試乗車のトランスミッションの歴史 - パート 3

この最後の部分では、この領域でさまざまなタイプの最新のソリューションを見つけます。

今日、トランスミッションの世界はこれまで以上に多様化しており、自動車会社とサプライヤーは複雑な関係と契約に縛られており、小型の CVT トランスミッションから XNUMX 速オートマチックトランスミッションまで、非常にハイテクな製品が生み出されています。

50 年代には、すべてが非常に明確に描かれているように見えました。アメリカ人にとっては今ではオートマチックトランスミッションが最優先事項であり、ヨーロッパ人にとってはマニュアルトランスミッションが依然として優先事項です。しかし、同じことは 70 年代にも当てはまります。80 年代は、戦争の廃墟から再建するにはまだ数年かかるため、ヨーロッパ (西側) の本当の「自動車化」が正確にその時から始まったことを忘れてはなりません。歴史は、2000 年代に状況がそれほど変わらなかったことを示していますが、ヨーロッパのいくつかの場所では、オートマチックがより高級な車に登場し始めました。 90 年代になって初めて、電子政府の出現によって流れが変わり、オートマチックトランスミッションと旧大陸が支持されるようになりました。しかし、新車の自動化の割合が米国で 80%、日本で 15% に達した 4 年でさえ、この解決策を選択したヨーロッパ人はわずか 5% でした。もちろん、この場合の心理的要素と、後者が自分でギアをシフトしたいという非常に意図的な欲求を過小評価することはできません。当時、それらはまだ主に 2002 年で 6 速でした。ZF が 8HP 8 速トランスミッションの第 XNUMX 世代を導入し、XNUMX 年後に ZF XNUMXHP で XNUMXHP に引き上げたのは 'XNUMX まででした。後者は、ギアの数だけでなく、BMW のエンジニアと XNUMX 番目のシリーズへの正確な統合のおかげで完璧な操作快適性を備えた真の革命となります。

当時、ZF はプジョー 4 に 407 馬力、VW とシュコダに 5 馬力を供給し続けていたため、これは本当に信じられないほどの変化の時期です。実際、この 13 年間で世界のオートマチックトランスミッションのシェアは急上昇し、46 年には 2014% に達しました。ギアの数が増えているにもかかわらず、サイズと重量が削減されており、ここにはすでにすべての人にとって何かがあります。ホンダジャズのような小型車でも、デュアルクラッチギアボックスが搭載されます。メルセデスと ZF は 8 つのステップユニットを連続して発表します。積極的な共同開発 GM とフォードは、アメリカでクライスラーに対抗するための 2014 速オートマチックトランスミッションプロジェクトに懸命に取り組んでおり、その間クライスラーは ZF 49HP のライセンスバージョンをリリースしています。マニュアルトランスミッションの進化は、より優れたギア、簡素化、およびより正確なシフトに向かって進んでおり、一部の車は、それらを奪うのは犠牲になるほど完璧になっていますが、オートマチックには現在、膨大なオプションの選択肢があります。 6 年に販売されたオートマチックトランスミッション搭載車のうち、15% が 6 段以上の従来のオートマチックトランスミッションであり、20 段未満の車は 9% にすぎません。 CVT は 3%、デュアルクラッチトランスミッションは 5%、自動マニュアルトランスミッションはわずか 2004% で、ハイブリッド車や電気自動車のトランスミッションも同様です。これらの数字には、いくつかの厳密な詳細が隠されています。たとえば、DSG トランスミッションの主なシェアはヨーロッパで市場に出ており、クラシックなものはヨーロッパとアメリカで、CVT トランスミッションの高いシェアは日本で販売されています。同時に、新しいユニットは決して前任者よりも重くも大きくもありません。9 年のメルセデス XNUMX 速オートマチックトランスミッションが XNUMX つの遊星歯車と XNUMX つのロック装置を必要とする場合、そのインテリジェントなアーキテクチャのおかげで、新しい XNUMXG-Tronic はそれを実現します。また、XNUMX つの遊星歯車を管理しますが、ロック要素として XNUMX つのクラッチを備えています。 XNUMXつ明らかなことは、ミッドレンジブランドでさえ高級品メーカーに追随し、より多くのギアを備えたトランスミッションにすぐに移行することです.OpelがXNUMX速オートマチックトランスミッションの開発の最終段階にあるという事実は、その良い例です. . エンジンを不快に加速させ、奇妙な合成感覚を生み出すオートマチックトランスミッションを搭載した車のアイデアは、今や完全に歴史の年代記にあります。

提携と協定

しかし、メルセデスはトランスミッションを自社で開発・生産する自動車メーカーとしてはむしろ例外的な存在だ。マツダ、PSA、ヒュンダイ/起亜自動車も同様ですが、実際には、ほとんどの自動車メーカーは相互に、また ZF やアイシンなどのギアボックスサプライヤーとの複雑な関係や合弁事業に大きく縛られています。たとえば、アウディ、BMW、ロールスロイスのモデルには、さまざまなバリエーションの 8 速 ZF オートマチックトランスミッションが搭載されています。ライセンス契約に基づき、クライスラーはエヴァシオン、クライスラー、ジープのモデルだけでなく、マセラティやフィアットにも同じトランスミッションを生産しています。 GM 自体はコルベットに XNUMX 速ハイドラマチックを搭載していますが、アイシンと協力してキャデラック用の XNUMX 速トランスミッションを開発し、XNUMX 年前に BMW にオートマチックトランスミッションを供給しました。同時に、アメリカの巨人はフォードと協力してXNUMX速ギアボックスの開発を進めており、欧州子会社のオペルは独自のXNUMX速ギアボックスを開発している。現代/起亜自動車も独自の XNUMX 速トランスミッションを開発しました。一方、デュアルクラッチトランスミッションの製造で豊富な経験を積んできたゲトラグ社は、コンパクトなフォードとルノーの両方のモデル、および BMW の M バージョンにユニットを提供しており、これらの XNUMX つのクラッチは主に LUK によって供給されています。 VW とアウディの有名な DSG トランスミッションはボルグワーナーの協力を得て設計され、ヴェイロンのトランスミッションはリカルドによって設計されました。 XNUMXつのクラッチとXNUMXつのギアを備えたトランスミッション。ポルシェ PDK は、日産 GT-R 用トランスミッションを共同開発、生産している ZF、ボルグワーナー、愛知機械工業の作品です。

クラシックオートメーションコンペティション

前のパートでは、クラシックオートマチックトランスミッションの作成と開発について詳しく説明しました。以前のバージョンでは、ロック要素をアクティブにする加圧油圧システム（下記参照）がマニホールド内の真空に基づいて機械的に制御され、遠心レギュレータを使用することを追加します。その後、すべてが電子制御とモーター制御に関連するパラメーターに基づいています。新しい合成油は、現代のトランスミッションの正確な性能にも大きく貢献することに注意することが重要です。ただし、近年のクラシックオートマチックトランスミッションの急速な発展により、並外れた滑らかさと高速性を備えたギアシフトの快適性の点で、今日では他の追随を許さないものになり、今までのところギア数のリーダーです（既に9）。トルクコンバーターの素早い切り離しにより、トラクションが中断されることなく効率が向上し、DSGに近づき、シフト時間がますます短くなり、蓄圧器の助けを借りて、スタートストップシステムは統合されていません。質問。バスが主に古典的なオートマチックトランスミッションを使用する一方で、大型トラックの優先事項は、オートマチックニューマチックギアシフト付きのマニュアルトランスミッションであることに注意することは興味深いです。

自動変速機

わずか 80 年前には、彼らの未来は有望に見えました…1 年代にモータースポーツに参入し、高速シーケンシャルギアボックスに切り替えた後、現在では量産車ではますます一般的ではなくなり、XNUMX 速ギアボックスに取って代わられています。クラッチ。空圧および油圧シフトを備えたメカニカルトランスミッションオプションは、トラックでは依然として優先され、レーシングカーではシーケンシャルオプションが優先されます。後者はかなり逆説的な事実であり、コストを削減したいという願望によってFIAによって主張されています。間もなく、すべてのフォーミュラ XNUMX カーが同じサプライヤーからギアボックスを入手する可能性が高くなります。さらに、それらは材料、ギアの数、およびギアの幅が制限されています-新しいターボエンジンの導入を背景にしたかなり奇妙な決定です。

実際、それはすべて極端なフォーミュラ 1 インキュベーターの革命として始まり、その概念を生み出したのは 80 年代半ばのフェラーリのチーフデザイナー、ジョンバーナードでした。実際の彼の深い考えは、スイッチの新しい方法を見つけることではなく、車のキャブ内の複雑で重いメカニズムを排除することです。当時、電気油圧装置の形で（車のアクティブサスペンションの要素として）技術的基盤がすでにあったため、彼はそのようなアクティベーターをこの目的に使用できると判断しました。クラッチペダルを先に外すわけでもありません。最初のプロトタイプには、各ギアをシフトするためのデバイスが含まれており、このソリューションにより、ステアリングホイールのレバーを動かすことができました。そのとき初めて、制御電子頭脳の助けを借りて、クラッチペダルを離すと同時に開くというアイデアが生まれました。このアーキテクチャとマイクロプロセッサの改善、および電子制御スロットルの導入により、完全自動シフトが可能になります。これは古典的な自動変速機の棺桶の最後の釘になるでしょうか - XNUMX年代には、そのような声がますます聞こえ始めました。さらに、オートマチックトランスミッションは急速に改善されており、シフトシステムのレバーがチャネル内に配置されるか、回転ドラムの輪郭に沿って配置される、順序付けられた (シーケンシャル) 設計を備えたまったく新しいアーキテクチャに移行しています。

クラシックオートマチック、手動オーバーライドあり

しかし、マニュアルトランスミッションに基づくセミオートマチックトランスミッションが大きなスポーツで最初の一歩を踏み出したのと同時に、ポルシェはステアリングホイールのレバーを使用してシフトする機能を備えたクラシックなオートマチックトランスミッションを作成することで、反対の問題を解決しました。もちろん、トランスミッションはZFに属し、ボッシュとともにプロジェクトの主導的な役割を果たしています（ポルシェが主要なアイデアを作成してプロジェクトを主導し、ZFが機器を開発し、ボッシュが管理しています）。プロジェクトの実装は、911 と 968 の追加装備の形で実証され、後にアウディと三菱がプロジェクトのライセンスを購入します。このティプトロニックトランスミッションの名前は、レバーを押したり引いたりすることでシフトできることから、ドイツ語の「tippen (押す)」に由来しています。このタイプのギアボックスには、ドライバーの運転スタイルに応じてモードを変更する機能が既に備わっています。

一方、ジョン・バーナードの作品は、フェラーリ F360 モデナやシーケンシャルトランスミッション (ベース追加されたシフターとMagnetti-Marelliの頭脳を備えた標準の147速トランスミッションについてしかし、前述したように、デュアルクラッチトランスミッションの誕生は、大型車の世界におけるオートマチックトランスミッションの野望を焦がしたように見えました。より控えめなモデルと、既存のトランスミッションのより安価な自動化の可能性に変わりました（オペルイージートロニックがその間に新しい第 5 版を受け取ったなど）。これは、シリアルアーキテクチャよりも簡単な方法で実装されます。このために、すでに非常にコンパクトな追加の制御ユニットが使用されます。しかし、シンクロナイズド・オートマティック・シフトとディスエンゲージメントという設計者の長年の夢に対する解決策は、ユートピアにすぎません. . スポーツカーメーカーは、デュアルクラッチトランスミッション (DCT または DSG) に重点を置いてきました。この方向の典型的な例は、前世代の MXNUMX のシーケンシャル SMG ギアボックスとして具体化され、現在のものの XNUMX 速 DCT ギアボックスに変換された BMW とゲトラグのコラボレーションです。

トラクションを中断せずにXNUMXつのクラッチを使用

すべては、2003 年に VW が BorgWarner と共同開発した Direct Shift Transmission (またはドイツ語で Direct Schalt Getriebe) を導入したときに始まりました。それが導入されるとすぐに、それはより速くシフトする能力を実証し、手動および自動変速機の急な動きがなく、牽引力の損失や、コンバーターの欠如による消費の悪化もありませんでした. ただし、歴史を遡ると、80 年代半ばにアウディがラリーカーに同様のギアボックスを使用していたことがわかります (Sport Quattro S1 Pikes Peak など)。ただし、この技術は、十分に高速な電子システムが利用可能になるまでしばらく待たなければなりません。連続生産の制御、適切なカップリング材料、および高速油圧アクチュエータ。従来のトランスミッションとは異なり、DSG には 3 つの同軸シャフトがあり、それぞれに独自のクラッチがあります。これらのコネクタは、外側が XNUMX つのシャフトの内側に接続され、内側が中空の外側セクションに接続された状態で、互いに同心円状に配置されます。シャフトの XNUMX つは奇数ギアを受け入れ、もう XNUMX つは偶数ギアを受け入れます。たとえば、XNUMX 速を入れた時点で XNUMX 速がすでに準備されており、トラクションを中断することなく、一方を切り離し、もう一方を同時に締結することで、締結が行われます。ギアは従来のシンクロナイザーを使用して駆動されますが、機械的なロッドとフォークの代わりに、油圧要素を使用して行われます。多板クラッチは、機械式トランスミッションとは設計が異なり、この点でオートマチックのロック要素として機能するメカニズムに近く、それらの開発は DSG の進化に貢献しました。ただし、XNUMXつのタイプは、油圧クラッチの開閉だけでなく、複数のセンサーに基づく電子制御の点でも類似しています。以前のバージョンでは、トランスミッションには熱伝達を向上させるためにオイルバスクラッチがありましたが、材料の進歩により、より効率的な乾式クラッチが使用されるようになりました。 DSG トランスミッションは現在、主にスポーツモデルで優先されていますが、フォードフォーカスやルノーメガーヌ (Getrag 装備)、VW ゴルフ、アウディ AXNUMX、シュコダオクタビア (VW-BorgWarner) などの小型および小型モデルの代替としてもよく使用されています。自動と自動。そのため、今日、電子機器の助けを借りて、すべてのタイプの自動変速機は、自動機械のさまざまな動作モードを機械的に切り替えることができます。

そして、その間にバリエーターはどうなりましたか？

無段変速機のアイデアは世界と同じくらい古く、プロジェクトには多くのバリエーションが含まれています。彼らの問題は通常、ギアがなく、滑り面へのトルクの伝達がボクシングにつながることです。 20 世紀初頭には、スイスのウェーバーにそのようなトランスミッションがありましたが、1955 年になって初めて、ドーン兄弟がこの種の実用的なソリューションを作成することに成功しました。後者は、オランダの DAF 車にバリオマチックの形で登場しました。軸方向にオフセットされた油圧アクチュエータとベベルベルトで接続されたテーパー要素を備えた幅広い設計におけるシンプルで有望な無段階変更の主な問題は、それらの摩耗です。したがって、後の設計では、高摩擦鋼のセグメント化された金属要素に置き換えられました。この要素では、動きは引っ張ることではなく、押すことによって行われ、より高いトルクを提供します。 80年代後半にはフォード、フィアット、スバル、ZFなど多くの企業がヴァン・ドールンと共同生産を開始し、アウディは2000年よりも多くのトルクを伝達するために、チェーンを使用したCVTトランスミッションを開発しました。 2003年、地元メーカーのジヤトコのおかげでこれらのトランスミッションを確かに尊重している日産は、ムラノにCVTトランスミッションを装備し、現在のスバルレガシィのオートマチックトランスミッションバージョンはLUKのものを使用しています.

19 世紀後半に、異なる直径のディスクと直接連動する最初の CVT トランスミッションが作成され、20 年代にシトロエンと GM が最初の生産バージョンを作成しました。この技術的解決策に対する彼らの関心は、80 年代後半に再び材料の開発とともに戻ってきました。その管理者は、英国の会社 Torotrak と前述の Jatco でした。後者は、CVT トランスミッションのリーダーです。最近、この種の新しいソリューションがますます登場しています。たとえば、Double Rollet CVT Ultimate Transmission などがありますが、まだその実行可能性は示されていません。

標準のCVTトランスミッションでは、通常、小さな遊星歯車がメインギアの前に配置され、前進、後退、およびニュートラルギアを提供します。さまざまな始動ソリューションでは、磁気コネクターまたは標準コンバーター（スバルまたはZFエコトロニックCVT）を使用します。近年長い間放置されてきたCVTギアボックスは、特に日本のメーカーから再び注目を集めています。彼らはまだ自動変速機の総生産で大きなシェアを持っています。ボッシュのトランスミッション技術は、この分野でますます機能しています。他の人と同様に、新しい材料と電子機器が助けになります。

クラシックオートマチックトランスミッションの基本設計

新しい 9G-Tronic トランスミッションでは、メルセデスは非常に複雑なデバイスである、いわゆるハイドロダイナミックトルクコンバーターを使用していますが、その動作原理は最初のそのようなデバイスの動作原理と変わりません (写真を参照)。実際には、エンジンのフライホイールに接続されたポンプ、ギアに接続されたタービン、およびステータと呼ばれる中間要素で構成されています。このデバイスの流体力学は非常に複雑ですが、単に配置されたオイルが、図 8 の上部に似た円運動でその周囲にポンプで送られますが、交差する線がオフセットされた 50D バージョンです。互いに相対的です。アームの特徴であるタービンブレードの特定の形状は、実際には非常に正確に計算された曲率であり、流れの力を最適に吸収し、流れの力が急激に方向を変えます。その結果、トルクが増加します。残念ながら、方向が変わるとすぐに、流れはポンプブレードに逆流するため、すでに悪影響を及ぼしています。ここで、流れの方向を変える役割を持つステーターが助けになり、この要素がデバイスをトルクコンバーターに変えます。この圧力下で静止状態を維持するロック機構を備えているように設計されています。上記のすべての結果として、始動時にトルクが最大に増加します。流れは一定の速度で反転しますが、タービンの周速度が逆方向に徐々に増加すると、正味の速度はタービンの方向と同じになります。これを理解するには、トラムを 30 km/h で運転していて、ボールを 20 km/h で跳ね返していると想像してください. この場合、オイルの流れはステーターブレードの後ろを通過し、ブロックが無効になり、回転し始めます。ポンプ速度の 90% に達すると、渦流が放射状になり、トルクの増加が停止します。したがって、車は始動して加速しますが、これは最新のユニットであっても常に損失に関連しています。最新のトランスミッションでは、開始直後にコンバーターがオフになるか、いわゆるコンバーターの助けを借りてそのアクションがブロックされます。トランスミッションの全体的な効率を向上させるロックアップクラッチ。 ZF 8HP などのハイブリッドバージョンでは、トルクを増加させる電気モーターに置き換えられ、AMG 7G-DCT などの一部のソリューションでは、コンバーターは一連のプレートクラッチに置き換えられます。それでも、オイルの流れのダイナミクスを最適化するために、場合によっては、状況に応じてステータブレードの迎え角が変化し、トルクが変化します。

遊星歯車のセット

前節で述べたように、ギアやシンクロナイザーなしでさまざまなギアに対応できる遊星ギアが最適なギアとして選択されました。機構は、内歯のあるリングギア（クラウン）と、それを擦る太陽ギアと遊星歯車であり、共通のガイドに接続されたクラウンリングと結合しています。エレメントの 6 つ (クラウン、ガイド、またはサンホイール) がロックされると、他の 2002 つの間でトルクが伝達され、ギア比は設計によって異なります。ロック要素は、クラッチまたはバンドブレーキにすることができ、古いトランスミッションでは機械的に油圧アクチュエータによって作動し、新しいトランスミッションでは電子的に制御されます。 GM Hydra-Matic や Chrysler Torque-Flite などの初期の自動変速機でさえ、従来の遊星歯車ではなく、Simpson のような複合設計を使用していました。後者は、その作成者であるアメリカ人エンジニアのハワード・シンプソンにちなんで名付けられ、XNUMX つの完全に同一の遊星歯車 (遊星歯車) が含まれています。この場合、固定要素は、XNUMX つの多板クラッチ、XNUMX つのブレーキベルト、およびトルクを直接伝達するワンウェイクラッチです。いわゆるオーバードライブを提供するXNUMX番目のメカニズムは、ギアボックスに個別に追加できます。より現代的な設計の多くは、従来の遊星歯車よりも複雑な歯車を使用しています。たとえば、Ravigneaux (作成者である Paul Ravigneau にちなんで名付けられた) は、XNUMX つまたは XNUMX つの標準的な歯車と組み合わせて歯車の数を XNUMX つに増やしています。これには、共通のコロナと、XNUMX つの異なるタイプの衛星とソーラーホイールの組み合わせが含まれており、その間でさらに複雑なエネルギーの流れが発生します。 XNUMX 年に導入された ZF の最初の XNUMX 速オートマチックトランスミッションは、ルペルティエメカニズム (デザイナーのポールルペルティエ) を使用しており、コンポーネントが少なくなり、重量と体積が減少しました。現代のソリューションの知性は主に、コンピュータ分析のおかげで、よりコンパクトなロック機構、シャフト、およびギアを統合して、より多くの要素が相互作用し、したがってより多くのギアを実現できる能力にあります。

9つのギアの最前線：メルセデス9G-Tronic。

新しいメルセデス9G-Tronicトランスミッションは、ギア比（最初から9,15番目までのギア比）が350です。したがって、このトランスミッションを装備したE 120 Bluetecは、1350 kmのギアで1000 km / hでちょうどXNUMX rpmで走行できます。低速で移動する機能は、遠心振り子装置と組み合わされたフライホイールに代わるデュアルトーションダンパーでもサポートされています。最大XNUMX Nmのトルクを処理できますが、このドライブトレインは、膨大な数のコンピュータシミュレーションに基づいており、以前よりも軽量でコンパクトです。ツーピースハウジングは、流体力学的トルクコンバーターのアルミニウムと、それ以外の場合はポリマークランクケースのマグネシウム合金でできています。 XNUMXつの遊星歯車のみでXNUMXつの歯車を実現する可能性が実現する前に、数多くの分析が行われました。このトランスミッションは他の横置きモデルで広く使用され、DSGはコンパクトモデルで使用されます。

ファンタスティックリコイルZF：9HP

9HPのルーツは、ZFがクロスマウントセグメントに戻ることを決定した2006年までさかのぼることができます（以前の製品は90速およびCVTトランスミッションでしたが、4年代後半に廃止されました）。通常、開発には約6年かかりますが、すでに存在しているため、7速オートマチックトランスミッションを使用することを望んでいません。同社が目標を達成するのに480年かかるという事実は、このトランスミッションを作成するに至った途方もない設計作業を物語っています。このソリューションは信じられないほどハイテクなソリューションであり、86 Nmバージョンでも重量は10 kgにすぎません。新しいギアボックスのおかげで、6速ギアボックスと比較して燃料消費量は約120％削減され、16 km / hの一定速度での削減はXNUMX％です。インテリジェントアーキテクチャには、互いに入れ子になったXNUMXつの遊星歯車の配置と、開いたときに残留摩擦が少ない追加のピンコネクタの追加が含まれます。トルクコンバーターに多段制振システムを追加。

テキスト：Georgy Kolev