Ciężarówka z automatem
W pojazdach użytkowych zautomatyzowane skrzynie biegów są stosowane już od dłuższego czasu. Odciążają one kierowcę, a dzięki programom zmiany biegów oszczędzają sprzęgło, silnik i cały układ przeniesienia napędu.
- Obecnie skrzynie ASG stosowane są w ponad 40% ciężkich pojazdów drogowych.
- Geartronic firmy Volvo była na początku lat 90. XX w. pierwszą w pełni zautomatyzowaną skrzynią przeznaczoną do ciężarówek.
- W połączeniu ze zautomatyzowaną skrzynią biegów elektroniczna regulacja wtrysku przejmuje zadanie dodawania gazu i jego odejmowania podczas zmiany przełożenia.
- Mały wariant AS-Tronic, podobnie jak i duży, bazuje na trójstopniowej przekładni podstawowej i posiada dwanaście biegów.
- Prawie połowa wszystkich dzisiejszych pojazdów użytkowych posiada układy odbioru mocy, które mogą napędzać dodatkowe urządzenia.
Zautomatyzowane skrzynie biegów (ASG) stały się bardzo popularne w pojazdach użytkowych. Pierwszą tego typu skrzynią była EPS (elektro-pneumatyczna skrzynia biegów) zaoferowana przez Mercedes-Benz w 1986 r. w ciężarówkach i ciągnikach siodłowych tej firmy. Stanowiło to początek automatyzacji obsługi samochodów ciężarowych.
Wkrótce podobne działania podjęli producenci ze Szwecji: Scania i Volvo. Obecnie do grupy tej należą także Iveco, MAN, Renault i DAF. Podczas gdy DAF, Iveco i MAN stawiają wyłącznie na AS-Tronic firmy ZF – niezależnego producenta skrzyń biegów, Mercedes-Benz, Scania i Volvo produkują własne konstrukcje. Ciężarówki Renault także używają skrzyń Volvo, ponieważ od 2002 r. ten francuski producent samochodów ciężarowych należy do koncernu Volvo.
Obecnie skrzynie ASG stosowane są w ponad 40% ciężkich pojazdów drogowych. W pełni świadomi, że infrastruktura drogowa w niedalekiej przyszłości zostanie w tyle za rosnącym natężeniem ruchu, konstruktorzy samochodów użytkowych nadal stawiają na celową automatyzację i uproszczenie obsługi ciężarówek.
Mniejsza masa skrzyni biegów - mniejsze zużycie paliwa
Największe zalety ASG to komfort polegający na prostej i niewymagającej użycia siły obsłudze oraz gwarancja prawie stuprocentowego zabezpieczenia przed nieprawidłową zmianą biegu powodującą mechaniczne uszkodzenie skrzyni biegów. Do tego dochodzi wydłużenie żywotności sprzęgła, która może sięgnąć miliona kilometrów w ruchu dalekobieżnym. Dodatkowym plusem jest zmniejszenie masy (dochodzące do 50 kg) wynikające z braku układu synchronizacji, jeżeli przekładnia podstawowa została skonstruowana tak, aby służyć jako automatyczna skrzynia biegów. Poza tym ciągle wzrastające natężenie ruchu sprawia, że odciążenie kierowcy staje się niejako oczywistym wymogiem stawianym fabrycznemu wyposażeniu samochodów ciężarowych.
Kolejnym ważnym powodem stosowania zautomatyzowanych skrzyń biegów w pojazdach użytkowych jest dążenie producentów i firm transportowych do jak największego uniezależnienia obsługi ciężarówek od umiejętności czy talentu kierowcy, a także jego formy w danym dniu. Decydującym aspektem jest przy tym to, że oszczędnie zaprojektowana ciężarówka musi mieć bardzo „długie” – czyli obniżające prędkość obrotową – przełożenie na tylnej osi. Wymusza to bardzo częstą zmianę biegów już przy niewielkich wzniesieniach mimo wysokiej mocy silnika. Aby zmniejszyć liczbę koniecznych szybkich zmian biegów, najlepiej zastosować skrzynię automatyczną.
Geartronic firmy Volvo była na początku lat 90. XX w. pierwszą w pełni zautomatyzowaną skrzynią przeznaczoną do ciężarówek, podczas gdy w budowanych przez Mercedes-Benz od 1986 r. skrzyniach EPS zmiana biegu następowała przy użyciu siły zewnętrznej. Geartronic bazuje na mechanicznej, synchronizowanej przekładni z trzema biegami podstawowymi, które są podwajane przez załączaną później sekcję zakresową. Za pomocą grupy przełączenia wstępnego sześć głównych biegów znowu się podwaja, dając ostatecznie dwanaście przełożeń. Poza samą zmianą biegów Geartronic automatycznie steruje sprzęgłem, a także przejmuje zadanie regulowania pedału gazu podczas zmiany biegów.
Elektroniczna synchronizacja
Wszystkie skrzynie ASG zbudowane są według tego samego wzorca. Wprowadzenie AS-Tronic firmy ZF, która po raz pierwszy została zastosowana jako Eurotronic w Iveco, było początkiem końca mechanicznej synchronizacji składającej się z potrójnych lub poczwórnych przekładni podstawowych (poza Scanią nikt już właściwie nie stosuje takich konstrukcji). Jej miejsce zajęła synchronizacja elektroniczna. Tego typu zautomatyzowane procesy stają się możliwe dzięki zastosowaniu elektroniki sterującej. Zarówno sprzęgło, przekładnia, jak i regulacja silnika są sterowane komputerowo, przy czym w tym ostatnim przypadku mamy do czynienia z elektroniczną regulacją silnika wysokoprężnego. W połączeniu ze zautomatyzowaną skrzynią biegów elektroniczna regulacja wtrysku przejmuje zadanie dodawania gazu i jego odejmowania podczas zmiany przełożenia.
W Volvo zsynchronizowana skrzynia ASG Geartronic została zastąpiona znacznie nowocześniejszym systemem I-Shift. Tak jak w przypadku AS-Tronic, stopnie przełożenia w przekładni głównej nie są już synchronizowane mechanicznie. Szczególnie szybka zmiana przełożeń sprawiła, że szwedzka skrzynia biegów stała się punktem odniesienia dla innych skrzyń ASG używanych w samochodach ciężarowych. Przyczynił się do tego także dopracowany system oceny parametrów jazdy. Zaletą ASG firmy Volvo jest to, że stanowi ona wynik wspólnej pracy projektantów silników i skrzyń. Dzięki temu – w przeciwieństwie do takich marek jak DAF, Iveco czy MAN, które nie projektują i nie produkują własnych skrzyń biegów – dopasowanie szczegółów elektroniki silnika i przekładni u tzw. zintegrowanych producentów nie stanowi większego problemu. Dotyczy to także Scanii: tutaj inżynierowie z najwyższą konsekwencją dążyli do przekształcenia zwykłej manualnej skrzyni biegów w zautomatyzowaną. Uzmysłowili sobie przy tym możliwości, jakie dają elektronicznie sterowane i regulowane silniki. Pozwalają one m.in. zrezygnować z użycia pierścieni synchronizatora w skrzyni. Jednak Scania ich nie usunęła, głównie z przyczyn finansowych. W układzie Opticruise sprzęgło zostaje wyłączone praktycznie tylko przy ruszaniu, manewrowaniu i zatrzymywaniu, natomiast przy zmianie biegów pozostaje włączone. Jest to nawet konieczne, ponieważ inaczej silnik nie mógłby przenosić dopasowanego momentu na koła zębate przekładni. Bieg synchroniczny kół zębatych, które mają być przełączone, zależy w przypadku Opticruise tylko od silnika. Przy redukcji biegu na niższy elektronika silnika wysokoprężnego dokładnie dozuje gaz, aby osiągnąć synchroniczny bieg kół przekładni. Włączenie wyższego biegu zostaje też czasami przyspieszone komputerowo przez krótkie włączenie hamulca silnikowego, aby szybciej wyhamować obracające się masy – Scania nie używa hamulca przekładniowego, takiego jak ten w AS-Tronic. Z wyjątkiem Opticruise Scanii wszystkie inne ASG na rynku to prawdziwe systemy dwupedałowe, w których używa się gazu i hamulca, natomiast brak jest pedału sprzęgła.
Szybka zmiana biegów
Najnowsza skrzynia ASG to Powershift firmy Mercedes-Benz. Zastępuje ona mechaniczno-synchroniczną, 16-stopniową skrzynię biegów bazującą na automatycznej skrzyni Telligent, która od 1996 r. była oferowana jako wyposażenie dodatkowe w Actrosach.
Podstawą konstrukcyjną nowej skrzyni biegów są dotychczasowe 16-biegowe przekładnie synchroniczne. Tak jak one, nowa generacja kłowych skrzyń biegów stosuje zasadę konstrukcyjną podziału biegów głównych, tzn. w przekładni głównej trzy geometrycznie stopniowane, niezsynchronizowane pary kół zębatych tworzą przełożenie podstawowe jeden do trzy. Zsynchronizowana, dodatkowa grupa przełożeń o budowie planetarnej tworzy biegi jeden do sześć. To podwojenie biegów możliwe jest dzięki względnie dużemu przełożeniu wynoszącemu 4,40:1 dla drugiej grupy biegów. I tak, pierwszy bieg o przełożeniu 14,93:1 po włączeniu trybu rozszerzającego włącza czwarty bieg o skutecznym przełożeniu 3,39:1. Grupa przełączenia wstępnego dzieli te sześć stopni każdorazowo na szybkie i wolne przełożenie, tworząc skrzynię 12-biegową. Przy tym zestaw kół zębatych przełożenia wstępnego „dzieli” tylko w stosunku 1,28:1, przez co jest stosowany tylko między „dużymi” biegami głównymi. Częściowo zintegrowane z obudową skrzyni biegów są pneumatyczne wybieraki trzech biegów podstawowych, grupa przełożeń wcześniejszych i kolejnych oraz precyzyjnie działające wybieraki pneumatyczne odpowiedzialne za w pełni zautomatyzowane, czułe odłączanie, a przede wszystkim włączanie sprzęgła suchego. Oczywiście nowe przekładnie kłowe mogą być wyposażone w napędy dodatkowe, takie jak retarder wtórny firmy Voith. W Powershift, podobnie jak u Scanii, za synchronizację biegów odpowiada zintegrowana elektronika sterująca. Komputer skrzyni biegów nie ustawia dokładnie takiej samej liczby obrotów między tuleją tarczy a kołem zębatym, które ma być unieruchomione, lecz zawsze dopuszcza lekką różnicę prędkości obrotowej. Powodem jest to, że przy pełnej współbieżności może dojść do nieodpowiedniego kontaktu „ząb w ząb”, co utrudnia szybką zmianę przełożenia. Dlatego współczesne systemy sterowania pozwalają ustawić określoną, dokładnie równą liczbę obrotów, aby zmiana biegów w każdych warunkach następowała szybko. Poza tym Powershift wykorzystuje funkcje sterownicze skrzyni automatycznej Telligent. Oprócz typowego zarządzania pracą sprzęgła i zmianą biegów należą do nich przede wszystkim dokładne wyczucie i ocena aktualnej sytuacji jazdy oraz dostosowanie do niej strategii przełożeń. Komputer skrzyni biegów musi wiedzieć, jak ciężki jest pojazd, po jakim terenie się porusza i jak kierowca chce jechać w danym momencie. Jeżeli elektronika sterująca poprawnie odpowie na te pytania, uruchamia szereg działań programu zmiany biegów dopasowanych do pojawiających się zmiennych. Specjaliści od skrzyń nazywają je „strategiami reakcji”, a chodzi tutaj o szybkie reagowanie na nagle występujące zewnętrzne zmiany, takie jak uruchomienie ABS lub ESP, a także niekiedy sprzyjające poślizgom zastosowanie retardera wtórnego przy dynamicznie niskim obciążeniu osi napędowej. Zarządzanie układem przeniesienia napędu obejmuje także regulację tempomatów odległościowych (odstępu) stosowaną w skrzyniach Telligent.
Automatyczna skrzynia biegów vanów i samochodów ciężarowych klasy średniej
Podczas gdy w samochodach ciężarowych od dawna stosuje się automatyczne, w tym w pełni automatyczne skrzynie biegów, tego typu ułatwienia są prawie niedostępne dla użytkowników samochodów dostawczych o średniej masie. To, co najbardziej złości w tej sytuacji, to fakt, że właśnie ciężarówki o masie całkowitej między 6 a 16 ton najbardziej potrzebują tego typu rozwiązań z uwagi na częste zmiany biegów w ruchu na krótkich i średnich dystansach. Idąc w ślady firmy Mercedes-Benz – producenta własnych skrzyń biegów, również ZF zaczął wytwarzać zautomatyzowane skrzynie biegów do samochodów transportowych i ciężarowych o średniej masie. Celem ZF jest czołowa pozycja na rynku. Tutaj nie można sobie pozwolić na żadne luki w ofercie. Dlatego też typoszereg AS-Tronic jest dostępny także w niższym i średnim zakresie momentu obrotowego – od 800 do 1600 Nm momentu wstępnego. Mały wariant AS-Tronic, podobnie jak i duży, bazuje na trójstopniowej przekładni podstawowej i posiada dwanaście biegów. Aby zaoferować konkurencyjne produkty dla szerokiego zakresu momentów obrotowych od 800 Nm, firma ZF opracowała system komponentów z dwiema długościami przekładni 840 i 900 mm. ZF liczy na to, że najpóźniej za pięć lat co druga skrzynia biegów w pojeździe użytkowym będzie wyprodukowana właśnie przez nich.
Układ odbioru mocy
Prawie połowa wszystkich dzisiejszych pojazdów użytkowych posiada układy odbioru mocy, które mogą napędzać dodatkowe urządzenia. Mogą one pompować, przechylać, podnosić, kosić, mieszać, spłukiwać, obracać i wyrzucać śnieg. Każdy pojazd użytkowy może zostać indywidualnie i optymalnie przystosowany do danego zastosowania. Zasadniczo używa się trzech układów odbioru mocy.
1. Układ odbioru mocy zależny od sprzęgła
W układzie odbioru mocy zależnym od sprzęgła właściwy element odbioru mocy znajduje się z boku obudowy skrzyni biegów. Taki układ działa tylko przy pracującym silniku wysokoprężnym i włączonym sprzęgle pojazdu. Układy odbioru mocy zależne od sprzęgła są często używane jako standardowy napęd pomp.
2. Układ odbioru mocy zależny od silnika
Układ odbioru mocy zależny od silnika i używany w pojazdach do transportu dużych ładunków jest wbudowany między silnikiem wysokoprężnym a skrzynią biegów. W wariancie tym napęd jest przenoszony przez specjalne sprzęgło umieszczone zaraz za silnikiem wysokoprężnym.
3. Układ odbioru mocy zależny od jazdy
W układzie odbioru mocy zależnym od jazdy moc jest przenoszona z wałka odbioru mocy skrzyni biegów. Oznacza to, że w tym układzie muszą się obracać: wałek odbioru mocy skrzyni biegów, wał napędowy między skrzynią biegów a napędem tylnej osi oraz koła osi napędowej. Układy odbioru mocy zależne od jazdy są używane do napędzania drugiej pompy wspomagania lub w dźwigach samochodowych. W niektórych pojazdach użytkowych należy pamiętać, aby przy włączonym, a zatem aktywnym układzie odbioru mocy nie włączać żadnego biegu. Jeżeli zostanie włączony bieg, układ odbioru mocy przestaje działać. Wszystkie układy odbioru mocy zależne od sprzęgła powinny być wyposażone w układ blokujący biegi. Układ taki blokuje dźwignię skrzyni biegów i nie dopuszcza do włączenia biegów. Układy odbioru mocy są zwykle włączane w szoferce, elektrycznie lub pneumatycznie.
