17. března 2005
Historicky první vozidla, která ještě poháněl parní stroj s výhodnou charakteristikou, nemusela být vybavena převodovkou. Teprve když byl těžký a málo účinný parní stroj nahrazen benzinovým spalovacím motorem, ukázalo se, že bez převodovky to dále nepůjde. A spolu s tím, jak se zvyšovaly otáčky motoru, přibývalo postupně i rychlostních stupňů. U osobních automobilů se tak postupně počet stupňů zvýšil ze dvou až na dnešních pět nebo i šest. Rozhodující roli přitom hrála charakteristika motoru, tedy závislost točivého momentu na otáčkách. Velmi důležitá je šířka pásma mezi otáčkami při nejvyšším momentu a otáčkami při nejvyšším výkonu. Toto pásmo je u běžných zážehových (benzinových) motorů široké asi 2000 min-1 i více, ale u vznětových (naftových) motorů je podstatně užší. Převodovka umožňuje držet motor ve vhodných provozních otáčkách i při velmi proměnných jízdních odporech. Požadavky kladené na převodovky nákladních automobilů a tahačů jsou značné. Vedle potřebné změny hnacího momentu k překonávání jízdních odporů k nim patří výstupy pro pohon příslušenství a případných pracovních strojů a možnost připojení zpomalovací brzdy (retardéru). Převodovky jsou mnohostupňové a konstrukčně velmi složité. Téměř výhradně se dnes již požívají převodovky tříhřídelové, tedy s předlohovou hřídelí. Základní převodovka je tří- nebo čtyřstupňová, kde nejvyšší rychlostní stupeň představuje vždy „přímý“ záběr. Řazení podle schématu H je ještě jednoduché. Při vyšším počtu rychlostních stupňů narůstá délka převodovky a komplikuje se řazení, tedy ovládání převodovky. Rozměry převodovky jsou dány počtem rychlostních stupňů (dvojic ozubených kol) a šířkou ozubení kol. Tato šířka je určena přenášeným momentem tak, aby se docílilo přijatelného namáhání ozubení. Jednoduše řečeno: Čím větší a výkonnější motor, tím širší ozubení. Protože vznětové motory mají úzký využitelný provozní rozsah otáček, není počet rychlostních stupňů základní převodovky dostačující za všech provozních podmínek. Potřebného vyššího počtu rychlostních stupňů se dosahuje použitím dvoustupňového přídavného převodu před nebo za základní převodovkou, případně současným použitím obou. Ze základní tří- nebo čtyřstupňové převodovky se použitím obou převodů stává převodovka dvanáctistupňová (2×3×2) nebo šestnáctistupňová (2×4×2). Přídavné převody jsou obvykle integrovány ve společné skříni s převodovkou základní. Je zřejmé, že ruční ovládání takové mnohostupňové převodovky klade na řidiče značné psychické a někdy i fyzické nároky.
Rozsahová redukce Pokud je nutné podstatně zvýšit celkový rozsah převodů, tedy poměr mezi nejnižším a nejvyšším převodem, používá se přídavná dvoustupňová rozsahová převodovka za základní převodovkou, tedy rozsahová redukce, zpravidla planetové soukolí. Počet rychlostních stupňů se díky němu zdvojnásobuje a obě skupiny převodů na sebe navazují. Tam, kde končí rozsah prvních tří nebo čtyř rychlostních stupňů, začíná rozsah druhý. V praxi se používá označení dolní a horní řada. Řadu volí řidič buď přepínačem, nebo přesuvnou objímkou na řadicí páce, případně přesuvnou kulisou ovládanou řadicí pákou. Schéma řazení se označuje jako dvojité H (2H, HH).
Dělicí redukce Předřazená převodovka, tedy dělicí redukce (Split), dává možnost volby ze dvou stálých převodů základní převodovky, tedy převodu mezi vstupní hřídelí převodovky (od motoru) a předlohovou hřídelí. Poměr převodů je volen tak, že předřazená redukce dělí jednotlivé rychlostní stupně na polovinu. Celkový počet rychlostních stupňů je tak opět dvojnásobný. Například u základní čtyřstupňové převodovky má řidič k dispozici každý ze stupňů jako pomalý (Low) nebo rychlý (High), tedy „půlený“ nebo „celý“. Předřazená převodovka se obvyk-le ovládá elektropneumaticky tak, že pokyn pro řazení dává řidič přepínačem na řadicí páce. K vlastnímu přeřazení dochází při sešlápnutí pedálu spojky. Stálé převody lze volit tak, že přímý záběr je buď na celém (H), nebo půleném (L) nejvyšším rychlostním stupni. Tato konstrukce zajišťuje jemné odstupňování převodů, ale celkový rozsah převodů základní převodovky zvětšuje jen nevýznamně. Vzhledem k dvojímu stálému převodu mají tyto převodovky i dva různé zpětné rychlostní stupně. Převodovka automatická a automatizovaná Dobrému řidiči s citem pro potřeby motoru a plynulou a hospodárnou jízdu nečiní ruční řazení žádné problémy. Podstatné není ani to, zda si vůbec pamatuje, který z rychlostních stupňů má zařazen. Indikace rozsahů i „půlek“ na přístrojové desce mu slouží pouze jako pomůcka. Přesto ve složitějších dopravních situacích představuje tento způsob řazení psychickou zátěž. Zavedení samočinných nebo polosamočinných převodovek u užitkových automobilů proto představuje významný přínos k bezpečnosti silničního provozu. Klasické řešení „automatické“ převodovky, používané již dlouho u osobních automobilů – tedy samočinné, obvykle planetové převodovky s předřazeným komplexním hydrodynamickým (kapalinovým) měničem – není pro těžká nákladní vozidla vhodné. Měnič totiž pracuje se „skluzem“, to znamená, že otáčky výstupního hřídele jsou vždy menší než otáčky vstupního hřídele. Tato ztráta sice představuje jen několik procent, ale při velkých výkonech motorů nikoli nevýznamně zvyšuje provozní spotřebu. Převodovky užitkových vozidel byly proto dlouho pouze ručně ovládané, přímo řazené – nejvyšším komfortem při jejich obsluze byla „synchronizace“ a předvolba dělicí redukce. Nová éra rozvoje mnohostupňových mechanických převodovek nastala až po zavedení elektronicky řízených systémů vstřikování u vznětových motorů. U mechanické převodovky musí být v okamžiku řazení, kdy spojka přeruší tok výkonu, ovládán i motor, jehož výkon musí být krátkodobě snížen na nulový (běh naprázdno). Starší řidiči dobře pamatují řazení „nahoru“ se dvojím vyšlápnutím spojky a „dolů“ s „meziplynem“.
Mechatronika = mechanika + elektrotechnika Na řidiči nezávislé současné ovládání převodovky a motoru dnes umožňují snadno dostupné elektronické systémy. Samočinné či polosamočinné elektronicky řízené ovládání běžných mnohostupňových převodovek se již stalo standardem. Ovládání řadicího mechanismu je pneumatické (vzduchové) nebo hydraulické (kapalinové) a systém řazení je označován jako elektropneumatický nebo elektrohydraulický. K přeřazení je nutná síla, kterou musí vyvodit ovládací válec. Protože hydraulické systémy pracují s vyšším tlakem než systémy pneumatické, jsou rozměry hydraulických válců menší. Oproti kapalině v hydraulickém systému je vzduch v pneumatickém systému stlačitelný, což poněkud prodlužuje dobu řazení. Základní princip je celkem jednoduchý. Řídicí jednotka převodovky a motoru v reálném čase zpracovává velké množství dat, především o okamžité rychlosti vozidla, otáčkách motoru a požadavku řidiče na výkon, tedy poloze pedálu „plynu“. Podle programu sestaveného v průběhu vývoje týmem odborníků potom hledá správné řešení, tedy volbu rychlostního stupně. Rozhodně není a ani nemůže být chytřejší než člověk, pouze je ve většině případů rychlejší a v kritických situacích nedělá chyby. Polosamočinné převodovky se od samočinných liší komfortem obsluhy. U systémů polosamočinných řidič předvolí požadovaný rychlostní stupeň pákou voliče a k vlastnímu přeřazení dojde při sešlápnutí pedálu spojky. Vyšší komfort poskytuje polosamočinná převodovka pracující v automatickém režimu: použití pedálu spojky je pak nutné pouze k rozjezdu a zastavení vozidla – volba rychlostního stupně, přeřazení i ovládání spojky za jíz-dy probíhá samočinně podle pokynů elektronické řídicí jednotky. U převodovek samočinných již není nutné použití pedálu spojky a ovládání automobilu je tzv. dvoupedálové. Ovládání běžné třecí spojky při rozjezdu a zastavování vozidla řídí elektronika. Ovládání vozidla je již rovnocenné ovládání samočinné převodovky s hydrodynamickým měničem.
Výrobci vozidel a převodovek V nabídce převodovek všech předních výrobců užitkových vozidel jsou již běžně polosamočinné systémy s možností volby režimu s předvolbou nebo režimu automatického, rovněž tak systémy plně samočinné. K technickému a obchodnímu označení automatizovaných systémů ovládání stupňových převodovek jsou používány nejrůznější zkratky a názvy. Představitelem elektrohydraulických systémů je například SAMT firmy Eaton, který využívá automobilka MAN. Naopak z elektropneumatických systémů je nejznámější první sériově vyráběný systém EPS Mercedes-Benz z poloviny sedmdesátých let minulého století. Dnešní převodovky DaimlerChrysler, navazu-jící na EPS, jsou označovány Telligent. Velmi podobné jsou systémy Scania CAG Opticruise a Volvo I-Shift nebo Geartronic. Někteří výrobci automobilů vlastní převodovky nevyrábějí a používají standardní i automatizované převodovky specializovaných výrobců převodovek, například ZF (Zahnradfabrik Friedrichshafen). Pro automatizované převodovky ZF-AS Tronic ve vozidlech IVECO italský výrobce používá obchodní označení EuroTronic. Stejné převodovky používá i DAF (PacCar), samozřejmě však s jinou elektronickou řídicí jednotkou, přesněji s jejím naprogramováním (software).
Člověk a vozidlo Přestože jsou elektronicky řízené systémy velmi spolehlivé, je vždy vhodně ošetřen i nežádoucí „nouzový“ (havarijní) stav. V případě poru-chy ovládání lze ručně spínačem nastavit jeden nebo dva rychlostní stupně tak, aby bylo vozidlo schopno dojet vlastní silou do odborného servisu. Bez moderní servisní diagnostiky již ostatně na silnici nikdo nic ne-opraví. Ty tam jsou doby řidičů-opravářů. Dnešní řidič nákladního automobilu kategorie N2 a N3 musí být profesionál školený pro rychlou, bezpečnou a ekonomickou dopravu zboží v globálním měřítku. Osvědčení o profesní způsobilosti je již dokladem vyžadovaným legislativně. Od řidiče se již nepožadují hluboké technické znalosti konstrukce automobilu a jeho údržby, nýbrž smysl pro zodpovědnost, orientace v cizím prostředí a znalost světových jazyků. Ing. Branko Remek, CSc., Fakulta strojní ČVUT v Praze
