Трансмиссия с близкими передаточными отношениями описывает трансмиссию автомобиля с разницей в передаточных числах меньше средней . Чаще всего они используются на спортивных автомобилях, чтобы удерживать двигатель в диапазоне мощности .
Трансмиссия с близкими передаточными отношениями — это та, 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 определенного порогового значения или общепринятого отраслевого стандарта, который определяет, являются ли шаги между передачами обычной или близкой по передаточным отношениям трансмиссией. То, что один производитель описывает как трансмиссию с близкими передаточными отношениями, не обязательно ближе по передаточным отношениям, чем обычная механическая коробка передач другого производителя.
Часто производители используют термин «близкие передаточные числа», предлагая одну или несколько альтернатив трансмиссии, устанавливаемой в качестве стандартного оборудования: например, опциональную, более спортивную трансмиссию, которая предлагает более близкие передаточные числа, чем стандартная, как, например, Porsche, предлагавшая три трансмиссии, перечисленные ниже, для 911 с 1967 по 1971 год.
Математически «близость» трансмиссии можно охарактеризовать как кумулятивное среднее расстояние между шестернями или геометрическое среднее . Это определяется как корень n-1 из произведений каждого передаточного числа, что упрощается до общего диапазона передаточных чисел и числа (передних) скоростей:
где
В целом, большинство трансмиссий имеют примерно одинаковый общий диапазон между высшей и низшей передачами, поэтому чем больше передач у трансмиссии, тем они ближе друг к другу. Это очевидно из выражения выше: по мере увеличения средний интервал будет увеличиваться. Бесступенчатая трансмиссия (CVT) имеет почти бесконечное «количество» передаточных чисел между своими высшими и низшими передаточными числами, что означает, что CVT имеет бесконечно малые шаги между передаточными числами. Однако, поскольку CVT не имеют определенных (фиксированных) передаточных чисел, если они не запрограммированы как таковые, она не будет считаться трансмиссией с близкими передаточными числами.
Двигатели внутреннего сгорания, установленные в легковых автомобилях, способны работать в относительно широком диапазоне скоростей: от холостого хода до красной черты для бензиновых двигателей составляет приблизительно от 700 до 6500 об/мин или более; однако диапазон мощности , который является оптимальным диапазоном скоростей двигателя с учетом расхода топлива, крутящего момента и выходной мощности, обычно меньше. [1] Автомобильная трансмиссия используется для поддержания частоты вращения двигателя в пределах диапазона мощности при эксплуатации транспортного средства в широком диапазоне разрешенных скоростей.
Во время ускорения, когда скорость автомобиля увеличивается до такой степени, что скорость двигателя превышает скорость, при которой развивается максимальная мощность, водитель или трансмиссия переключаются на более высокую передачу (численно меньшее передаточное отношение), что снижает скорость двигателя, сохраняя его в оптимальном диапазоне мощности и позволяя продолжать ускорение. Возможно, что следующее более высокое передаточное отношение будет настолько ниже предыдущего, что переключение на более высокую передачу чрезмерно понизит скорость двигателя, в результате чего скорость двигателя выйдет за пределы его «диапазона мощности»; для максимального ускорения скорость двигателя автомобиля должна поддерживаться в этом диапазоне мощности. Трансмиссия с широким передаточным отношением требует, чтобы двигатель работал в большем диапазоне скоростей двигателя, но требует меньшего переключения и обеспечивает более широкий диапазон выходных (транспортных) скоростей.
Высокопроизводительные двигатели часто настраиваются на максимальную мощность в еще более узком диапазоне рабочих скоростей. Тип трансмиссии с близким передаточным числом разработан, чтобы позволить двигателю оставаться в этом относительно узком диапазоне рабочих скоростей и, как правило, предлагается в спортивных автомобилях , в которых водителю, как ожидается, понравится часто переключать передачи, чтобы удерживать двигатель в своем диапазоне мощности.
В этой таблице сравниваются передаточные числа трех трансмиссий, предлагаемых для автомобилей Porsche 911 с 1967 по 1971 год, первая из которых — стандартная трансмиссия 901/75, вторая — трансмиссия 901/76, обозначенная как «Для подъемов на холмы», а третья — трансмиссия 901/79, обозначенная как «Передачи Нюрбургринга». Она включает шаг между последовательными передаточными числами; например, шаг с 3-й на 4-ю передачу для трансмиссии 901/76 составляет 85%, что означает, что частота вращения двигателя на 4-й передаче составляет 85% от частоты вращения двигателя на 3-й передаче при эквивалентных скоростях автомобиля.
Для стандартной трансмиссии Porsche (901/75), описанной здесь, передаточное отношение каждой последующей передачи составляет в среднем 75% от передаточного отношения предыдущей передачи:
По 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 соотношению к предыдущей передаче, чем у стандартной или Nürburgring трансмиссии, что делает ее трансмиссией с близкими передаточными числами.
Обратите внимание, что переключение с 1-й на 2-ю передачу для трансмиссии Нюрбургринга является самым большим единичным переключением среди всех трех трансмиссий, но последовательные переключения со 2-й на 5-ю относительно невелики; эта трансмиссия предназначена для устойчивой высокоскоростной работы, а не для ускорения с места.
Porsche 911 S 1967 года выпуска был оснащен 2,0-литровым оппозитным шестицилиндровым двигателем , который выдавал 160 л. с. (120 кВт) при 6600 об/мин и 179 Н·м (132 фунт-сила·фут) крутящего момента при 5200 об/мин. [3] Используя стандартные передаточные числа трансмиссии, указанные выше, когда водитель переключается со 2-й на 3-ю передачу при 6600 об/мин, частота вращения двигателя падает 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 близкими передаточными числами, например, как в примере Hill Climb выше, переключение на 3-ю передачу приведет к снижению частоты вращения двигателя до 5120 об/мин (6600 × 1,55 / 2,00), что почти совпадает с максимальным крутящим моментом двигателя.
Аналогично, комплект передач Nürburgring выше также немного численно ближе, чем стандартный комплект передач, что делает его более полезным для спортивных приложений. Однако спецификация Nürburgring имеет "более высокое" (численно меньшее) передаточное отношение 5-й передачи, чем коробка передач Hill Climb, что позволяет развивать более высокие максимальные скорости, необходимые для этой более быстрой гоночной трассы.
Стандартная коробка передач с более низкой 5-й передачей позволяет развивать еще более низкие обороты двигателя на скоростях шоссе, тем самым снижая шум двигателя и расход топлива, но при этом ухудшаются характеристики разгона на очень высоких скоростях.
В 1960-х годах автомобили, оснащенные механическими коробками передач, обычно имели четыре скорости переднего хода и высшую передачу с передаточным отношением 1:1. Обозначение широкого или закрытого передаточного отношения влияло на низшее передаточное отношение; [7] например, четырехступенчатые трансмиссии Muncie, предлагаемые в автомобилях General Motors , включали трансмиссию M20 с «широким передаточным отношением», которая имела передаточное отношение первой передачи 2,52 или 2,56:1, в то время как трансмиссии M21 и M22 с «закрытым передаточным отношением» имели передаточное отношение первой передачи 2,20:1. [4]
В то время топливная экономичность не была первостепенной задачей, и трансмиссии с «близкими отношениями» обычно сочетались с низким передаточным отношением главной передачи 3,5:1 или выше, чтобы компенсировать относительно высокое передаточное отношение самой низкой передачи, что приводило к большому расходу топлива. После нефтяных кризисов 1970-х годов передаточные отношения главной передачи снизились до 3:1 или ниже, чтобы улучшить экономию топлива, и чтобы приспособиться к этому, производители транспортных средств начали добавлять больше передних скоростей в коробку передач, как правило, сочетая повышающую пятую передачу с еще более низкой первой передачей, в результате чего получалась трансмиссия с очень широкими отношениями. [7] Трансмиссии с «близкими отношениями» теперь имели низкие передаточные отношения 2,64:1, в то время как трансмиссии с «широкими отношениями» были 3:1 или выше, что означало, что трансмиссии с «близкими отношениями», произведенные в 1970-х годах, часто имели больший диапазон передаточных отношений, чем трансмиссии с «широкими отношениями» 1960-х годов! [7]
Один из способов создания трансмиссии с близкими передаточными отношениями — установить больше передач в трансмиссию без изменения самых низких и самых высоких передаточных отношений. Таким образом, некоторые шестиступенчатые трансмиссии, доступные в потребительских автомобилях, маркируются как «близкие передаточные отношения». Опять же, определяющим вопросом является общее расстояние между передачами между 1-й и, в данном случае, 6-й передачей. В качестве примера рассмотрим три механические трансмиссии, установленные на автомобилях Honda, каждая из которых имеет общее изменение передаточных отношений ( ) от 0,2 до 0,3, но с разным количеством передач; шестиступенчатая трансмиссия имеет более близкие передаточные отношения, чем четырехступенчатая трансмиссия.
Можно ли законно называть шестиступенчатую трансмиссию «близкой» передачей, зависит от того, сохраняет ли она верхнюю передачу неизменной по сравнению с сопоставимой 5-ступенчатой моделью, тем самым заставляя изменение передаточных чисел с низкой на высокую передачу происходить меньшими шагами (т. е. более близкими передаточными числами) между передачами. В качестве альтернативы, некоторые шестиступенчатые трансмиссии имеют передаточные числа, по сути, такие же, как и у 5-ступенчатой трансмиссии, и добавляют еще более высокую (численно более низкую) 6-ю передачу, которая позволяет еще более низкие 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 трансмиссию можно также назвать близкой по отношению к передаточным числам. С появлением 6-, 7- и 8-ступенчатых автоматических трансмиссий передаточные числа становятся все ближе и ближе друг к другу, что соответствует математической концепции того, что представляет собой трансмиссию с близкими по отношению к передаточным числам.
До 1970-х годов механические коробки передач производителей обычно имели три или четыре передачи. Чтобы соответствовать требованиям максимальной экономии топлива, производители начали предлагать 5-, а в 1990-х годах и 6-ступенчатые механические коробки передач. Аналогично, 3-ступенчатые автоматические коробки передач были нормой до недавнего времени, но теперь предлагаются 6-, 7- и 8-ступенчатые автоматические коробки передач.
Уменьшая расстояние между передаточными числами, допускаемое за счет большего количества передач, можно удерживать обороты двигателя транспортного средства в узком диапазоне. При 5-ступенчатой трансмиссии диапазон мощности должен быть относительно широким, что требует компромисса с эффективностью двигателя . При 8-ступенчатой трансмиссии диапазон мощности может быть относительно узким, что позволяет инженеру оптимизировать эффективность двигателя при определенной скорости двигателя, а трансмиссия пытается поддерживать работу двигателя на этой скорости.
(КПД двигателя значительно повышается, когда нагрузка на двигатель максимальна; поэтому автоматические коробки передач также переключаются на повышенную передачу, когда это возможно, пытаясь максимально снизить частоту вращения двигателя, что увеличивает нагрузку и КПД.)
Недавнее внедрение бесступенчатых трансмиссий (CVT) пытается довести эту стратегию до логического завершения. Это позволяет получить почти бесконечное «количество» передаточных чисел, что подразумевает бесконечно близкую по отношению к передаточным числам трансмиссию. Однако, учитывая, что нет передач или определенных передаточных чисел, такую трансмиссию вряд ли можно считать близкой по отношению к передаточным числам.
![{\displaystyle {\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}}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3922dea5695c617b04ab7261ea32a9ac9e2ae278)
