucru care este relativ ușor de ajustat în ultimul minut – în mașinile de curse care au rapoarte cu schimbare rapidă.
Este posibil să se rezolve problema angrenajului optim pentru fiecare circuit de curse prin ghicire și testare – cu excepția cazului în care traseul este nou sau nu poate fi rulat în prealabil, ca în cazul autocrosului, pe care îl vom lua în considerare într-o rubrică separată. Dar cu multe rapoarte disponibile în unele dintre transmisiile de curse care pot fi montate pe mașinile mari cu motor față și tracțiune spate, numărul de opțiuni și costul timpului petrecut pe circuit fac importantă utilizarea unei metode raționale. Să analizăm mai întâi abordarea profesională și apoi să o reducem la un nivel practic.
Abordare profesională
Figura 1
Informația ideală de pornire ar fi o înregistrare a vitezelor pe toate traseele de pe fiecare circuit specific pentru un vehicul similar. Din acestea, se pot găsi toate vitezele minime în viraje și vitezele maxime în linie dreaptă. Aceasta este una dintre cele mai valoroase justificări pentru sistemele electronice de achiziție de date – chiar și pentru cele mai simple, cu doar câteva canale.
În caz contrar, șoferul trebuie să observe toate aceste puncte de turație în linie dreaptă, eventual cu ajutorul unui înregistrator vocal sau video. Intervalele minime și maxime de accelerație pentru fiecare linie dreaptă pot fi apoi reprezentate sub forma unui grafic cu bare, așa cum se arată în partea de jos a figurii 1. Presupunând că nu vor exista porniri în staționare, aceste bare vă permit să calculați intervalul total de turații ale motorului care trebuie luat în considerare. Uneori pot exista doar două opțiuni, opțiunile fiind limitate la o transmisie cu raport apropiat sau cu raport larg.
Diferența de bază a aplicațiilor este între cursele de accelerare, cu pornirile sale în picioare, și cursele de șosea, unde vitezele minime sunt, eventual, în jur de 40 mph. Pentru lansări de drag bune, deseori doriți cel mai mic raport de transmisie posibil la prima treaptă de viteză și trepte atent distanțate de acolo. Dar pentru cursele de șosea, dacă nu există starturi în picioare sau opriri la boxe, puteți fi mai puțin preocupat de o primă treaptă de viteză mică și, în schimb, să o faceți mai mare și eventual utilizabilă pe traseu. Prin urmare, doriți ca raporturile să fie etapizate de la cel mai lent viraj până la viteza maximă pe linia dreaptă. În ambele cazuri, probabil că fabrica a făcut deja aceste selecții de rapoarte, pe baza cunoștințelor sale despre curba cuplului motorului. Cu toate acestea, atunci când rapoartele trebuie selectate pentru a se potrivi cuplului unui motor modificat sau pentru a satisface cerințele vitezelor de viraj ale unui anumit circuit de curse rutiere, atunci este util să aveți o selecție mai largă.
De exemplu, cunoscuta transmisie BorgWarner T10 cu patru viteze a fost cumpărată de Richmond Gear și este disponibilă prin (http://www.texracing.com/). Aceasta are opt combinații posibile de rapoarte de transmisie. (http://www.richmondgear.com/) a cumpărat, de asemenea, drepturile pentru vechile transmisii Doug Nash cu cinci și șase viteze, care au cel puțin opt posibilități de raport în fiecare treaptă de viteză pentru un număr aproape nelimitat de combinații.
Cu toate acestea, ele sunt mult mai scumpe și, prin urmare, sunt prohibitive din punct de vedere al costurilor pentru toți, cu excepția piloților profesioniști. În acest moment, pilotul de curse serios ar putea lua curba cuplului de pe banc și să folosească un computer pentru a o converti în forță de împingere la roțile din spate în fiecare raport de transmisie posibil, apoi să o reprezinte grafic în funcție de viteză, împreună cu diagramele de bare ale vitezei pe circuit. Acest lucru poate fi văzut în partea de sus a figurii 1. Etichetele numerice de pe aceste curbe arată raportul diferențialului înmulțit cu raportul de transmisie în fiecare selecție posibilă de rapoarte. Începeți prin a selecta cea mai mică treaptă de viteză utilizabilă care nu depășește cu mult limita de învârtire a roților (așa cum o face în mod evident 6.87), apoi o rulați până la viteza maximă în rpm (sau punctul în care împingerea sa intersectează următoarea curbă de raport), iar apoi este trecută la un alt raport mai mare. Din punct de vedere vizual, puteți vedea problema pe grafic.
Dacă aveți o cutie cu cinci viteze, atunci doriți să selectați cele cinci rapoarte care v-ar oferi suprafața maximă sub curbele lor în zona umbrită. Dacă ar fi posibil să ai un număr nelimitat de rapoarte sau o transmisie cu variație continuă, atunci turația ar putea rămâne la cuplul maxim, iar împingerea disponibilă ar fi o curbă netedă. Aceste curbe ilustrează, de asemenea, de ce este atât de important să aveți o curbă relativ plană a cuplului motorului pe o gamă cât mai largă de turații. Dacă cuplul motorului scade brusc sau are scăderi notabile din cauza selecției camei sau a efectelor de reglare a berbecului de admisie sau de reglare a gazelor de eșapament, atunci va fi mai dificil să se evite scăderile în curba de împingere prin utilizarea selecțiilor de rapoarte. Acest proces arată, de asemenea, cum practica obișnuită de clasificare a motoarelor în funcție de puterea maximă este relativ lipsită de importanță.
O metodă mai simplă
Dar există o modalitate mai ieftină și mai simplă de a selecta rapoartele: folosind experiența și experimentarea, așa cum se arată în tabelul nostru cu metoda mai simplă. Exemplul nostru va lua în considerare doar trei opțiuni de angrenaje și vom spune că circuitul are doar patru linii drepte majore. Deși acesta este un exercițiu limitat, putem studia compromisurile la nesfârșit fără să ajungem la soluția optimă, motiv pentru care profesioniștii doresc o cutie de viteze cu schimbare rapidă, cu multe opțiuni în fiecare treaptă de viteză.
Dimineață, puteți vedea că opțiunea de raport larg este „supraalimentată” pentru viteza maximă a acestei piste și, de asemenea, are o scădere mare a turației între a doua și a treia. (Cu cât mergeți mai repede, cu atât mai apropiate trebuie să fie rapoartele de schimbare a treptelor de viteză, dar aceasta este o altă poveste mai complexă). Diferențialul de 3,07:1 cu cutia de viteze cu raport apropiat ridică atât de mult treapta a doua încât motorul se va „împotmoli” la ieșirea din cele mai lente viraje – și nu doriți să retrogradați în prima. Acest lucru ne oferă un alt motiv pentru a reduce raportul diferențialului de 3,07:1. (Amintiți-vă că reducerea raportului produce o cifră mai mare.)
Pentru a găsi selecția ideală, înmulțiți raportul final de transmisie cu viteza la linia roșie în treapta a patra (152 mph) și împărțiți-o la viteza maximă pe pistă (140 mph). Acest lucru ar da un raport teoretic de 3,33 – care este destul de aproape de cel mai apropiat raport de transmisie finală disponibil, de 3,36:1. Combinând această transmisie finală de 3,36:1 cu transmisia cu raport apropiat, se va obține doar un singur punct de schimbare a treptelor de viteză pe primele trei linii drepte și două pe ultima și cea mai lungă. Există o modalitate și mai simplă de a determina rapoartele de transmisie corecte: Pur și simplu, bazați-vă decizia exclusiv pe feedback-ul șoferului. Să zicem că în cele mai multe linii drepte, sau în cele mai importante, aveți tendința de a depăși turația sau de a trebui să schimbați în sus chiar înainte de frânare. În acest caz, ceea ce ați putea dori să faceți este să instalați un raport de diferențial ușor mai mare (sau un număr mai mic – a se vedea bara laterală de semantică).
Ați putea chiar să calculați cât de mult ar fi ideală o schimbare, dacă ați ști cât de mult supra-revirați. Să zicem că mergeți cu 500 rpm peste o limită recomandată de 6000 rpm. Atunci ați dori un raport diferențial mai mare care să fie 6000 împărțit la 6500, înmulțit cu raportul dvs. existent. Nu contează foarte mult dacă mergeți la un diferențial mai mare ca acesta sau la un diferențial mai mic și apoi schimbați mai devreme – cu excepția cazului în care puteți folosi treapta superioară de viteză, care va fi probabil directă (sau 1:1) și va avea o pierdere de putere a transmisiei ceva mai mică. Există câteva motive pentru a minimiza nevoia de schimbare a treptelor de viteză, printre care reducerea volumului de muncă pentru șofer și minimizarea posibilității de a strica o schimbare de viteză (și schimbarea greșită a treptei de viteză care o însoțește, uzura pieselor, etc.).
Mai puține schimbări de viteză evită, de asemenea, a zecea parte dintr-o secundă sau cam așa ceva de pierdere de accelerație din cauza „timpilor morți” de schimbare între viteze. Dar nu lăsați acest lucru să învingă valoarea de accelerare a mai multor trepte de viteză pentru a menține motorul în vârful cuplului său. Răspunsul simplu pentru selectarea celor mai bune rapoarte de viteze este de a le găsi pe cele care îl fac fericit pe șofer, în parte prin minimizarea numărului de schimbări de viteze, dar mai ales prin minimizarea timpilor pe tur.
Graficul metodei simple
Iată un mod simplu de a alege cele mai bune rapoarte de viteze pentru o anumită mașină din trei opțiuni: o transmisie finală de 3,07:1 cu o transmisie cu raport larg, o transmisie finală de 3,07:1 cu o transmisie cu raport apropiat și o transmisie finală de 3,36:1 cu o transmisie cu raport apropiat. Exemplul nostru va presupune o linie roșie de 6000 rpm și anvelope cu diametrul de 26 de inci. Pentru a afla km/h în trepte de viteză, folosiți această formulă: (.003) x (rpm) x (diametrul anvelopelor în inci)/(raportul diferențialului) x (raportul transmisiei). Acest calcul produce următoarea ecuație: 468/(raportul diferențial) x (raportul de transmisie). (0,003 doar convertește inci și minute în mph.) Trasarea barelor de viteză la linia roșie în toate cele patru trepte de viteză pentru diferitele noastre rapoarte produce această răspândire:
Elemente de transmisie: Sincronizatoare vs. „câini”
Toate perechile de angrenaje ale transmisiei sunt întotdeauna în angrenaj, dar sunt angrenate doar intermitent cu arborii lor. Transmisiile autoturismelor realizează această conexiune cu suprafețe de frecare care intră primele în contact, pentru a potrivi mai ușor vitezele de rotație.
În utilizarea în curse, aceste sincronizatoare se uzează rapid sau sunt predispuse la defecțiuni mai instantanee. În cutiile de viteze de curse pure, angrenajele sunt conectate alternativ la arborele principal prin intermediul unor roți dințate în trepte, cunoscute și sub numele de „câini”, care sunt concepute pentru a angaja sau a prinde următoarea treaptă de viteză foarte rapid și ferm, o acțiune prea dură pentru conducerea de zi cu zi. Unghiul de subcotare și razele de colț ale acestor „câini” sunt proiectate cu grijă pentru a se prinde fără a se uza și pentru a se bloca ferm atât timp cât se transmite cuplul.
Mulți șoferi care au aceste tipuri de cutii fie schimbă cu putere fără să lase accelerația, fie folosesc ambreiajul doar pentru porniri în picioare. Și, dacă nu se pricep foarte bine la asta, câinii sunt măcinați rotund și, ca urmare, fie nu vor intra, fie nu vor rămâne în treapta de viteză.
Aceast tip de sincronizare este ajutat foarte mult dacă șoferul învață să potrivească vitezele între trepte de viteză prin modularea pedalei de accelerație – printr-o slăbire de o fracțiune de secundă în timpul urcării treptelor de viteză, sau o ușoară bubuitură în timpul coborârii treptelor de viteză. În caz contrar, sincronizatoarele sau urechile pot fi rapid uzate sau rupte, ceea ce obligă șoferul să potrivească vitezele și mai mult – sau poate chiar să țină maneta de schimbare a vitezelor în trepte.
Dinți de transmisie Alegerile
Transmisia autoturismelor utilizează dinți de transmisie tăiați în unghi sau „tăiați elicoidal” pentru a reduce zgomotul, în timp ce angrenajele diferențialului au dinți tăiați „hipoid”. (Aceste tipuri de angrenaje sunt, de asemenea, folosite pentru a coborî linia mediană a arborelui de transmisie.) Totuși, pentru o rezistență și o eficiență sporite, mașinile de curse folosesc numai angrenaje „spur” cu tăietură dreaptă, care au în primul rând contact de rostogolire pe fețele lor, în loc de contact de alunecare.
Multiplicare pentru Autocross
Selecția raportului de transmitere este mult mai ușoară atunci când intervalul de viteză este mult mai îngust și mult mai mic. Viteza minimă de viraj pentru un autocrosist probabil că nu este un criteriu de selecție relevant în acest caz, deoarece, cu mult exces de putere la viteze mai mici, nu poți folosi puterea maximă pentru o mare parte a virajului și, prin urmare, angrenajul este relativ lipsit de importanță.
Dacă aveți un sistem de achiziție de date pentru a înregistra istoricul vitezei, atunci este utilă și înregistrarea poziției pedalei de accelerație. Sau, dacă aveți chiar și un singur canal de date, înregistrați pur și simplu viteza dvs. în timp ce sunteți la accelerația larg deschisă. Semnalul de viteză ar putea fi rulat printr-un simplu comutator pornit/oprit pe opritorul de accelerație. Să spunem că intervalul total de viteză cu accelerația larg deschisă este cuprins între 35 și 60 mph – valori tipice pentru un autocross mediu, indiferent de locul în care se desfășoară. Atunci este posibil să puteți selecta un raport de diferențial care să plaseze un singur raport de transmisie – indiferent care dintre ele – pentru a acoperi acest interval. Ca urmare, nu veți avea un punct de schimbare a treptelor de viteză chiar în mijlocul unei drepte.
Exercițiu practic
Este timpul să punem deoparte regulile de calcul și să vedem cum influențează rapoartele de transmisie asupra timpilor pe tur. Subiecții noștri vor fi o pereche de mașini Porsche GT3 Cup din clasa Grand American Rolex de la echipa Sahlen, iar exercițiul va consta în compararea a două cutii de viteze diferite, o cutie cu rapoarte largi și una cu rapoarte apropiate. Sala noastră de curs este Watkins Glen International, iar pilotul echipei Wayne Nonnamaker este profesorul de astăzi.
„Virajul 5, mijlocul graficului, reprezintă ieșirea din șireturile de la Boot la Watkins Glen și îndreptarea spre vârful Boot-ului”, notează pilotul nostru. Cele două linii de sus de pe imprimatul de achiziție a datelor de la Pi Research reprezintă turația pentru cele două mașini. „Linia neagră este graficul mașinii cu angrenaje mai strânse, iar linia roșie este cea a mașinii cu angrenaje mai lungi”, explică el. „Puteți vedea că cutia de viteze mai strânsă trebuie să efectueze două schimburi pe linia dreaptă, în timp ce cutia de viteze mai lungă are doar un singur schimb.” Cele două linii din mijloc reprezintă viteza în mile pe oră a celor două mașini, cu negru pentru cutia de viteze mai strânsă și roz pentru cea cu viteze mai lungi. „Linia de jos reprezintă diferența dintre cele două mașini”, notează Wayne. „Se poate vedea pe linia dreaptă că există un câștig de câteva zecimi de secundă odată ce se pune puterea jos. Puteți vedea, de asemenea, că cutia de viteze mai lungă recuperează dramatic atunci când cealaltă cutie este schimbată, dar câștigul înapoi nu este suficient pentru a compensa pierderea cauzată de ieșirea din banda de putere.” Pe această pistă și cu această aplicație, cutia cu raport apropiat produce ture mai rapide, chiar dacă este nevoie de ceva mai multe schimbări de viteze.
„De asemenea, țineți cont de faptul că Porsche GT3 Cup este un motor oarecum cu vârfuri,” adaugă Wayne. „Acest lucru înseamnă că menținerea lui în banda de putere este esențială. Dacă aveți o bandă de putere mai largă, acest lucru nu este la fel de esențial. Așadar, atunci când te uiți la cât de apropiate vrei să fie treptele de viteză, lățimea benzii de putere este foarte importantă.” În timp ce rapoartele de transmisie sunt o parte din poveste, trebuie luat în considerare și cât de mult abuz pot suporta aceste unități. „La mașinile noastre Rolex, transmisia poate fi schimbată atât de repede pe cât de repede poți să o faci fizic”, explică Wayne cu privire la mașinile lor Porsche GT3 Cup. Mașinile lor Porsche 996 din Grand-Am Cup, deși în aparență sunt similare, au nevoie de o mână ceva mai delicată. „La mașinile Grand-Am Cup, trebuie să aștepți un scurt moment, altfel vei șlefui transmisia și vei rupe cutia”. Wayne spune că privirea la mașina respectivă este importantă atunci când se discută despre rapoartele de transmisie. „Așadar, dacă aveți un Ford Mustang cu o bandă largă de putere și o transmisie care are nevoie de un moment pentru a schimba; probabil că nu merită să strângeți acele rapoarte”, adaugă el. „Cu toate acestea, dacă aveți un Integra Type R în care transmisia schimbă destul de repede și banda de putere este foarte mare, atunci probabil că va merita să strângeți rapoartele.”
Vezi comentariile de pe forumurile GRM
7/16/18 1:16 p.m.
Un articol grozav!
1/4/21 9:53 a.m.
Cum se calculează limita de împingere a roților?
1/4/21 4:32 p.m.
Vă puteți uita și la datele vă puteți uita și la accelerația Gs. Dacă G-urile de accelerație scad, trebuie să îți ajustezi angrenajul.
Trebuie să vă conectați pentru a posta. Log in