čeština
Při pohybu jsou vozidla ovlivňována různými odporovými silami, jako je třecí síla z interakce s povrchem vozovky. Vozidla proto musí akumulovat energii potřebnou k překonání odporových sil pro rozjezd z klidu a zrychlení. Odpor vozovky se nazývá tahový odpor a trakce, která tento odpor překoná, vytváří tahový efekt. Kromě odporu vozovky musí vozidla odolávat odporu vzduchu. Pro nákladní vozidla je to zvláště důležité, protože odpor vzduchu je úměrný ploše předního průmětu vozidla a jeho rychlosti zvýšené na třetí mocninu (s^3). Výrobci nákladních vozidel tak musí věnovat velkou pozornost nejen převodovce a parametru převodového poměru (min a max), ale také uvést tyto parametry do korelace s výkonem, vlastní hmotností vozidla, celkovou hmotností vozidla atd. Při výběru převodovky pro vozidla, odborníci berou v úvahu poměr výkonu a hmotnosti, tedy poměr maximálního výkonu motoru k jeho celkové hmotnosti.
Charakteristiky převodovky mají významný vliv na spotřebu paliva. Známé společnosti jako Eaton, Allison, ZF neustále vyvíjejí nová řešení převodovek, která poskytují významné výhody pro majitele užitkových nákladních vozidel. Je třeba poznamenat, že výkon převodovky závisí na stavu vozovky, provozním cyklu motoru (dlouhá období jízdy konstantní rychlostí nebo časté zastavování a rozjíždění), průměrné rychlosti vozidla atd.
Nákladní vozy se velmi liší velikostí, výkonem a konfigurací; menší odrůdy mohou být mechanicky podobné některým osobním automobilům. Tato vozidla mohou být velmi velká a výkonná a mohou být nakonfigurována pro přizpůsobení specializovaného vybavení, jako v případě hasičských vozů a míchaček betonu a sacích bagrů. Moderní kamiony jsou z velké části poháněny dieselovými motory, i když v USA, Kanadě a Mexiku existují kamiony malé až střední velikosti s benzínovými motory. Moderní nákladní vozy jsou určeny pro jízdu na dlouhé vzdálenosti. Proto by tato vozidla měla být vybavena velmi spolehlivými a odolnými převodovkami.
Převodovka náklaďáku je kombinací vzájemně propojených jednotek, které pomáhají přenášet točivý moment motoru na hnací kola. Kromě toho se hodnota točivého momentu a jeho směr mohou měnit v závislosti na dalších faktorech. Převodovky různých značek a modelů nákladních vozidel mají své zvláštnosti, které jsou dány takovými faktory, jako je počet hnacích náprav, individuální konstrukční vlastnosti vozidla atd. Standardní převodovky manuálních nákladních automobilů nutně zahrnují takové komponenty, jako je spojka, převodovka, kloubový hřídel, převodovka pouzdro.
Co se týče točivého momentu, který je přenášen pomocí převodovky na přední kola nákladního vozidla, je přímo úměrný převodovým poměrům převodovky. Převodové poměry určují inženýři pro každé konkrétní vozidlo během procesu jeho vývoje. Hodnota točivého momentu je určena technickými a dynamickými charakteristikami, které by měly být implementovány do vyvíjeného modelu.
Procházení úzkými městskými oblastmi v provozu s častým zastavováním a rozjížděním, projíždění vykopaných stop pneumatik na zabahněném staveništi nebo projíždění komunálních odpadků – cílená aplikace nákladních nebo užitkových vozidel třídy 6 – 8 může stanovit specifické požadavky na převodovky ve srovnání s jejich protějšky na dálnici. Přesto nezastavil obecný trend automatizace nákladních a užitkových vozidel, který postihoval zejména převodovky.
Manuální převodovka je po desetiletí testována miliony řidičů nákladních vozidel, kteří toto řešení považují za nejvhodnější řešení pro nákladní vozidla: manuální převodovky jsou jednoduché, relativně levné ve výrobě i údržbě a zajišťují sníženou spotřebu paliva. Manuální převodovky však mají jednu podstatnou nevýhodu, která může zastínit všechny výše uvedené přednosti a vyvolávat nelibost řidičů: manuální řazení a současná manipulace s pedály může být zejména v městském provozu značně problematická. Není divu, že se v dnešní době výrobci nákladních vozidel s nejmodernějšími technologiemi snaží vyhovět požadavkům řidičů a učinit proces řazení pohodlnějším a bezporuchovým. Podle četných výzkumných prací Severní Amerika následuje Evropu v trendu „bez řazení“, protože automatické a automatizované manuální převodovky stále získávají na oblibě v segmentu užitkových nákladních vozidel. Mezi důvody patří zvýšená spotřeba paliva a snazší nábor a produktivita řidičů než u manuálů spolu s vyšší bezpečností.
U malých nákladních vozidel se můžete setkat s manuálními převodovkami, které připomínají řešení řazení aplikované v osobních automobilech. Často mají přibližně šest rychlostních stupňů a běžně mají synchronizátor. U těchto vozíků je jednoduchý H-vzor snadno ovladatelný. Je to však trochu složitější, když máte co do činění s většími nákladními a užitkovými vozidly s více převodovými stupni. U těchto větších nákladních vozidel jsou obvykle další ovládací prvky, které pomáhají řídit ovládání různých rychlostních stupňů. U starších nákladních vozů je ovládání často samostatnou pákou namontovanou na podlaze nebo nověji – pneumatickým spínačem namontovaným na páce „H“; u novějších nákladních vozidel je ovládání často elektrickým spínačem namontovaným na páce „H“. Víceřadé převodovky jsou vestavěny v mnohem vyšších výkonových třídách, ale zřídka používají synchronizaci. Existuje několik běžných alternativ pro způsob řazení – Range, Splitter, Range-Splitter. Dnešní manuální převodovky nákladních automobilů jsou nejčastěji „rozbočovače“.
Moderní automatické převodovky mají značné rozdíly od svých předchůdců, které se používaly v užitkových nákladních vozidlech. Hlavní rozdíl spočívá v množství převodových rozsahů a v samotném principu ovládání převodovky nákladního automobilu. Počet převodových stupňů u starých automatických převodovek byl omezen na 5 a ovládání bylo prováděno pomocí hydrauliky. Výrobci převodovek dnes nabízejí automatické převodovky s více než 5 rychlostními stupni, které jsou řízeny pomocí elektroniky. Moderní automatické převodovky jsou navíc vybaveny uzávěrkou měniče točivého momentu.
Mezi výhody moderních automatických převodovek pro užitková vozidla patří plynulé řazení. Spotřeba paliva na venkovských silnicích je srovnatelná s úrovní spotřeby při použití manuální převodovky. Automatická převodovka umožňuje řidičům řídit nákladní vozidlo snadněji a bezpečněji, věnovat větší pozornost vozovce a nenechat se rozptylovat manuálním řazením. Hlavní konkurenční nevýhody automatických převodovek pro užitková nákladní vozidla jsou zvýšená spotřeba paliva, údržba a problémy s automatickou převodovkou, které mají za následek nákladné opravy.
Automatizovaná manuální převodovka (AMT) je považována za další slibné řešení převodovky pro nákladní a užitková vozidla. AMT jsou z hlediska funkčních schopností a provozních principů podobné manuálním převodovkám. Dá se říci, že AMT je téměř to samé jako manuální převodovka, ale obsahuje servo a hydraulické pohony, které řídí chod spojky a proces řazení. AMT jsou pozoruhodné svou účinností. Automatizované převodovky navíc nejsou tak drahé na údržbu a opravy jako automatické převodovky a spotřeba paliva u automatizovaných převodovek je kompatibilní s úrovní manuálních převodovek (někdy mohou být AMT ještě úspornější). Pokud jsou nákladní vozidla s automatickou převodovkou snadno ovladatelná, ale vyžadují značné náklady na palivo a služby, pak se nákladní vozidla s AMT ukazují jako nejen pohodlná, ale také ekonomicky životaschopná.
Je však třeba poznamenat, že když přeřadíte manuální převodovku nebo AMT a sepnete spojku, točivý moment motoru se přeruší a výkon se nepřenáší dolů hnacím ústrojím na kola. U plně automatické převodovky vám měnič točivého momentu umožňuje řadit převodové stupně bez přerušení točivého momentu přecházejícího z motoru na kola.
Vzhledem k tomu, že automatické převodovky a řešení AMT postupně osazují možnosti manuálního řazení z trhu převodovek pro nákladní a užitková vozidla, podíváme se na tyto typy převodovek podrobněji.
Běžná automatická převodovka zahrnuje měnič točivého momentu, mechanickou část, řídicí systém a pomocné mechanismy. Měnič točivého momentu slouží jako hydraulický převodový mechanismus, ve kterém je výkon přenášen proudem ATF. Měnič točivého momentu se skládá z oběžného kola čerpadla, oběžného kola turbíny a spouštěče. Uzamykací mechanismus zajišťuje lepší spotřebu paliva. Měnič točivého momentu zajišťuje spojení mezi motorem a převodovkou, snižuje dynamické zatížení, zabraňuje zastavení motoru při přetížení a zvyšuje točivý moment z motoru při rozjezdu z klidu a za obtížných silničních podmínek.
Automatické převodovky mají 3 planetové převody a třecí spojky, které zajišťují proces řazení převodových stupňů. Hodnota převodového poměru se mění postupně bez narušení toku výkonu. Řazení převodovky provádí řídicí systém v automatickém režimu. Mnoho modelů automatických převodovek je vybaveno hydrodynamickým retardérem, který slouží ke zpomalení vozidla a snížení opotřebení brzdových destiček. Retardér se obvykle montuje do automatických převodovek autobusů a strojů a vozidel provozovaných v horských oblastech. Pokročilé elektronické řídicí jednotky (ECU) automatických převodovek zajišťují vysokou přizpůsobivost stavu vozovky a stylu jízdy a umožňují implementaci dalších funkcí. Na přání zákazníka může být automatická převodovka vybavena tlačítkovým nebo pákovým řazením automatické převodovky.
Allison Transmission, jeden z největších světových výrobců automatických převodovek pro nákladní a užitková vozidla, vybavuje svá řešení převodovek systémem diagnostiky převodovky nákladních vozidel s názvem Prognostics, který umožňuje řidiči sledovat stav hlavních součástí vozidla. Funkce Oil Life Filter řídí spotřebu paliva, šetří palivo při jízdě a při chodu motoru naprázdno. Funkce Filter Life Monitor informuje řidiče o nutnosti výměny filtru převodovky. Funkce Health Monitor monitoruje stav hnacích obvodů převodovky a upozorňuje řidiče na nutnost včasné údržby a seřízení.
Dnes Allison Transmission nabízí širokou škálu řešení převodovek pro nákladní a užitková vozidla (převodové modely řady 1000, 2000, 3000 a 4000). Další řešení automatické převodovky TC10 bylo navrženo společností Allison pro trakční vozidla. Pro autobusy se používají převodovky Allison řady Torqmatic. Těžká nákladní vozidla, která se používají v těžebním a stavebním průmyslu, jsou často vybavena převodovkami Allison řady 5000, 6000, 8000 a 9000.
Volvo, známý výrobce nákladních vozidel, také poskytuje efektivní řešení automatických převodovek, jako je Powertronic. The Powertronic je plně 6stupňová automatická převodovka s elektronickým ovládáním, která je určena pro pohyb s častými stop-start operacemi. Nákladní převodovka Powertronic je vybavena měničem točivého momentu, který zajišťuje vysokou hnací sílu při rozjezdu z klidu bez přerušení točivého momentu přenášeného na hnací kola. Proto je tato převodovka ideální volbou pro nákladní vozidla Volvo provozovaná na staveništích a v městském provozu.
Společnost Voith nabízí řadu automatických převodovek s názvem DIWA, které jsou určeny pro městské autobusy a příměstské autobusy. Hlavním rysem těchto automatických převodovek je, že točivý moment motoru je přenášen mechanicky i hydraulicky. Rozjezd z klidu se provádí hydraulicky a se zvyšující se rychlostí pohybu je postupně hydraulika nahrazována mechanickou částí. Je třeba poznamenat, že výkon motoru se před zapojením měniče točivého momentu rozdělí a následně se sloučí. Měnič točivého momentu a dvě planetová kola tak tvoří 1. hydromechanické soukolí. Převodovka DIWA proto pracuje s vysokou účinností v širokém rozsahu rychlostí a zajišťuje hladké rozjezdy z klidu a plynulé zrychlení. Poté převodový systém aktivuje čistě mechanický přenos točivého momentu, který pracuje s menšími ztrátami. Měnič točivého momentu současně funguje jako hydraulický retardér, který zajišťuje okamžitou aktivaci hydraulické brzdy bez ohledu na zařazený rychlostní stupeň.
Vysoké účinnosti této převodovky je dosaženo díky kombinaci „diferenciál-měnič točivého momentu“. Zatímco běžné automatické převodovky řadí na začátku 2-3krát rychlostní stupně, Voith DIWA pokračuje v používání 1. převodového stupně – současně zapojuje měnič točivého momentu a mechanické části převodovky nákladních vozidel. Menší počet směn proto usnadňuje pohyb autobusu a snižuje opotřebení třecích kotoučů. Měnič točivého momentu v DIWA je umístěn uprostřed převodovky, takové umístění pomohlo zbavit se přebytečných trubek a připojovacích hadic.
Německá společnost ZF nabízí také pozoruhodná řešení převodovek pro nákladní a užitková vozidla. Pro nákladní vozidla a autobusy je určena například 6stupňová automatická převodovka ZF EcoLife. Tato převodovka má účinný chladicí systém, který umožňuje provoz v náročnějších teplotních podmínkách, kdy teplota převodového oleje ve výměníku tepla dosahuje až 120°C. Kromě toho zde inženýři ZF použili měnič točivého momentu s vyšší rychlostí zrychlení, když je parametr otáček motoru nízký. Vestavěný tlumič vibrací točivého momentu snižuje spotřebu paliva při rozjezdu z klidu rychlou deaktivací blokování měniče točivého momentu.
Další 6stupňová automatická převodovka ZF-PowerLine určená pro lehká užitková vozidla se vyznačuje nízkou spotřebou paliva díky pokročilému měniči točivého momentu. Je třeba poznamenat, že měnič točivého momentu automatické převodovky v převodovkách ZF se používá na začátku pohybu a přestane fungovat, když vůz zrychlí na rychlost 10-15 km/h. v tomto případě není nutné používat „prodloužený“ 1. rychlostní stupeň. Rodina převodovek ZF Ecomat byla speciálně navržena pro městské autobusy a speciální vozy.
Elektronika dnes hraje hlavní roli při řízení různých systémů implementovaných v nákladních automobilech. V současné době mikroprocesor reguluje činnost nejen zapalování motoru, ale také spojky a převodovky. Hlavní výhodou elektronického ovládání oproti mechanickým, hydraulickým nebo pneumatickým variantám je lepší odezva a možnost kombinovat velké množství parametrů. Různé provozní režimy lze změnit překonfigurováním softwaru, spíše než prováděním změn v konstrukci převodovky. Elektronika tak zajišťuje hospodárnější provoz vozidla a bezpečnější zážitek z jízdy. Proto je stále více nákladních vozidel (zejména těžkých nákladních vozidel) vybaveno automatizovanými manuálními převodovkami. Mnoho lidí si tento typ převodovky plete s řešením automatického řazení, ale automatické převodovky na rozdíl od AMT mají měniče točivého momentu.
Konstrukce automatizované převodovky může zahrnovat elektromechanický, elektropneumatický nebo elektrohydraulický pohon, který převádí signály přijímané z elektronické řídicí jednotky (ECU) na úhlové posunutí vidlice spojky. Samotný AMT je vybaven elektromotorem se servopohonem, který pohybuje vidlicí spojky. Toto zdánlivě jednoduché technické řešení je řízeno složitým softwarem, který zpracovává signály z páky joysticku umístěné v kabině kamionu, když řidič řadí rychlostní stupně. V kabině kamionu vybaveného AMT jsou proto pouze dva pedály – plyn a brzda. Taková převodovka nákladních automobilů se objevila na konci 90. let a zpočátku byla tato technologie řidiči vnímána s nedůvěrou. Navíc v těch dobách byly automatizované převodovky výrazně dražší než manuální převodovky. Ale v dnešní době, s rozvojem pokročilejších a nákladově efektivních technologií, je stále více nákladních vozidel vybaveno automatizovanými převodovkami. Eaton byl první společností na trhu automatizovaných převodovek s převodovkou AutoShift uvedenou na trh v 90. letech. Od té doby bylo produktové portfolio společnosti Eaton doplněno o 6rychlostní střední převodovku UltraShift a 10-, 11-, 13- a 18rychlostní těžké UltraShift Plus.
Automatizovaná mechanická převodovka (AMT) získává na popularitě v automobilovém průmyslu díky kombinaci výhod mechanických převodovek a automatických převodovek z hlediska spotřeby paliva, nízkých nákladů, lepšího jízdního komfortu a kvality řazení. V dnešní době vyrábí automatizované manuální převodovky pro nákladní vozy celá řada společností: ZF, Volvo, Daimler AG, Eaton, Mack, Detroit Diesel, Mercedes, Man atd. Nyní se blíže podíváme na pozoruhodná řešení AMT nabízená těmito společnostmi.
Volvo Trucks nabízí 6stupňovou automatizovanou manuální převodovku I-Sync, která je určena pro nákladní vozy Volvo FL. Tato převodovka pro nákladní vozidla je speciálně navržena pro motor D7 a pro provoz v městských ulicích a příměstských oblastech. Elektrohydraulický pohon zajišťuje plynulé řazení při jízdě v hustém městském provozu s častými zastávkami . Převodovka I-Sync je k dispozici ve dvou verzích – pro motor D5K a pro motor D8K. Páka namontovaná za volantem umožňuje řidiči zvolit manuální nebo automatický režim řazení. U nákladních vozidel s převodovkou I-Sync chybí spojkový pedál – manuální řazení se provádí pomocí výše uvedené páky. V automatickém režimu převodovka I-Sync samostatně řadí rychlostní stupně ve vhodně zvolený okamžik. Točivý moment této převodovky může dosahovat až 1050 Nm, díky čemuž je převodovka I-Sync ideální volbou pro nákladní vozidla provozovaná v městských oblastech.
Dalším známým řešením AMT vyvinutým společností Volvo Trucks je převodovka I-Shift. Tato převodovka je založena na manuální převodovce s konstantním záběrem. Hlavní součástí této „chytré“ převodovky je elektronická řídicí jednotka (ECU), která řídí činnost spojky převodovky a proces řazení. ECU řadí rychlostní stupně velmi přesně díky analýze dat o rychlosti kamionu, hmotnosti, požadovaném točivém momentu, sklonu vozovky a dalších parametrech. Systém si také vyměňuje data s motorem, který zase reguluje rychlost otáček a brzdění motorem pro maximální účinnost. Toto řešení převodovky je navrženo tak, aby ušetřilo až 5 % paliva. Tato automatizovaná převodovka může mít jeden nebo dva převodové stupně pro snížení rychlosti a také možnost s přídavnými převody zpátečky. Převodové stupně snižující rychlost výrazně zlepšují schopnost rozjezdu z klidu, snižují zatížení spojky na 75 % a pomáhají vyhnout se dalším opravám.
Mack Trucks nabízí automatizované převodovky mDrive (12rychlostní) a mDrive HD (13 a 14rychlostní varianty) určené pro různé modely nákladních vozidel Mack.
Převodovky pro nákladní vozy Mack jsou vyvinuty tak, aby hladce fungovaly s motory a nápravami Mack MP, takže neexistuje žádný problém s kompatibilitou nebo výkonem. Díky odolným materiálům, jednoduchému ovládání a americké výrobě zajišťují tato řešení převodovek nejen efektivní řazení, ale také úsporu paliva, nižší opotřebení a pohodlný zážitek z jízdy.
Detroit Diesel Corporation, dceřiná společnost Daimler Trucks North America (samotná stoprocentně vlastněná německým Daimler AG), nabízí automatizovanou manuální převodovku DT12 určenou pro těžká nákladní vozidla. Tato převodovka pro nákladní vozidla zajišťuje hladké řazení, odolnost a snadné ovládání.
Převodovka DT12 spojuje motor s nápravami a komunikuje s DD13 a DD15 prostřednictvím integrované elektronické sítě, aby sdílela data snižující poškození, jako je přetížení spojky převodovky a ochrana hnacího ústrojí. DT12 využívá informace z topografické mapy k manipulaci s funkcemi motoru a převodovky, přičemž využívá okolní prostředí.
Rodina automatizovaných převodovek Mercedes-Benz PowerShift zahrnuje několik modelů převodovek. Proces řazení u nákladních vozidel vybavených 12stupňovou převodovkou PowerShift probíhá rychle a hladce. Tato převodovka má „manévrovací“ režim a převody pro hlavní provoz při vysokých rychlostech a nízkých otáčkách. Nákladní vozidla pro linkovou přepravu Mercedes-Benz Actros jsou vybavena modernizovanou verzí PowerShift 2. Díky použití pokročilého senzorového systému se převodové stupně řadí rychleji a plynuleji. Stavební tahače Mercedes-Benz Actros jsou vybaveny 12stupňovou převodovkou AMT PowerShift Off-road, která má několik režimů provozu a 4 převodové stupně zpátečky. Součástí konstrukce této převodovky je i snímač náklonu a pokročilý systém plynulého rozjezdu z klidu. 8stupňová převodovka AMT PowerShift GO 240-8 je instalována na turistických autobusech Mercedes-Benz Travego a Tourismo.
MAN Nutzfahrzeuge Gruppe vyrábí automatizované převodovky TipMatic, které vytvářejí dokonalou syntézu komfortu a efektivity. 12stupňová převodovka TipMatic s režimem „off-road“ a 2 rychlostními stupni zpátečky byla navržena pro těžké nákladní vozy TGX a TGS.
Tato automatizovaná převodovka může mít přímý převod nebo převod rychloběhu. Provozní režimy se volí pomocí přepínače na středové konzole, přičemž převodové stupně se řadí pomocí podřazovací páky. Převodovka TipMatic může být vybavena retardérem MAN PriTarder nebo intardérem ZF. Na přání může být TipMatic vybaven speciálními ovládacími programy: Profi (manuální režim řazení kick-down), Fleet (pro nezkušené řidiče).
Navzdory tomu, že stále více výrobců nákladních vozidel upřednostňuje instalaci automatických nebo automatizovaných převodovek do svých produktů, manuální převodovky mají v segmentu užitkových nákladních vozidel stále významný podíl. Stále existuje mnoho obdivovatelů spolehlivých a cenově dostupných řešení manuální převodovky, kteří rádi řídí proces řazení s pomocí manuální převodovky nákladního automobilu. Desetistupňové převodovky zůstávají nejběžnějším manuálním typem pro těžké dálniční nákladní vozy, ačkoli 13- a 18-rychlostní skříně jsou oblíbené mezi řidiči dálkových kamionů a běžně se používají u motorů s vysokým výkonem. Nákladní automobily používané ve stavebnictví a jiných profesích mívají 11stupňové „nízko-nízké“ převodovky se třemi rozsahy převodů namísto dvou v dálničních převodovkách. Známé společnosti jako Eaton, ZF a Volvo se nevzdávají možností manuální převodovky pro nákladní a užitková vozidla. Přijetí plně automatických převodovek a AMT v nákladních vozidlech bylo z velké části řízeno požadavky řidičů na komfort a pohodlí a také na otázky bezpečnosti. Proto je těžké dělat přesné předpovědi pro tak hi-tech průmysl, kde společnosti vynakládají velké úsilí a značné finanční prostředky na vývoj extrémně komplikovaných technických řešení, která se před 10 nebo 15 lety zdála neuvěřitelná. Kdo ví, možná v ne tak vzdálené budoucnosti budou všechny komerční operace zajišťovat samořiditelné kamiony.