Модульная система трансмиссии ZF TraKson

Инновационная коробка передач передает более высокий крутящий момент, не допуская сокращения удельной мощности. У неё больший диапазон передаточных чисел и более низкий уровень шума. В зависимости от сферы применения, вместе с сухим сцеплением можно использовать гибридный модуль, модуль двойного сцепления или модуль гидротрансформатора. Кроме того, новинку можно комбинировать с коробкой отбора мощности. Для новой системы ZF разработал революционную систему переключения режимов движения PreVision, которая, благодаря подключению к GPS и интерфейсу для приема навигационных сигналов, работает в упреждающем режиме и позволяет экономить топливо.

 

ZF разработала новую автоматическую систему трансмиссии TraKson, которая удобна в применении. Базовую коробку передач можно комбинировать с пятью разными модулями, что повышает комфорт в управлении и снижает расход топлива:

1. Одно- или двухдисковое сцепление;

2. Модуль двойного сцепления;

3. Гибридный модуль;

4. Коробка отбора мощности (КОМ);

5. Гидротрансформатор;

 

 

Система TraKson создана на базе многочисленных инновационных решений как в плане механики, так и управляющего программного обеспечения, которые уже приобрели статус новых стандартов в своей отрасли и обеспечивают поразительную функциональность коробок передач для коммерческого транспорта. “TraKson – это наш задел на будущее”, – отмечает Рольф Лутц, член правления ZF и руководитель подразделения “Техника для коммерческого автотранспорта”. – “В процессе разработки в центре нашего внимания были дальнейшее повышение экономичности, увеличение преимуществ для клиента, а также максимально широкие возможности применения”.

 

Главным элементом новой разработки является базовая коробка передач. Ее конструкция, включающая передний делитель, основную коробку, демультипликатор, два промежуточных вала и вторичный вал, исключительно компактна. Подобный дизайн с комплектами шестерён новой конструкции делает систему TraKson эталоном с точки зрения удельной мощности. Новая коробка передач ZF способна передавать крутящий момент, значительно превышающий 3 000 Нм, и поэтому интересна для рынков, где работают тяжёлые грузовики с полной разрешенной массой 60 тонн. TraKson будет предлагаться в версиях с 12-ю или с 16-ю передачами, обе версии имеют модификации с прямой (Direct Drive) или повышающей (Overdrive) передачей; в последнем случае – с особенно “длинными” передаточными числами на высшей передаче. 

 

 

Все варианты базовой коробки передач TraKson отличаются большим диапазоном передаточных чисел. Это позволяет легко и плавно управлять тяжёлым грузовиком при маневрировании на низкой скорости. В результате снижаются нагрузки на сцепление, и оно меньше изнашивается. Усовершенствованная шестерённая передача, инновационные решения для корпуса коробки и встроенное устройство демпфирования механических шумов позволили инженерам ZF, разработавшим TraKson, значительно снизить уровень шума по сравнению с AS Tronic: в среднем на 6 дБ. Кроме того, в конструкции автоматической коробки передач предусмотрен вариант с двумя дополнительными передачами заднего хода. ZF предлагает исполнение, имеющее в общей сложности четыре передачи заднего хода. 

 

Благодаря этому транспортные средства специального назначения (например, грузовики, задействованные на строительстве автомагистралей) могут быстро проезжать задним ходом большие расстояния. Что касается эффективности, то здесь базовая КП TraKson, имеющая КПД около 99,7 % (Direct Drive), практически вне конкуренции.

 

 

Существенное преимущество TraKson - модульная конструкция, позволяющая комбинировать базовую коробку передач с пятью различными модулями для начала движения и переключения передач. Они повышают экономичность коробки передач, обеспечивают впечатляющую универсальность её применения, а также делают более удобным управление. Наряду с сухим однодисковым и двойным (для передачи особенно высоких крутящих моментов) сцеплениями, ZF впервые предлагает версию TraKson с гибридным модулем для тяжелых коммерческих автомобилей – TraKson Hybrid. Электромашина мощностью 120 кВт и разделительное сцепление позволяют реализовать все функции гибрида – от рекуперации энергии и автономного электрического хода до бустерного режима и функции “старт-стоп”. Во время перевозок специальных грузов электромашина может использоваться для питания дополнительных агрегатов, например, охладительных систем. 

 

Благодаря TraKson Hybrid потребители электроэнергии в кабине водителя могут работать и при отключенном двигателе. “Исследования показывают, что применение комбинированных энергоустановок в тяжелом грузовике способствует значительному повышению экономичности”, – рассказывает Винфрид Грюндлер, руководитель бизнес-подразделения “Приводная техника для грузовых автомобилей и фургонов” дивизиона ZF “Техника для коммерческого автотранспорта”. – “При этом надо признать, что сокращение расхода топлива во время грузоперевозок на дальние расстояния (около 5 %) уступает показателям экономичности развозных грузовиков. Однако с учетом того, что у тяжелых “дальнобойных” грузовиков гораздо больше пробег и расход топлива, гибридная техника и на дальних перевозках – это вполне рентабельное и ресурсосберегающее решение, которое окупается в обозримом времени”.

 

 

Комбинацией базовой коробки передач TraKson с модулем двойного сцепления под названием TraKson Dual специалисты ZF подготовили основу для того, что в будущем обещает стать трендом у производителей грузовиков: для экономии топлива можно применить конструкцию заднего моста с очень “длинным” рядом передаточных чисел, что позволяет значительно снизить обороты двигателя на высшей передаче. Однако в обычных автоматических коробках передач это увеличило бы частоту переключений, так как уже на небольших подъемах необходимо переключаться на более низкую передачу. Однако в случае TraKson Dual – с помощью модуля двойного сцепления – подобные переключения на более низкую ступень и обратно на высших передачах могут выполняться под нагрузкой, то есть без прерывания тягового усилия. Примечательно, что эти удобные и почти незаметные переключения оптимизируют и расход топлива.

 

На большегрузных тягачах базовую коробку передач TraKson можно использовать в комбинации с гидротрансформатором с управляемым сцеплением: TraKson Torque позволяет трогаться с места без износа сцепления даже с высоким входным крутящим моментом. Преимущество данной модификации – плавное и комфортное маневрирование на низкой скорости, что отражается на стоимости жизненного цикла автомобиля. Переключения на трёх высших передачах TraKson Dual осуществляет без прерывания тягового усилия – идеальное решение для грузовых автомобилей с “длинным” рядом передаточного отношения ведущего моста. Опция - установка КОМ, которая по принципу “сэндвича” встраивается между коробкой передач и двигателем. Она особенно эффективна для автомобилей с различными вспомогательными агрегатами, для которых, в зависимости от скорости движения, требуется очень высокий крутящий момент, например, для специальных пожарных автомобилей, подъёмных кранов и бетоносмесителей.

 

 

Для управления всеми модификациями TraKson инженеры ZF разработали единую программную платформу. Она собирает данные, поступающие от многочисленных датчиков, отслеживающих наклон дороги, направление поворота или частоту вращения двигателя, что позволяет реализовать инновационные функции коробки передач, в том числе стратегию упреждающего переключения режимов движения, функцию движения накатом, а также более комфортные маневрирование и трогание с места. Базовая коробка передач TraKson с трехступенчатым передним делителем, основной коробкой и демультипликатором. В коробке передач системы Trakson Dual переключения осуществляются под нагрузкой через трёхступенчатый передний делитель. В настоящее время это переключения с 1-й по 3-ю, с 4-й по 6-ю, с 7-й по 9-ю и с 10-й по 12-ю ступени.

 

В буквальном смысле путеводным решением стала система переключений в упреждающем режиме PreVision GPS. Тем самым ZF даёт производителям грузовиков возможность связать коробку передач с сетью GPS и цифровыми картами. PreVision GPS – при соответствующей интеграции в транспортное средство – предупреждает излишние для данного рельефа местности переключения, например, на подъёме или перед крутым поворотом, когда обычная система управления КП осуществляет переключение на повышенную передачу только для того, чтобы спустя несколько секунд вновь вернуться на пониженную передачу. На прямых отрезках дорог с лёгким уклоном имеет смысл использовать функцию наката новой системы TraKson: коробка передач переключается на нейтральную, кинематическая цепь в режиме наката размыкается и двигатель работает на холостом ходу. Таким образом, исключаются потери тягового усилия из-за моментов инерции, снижается расход топлива и выброс выхлопных газов. 

 

В то же время программа управления движением сразу распознает по топографической информации крутые подъемы/уклоны и вместо функции наката приводит в действие гидравлический тормоз-замедлитель (интардер), чтобы уберечь от износа рабочие тормоза. “Новая трансмиссионная система ZF TraKson – это отклик на все мега-тренды, которые существуют сейчас в сфере дальних грузоперевозок” – резюмирует Рольф Лутц – “Максимальная вариативность благодаря многочисленным модификациям позволяет снизить эксплуатационные расходы в широком спектре применения, так как эта коробка передач повышает надёжность и снижает расход топлива”. Чтобы сократить расход топлива на дальних перевозках, производители тяжёлых грузовиков уже сегодня предлагают автомобили с так называемым “длинным ведущим мостом”. 

 

Имеется в виду конструкция заднего моста с “длинным” рядом передаточного отношения, которая при движении на постоянной скорости поддерживает работу двигателя в низком диапазоне оборотов. Технически возможны решения с еще более “длинным” рядом передаточного отношения, что могло бы дать дополнительную экономию топлива до двух процентов. Правда, такие “длинные ведущие мосты”, скорее всего, не смогли бы оптимально использовать свои преимущества. Уже на небольших подъёмах водителю гружёного грузовика с очень “длинным ведущим мостом” пришлось бы переключаться с высшей передачи на пониженную. Поскольку в автоматических трансмиссиях при переключении прерывается тяговое усилие, грузовик теряет момент. При определённом характере маршрута и профиле местности эти переключения на пониженную передачу и обратно могут затруднить движение. С точки зрения расхода топлива это тоже не лучший вариант.

 

Коробка передач Trakson Hybrid: значительная экономия в дальних перевозках. Представленная здесь электромашина мощностью 120 кВт устанавливается перед автоматической коробкой передач на тяжёлых грузовиках. Решение данной проблемы предлагает TraKson Dual вместе со стратегической системой переключений “Top 3”: за счет модуля двойного сцепления практически все переключения на пониженную передачу и обратно, например, с 12-й на 11-ю, выполняются под нагрузкой и практически незаметно. Такие характеристики переключения удобны для водителя, а при использовании в автомобиле с “длинным” рядом передаточных отношений заднего моста они снижают расход топлива и уровень вредных выбросов. Примечателен и тот факт, что на трёх нижних передачах TraKson Dual существенно облегчает трогание с места: по сравнению с обычными системами, он выполняет переключения значительно быстрее и, самое главное, без каких-либо толчков.

 

 

Инженерам ZF удалось реализовать версию TraKson Dual с минимальными модификациями базовой коробки передач. При этом используется сухое двойное сцепление со сдвоенным модулем управления ConAct (с концентрично расположенным выжимным цилиндром). Этот выжимной механизм сцепления в значительной степени компенсирует осевые усилия, действующие на коленчатый вал. Благодаря двум параллельно действующим частям механизма сцепления, переключение передач через делитель (демультипликатор), т.е. каждое второе переключение, происходит без прерывания тягового усилия: это переключения с 1-й по 3-ю, с 4-й по 6-ю, с 7-й по 9-ю и с 10-й по 12-ю ступени. Переключение трёх оставшихся передач происходит, как обычно, с размыканием сцепления и кратковременным разрывом силового потока в трансмиссии. Максимальная топливная экономичность и комфорт, благодаря переключениям с помощью двойного сцепления, обеспечивается на трёх высших передачах, поскольку именно здесь выполняется 90 % всех переключений во время грузоперевозок на дальние расстояния.

 

В течение многих лет специалисты по коммерческим автомобилям считали, что гибридная техника оправдывает себя, в первую очередь, при доставке малотоннажных грузов. Именно в этой области за счет гибридной техники достигается максимальная экономия топлива (до 20 %). На развозных маршрутах в черте города особенно ярко проявляются преимущества функции “старт–стоп”, рекуперации энергии при торможении, а также движения в “электрическом” режиме. Однако новейшие исследования, проведенные ZF, убедительно доказали, что гибридные системы имеют значительный потенциал экономии топлива и для большегрузных коммерческих автомобилей. Но здесь более низкий показатель экономии топлива - всего пять процентов. С учётом того, что в дальних перевозках годовой расход топлива и пробег гораздо больше, гибридная техника окупается и здесь. 

 

Таким образом, гибридные грузовики становятся ещё экономичнее в эксплуатации, и установка гибридных модулей окупается за приемлемое время. В системе TraKson Hybrid применяется электрическая машина мощностью 120 кВт с крутящим моментом 1000 Нм. Она встраивается в автомобиль через разъем SAE1 и приводит его в движение с помощью электроники. Для разъединения трансмиссии с ДВС, например, в электрическом режиме движения и при рекуперации, в гибридный модуль интегрируется сухое сцепление, однако его главная задача остаётся прежней – помочь автомобилю тронуться с места. Во время торможения электрическая машина переходит в режим генератора и осуществляет подзарядку накопителя. Полученная им электроэнергия может использоваться при разгоне, когда тяжёлый грузовик трогается с места с отключенным двигателем, который подключается только при возникновении потребности (функция “старт–стоп”). 

 

На коротких отрезках – например, при маневрировании на низкой скорости в закрытых помещениях (цехах, складах и т.п.) – возможно движение только в электрическом режиме. Энергию батареи можно использовать для поддержания тяговой мощности, вырабатываемой дизельным двигателем. Если такая функция ”нагнетания” в виде распределения крутящего момента заложена в конфигурации автомобиля с самого начала, это позволяет уменьшить габариты дизельного двигателя (технология downsizing), что опять-таки повышает экономичность. Поскольку производители коммерческих автомобилей с помощью системы TraKson Hybrid получают возможность дополнительной экономии топлива, это ещё больше увеличивает её потенциал. В программу управления переключением гибридной КП можно включить режим движения по инерции (sailing - “планирование”). При этом дизельный двигатель полностью выключается, так что топливо не расходуется даже в режиме холостого хода. Это даёт экономию топлива до 3 %.

 

 

Особенно эффективна гибридная техника, если она интегрируется в систему управления расходом энергии в автомобилях с дополнительными потребителями электроэнергии. Например, в автомобилях-рефрижераторах энергия торможения, которая с помощью генератора преобразуется в электроэнергию, может направляться не в батарею, а непосредственно в холодильную установку на выработку холода. Соответственно, холодильный компрессор в этом случае будет отбирать меньше энергии у дизельного двигателя, что даёт ощутимую экономию эксплуатационных расходов. В будущем электрические КОМ будут представлять интерес для транспорта коммунальных служб, поскольку многие вспомогательные агрегаты (например, на мусоровозах) работают с электрическим приводом эффективнее и тише, чем с обычными механическими КОМ, для которых дизельный двигатель работает на оборотах, вызывающих раздражение у жителей окрестных домов.

 

Примечательно и то, что в кабине водителя имеются потребители электроэнергии – от микроволновки до климат-контроля. Они приводятся в действие системой TraKson Hybrid без необходимости включать двигатель. Такой подход помогает добиться повышения комфорта для водителя, одновременно сократив потребление топлива и выброс вредных веществ.