Трансмиссия с близким передаточным числом

Трансмиссия с близким передаточным числом автомобиля описывает трансмиссию меньше средней с разницей между передаточными числами . Их чаще всего используют на спортивных автомобилях, чтобы поддерживать двигатель в диапазоне мощности .

Обзор

Трансмиссия с близким передаточным числом — это трансмиссия, которая описывается относительно другой трансмиссии для той же модели транспортного средства. Относительность применима только к трансмиссиям, предлагаемым для одной марки и модели; то есть не существует конкретного порогового значения или принятого отраслевого стандарта, который определял бы, представляют ли переходы между передачами нормальную трансмиссию или трансмиссию с близким передаточным числом. То, что один производитель описывает как трансмиссию с близким передаточным числом, не обязательно ближе по передаточным числам, чем обычная механическая коробка передач другого производителя.

Часто производители используют термин «близкое передаточное число», предлагая одну или несколько альтернатив трансмиссии, установленной в стандартной комплектации: например, дополнительную, более спортивную трансмиссию, которая предлагает более близкие передаточные числа, чем стандартная, например, Porsche, предлагаемый с тремя перечисленными трансмиссиями. ниже для 911 с 1967 по 1971 год.

Математически «близость» трансмиссии можно охарактеризовать совокупным средним расстоянием между передачами или средним геометрическим числом передач. Это определяется как n-1 ^й корень произведений каждого передаточного числа, что упрощается до общего диапазона передаточных чисел и количества (передних) скоростей:

{\overline {\mathrm {spacing} }}\equiv \left(\prod _{i=1}^{n-1}{\frac {R_{i+1}}{R_{i}}}\right)^{\frac {1}{n-1}}={\sqrt[{n-1}]{\frac {R_{n}}{R_{1}}}}={\sqrt[{n-1}]{\frac {R_{hi}}{R_{lo}}}}

где

$R_{n}=R_{hi}$ это передаточное число высшей передачи
$R_{1}=R_{lo}$ это передаточное число низшей передачи
$n$ общее количество передач (вперед)

В целом, большинство трансмиссий имеют примерно одинаковый общий диапазон между высшей и низшей передачами, поэтому чем больше передач в трансмиссии, тем ближе они друг к другу. Это видно из приведенного выше выражения: поскольку $n$ увеличивается, средний интервал увеличивается. ( CVT Бесступенчатая трансмиссия ) имеет почти бесконечное «количество» передаточных чисел между самым высоким и самым низким передаточными числами, что означает, что вариатор имеет бесконечно малые шаги между передаточными числами. Однако, поскольку вариаторы не имеют определенных (фиксированных) передаточных чисел, если они не запрограммированы как таковые, они не будут считаться трансмиссией с близким передаточным числом.

Пример (Порше 911)

Передаточные числа трех Porsche 911 5-ступенчатых механических коробок передач (1967–1971 гг.) ^{[ 2 ]}
Механизм	Соотношение
	Стандарт (901/75)		Хилл-Климб (901/76)		Нюрбургринг (901/79)
	Ценить	Шаг	Ценить	Шаг	Ценить	Шаг
1-й	2.643	—	2.833	—	2.643	—
2-й	1.778	67%	2.000	71%	1.600	61%
3-й	1.318	74%	1.550	78%	1.318	82%
4-й	1.000	76%	1.318	85%	1.080	82%
5-е место	0.821	82%	1.217	92%	0.926	86%
Средний шаг	74.7%		81%		76.9%
Общее изменение	0.31		0.43		0.35

В этой таблице сравниваются передаточные числа трех трансмиссий, предлагаемых для автомобилей Porsche 911 с 1967 по 1971 год: первая — стандартная трансмиссия 901/75, вторая — трансмиссия 901/76, обозначенная как «Для подъема в гору», а третья — 901/75. 79 передача обозначала «передаточные числа Нюрбургринга». Он включает в себя шаг между последовательными соотношениями; например, шаг с 3-й на 4-ю передачу для коробки передач 901/76 составляет 85 %, то есть частота вращения двигателя на 4-й передаче составляет 85 % от частоты вращения на 3-й передаче при эквивалентных скоростях автомобиля.

Для описанной здесь стандартной коробки передач Porsche (901/75) передаточное число каждой последующей передачи в среднем составляет 75 % от передаточного числа предыдущей передачи:

\left({\frac {0.821}{2.643}}\right)^{\frac {1}{4}}=0.747

Согласно аналогичным расчетам, трансмиссия Hill Climb имеет последовательные передаточные числа, которые в среднем составляют 81% от предыдущей передачи, а трансмиссия Nürburgring имеет последовательные передаточные числа, которые составляют 77% от предыдущей передачи. Таким образом, передачи трансмиссии Hill Climb «ближе» по числовому отношению к предыдущей передаче, чем передачи стандартной трансмиссии или трансмиссии Nürburgring, что делает ее трансмиссией с близким передаточным числом.

Обратите внимание, что шаг с 1-й на 2-ю для трансмиссии Нюрбургринга является самым большим изменением для любой из трех трансмиссий, но последовательные изменения ступеней со 2-й по 5-ю относительно невелики; эта трансмиссия предназначена для продолжительной работы на высоких скоростях, а не для ускорения с места.

Диапазон мощности

Porsche 911 S 1967 года был оснащен 2,0-литровым оппозитным шестицилиндровым двигателем мощностью 160 л.с. (120 кВт) при 6600 об/мин и крутящим моментом 179 Нм (132 фунт-сила-фут) при 5200 об/мин. ^{[ 3 ]} При использовании приведенных выше передаточных чисел стандартной трансмиссии, когда водитель переключается со 2-й на 3-ю передачу со скоростью 6600 об/мин, частота вращения двигателя упадет до 4890 об/мин (что составляет 6600 × 1,32/1,78). В этом случае переключение на 3-ю передачу приводит к тому, что частота вращения двигателя становится немного ниже скорости, при которой создается максимальный крутящий момент. При использовании коробки передач с близким передаточным числом, такой как пример Hill Climb выше, переключение на 3-ю передачу снизит частоту вращения двигателя до 5120 об/мин (6600 × 1,55/2,00), что почти совпадает с максимальным выходным крутящим моментом двигателя.

Аналогичным образом, приведенная выше передача Нюрбургринга немного ближе по числовому значению, чем стандартная передача, что делает ее более полезной для спортивных применений. Однако в спецификации Нюрбургринга передаточное число пятой передачи «более высокое» (в цифровом отношении ниже), чем в коробке передач Hill Climb, что позволяет достичь более высоких максимальных скоростей, необходимых для этой более быстрой гоночной трассы.

Стандартная коробка передач с более низкой пятой передачей позволяет использовать еще более низкие обороты двигателя на скоростях шоссе, тем самым снижая шум двигателя и расход топлива, но ухудшая характеристики ускорения на очень высоких скоростях.

Историческая эволюция

числа 4-ступенчатых механических коробок передач Muncie и Borg-Warner Передаточные
Механизм	Манси ^{[ 4 ]}						Борг-Уорнер Супер Т-10 ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}
	М20 (1963–65)		М20 (1966–74)		М21 и М22		(1974–77)		(1977–79)		(1979–81)		(1980–82)
	Соотношение	Шаг	Соотношение	Шаг	Соотношение	Шаг	Соотношение	Шаг	Соотношение	Шаг	Соотношение	Шаг	Соотношение	Шаг
1-й	2.56	—	2.52	—	2.20	—	2.43	—	2.64	—	2.88	—	3.42	—
2-й	1.91	75%	1.88	75%	1.64	75%	1.61	66%	1.75	66%	1.91	66%	2.28	67%
3-й	1.48	77%	1.46	78%	1.28	78%	1.23	76%	1.34	77%	1.33	70%	1.46	64%
4-й	1.00	68%	1.00	68%	1.00	78%	1.00	81%	1.00	75%	1.00	75%	1.00	68%
Средний шаг	73.1%		73.5%		76.9%		74.4%		72.4%		70.3%		66.4%
Общий	0.39		0.4		0.45		0.41		0.38		0.35		0.29

В 1960-х годах автомобили, оснащенные механической коробкой передач, обычно имели четыре скорости переднего хода и высшую передачу с передаточным числом 1:1. Обозначение широкого передаточного числа в сравнении с близким передаточным числом повлияло на самое низкое передаточное число; ^{[ 7 ]} например, четырехступенчатые трансмиссии Muncie, предлагаемые в высокопроизводительных автомобилях General Motors , включали трансмиссию M20 с «широким передаточным числом», которая имела первое передаточное число 2,52 или 2,56:1, в то время как трансмиссии M21 и M22 с «близким передаточным числом» имели первое передаточное число. передаточное число 2,20:1. ^{[ 4 ]}

В то время топливная экономичность не была главной проблемой, и трансмиссии с «близким передаточным числом» обычно сочетались с низким передаточным числом главной передачи 3,5: 1 или выше, чтобы компенсировать относительно высокое самое низкое передаточное число, что приводило к большому расходу топлива. потребление. После нефтяного кризиса 1970-х годов передаточное число главной передачи снизилось до 3:1 или ниже, чтобы улучшить экономию топлива, и, чтобы приспособиться к этому, производители автомобилей начали добавлять в коробку передач больше скоростей движения вперед, обычно сочетая повышающую пятую передачу с еще более низкой первой передачей. в результате получилось то, что можно было бы считать трансмиссией с очень широким передаточным числом. ^{[ 7 ]} Трансмиссии с «близким передаточным числом» теперь имели низкое передаточное число 2,64: 1, тогда как трансмиссии с «широким передаточным числом» были 3: 1 или выше, а это означает, что трансмиссии с «близким передаточным числом», произведенные в 1970-х годах, часто имели больший диапазон передаточных чисел, чем «широкое передаточное число». передачи 1960-х годов! ^{[ 7 ]}

Добавляем передаточные числа

Передаточные числа трех Honda МКПП
Механизм	Гражданский (1978) ^{[ 8 ]}		НСХ (1991) ^{[ 9 ]}		Гражданский Тип R (2019) ^{[ 10 ]}
Механизм	Соотношение	Шаг	Соотношение	Шаг	Соотношение	Шаг
1-й	3.181	—	3.071	—	3.625	—
2-й	1.823	57%	1.727	56%	2.115	58%
3-й	1.181	65%	1.230	71%	1.529	72%
4-й	0.846	72%	0.967	79%	1.125	74%
5-е место	—		0.771	80%	0.911	81%
6-е место	—				0.735	81%
Средний шаг	64.3%		70.8%		72.7%
Общий	0.27		0.25		0.2

Один из способов создать трансмиссию с близким передаточным числом — установить в трансмиссию больше передач без изменения низшего и высшего передаточных чисел. Таким образом, некоторые шестиступенчатые коробки передач, доступные в потребительских автомобилях, помечены как «близкие». Опять же, определяющим вопросом является общее расстояние между 1-й и, в данном случае, 6-й передачей. В качестве примера рассмотрим три механические коробки передач, установленные на автомобилях Honda, каждая из которых имеет общее изменение передаточных чисел ( ${\frac {R_{hi}}{R_{lo}}}$ ) от 0,2 до 0,3, но с другим числом передач; шестиступенчатая коробка передач имеет более близкие передаточные числа, чем четырехступенчатая коробка передач.

Можно ли законно назвать шестиступенчатую коробку передач «близким передаточным числом»? шаги (т.е. более близкие передаточные числа) между передачами. В качестве альтернативы, некоторые шестиступенчатые трансмиссии имеют передаточные числа, по существу такие же, как и 5-ступенчатая трансмиссия, и добавляют еще более высокую (численно меньшую) 6-ю передачу, что позволяет даже снизить обороты двигателя на скоростях шоссе. В этом случае трансмиссия будет считаться «двойной» повышающей передачей, в зависимости от передаточных чисел 5-й и 6-й передач. ^{[ 11 ]}

В более широком смысле автоматическую коробку передач можно также назвать близкой к передаточной передаче. С появлением 6-, 7- и 8-ступенчатых автоматических коробок передач передаточные числа становятся все ближе и ближе друг к другу, что соответствует математической концепции того, что представляет собой трансмиссия с близким передаточным числом.

Бесступенчатая трансмиссия (CVT)

До 1970-х годов механические коробки передач производителей обычно имели три или четыре передачи. Чтобы удовлетворить требования по максимальной экономии топлива, производители начали предлагать 5-, а в 1990-х годах и 6-ступенчатые механические коробки передач. Точно так же до недавнего времени 3-ступенчатые автоматические коробки передач были нормой, но теперь предлагаются 6-, 7- и 8-ступенчатые автоматические коробки передач.

За счет уменьшения расстояния между передаточными числами, которое достигается за счет большего количества передач, частота вращения двигателя автомобиля может поддерживаться в узком диапазоне. При 5-ступенчатой трансмиссии диапазон мощности должен быть относительно широким, что требует снижения эффективности двигателя . С 8-ступенчатой коробкой передач диапазон мощности может быть относительно узким, что позволяет инженеру оптимизировать эффективность двигателя на определенной частоте вращения, а трансмиссия пытается поддерживать работу двигателя на этой скорости.

(КПД двигателя значительно повышается, когда нагрузка на двигатель максимальна; следовательно, автоматические трансмиссии также переключаются на повышенную передачу, когда это возможно, пытаясь максимально снизить скорость двигателя, что увеличивает нагрузку и эффективность.)

Недавнее внедрение бесступенчатых трансмиссий (CVT) пытается довести эту стратегию до логического завершения. Это обеспечивает почти бесконечное «количество» передаточных чисел, что подразумевает трансмиссию с бесконечно близкими передаточными числами. Однако, учитывая отсутствие передач или определенных передаточных чисел, такую трансмиссию нельзя считать близкой по передаточным числам.

Ссылки

^ «Мощность против крутящего момента» . х-инженер . Проверено 10 апреля 2024 г.
^ «Характеристики 5-ступенчатой коробки передач 901» . Специалисты по коробкам передач Porsche . Проверено 9 апреля 2024 г.
^ «Испытано: Porsche 911 S 1967 года выпуска» . Автомобиль и водитель . Январь 1970 года . Проверено 10 апреля 2024 г.
^ Jump up to: ^а ^б Смарт, Джим (7 августа 2018 г.). «Руководство по четырехступенчатым трансмиссиям Muncie M20, M21 и M22» . Моторный тренд . Проверено 9 апреля 2024 г.
^ О'Клер, Джим (23 сентября 2018 г.). «Борг-Варнер Т-10 Четырехскоростной» . Хеммингс . Проверено 10 апреля 2024 г.
^ «Супер Т-10 Плюс 4-скоростной» (PDF) . Ричмонд Гир . Проверено 10 апреля 2024 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Кангиалоси, Пол (2001). «Определение широких и близких соотношений» . 5speeds.com . Проверено 9 апреля 2024 г.
^ «Хонда Цивик» (PDF) . Honda UK Ltd., 1978 г. Проверено 10 апреля 2024 г.
^ «Технические характеристики Acura NSX 1991 года» (пресс-релиз). Американская Honda Motor Co., Inc., 3 июня 1990 г. Проверено 10 апреля 2024 г.
^ «Характеристики и характеристики Honda Civic Type R 2019 года» (пресс-релиз). Американская Honda Motor Co., Inc., 1 ноября 2018 г. Проверено 10 апреля 2024 г.
^ Технически «повышающая передача» в коробке передач определяется как когда выходной вал вращается быстрее, чем входной вал; другими словами, он «перегружен». Таким образом, истинное передаточное число повышающей передачи должно быть меньше 1:1. Если передаточное число 5-й и 6-й передач меньше 1,00:1, то обе являются повышающими. Трансмиссия BMW указанной выше серии имеет 5-ступенчатую повышающую передачу; Опциональная трансмиссия с близким передаточным числом не имеет повышающей пятой передачи. В общей трансмиссии «повышающая передача» более сложна, и существует несколько определений, включая определение простой коробки передач. См. Овердрайв (механика) .

[1] «Мощность против крутящего момента» . х-инженер . Проверено 10 апреля 2024 г.

[2] «Характеристики 5-ступенчатой коробки передач 901» . Специалисты по коробкам передач Porsche . Проверено 9 апреля 2024 г.

[3] «Испытано: Porsche 911 S 1967 года выпуска» . Автомобиль и водитель . Январь 1970 года . Проверено 10 апреля 2024 г.

[MT-Muncie-4] Jump up to: ^а ^б Смарт, Джим (7 августа 2018 г.). «Руководство по четырехступенчатым трансмиссиям Muncie M20, M21 и M22» . Моторный тренд . Проверено 9 апреля 2024 г.

[5] О'Клер, Джим (23 сентября 2018 г.). «Борг-Варнер Т-10 Четырехскоростной» . Хеммингс . Проверено 10 апреля 2024 г.

[6] «Супер Т-10 Плюс 4-скоростной» (PDF) . Ричмонд Гир . Проверено 10 апреля 2024 г.

[Cangialosi-7] Jump up to: ^а ^б ^с Кангиалоси, Пол (2001). «Определение широких и близких соотношений» . 5speeds.com . Проверено 9 апреля 2024 г.

[8] «Хонда Цивик» (PDF) . Honda UK Ltd., 1978 г. Проверено 10 апреля 2024 г.

[9] «Технические характеристики Acura NSX 1991 года» (пресс-релиз). Американская Honda Motor Co., Inc., 3 июня 1990 г. Проверено 10 апреля 2024 г.

[10] «Характеристики и характеристики Honda Civic Type R 2019 года» (пресс-релиз). Американская Honda Motor Co., Inc., 1 ноября 2018 г. Проверено 10 апреля 2024 г.

[11] Технически «повышающая передача» в коробке передач определяется как когда выходной вал вращается быстрее, чем входной вал; другими словами, он «перегружен». Таким образом, истинное передаточное число повышающей передачи должно быть меньше 1:1. Если передаточное число 5-й и 6-й передач меньше 1,00:1, то обе являются повышающими. Трансмиссия BMW указанной выше серии имеет 5-ступенчатую повышающую передачу; Опциональная трансмиссия с близким передаточным числом не имеет повышающей пятой передачи. В общей трансмиссии «повышающая передача» более сложна, и существует несколько определений, включая определение простой коробки передач. См. Овердрайв (механика) .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]