Тормоза-замедлители

Торможение грузовика с помощью магнитных сил – уже обычное явление на дорогах Японии. Для рынков других регионов магнитный тормоз пока экзотика. Voith Turbo Inc. создала совместное предприятие VTST (Voith Turbo SMI Technologies) с японской фирмой – производителем ретардеров SMI (Sumitomo Metal Industries). Цель создания VTST – разработка и производство вспомогательного тормозного устройства революционно новой конструкции Magnetarder для грузовых автомобилей массой от 7,5 до 16 т.

Magnetarder работает на вихревых токах, не потребляя внешней энергии. Статор этого электрического агрегата состоит из нескольких очень сильных постоянных магнитов, противоположные полюса которых обращены друг к другу. Когда Magnetarder выключен, магниты сближены и магнитная энергия сосредоточена в полюсах. После включения Magnetarder магниты раздвигаются с помощью пневмопривода, между полюсами создается магнитное поле, в которое попадает якорь агрегата. В системе возникают мощные вихревые токи, которые тормозят вращение якоря. В Японии работает уже почти 120 тыс. компактных ретардеров на постоянных магнитах, масса каждого из них всего 43 кг. Magnetarder входит в стандартную комплектацию почти всех междугородных автобусов и почти 40% грузовиков в Японии. Magnetarder является идеальным средством для Voith Turbo, с помощью которого компания сможет проникнуть в сектор легких коммерческих автомобилей массой 7,5…16 т. По договору сначала тормозные устройства Magnetarder будут полностью поставлять из Японии с завода SMI. Одновременно компания VTST будет проводить испытания по доводке конструкции Magnetarder. В I квартале 2010 г. первые образцы, произведенные в Германии компанией Voith Turbo, должны поступить в продажу.

Одним из главных преимуществ Magnetarder является и небольшое количество генерируемого при работе тепла. По этой причине Magnetarder стал «долгожданным решением» проблем автомобилей, работающих на сжатом природном газе (CNG). Magnetarder легко компонуется и монтируется на автомобиле, для его размещения не надо укорачивать карданный вал, и вдобавок он совершенно не нуждается в обслуживании. Magnetarder защищает трансмиссию от перегрузок и продляет ресурс рабочих тормозов. Испытания показали, что на 12-тонном грузовике, идущем по типичному маршруту, благодаря применению Magnetarder использование рабочих тормозов сокращается на 64%.

ZF Friedrichshafen AG создала первый вспомогательный тормоз для коммерческих автомобилей в 1992 г., а на выставке IAA 2008 продемонстрировала вспомогательный тормоз нового поколения ZF Intarder, мощность которого увеличена на 25%, а масса (всего 65 кг) и шум уменьшены по сравнению с предыдущей моделью. Электронное управление Intarder позволяет водителю выбирать любую из пяти степеней мощности торможения, оно совмещается с системой управления тормозной системой автомобиля, в том числе с функцией круиз-контроля. Новую версию Intarder можно применять на любых коммерческих автомобилях и автобусах, на автокранах и другой спецтехнике. Версия Intarder Power увеличенной мощности способна развивать тормозное усилие до 4000 Н.м. Версия Есо развивает тормозной момент 3300 Н.м.

Специалисты MAN Nutzfahrzeuge Gruppe несколько лет назад разработали оригинальный тормоз-замедлитель, рабочим телом которого является не традиционное масло, а жидкость из системы охлаждения двигателя: MAN-Pritarder. Pritarder установлен в передней части картера двигателя и приводится непосредственно коленчатым валом. Тепловая энергия, образующаяся в процессе работы Pritarder, рассеивается в атмосфере через радиатор системы охлаждения двигателя. Тормозная мощность ступенчато регулируется количеством охлаждающей жидкости, подаваемой в Pritarder. По словам специалистов MAN, тормоз-замедлитель Pritarder имеет ряд преимуществ по сравнению с ретардерами традиционной конструкции, особенно в случае применения на магистральных грузовиках, где возможности организовать эффективное охлаждение через радиатор системы охлаждения выше, чем у дорожно-строительных машин с их низкими скоростями движения при высоких нагрузках. Pritarder развивает бо’льшую тормозную мощность на низких и средних оборотах двигателя, его масса на 40…50 кг меньше по сравнению с интардерами ZF, и он компактнее прочих. Максимальная тормозная мощность, достигаемая комбинацией MAN-Pritarder с электронно-регулируемым моторным тормозом EVB-EC, составляет 600 кВт.

Программы переключения

Первые автоматические коробки передач (АКП) переключались по единственной программе, не учитывающей изменения дорожных условий и нагрузки автомобиля. Это не лучшим образом сказывалось на топливной экономичности. Чтобы исправить положение, АКП стали снабжать несколькими программами (или режимами) переключения, которые выбирает водитель или электронная система управления. В АКП современных автобусов закладывается до шести программ переключения, но не всегда возможно и удобно переключаться с одной программы на другую. Зачастую программа выставляется один раз, перед выездом автобуса на маршрут, и даже если режим повышенной мощности требуется всего в одном месте, например, при преодолении подъема, автобус будет ходить на этом режиме всю смену. Это, конечно, ведет к перерасходу топлива.

Специалисты компании Voith пошли дальше. Они отказались от нескольких режимов переключения передач, что было неточно и неудобно, и создали единую, более совершенную программу SensoTop, которая учитывает величину груза транспортного средства и выбирает оптимальные моменты переключения в зависимости от рельефа местности: на подъемах точно подбирает мощность, необходимую для движения в режиме, заданном водителем, на спусках – минимальную технически возможную мощность. В предыдущих программах нагрузки, возникающие вследствие особенностей рельефа местности, учитывались весьма приблизительно и, следовательно, так же приблизительно выбирались моменты переключения ступеней. В SensoTop выбор осуществляется по заложенному в программе алгоритму, связанному с интенсивностью разгона автомобиля, и по сигналам простого, не требующего калибровки и техобслуживания «датчика наклона»: от него электронный блок управления АКП получает информацию – идет ли автомобиль на подъем, на спуск или по ровной дороге. На основе этих данных ЭБУ осуществляет бесступенчатый выбор скоростей, при которых просходит переключение передач, обеспечивается полное соответствие между режимом переключения и динамикой движения автомобиля, зависящей от топографии местности. Эта программа открывает возможности, которые раньше не могли быть реализованы: например, высокая плавность движения при переключениях. Специалисты компании оценивают потенциальные возможности этой программы по дополнительному уменьшению расхода топлива транспортного средства до 7%.

Специалисты ZF предлагают свое решение проблемы переключения передач в АКП: они разработали интеллектуальную программу управления TopoDyn, учитывающую нагрузки, возникающие от рельефа дороги, по которой идет автобус, автоматически выбирающую и плавно меняющую режимы переключения передач. Эксплуатационные испытания у клиентов на городских и пригородных автобусах в пяти европейских городах показали, что благодаря TopoDyn удается экономить в среднем 5% топлива.

В отличие от систем, работающих с GPS или с датчиками (как Voith), для TopoDyn не требуется дополнительных компонентов. Она способна работать даже в местности, где не работает GPS. TopoDyn включается в работу сразу, как только автобус начинает двигаться, без периода «изучения». Компании EvoBus и Solaris уже используют систему TopoDyn на своих автобусах.

В этом году основные тенденции, представленные на международной выставке IAA 2008, это повышение эффективности перевозок, снижение расхода топлива и тем самым выбросов CO₂, в том числе за счет применения альтернативных систем привода. Однако уже сегодня обычная трансмиссия, оснащенная коробкой передач ZF Ecomat и программой переключения TopoDyn, может эффективнее снизить расход топлива, чем иные гибридные системы. И это при стоимости на несколько десятков тысяч евро ниже.

Обычные гибридные приводы нередко создают на базе устаревших технических разработок. В то же время автоматические коробки передач – такие, как Ecomat, позволяют оптимизировать расход топлива с помощью программы переключения. А если к ним добавить гибридные приводы, то можно ожидать дополнительной экономии топлива. Автобусы, оснащенные КП Ecomat-TopoDyn, как показали недавние испытания на одном из предприятий городского транспорта, экономят в отличие от обычных АКП до 18% топлива. Даже по сравнению с автобусами, оснащенными современным гибридным приводом, автобусы с системой Ecomat-TopoDyn расходуют на 7% меньше топлива.

VIAB

Оригинальный агрегат создан компанией Voith. VIAB, новинка выставки IAA 2008, совмещает функции гидромуфты (передача мощности при начале движения) и тормоза-замедлителя (также предусмотрена функция блокировки гидромуфты). VIAB устанавливают между двигателем и КП, он способен передавать высокий крутящий момент, свыше 3000 Н.м, при низкой частоте вращения двигателя. Агрегат подходит для работы с двигателями в диапазоне мощностей 400...600 л.с. Благодаря VIAB автомобиль может начинать двигаться при более низких оборотах двигателя. Гибкость использования VIAB достигается благодаря примененному принципу регулирования за счет изменения объема масла между насосным и турбинным колесами. В результате агрегат может быть адаптирован к имеющемуся двигателю по передаваемому моменту, а реализуемый крутящий момент может динамично изменяться по желанию водителя или в зависимости от ситуации на дороге.

VIAB состоит из гидродинамического контура с насосным и турбинным колесами (гидромуфта), тормоза турбинного колеса и муфты блокировки гидромуфты. Такая конструкция обеспечивает выполнение трех функций: начало движения, торможение и переключение передач (в автоматизированной механической КП).

При начале движения крутящий момент двигателя передается гидромуфтой и агрегатированной последовательно муфтой свободного хода (она при этом замкнута) на первичный вал коробки передач. При необходимости гидромуфта блокируется расположенной параллельно муфтой блокировки (представляет собой обычное сцепление).

При торможении турбинное колесо блокируется тормозом; муфта блокировки гидромуфты также замкнута – агрегат VIAB превращается в эффективный ретардер.

VIAB благодаря наличию интерфейсов с двигателем, сцеплением, трансмиссией, системой управления тормозами и бортовым компьютером оптимально интегрирован и в механическую, и в электронную части автомобиля. У VIAB отсутствует масляный насос, который обычно входит в конструкцию ГТД, поэтому на привод VIAB затрачивается меньше мощности и экономится топливо. Кроме того, гидромуфта VIAB опорожняется, если автомобиль остановился с включенной передачей – двигатель отсоединяется от трансмиссии, что также приводит к экономии топлива.

VIAB предназначен прежде всего для большегрузных автомобилей. Кроме того, этот агрегат применяется в конструкции автобусов, строительных, коммунальных и развозных грузовых автомобилей.

(Окончание следует)