Sự phát triển ở Công thức 1: từ hộp số “bán tự động” đến hộp số “liền mạch”

Năm 1989, một cuộc cách mạng kỹ thuật đã diễn ra ở Công thức 1: đội Ferrari giới thiệu hộp số bán tự động. Trước đây, Công thức 1 luôn sử dụng hộp số thông thường.

John Barnard

Nhà thiết kế chính của Scuderia đã lắp đặt bộ truyền động sang số điện-thủy lực trên hộp số tuần tự, tương tự như hộp số xe máy. Nhân tiện, phần lớn là nhờ nhà thiết kế người Anh này, Công thức 1 đã có được hình thức mà chúng ta biết ngày nay. Rốt cuộc, chính Barnard là người đầu tiên sử dụng hộp số liền khối bằng carbon và hộp số bán tự động.

Cần lưu ý rằng hộp số như vậy đã được thử nghiệm lần đầu tiên vào năm 1979. Và đó lại là Ferrari. Sau đó hệ thống này được phát triển bởi Mauro Forghieri. Trong quá trình thử nghiệm, thiết kế thử nghiệm đã hoàn thành 100 vòng và thời gian hiển thị tốt hơn một chút so với hộp số thông thường. Nhưng nó chưa bao giờ được sử dụng trong đua xe. Thứ nhất, chiếc hộp của Forghieri quá nặng. Thứ hai, Gilles Villeneuve không thích cô ấy: 





Dự án đã bị gác lại trong mười năm, sau đó John Barnard đã thực hiện một dự án tương tự. Hộp số bán tự động có ba ưu điểm chính so với thiết kế cổ điển. 

• ?Thứ nhất, giảm thời gian sang số.
  
• ?Thứ hai, giờ đây người lái xe luôn có thể cầm vô lăng bằng cả hai tay, điều này giúp việc nhào lộn trên không dễ dàng hơn nhiều khi không có trợ lực lái.
  
• ?Và thứ ba, giờ đây đã có thể chuyển số lần lượt!
  

Tất nhiên, "bán tự động" có nhược điểm của nó. Điều quan trọng nhất là thiếu độ tin cậy. Mặc dù đội Ferrari đã giành chiến thắng với hộp số như vậy trong cuộc đua đầu tiên, nhưng sau đó họ đã gặp phải rất nhiều vấn đề - hộp số cải tiến bị hỏng quá thường xuyên. Trong số 32 lần xuất phát (16 chặng x 2 xe), hộp số bị hỏng 23 lần!

Và đây không phải là “vấn đề của tâm lý người Ý”! Vài năm sau, đội Williams gặp phải vấn đề tương tự, và sau đó là McLaren. 



Cuối mùa giải 1991, tưởng chừng như Ayrton Senna đã trở thành nhà vô địch thế giới nhờ… điểm kiểm tra của đối thủ! Vô số lỗi kỹ thuật đã khiến trưởng nhóm Williams Nigel Mansell mất đi những điểm cần thiết. Đây là nơi mà biệt danh thích hợp cho thiết bị này xuất phát: “shitbox”, nghĩa là “một chiếc hộp chứa đựng điều bất ngờ”.


- Đầu Patrick.

Năm 1991, lần cuối cùng một chiếc ô tô có hộp số tay giành chức vô địch Thế giới - tất cả các danh hiệu tiếp theo sẽ thuộc về phi công có hộp số bán tự động. Đây cũng là lần cuối cùng một tay đua trên chiếc xe chạy bằng động cơ V12 trở thành nhà vô địch. Chiến thắng cuối cùng với hộp số tay là vào năm 1992, tại Grand Prix Bỉ.

V-belt variator

Năm 1993, nhóm Williams đã chế tạo một chiếc ô tô thử nghiệm với hộp số CVT. Trong các thử nghiệm, biến thể đã tạo ra ấn tượng lẫn lộn. Một mặt, một chiếc ô tô được trang bị nó lái nhanh hơn so với hộp số bán tự động. Nhưng mặt khác, tiếng hú của động cơ Renault V10 bị đóng băng khi tăng tốc chỉ trong một nốt nhạc, tức là ở tốc độ 13800 vòng / phút, đã khiến người khác phát điên theo đúng nghĩa đen nhất! 

FIA vội vàng cấm hộp số biến thiên liên tục, quy định trong Quy chuẩn kỹ thuật rằng xe Công thức 1 phải có tối thiểu bốn và tối đa bảy bánh răng cố định để chuyển động về phía trước.     

Vào giữa những năm 25, hộp số bán tự động đạt hiệu suất cao nhất: thời gian sang số chỉ 0.025 mili giây (0,25 giây). Để so sánh, thời gian cần thiết để sang số ở hộp số sàn là XNUMX giây. 



Tưởng chừng như không thể nghĩ ra điều gì mới trong lĩnh vực này, nhưng vào năm 2005, một “cuộc cách mạng thầm lặng” đã diễn ra - nhóm BAR-Honda đã phát minh ra hộp số có “chuyển số liền mạch”: SSG, hay “hộp số liền mạch”. Chiếc xe đầu tiên thử nghiệm sản phẩm mới là BAR-007. Hộp số này hoạt động liền mạch bằng cách gắn đồng thời hai bánh răng.


— Atushi Mano, Kỹ sư trưởng, Honda R&D. 

Theo quy luật của thể loại, ở đây tôi phải nói về “vòng chó”, “viên đạn”, về “vòng xanh và đỏ”. Nhưng điều này sẽ không xảy ra, vì hộp số Honda BAR-007 được thiết kế khác biệt! Theo Đánh giá kỹ thuật của Honda R&D, nó đã sử dụng cơ cấu chuyển số "nội bộ".

Làm thế nào nó hoạt động

Các bánh răng được ăn khớp bằng bộ truyền động thủy lực, với các cam có cấu hình đặc biệt - “cánh tay đòn” - được lắp dưới bộ ly hợp của từng bánh răng riêng lẻ. Trục thứ cấp được làm rỗng và một đường thủy lực đi qua nó, mở các van theo một trình tự nhất định, từ đó đảm bảo sự kết nối của các cam với ly hợp. 



Đồng thời, cam được nối trên hai cặp bánh răng (chẵn và lẻ). Ở bánh răng hiện tại, các cam đã ăn khớp hoàn toàn, nhưng ở bánh răng được kết nối trước đó chỉ ở một bên. Do đó, đối với cặp bánh răng thứ hai, hiệu ứng bánh cóc đã đạt được khi mô-men xoắn chỉ truyền theo một hướng, nghĩa là không thể làm hỏng hộp số. 

Ví dụ thực tế: một cờ lê bánh cóc truyền mô-men xoắn chỉ theo một hướng. Bạn sẽ có thể siết chặt đai ốc, nhưng bạn sẽ không thể tháo nó ra cho đến khi bạn chuyển bánh cóc. Điều này cũng tương tự với hộp số liền mạch.

Sau khi tốc độ quay của các bánh răng của hộp số được kết nối vượt quá tốc độ của bánh răng hiện tại, các cam “đổi vị trí” và xảy ra chuyển số ngay lập tức mà không bị ngắt điện. Và như vậy bảy hoặc tám lần liên tiếp, tùy thuộc vào số bánh răng trong hộp số. 

Giờ đây, khi sang số, mô-men xoắn từ động cơ không bị gián đoạn trong giây lát, nhờ đó thời gian vòng đua giảm đi 0.4 giây, một con số rất lớn so với tiêu chuẩn đua xe.

Giống như hộp số bán tự động của Ferrari hay PDK của Porsche, thiết kế này không phải là mới vào thời điểm triển khai, nó đã bám đầy bụi trên kệ trong vài năm.



Hộp số BAR-007 của Honda dựa trên hộp số Weismann Quickshift được đội Williams thử nghiệm lần đầu tiên vào năm 1993. Nó thường bị nhầm lẫn với CVT FW15-CVT được thử nghiệm trong cùng một mùa giải, nhưng đây là những hộp số khác nhau. Tại sao sự phát triển này không đi đúng hướng ngay lập tức vẫn chưa được biết.

Theo nguyên lý hoạt động, hệ thống sang số liền mạch phần nào gợi nhớ đến các hộp số ly hợp kép như PDK hay DCT. Nhưng ở Công thức 1, những thiết kế như vậy bị cấm theo Quy chuẩn kỹ thuật: ở Công thức 1, chỉ được sử dụng một bộ ly hợp.

Trên thực tế, để sử dụng cho xe đua, hộp số liền mạch có vẻ thích hợp hơn hộp số ly hợp kép. Ít nhất là vì trọng lượng và kích thước, vốn có tầm quan trọng cơ bản đối với thiết bị đua xe.

Từ đường đua đến đường

Sau Công thức 1, các thiết kế tương tự đã xuất hiện trong giải đua mô tô MotoGP, nơi thương hiệu Honda của Nhật Bản lại đi tiên phong trong việc sử dụng chúng. Hiện tại, các điểm kiểm tra cho tất cả xe máy trong lớp này được trang bị cơ cấu chuyển số liền mạch, hay còn được gọi là cơ cấu chuyển số "không giật". 

Và gần đây đã xuất hiện thông tin cho rằng họ sẽ trang bị hộp số như vậy cho chiếc mô tô đường trường Ducati Panigale V4.