În ceea ce priveşte noile tehnologii, reducerea emisiilor de dioxid de carbon reprezintă factorul determinant în proiectarea noilor transmisii. ZF dezvoltă transmisia automată cu opt trepte de viteză având ca scop reducerea consumului de combustibil cu 6%, în timp ce se păstrează dinamica schimbării treptelor de viteze a mecanismului sistemului de antrenare de tip 6- HP Lepelletier.
Varietatea de modele din familia cu opt trepte de viteză se încadrează la un cuplu de la 300Nm la 1000Nm. Transmisia de tip 8HP70poate susţine un cuplu de până la 700Nm. Aceasta se bazează pe sistemul de antrenare cu 5 elemente de schimbare şi 4 grupuri planetare. Raportul de transmisie este 7.05.
Un obiectiv important pentru noua generaţie de transmisie este de a oferi o reducere considerabilă a consumului de combustibil şi de a dezvolta funcţionalităţile acesteia pentru a creşte beneficiile clienţilor. Figura 1 arată dezvoltarea diminuării de combustibil prin introducerea de noi sisteme de transmisie.
Acesta ilustrează o comparaţie a caracteristiclor sistemului de reducere a consumului transmisiei cu 8 trepte de viteză şi a celei de a doua generaţii 6 HP. Mai mult, noua transmisie 8HP ar trebui să fie comparabilă cu transmisia în 6 trepte de viteză în ceea ce priveşte cheltuielile de mecanică, sarcină şi costuri. În plus la eficienţa combustibilului şi a costurilor, o atenţie mărită este acordată plăcerii de a conduce. Noua transmisie 8 HP este o sinteză care rezolvă toate aceste conflicte.
Conceptul de transmisie
Pe baza unei liste de criterii cuprinzătoare, mii de sisteme de transmisie planetară şi variantele lor de aranjare au fost evaluate. În această situaţie, provocarea a rezultat în faptul că sistemul de transmisie necesită să fie găsit, ceea ce, pe de o parte, a permis dezvoltarea la 6 trepte de viteză sau chiar mai mult de atât, şi pe de altă parte, a scăzut pierderea de putere pentru a se evita depăşirea posibilităţilor sistemului cauzată de apariţia unui număr mare de trepte de viteză. Un asemenea sistem este reprezentat de schema 8HP ilustrată în figura 2.
Având 4 grupuri planetare simple şi 5 elemente de schimbare, aceasta oferă atât o bună eficienţă a treptelor de viteză, cât şi o distribuţie omogenă a vitezei şi a cuplului. Cuplul echilibrat şi distribuţia vitezei componentelor individuale ale transmisiei sunt fundamentale pentru un design optimizat în termeni de instalare a spaţiului şi a sarcinii.
Designul 8HP70
8HP70 e proiectată pentru un cuplu al motorului de până la 700 Nm. Mai multe studii de proiectare au fost realizate pentru a se găsi cel mai potrivit aranjament al componentelor. Cele două frâne, A şi B sunt localizate în secţiunea discului intermediar pe partea de sus a fiecăreia.
Seturile de antrenare, cel mult 3, urmează exemplul anterior. Cele 3 ambreiaje C, D şi E sunt localizate între al treilea şi al patrulea set de angrenare. Ambreiajele E şi C sunt alimentate cu ulei sub presiune de către arborele de intrare dinspre partea din faţă, în timp ce la ambreiajul D, lubrifierea se face dinspre partea din spate, prin intermediul arborelui de ieşire şi prin intermediul planetarului. Din acest motiv, a fost necesar să se proiecteze trei puncte de alimentare cu ulei la arborele de intrare (lubriefierea ambreiajelor E şi C). Acestea sunt realizate cu ajutorul a trei găuri adânci care trec prin arborele de ieşire la o dispunere de 120°.
Secţiune transversală 8HP70
Convertizorul de cuplu. Noul convertizor de cuplu are diametrul de cuplu de 250 mm. Pentru prima dată la
autovehiculele destinate pasagerilor, echipate cu transmisii ZF, a fost folosit un convertizor aşa-numit “convertizor cu trei linii”. Ambreiajul de închidere al convertizorului este controlat de o linie individuală. Astfel, convertizorul poate fi răcit în parametrii optimi, în timp ce ambreiajul de închidere al convertizorului este închis. Pentru o amortizare optimă, convertizorul de cuplu poate fi echipat cu un amortizor de torsiune al turbinei (TTD) sau cu un sistem cu dublu amortizor de torsiune îmbunătăţit. Datorită acestor îmbunătăţiri, strategia de cuplare este şi ea îmbunătăţită. Urmarea acestor îmbunătăţiri este reducerea consumului de carburant cu până la 0.8%.
Convertizorul de cuplu cu sisteme de amortizare
Hibridizare
Un avantaj uriaş al sistemului transmisiei 8HP constă în faptul că o soluţie hibridă poate fi integrată în totalitate fără a trebui să se modifice cotele de instalare. Aşa cum convertizorul de cuplu poate fi omis, aceste cote pot fi folosite pentru o volantă cu masă dublă, un ambreiaj la ieşirea motorului şi un motor electric. În acest caz, frâna B este folosită ca şi mecanism de pornire a transmisiei. Acest lucru conduce la avantaje majore referitoare la cotele de instalare pe vehicul.
Pompa de ulei
Recent utilizată în transmisiile ZF este de asemenea şi ungerea cu ulei realizată cu o pompă cu dublă acţionare. Observată frontal, pompa este poziţionată în afara axului, aproape de unitatea de control. În această poziţie, o pompa identică poate fi utilizată pentru toată gama de modele de tip 8HP. Puterea cerută este obţinută printr-un lanţ de acţionare direct la rotorul convertizorului de cuplu. Cilindreea necesară este determinată pe baza simulărilor tuturor consumatorilor, în acelaşi timp păstrându-se cerinţele lor specifice. Se regăseşte la 14.7 cm/rev.
În comparaţie cu pompa internă cu roţi dinţate specifică la 6HP28, pompa pentru 8HP70 a fost îmbunătăţită fără restricţii geometrice. Faţă de tradiţionala pompă internă cu roţi dinţate, un avantaj al consumului de combustibil de 0.8% este obţinut.
Seturi de grupuri planetare
Fundamentul mecanic al transmisiei îl constituie sistemul seturilor de grupuri planetare cu patru seturi de angrenaje simple. Primele două seturi de angrenaje au acelaşi număr de dinţi de angrenare. În acest fel, nu sunt doar sinergii în producerea roţii de angrenaj, ci de asemenea au fost găsite şi părţi similare în grupurile planetare, rulmenţi şi discuri. Ambii port-sateliţi sunt proiectaţi ca piese din foi de metal. Al treilea set de angrenaj nu suferă încărcări majore; din moment ce sistemul transferă putere începând cu al patrulea set de angrenaje, în acest caz se utilizează un port-satelit din aluminiu cu scopul de a reduce greutatea acestuia. Al patrulea set de angrenaje este proiectat ca o unitate complexă.
Portul-satelit este proiectat din două părţi sudate. Toate angrenajele externe (roţi dinţate centrale la transmisiile planetare şi planetarele) sunt greu de prelucrat. Discurile dinţate sunt tratate şi nitrate. Pentru adaptarea la greutatea optimizată la diferite cupluri şi încărcări ale motorului, toate seturile de angrenaje sunt concepute cu trei şi patru modele de planetare. O opţiune cu un al cincilea planetar este pregătită
pentru primul set de angrenaje.
Elementele de schimbare
Toate cele 5 elemente de schimbare sunt proiectate ca ambreiaje şi frâne multi-disc. Din motive de control, cele trei ambreiaje sunt echipate cu camere de echilibrare dinamică a presiunii. Arcurile sunt folosite pentru
poziţionarea pistonului.
Doar pistonului de la frâna B i se aplică presiuni din ambele părţi, astfel putând fi deplasat înainte şi înapoi hidraulic. În timp ce maşina stă la relanti, frâna B activează funcţia pentru controlul relantiului în Neutral, cu scopul de a minimiza pierderea la relanti a convertizorului de cuplu deschis în acest stadiu. Cu exact acelaşi cuplu, în comparaţie cu 6HP28, transmisia 8HP70 necesită mai puţine suprafeţe de fricţiune şi raze mai mici de frecare datorită cuplului şi vitezelor de încărcare mai joase şi mai omogene.
Datorită rigidităţii, carcasa de aluminiu a transmisiei este proiectată ca o piesă dintr-o bucată. Pentru a reduce greutatea, un alt pas a fost făcut înainte, s-a turnat un perete subţire din aluminiu. În urma testelor de optimizare, peretele subţire a fost redus pe anumite suprafeţe cu până la 3mm. Frecvenţa moştenită la flambaj este de 187Hz flambaj vertical şi 167Hz flambaj transversal. În comparaţie cu 6HP28, a fost atinsă o reducere a greutăţii carcasei de 1.3kg sau 10%. Pentru baia de ulei, a fost folosit un material plastic. Garniturile, filtrul şi magneţii au fost integraţi în baia de ulei, numărul de şuruburi bară/bolţuri a fost dramatic redus de la 21 la 13. Această reducere contribuie mai departe la diminuarea greutăţii şi optimizarea costului.
Sistemul de control
Sistemul de control al noii transmisii 8HP a fost conceput ca o soluţie mecatronică şi constă într-o
unitate hidraulică de control şi un modul electronic, care conţine unitatea electronică de control a transmisiei, întregul sistem de sensori, conexiuni electrice şi conectori ai transmisiei. Este proiectată pentru a funcţiona “shift-by-wire” (prin intermediul firelor electrice), în timp ce mecanismul frânei de parcare este acţionat electric/hidraulic. Unitatea electronică integrată de control este implementată într-o carcasă
sigilată ermetic.
Un controler puternic oferă platforma dorită, pentru a se putea implementa în software algoritmi complecşi.
Actuatorii constau în regulatoare de presiune şi o electrovalvă pentru blocarea mecanismului frânei de parcare. Datorită reducerilor pierderilor de lichid hidraulic, consumul uleiului a fost redus cu 20% faţă de 6HP.
Pe durata proiectării noii transmisii eforturile au fost îndreptate şi asupra reducerii greutăţii transmisiei, eficientizarea costului de producţie dar şi folosirea unor materiale care să permită o durată de funcţionare îndelungată. De exemplu, pentru 8HP 70 a fost mărită proporţia de aluminiu cu aproximativ 8% faţă de 6HP28. Astfel, nu numai că s-a îmbunătăţit raţia putere/greutate, dar a fost redusă şi greutatea transmisiei cu aproximativ 3 kg.
Rezistenţa Hidrodinamică
Datorită folosirii motoarelor cu caracteristici optimizate, transmisiile sunt considerabil îmbunătăţite. Astfel, optimizarea transmisiei 8HP în privinţa obţinerii unei rezistenţe hidrodinamice reduse a fost principala preocupare a departamentului de cercetare. Pe lângă sistemul asociat (numai două elemente de cuplare în fiecare treaptă, eficienţa a angrenajului planetar), au fost adoptate mai multe soluţii ce au dus la o reducere a rezistenţei hidrodinamice cum ar fi: optimizarea pachetelor multi-disc, optimizarea pompei de ulei a transmisiei din punct de vedere al debitului volumetric şi controlul ungerii.
Eficienţa consumului şi performanţele noilor transmisii
Obiectivul principal al noii transmisii 8HP de a reduce consumul de combustibil cu 6% comparativ cu cel al
transmisiei 6HP- generaţia a doua, necesită un pachet de măsuri şi acţiuni ce permit implementarea optimizărilor realizate. Simultan, testele efectuate asupra consumului de combustibil şi accelerare au arătat că pentru aplicaţiile pe benzină şi diesel, arată un consum mediu estimat cu 6% mai mic, ceea ce înseamnă îndeplinirea obiectivului principal.
Testele efectuate pentru estimarea consumului mediu au fost efectuate conform noilor standarde europene fiind folosit un motor în 8 cilindri pe benzină şi unul diesel în 6 cilindri.
Gama transmisiei 8HP oferă posibilitatea de a fi utilizată împreună cu un motor cu funcţia “start/stop”, tocmai pentru a merge mai departe în atingerea obiectivului principal de a reduce consumul de combustibil. În urma testelor efectuate, cu un motor cu funcţia “start/stop”, s-a obţinut o reducere suplimentară a
consumului de combustibil de 5%.
Oricum, pentru a răspunde la cererea spontană a conducătorului auto de a porni motorul după o fază de oprire a acestuia, nu este suficient ca motorul să fie capabil de o pornire rapidă. Analize în cutia de viteze automată sunt de asemenea necesare, pentru a închide îndeajuns de repede ambreiajele din modul Drive sau Reverse, astfel încât să se asigure că doar motorul este pornit şi el guvernează acest proces de pornire dar şi pentru a se asigura că şoferul nu simte nici un fel de întârziere a cuplului din partea transmisiei automate, în momentul demarajului. Nivelul de ulei necesar pentru o umplere rapidă a circuitelor hidraulice responsabile cu selectarea treptelor de viteze, trebuie să fie disponibil în scurt timp. Pe durata procesului de pornire a motorului, cantitatea de ulei furnizată de pompa de ulei a transmisiei nu este suficientă pentru a umple şi a închide circuitele de angajare a treptelor de viteze într-un timp foarte scurt datorită vitezei de pornire a motorului. O soluţie este sistemul de stocare a uleiului prin impuls hidraulic (HIS), ce umple circuitele foarte repede în timpul procesului de pornire a motorului cu ajutorul unui volum de ulei stocat dinainte.
Noua generaţie de transmisie automată ZF 8HP aduce îmbunătăţiri în toate domeniile relevante pentru client. Avantajele eficienţei consumului de combustibil în combinaţie cu optimizarea transmisiei în concordanţă cu modul de obţinere al cuplului, au dus la o scădere a consumului de combustibil cu 6% faţă de generaţia a doua a transmisiei ZF 6HP. Mai mult, calitatea şi dinamica schimbării treptelor de viteze au fost îmbunătăţite. Pe lângă toate aceste avantaje pe care le posedă, are şi un aş în mânecă: poate fi utilizată cu un motor echipat cu funcţia “start/stop” ceea ce va duce la o scădere a consumului şi mai mare.
