Originalios, bet logiškos idėjos naujuose automobiliuose: kodėl nebereikia atbulinės pavaros?

Spartėjanti transporto elektrifikacija kasmet atneša vis naujų automobilių efektyvumą palaipsniui didinančių naujovių. Svarbu ir tai, kad inžinieriai ne tik diegia papildomas naujas technologijas, bet ir atranda būdų, kaip atsisakyti įprastų, kurios metų metus atrodė nepajudinamos. Vienas svarbiausių tikslų – sumažinti judančių detalių skaičių.

Neginčijamas elektromobilių privalumas yra mechaniškai paprastesnė konstrukcija. Pavyzdžiui, šiems modeliams nereikia pavarų dėžės.

Dėl tolygios ir judėjimo poreikius patenkinančios sukimo momento kreivės jau pirmuosiuose serijinės gamybos „Nissan Leaf“ modeliuose elektros motoro traukai perduoti užteko vienos krumpliaračių poros ir reduktoriaus. Toks kone tiesioginis perdavimas yra gerokai pranašesnis nei bet kurio vidaus degimo variklį turinčio automobilio.

Elektrifikuotos ateities, kurioje nebus įprastų pavarų dėžių, belaukiant, itin sparčiai populiarėja hibridinės technologijos. Kol naudojami vidaus degimo varikliai, klasikinės transmisijos tokiems automobiliams yra reikalingos, tačiau randama vis naujų būdų, kaip jas supaprastinti. Pavyzdžiui, naujos kartos „Kia Niro“ hibridiniai modeliai atbuline eiga važiuoja nenaudodami vidaus degimo variklio.
Įdomu tai, jog, kitaip nei „Toyota“ ar „Lexus“ hibriduose, kurie gali važiuoti atbuline eiga vien varomi elektra, Pietų Korėjos gamintojo automobiliuose montuojamos pavarų dėžės apskritai nebeturi atbulinės eigos režimo.

Labai panašus veikimo principas naudojamas ir „McLaren“ superautomobilyje „Artura“. Ir nors britų prekių ženklo modelyje montuojamas 70, o „Kia“ krosoveryje – 45 kW elektros motoras, abiejų technologijų esmė tokia pati. Pagrindinis tikslas – supaprastinti konstrukciją ir sumažinti bendrą svorį.

Greta to yra ir kitų privalumų: „McLaren“ inžinieriams elektros variklis leido pašalinti turbinos delsimo problemą, o „Kia“ konstruktoriai pasirūpino, kad miesto visureigis pakankamai sparčiai įsibėgėtų ir tuo pat metu sunaudotų nedaug degalų.

Elektros motoro pritaikymas – logiškas sprendimas

Vilniaus Gedimino technikos universiteto profesoriaus Vido Žuraulio vertinimu, šis atbulinės eigos pavaros elektrifikavimas – natūralios inžinerinės evoliucijos etapas. Anot mokslininko, tokio konstrukciją supaprastinančio sprendimo privalumai – akivaizdūs, o abejonių dėl praktiškumo taip pat nekyla, nes važiavimas atbuline eiga niekada nebuvo pagrindinė automobilio funkcija.

„Tai labiau manevravimui skirtas pagalbinis režimas, kuriuo naudojantis ir greitis nėra didelis. Tai reiškia, kad judant atbuline eiga nereikia didelės galios, todėl tam visiškai užtenka hibridiniame automobilyje sumontuoto elektros variklio. Pajudant iš vietos, sukimo momentas yra svarbesnis už galią, o elektros motorui to netrūksta“, – dėsto pašnekovas.

V. Žuraulis priduria, kad toks sprendimas leidžia sumažinti hibridinei pavarai tenkantį krūvį ir palengvinti jos valdymą. Nebereikia programiškai numatyti, kokiomis proporcijomis riedant atbuline eiga turėtų veikti vidaus degimo variklis ir elektros motoras. Prioritetą inžinieriai suteikia tik vienai krumpliaračių porai, kurią suka vienas elektrinis jėgos agregatas.

„Tai sumanu dar ir todėl, kad elektroniškai pakeisti elektros motoro sukimosi kryptį – labai paprasta. Taip pat tai leidžia sklandžiai aktyvuoti atbulinės eigos režimą ir važiuoti pastoviu greičiu“, – įžvalgomis dalijasi mokslininkas.

Dėl praktiškumo dvejonių nekyla

V. Žuraulis pastebi, jog technologija taikoma tik didesnės talpos baterijas turinčiuose hibridiniuose modeliuose ir įkraunamuosiuose hibriduose, tačiau nėra tinkama švelniojo hibrido sistemoms. Todėl vairuotojams nėra pagrindo nerimauti, kad, išsikraunant baterijai, mašina nebegalės važiuoti atgal. Be to, gamintojai įtaisys saugiklius, leisiančius išvengti galimai keblių situacijų.

Ilgametis pirmos ir antros kartos „Toyota Prius“ modelių eksploatavimas įrodė, kad, norint kiekvieną kartą atbuline eiga važiuoti elektros režimu, visiškai nebūtina itin talpi baterija. Net kai įveikiamas atstumas buvo ypač ribotas, šie automobiliai, o vėliau ir pirmieji hibridiniai „Lexus“ visureigiai, tyliai atbuline eiga išjudėdami iš miestų bei priemiesčių kiemų netrikdė kaimynų ramybės.

Sprendimas buvo praktiškas jau tuomet, kai hibridai su pilnomis baterijomis galėjo įveikti vos keletą kilometrų. Dabar tokie modeliai, kaip „Kia Niro“ ar „Lexus NX“, elektros režimu nuvažiuoja iki 60 kilometrų atstumą.

Pavarų dėžės ilgainiui taps egzotika

Atbulinės eigos pavaros elektrifikavimas, anot V. Žuraulio, leidžia sumažinti mechaninėje transmisijoje naudojamų krumpliaračių porų skaičių. Drauge mažinant velenų, guolių ir kitų detalių skaičių, tampa įmanoma pagaminti kompaktiškesnę pavarų dėžę. Kartu automatiškai mąžta ir bendras automobilio svoris.

„Bet koks svorio mažinimas yra sveikintinas dalykas. Svarbu ir tai, kad paprastėja pati pavaros konstrukcija. Tai apima ir programavimą – šiuolaikinėms transmisijoms jis ypač svarbus. Įprastai tam, kad viskas sklandžiai veiktų, reikia tiksliai numatyti perdavimo skaičius, o kažkurią jungtį pristabdyti – tai vis papildomos inžinerinės užduotys“, – kalba mokslininkas.

Elektromobiliai ilgainiui leis vartotojams visiškai pamiršti sudėtingas pavarų dėžės – tolygiai išvystomas sukimo momentas daugeliu atvejų inžinieriams leidžia išsiversti su viena ar dviem krumpliaračių poromis. „Mercedes-Benz“ modeliuose plačiai naudojama 9 laipsnių arba ne taip seniai rinkoje debiutavusi 10 laipsnių „Ford“ automatinės transmisijos yra sudėtingi inžineriniai projektai, kurie per itin trumpą laiką gali tapti visiška egzotika.

„Šiuolaikinės 9 ar 10 laipsnių automatinės pavarų dėžės veikia gerai ir leidžia efektyviau išnaudoti variklį, kai jam tenka didesnė apkrova, pavyzdžiui, tempiant priekabą. Kita vertus, šiuolaikinės dėžės dėl hidraulinio sukimo momento perdavimo, programavimo subtilybių ir sudėtingos konstrukcijos reikalauja tinkamos priežiūros, o dėl krumpliaračių gausos prastėja bendras pavaros našumas“, – komentuoja V. Žuraulis.

Ne visi eksperimentai pasiteisina

Automobilizmo istorijoje netrūko įdomių eksperimentų su pavarų dėžėmis, o vienas įdomiausių serijinę gamybą pasiekusių išradimų buvo aštuntajame praėjusio amžiaus dešimtmetyje gamintame „Mitsubishi Mirage“ (Europoje šis modelis buvo vadinamas „Colt“) montuota aštuonių laipsnių transmisija, kuri taip pat turėjo dvi atbulinės eigos pavaras.

Šis egzotiškas agregatas atsirado tik todėl, kad taupydami išteklius „Mitsubishi“ inžinieriai priekiniais ratais varomam hečbekui pabandė pritaikyti variklį, kuris įprastai būdavo montuojamas išilgai ir sukdavo galinius didesnių modelių ratus.

Tokia skubota kompozicija sukėlė nemažai iššūkių. Juos sprendžiant, 4 laipsnių pavarų dėžė buvo sumontuota po varikliu. Sukimo momento perdavimui prireikė papildomos jungties, tačiau vietoje veleno buvo sukonstruota paprasta dviejų laipsnių transmisija.

Būtent tai leido už patrauklesnę nei naujos penkių laipsnių mechaninės pavarų dėžės kainą gauti unikalią transmisiją, kurioje kiekvieną standartinę pavarą buvo galima naudoti su didesniu arba mažesniu papildomos dėžės perdavimo skaičiumi. Ant papildomos svirties mažesnis perdavimo skaičius buvo pažymėtas „Power“ (liet. galia), o didesnis – „Economy“ (liet. ekonomiškumas).

Išskirtinis tokios dvigubos transmisijos universalumas liko tik teorija: praktiškai didesniems perdavimo skaičiams neužteko variklio traukos, o vairuotojams – kantrybės nuolatos žongliruoti dviem pavarų perdavimo svirtimis.

Netrūksta ir kitų originalių sprendimų: 2020 metais „Kia“ bendrovė pristatė mechaninę pavarų dėžę, kurios sankabą valdo elektronika. Dėl tokios pavarų dėžės europiečiai galėjo mėgautis labiau įtraukiančiu valdymu ir maksimaliu švelniojo hibrido sistemų efektyvumu. Vairuotojai nė nepajusdavo, kai, riedant pastoviu greičiu, degalus taupanti „Ceed“ modelių elektronika automatiškai atjungdavo sankabą ir užgesindavo vidaus degimo variklį.