Эволюция в Формуле-1: от «полуавтоматов» до «бесшовных» КПП

В 1989 году в Формуле-1 произошла техническая революция: команда Ferrari представила полуавтоматическую КПП. Прежде в Формуле-1 всегда использовали обычные коробки передач.

Джон Барнард

Главный конструктор Скудерии, установил на последовательную КПП, аналогичную мотоциклетной, электрогидравлический привод переключения передач. Кстати, во многом благодаря этому английскому конструктору, Формула-1 обрела тот вид, в каком мы ее знаем сейчас. Ведь именно Барнард первым применил карбоновый монокок и полуавтоматическую КПП.

Нужно отметить, что впервые такую трансмиссию испытали еще в далеком 1979 году. И это опять была Ferrari. Тогда эту систему разработал Мауро Форгьери. На испытаниях экспериментальная конструкция отработала 100 кругов, а показанное время было чуть лучше, чем с обычной коробкой передач. Но до применения в гонках дело не дошло. Во-первых, коробка Форгьери была слишком тяжёлой. Во-вторых, она не понравилась Жилю Вильневу: 





Проект отложили в долгий ящик на десять лет, после чего нечто подобное было реализовано Джоном Барнардом. У полуавтоматической коробки передач было три основных преимущества над классическими конструкциями. 

• ?Во-первых, сокращение времени на переключение передачи.
  
• ?Во-вторых, теперь гонщик всегда мог держать руль двумя руками, что в отсутствии гидроусилителя руля значительно облегчало пилотаж.
  
• ?И в-третьих, теперь можно было переключать передачи в поворотах!
  

Конечно были у «полуавтомата» и недостатки. Самым главным было отсутствие надежности. Несмотря на то, что команде Ferrari удалось выиграть с такой КПП в первой же гонке, позже они столкнулись с массой проблем — инновационная коробка слишком часто ломалась. Из 32 стартов (16 этапов х 2 болида) КПП отказала 23 раза!

И это не была «проблема итальянского менталитета»! С похожими проблемами через пару лет столкнулись в команде Williams, а позже и в McLaren. 



По окончании сезона 1991 года, складывалось впечатление, что Айртон Сенна стал чемпионом мира благодаря… КПП конкурентов! Многочисленные технические отказы лишили лидера команды Williams, Найджела Мэнселла, нужных очков. Отсюда возникло меткое прозвище для этого девайса: «shitbox», то есть «коробка с сюрпризом».


— Патрик Хэд.

В 1991 году в Чемпионате мира последний раз победил болид с «ручной» КПП — все последующие титулы достанутся пилотам выступающим с полуавтоматическими трансмиссиями. Также это был последний раз, когда чемпионом стал гонщик выступавший на болиде с двигателем V12. Последняя победа с «ручной коробкой» была одержана в 1992 году, на Гран-при Бельгии.

Клиноременный вариатор

В 1993 году команда Williams построила экспериментальный болид с трансмиссией CVT. На тестах вариатор производил неоднозначное впечатление. С одной стороны оснащенная им машина ехала быстрее, чем с полуавтоматической коробкой. Но с другой — вой двигателя Renault V10, зависающего при разгоне на одной ноте, то есть на 13800 об/мин, сводил с ума окружающих в самом буквальном смысле! 

FIA поспешила объявить бесступенчатые трансмиссии вне закона, прописав в Техническом регламенте, что болид Формулы-1 обязан иметь минимум четыре и максимум семь фиксированных передач для движения вперед.     

В середине девяностых полуавтоматические коробки передач вышли на пик своей производительности: время переключения с одной передачи на другую составляло всего 25 миллисекунд (0.025 сек.). Для сравнения, время требуемое для переключения передачи в механической КПП составляло 0,25 секунды. 



Казалось что ничего нового в этой сфере придумать уже невозможно, но в 2005 году произошла «тихая революция» — в команде BAR-Honda изобрели КПП с «бесшовным переключением передач»: SSG, или «seamless gearbox». Первым болидом примерявшим новинку стал BAR-007. Бесшовность работы этой КПП достигалась за счёт одновременного включения двух передач.


— Атуши Мано, главный инженер Honda R&D. 

Следуя законам жанра, здесь я должен был рассказать про «собачьи кольца», «пули», про «синие и красные кольца». Но ничего этого не будет, потому что коробка передач BAR-007 Honda устроена иначе! Согласно «Honda R&D Technical Review», в ней использовался «внутривальный» механизм переключения.

Как это работает

Включение передач осуществлялось с помощью гидропривода, кулачками особого профиля — «коромыслами» — установленными под муфтой каждой отдельной шестерни. Вторичный вал выполнен полым, и через него проходила гидравлическая магистраль, открывавшая клапаны в определенной последовательности, тем самым обеспечивая подключение кулачков к муфте. 



Одновременно подключались кулачки на двух парах (четная и нечётная) шестерен. На текущей передаче кулачки входили в зацепление полностью, а на заранее подключенной лишь одной стороной. Тем самым для второй пары шестерен достигался эффект храповика, когда крутящий момент передается только в одном направлении, а значит повредить коробку было невозможно. 

Пример из жизни: ключ-трещотка, передающий крутящий момент только в одну сторону. Вы сможете закрутить гайку, но открутить ее не сможете, пока не переключите храповик. Так же и с бесшовной КПП.

После того, как скорость вращения шестерен подключенной передачи превышала скорость текущей, кулачки «менялись местами» и происходила мгновенная смена передачи, без разрыва мощности. И так семь или восемь раз подряд, в зависимости от количества передач в КПП. 

Теперь в момент смены передачи крутящий момент от двигателя не прерывался ни на мгновение, за счет чего время круга удалось сократить на 0.4 секунды, что по гоночным меркам очень много.

Как и в случаях с полуавтоматической коробкой передач Ferrari, или PDK от Porsche, на момент реализации эта конструкция не была новинкой, так как уже несколько лет пылилась на полке.



Коробка передач BAR-007 Honda основана на КПП Weismann Quickshift, впервые испытанной командой Williams еще в 1993 году. Её часто путают с вариаторной FW15-CVT, испытанным в том же сезоне, но это разные трансмиссии. Почему данная разработка сразу не попала на трассы — неизвестно.

По принципу работы система бесшовного переключения передач чем-то напоминает коробки с двумя сцеплениями типа PDK или DCT. Но в Формуле-1 подобные конструкции запрещены Техническим регламентом»: в Формуле-1 можно использовать только одно сцепление.

На самом деле для использования в гонках бесшовные коробки передач выглядят предпочтительнее, чем коробки типа «dual clutch». Как минимум из-за веса и размеров, что для гоночной техники имеет принципиальное значение.

С гоночной трассы, на дороги

Вслед за Формулой-1 подобные конструкции появились в мотогонках MotoGP, где пионером их применения вновь выступила японская марка Honda. В настоящее время КПП всех мотоциклов в этом классе оснащены бесшовным, или, как их еще называют, «безрывковым» механизмом смены передач. 

А относительно недавно появилась информация, что такой КПП собираются оснастить дорожный мотоцикл Ducati Panigale V4.