Tehnika Seamless mjenjač

TEHNIKA y SEAMLESS MJENJAČ Bestrzajni mjenjač

PIŠE: TOMISLAV BEŠENIĆ oslovni prijevod bio bi bešavni mjenjač, no s obzirom na manifestaciju njegova rada „seamless“ je točnije opisati kao bestrzajni mjenjač. Dakle, „seamless“ mjenjač omogućuje trenutno mijenjanje stupnjeva prijenosa bez praktično ikakvog zastajkivanja i praznog hoda. Preduvjet zato je da, samo na trenutak, istovremeno budu uključena dva stupnja prijenosa, pri čemu, dakako, treba izbjeći da se sve zaglavi, što nije nimalo lako kad se ne smije koristiti sustav s dvije spojke.

O bestrzajnom mjenjaču se priča još od sredine prošlog desetljeća, kada je postao uobičajena stvar u Formuli 1, gdje svaka tisućinka izgubljena za mijenjanje stupnjeva prijenosa predstavlja dvostruki gubitak. Naime, zbog specifične aerodinamike podređene „downforceu“, F1 bolid pruža veliki zračni otpor pa tako svaki prekid ubrzanja dovodi do naglog i trenutnog usporavanja, usporedivog s onim da na vrhunskom sportskom automobilu luđački nagazite papuču kočnice. A budući zračni otpor raste s kvadratom brzine, taj je problem posebno izražen kod ubacivanja u one najviše stupnjeve prijenosa.

Kod MotoGP motocikla su te prednosti nešto drugačije, a možda i sveobuhvatnije. Za početak, iako već i korištenje „quickshiftera“ omogućuje vrlo brzo mijenjanje stupnjeva prijenosa, bez otpuštanja ručice gasa, tu ipak dolazi do prekidanja paljenja, a gubitak vremena predstavlja i to što između uključivanja jedne i isključivanja druge brzine mjenjač nakratko prolazi i kroz prazan hod, odnosno neutral.

Kod korištenja bestrzajnog mjenjača je neutral izbačen iz igre, pa je već time značajno skraćeno vrijeme prebacivanja. Prema nekim izvorima, mijenjanje stupnjeva prijenosa kod Honde traje samo 4 tisućinke, što na razini kruga donosi uštede od dvije do tri desetinke, a na razini utrke velikih 5 sekundi. No, kad se zbroje sve ostale prednosti, razlika je mnogo veća.

Naime, „seamless“ promjena

Negdje iza ovoga se od znatiželjnih očiju skriva „seamless“ mjenjač, koji po svakom MotoGP motociklu košta možda i kakvih pola milijuna eura Jedna od najstrože čuvanih tajni MotoGP motocikala je tzv. „seamless“ mjenjač. Čudotvorna ideja je potekla iz Formule 1, kao skupocjena zamjena za mjenjač s dvije spojke, koji je pravilima zabranjen

Uključena je 1. brzina i sva snaga se prenosi preko plave uključne čeljusti. Crvena čeljust je rasterećena, ali je u toj poziciji zato da ne dođe do „praznog hoda“ kod eventualnog otpuštanja poluge gasa. Zupčanik 2. brzine se slobodno vrti.

I dalje je uključena 1. brzina, ali crvena čeljust je spremna za uključivanje 2. brzine. Budući je crvena čeljust rasterećena, vozač gotovo da ne osjeća otpor pri pomicanju poluge mjenjača.

Kratki trenutak u kojem su uključena oba stupnja prijenosa. Međutim, čim se uključi crvena čeljust na zupčanik 2. brzine vratilo mjenjača se počinje brže vrtjeti čime se automatski rasterećuje plava čeljust i tako isključuje 1. brzina.

Uključena je 2. brzina, a plava čeljust je pomaknuta u poziciju u kojoj služi kao „osigurač“ u slučaju otpuštanja gasa. Princip rada je isti i za prebacivanje ostalih stupnjeva prijenosa, no stvari su bitno složenije (a možda i sasvim drugačije) na MotoGP motociklu, nego na ovom teorijskom modelu „seamless“ mjenjača tvrtke Zeroshift.

Kao i slučaju „quickshift“ sustava, polužje mjenjača je opremljeno i elektroprekidačem kako bi elektronika odmah detektirala trenutak u kojem vozač želi promijeniti stupanj prijenosa

stupnja prijenosa je toliko brza da se motocikl ne stigne uznemiriti, pa tako vozač više ne treba čekati promjenu pozicije, već može mijenjati stupnjeve prijenosa i u dubokom nagibu, ako mu se to čini kao idealan trenutak.To ujedno znači da se prijenosni omjeri mogu bolje prilagoditi karakteristikama cijele staze, bez kompromisa vezanih uz neki problematični zavoj.

Veliku prednost (gotovo) bestrzajne izmjene stupnjeva prijenosa nalazimo i u manjem stresu stražnje gume. Dakle, iako postoji prekid u prijenosu okretnog momenta, on je tako kratak da zapravo nema uobičajenog zastoja u sili koja zakreće stražnji kotač, pa ponovnog trzaja kod uključivanja idućeg stupnja prijenosa. To znači da se guma manje troši, što na razini jednog kruga ne znači ništa, no na razini utrke može činiti presudnu razliku.

Pitanje od milijun dolara

Uz sve to, bestrzajni mjenjač omogućuje i uštedu goriva, što je itekako važno u kontekstu smanjenja zapremine spremnika goriva na 20 litara. Pritom je ta ušteda posebno izražena kod snažnih kočenja, kad bestrzajno mijenjanja stupnjeva prijenosa znači da ne treba ubacivati dodatne količine goriva kako bi se nivelirao povratni moment na stražnjem kotaču. No, još je i važnije da izostanak trzaja pri prebacivanju u stupanj niže znači da je cijeli motocikl bitno mirniji na kočenjima.

U svakom slučaju, riječ je o rješenju koje ima čitav niz malih, ali blagotvornih utjecaja na različite aspekte vožnje na samoj granici. Pritom se može pretpostaviti da najbolji takav mjenjač ima Honda, koja već barem dvije sezone koristi „seamless“ princip na svim stupnjevima prijenosa, omogućujući bestrzajno prebacivanje i u stupnjeve niže. To je ideal koji je Yamaha dostigla tek za ovu sezonu, dok kod Ducatija „seamless“ prebacivanje vrijedi za samo prvih 5 stupnjeva prijenosa.

No, kako cijela stvar uopće funkcionira? To je već pitanje od milijun dolara, što nije daleko od vrijednosti samog bestrzajnog mjenjača. Riječ je o jednoj od najstrože čuvanih tajni, pa tako pristup mjenjaču ima samo uski krug inženjera, koji će ga servisirati daleko od pogleda čak i ostalih članova tvorničke momčadi.

Može se samo pretpostaviti da sustav funkcionira na složenom sustavu polužja i osigurača. Kad vozač aktivira polugu mjenjača, sustav prebacuje u željeni stupanj prijenosa bez da je prije toga iskopčao prethodni stupanj prijenosa. Dakle, istovremeno su uključene obje brzine, no kako se izlazno vratilo sada brže vrti (ako prebacimo u stupanj više), javlja se povratni moment na mehanizmu prethodnog stupnja prijenosa koji se tako odmah isključuje. U neku ruku, a uzmite to s velikom rezervom, princip bi mogao biti sličan načinu na koji se aktivira klizna spojka kod kočenja motorom.

Dakako, stvari su u MotoGP-u daleko složenije i preciznije od toga, a i iznimno visoka cijena cijelog sklopa nameće pitanje smislenosti zabrane korištenja mjenjača s dvije spojke, koji bi sličan efekt mogao postići uz niži trošak. Osim toga, sustav s dvije spojke se već koristi kod serijskih motocikala, dok bi „seamless“ mjenjači morali pojeftiniti otprilike 500 puta da bi uopće postali komercijalno zanimljivi. Ili možda nije tako?

Naime, u britanskoj tvrtki Zeroshift tvrde da su uspješno razvili relativno jeftini „seamless“ sustav koji bi svaki tren trebao zaživjeti na serijskim motociklima, dok bi u svojoj automatskoj izvedbi zamijenio CVT na skuterima. Skepsu budi to što nas u isto uvjeravaju već kakvih 5 godina. n

Grafički prikaz staze u Maleziji i pripadajući podaci pokazuju da postoje poprilične razlike između performansi MotoGP motocikla i bolida Formule 1. Sličice uz slova A, B, C i D, pokazuju relativne (i približne) istovremene pozicije MotoGP motocikla i F1 bolida kad bi zajedno započeli krug. Izvor većine podataka je Brembo

MotoGP F1

281 km/h / 105 km/h Početna / konačna brzina 293 km/h / 109 km/h 229 m /4,9 s /1,4 g Kočenje 104 m /2,0 s /4,4 g

ZAVOJ 6

MotoGP

150 km/h Brzina

F1 250 km/h

ZAVOJ 2

MotoGP

65 km/h Brzina

ZAVOJ 1

MotoGP F1

328 km/h / 86 km/h Početna / konačna brzina 314 km/h / 81 km/h 288 m /6,4 s /1,7 g Kočenje 112 m /1,9 s /4,9 g

D

F1 80 km/h

A D

ZAVOJ 7

MotoGP F1

241 km/h / 142 km/h Početna / konačna brzina 277 km/h / 182 km/h 175 m /6,4 s /1,5 g Kočenje 55 m /0,9 s /4,1 g

ZAVOJ 11

MotoGP

105 km/h Brzina

F1

160 km/h

C

ZAVOJ 9

MotoGP F1

255 km/h / 80 km/h Početna / konačna brzina 284 km/h / 71 km/h 213 m /5,1 s /1,4 g Kočenje 115 m /2,5 s /4,2 g

ZAVOJ 15

MotoGP F1

308 km/h / 86 km/h Početna / konačna brzina 311 km/h / 111 km/h 291 m /6,4 s /1,6 g Kočenje 116 m /1,7 s /4,9 g MOTOGP JE BRŽI OD FORMULE1?

S MAKSIMUMOM VEĆIM OD 360 KM/H, MOTOGP MOTOCIKL JE NA DUGAČKOJ RAVNICI OSJETNO BRŽI OD BOLIDA FORMULE 1, KOJI PREBACUJE „JEDVA“ 340 KM/H. SVEJEDNO, HAMILTON JE PO KRUGU DVADESETAK SEKUNDI BRŽI OD MARQUEZA ZAHVALJUJUĆI AERODINAMICI, KOJA FORMULU 1 MOŽDA „KOČI“ NA UBRZANJU, ALI ZATO JOŠ I VIŠE „UBRZAVA“ NA KOČENJU

PIŠE: TOMISLAV BEŠENIĆ IZVOR PODATAKA: Brembo, FIM, FIA

Kad se Andrea Iannone vratio u boks nakon prošlogodišnjeg trećeg slobodnog treninga u Mugellu, nezadovoljno je klimao glavom silazeći s Pramac Ducatija. Bio je tisućinku sekunde sporiji nego u prvom treningu i potonuo s 4. na 10. poziciju. No, u jednoj je stvari ipak bio na vrhu popisa. S izmjerenim maksimumom od 349,6 km/h bio je najbrži MotoGP vozač ne samo tog treninga ili tog dana, nego cjelokupne povijesti Grand Prix utrka.

Priča o Iannoneovom službenom brzinskom rekordu postaje još fascinantnija kad uzmete u obzir da je tih 349,6 km/h izmjereno osjetno prije same točke kočenja. I tu u igru uskače Brembo, koji ima pristup telemetriji gotovo svih MotoGP momčadi i ne libi se objaviti podatke koji imaju veze s njihovim karbonskim kočnicama.

Dakle, zapravo se na koncu ravnice u Mugellu, mjereno na prednjem kotaču, postiže čak 361 km/h. A čak i to nije apsolutni maksimum budući Brembo, kako ne bi ispalo da odaje podatke o nekom konkretnom vozaču, zapravo objavljuje prosjek maksimalne brzine petorice najbržih motocikala. Znači, nije isključeno da je stvarni maksimum najbržeg vozača u Mugellu, tko god on bio, možda čak i viši od 370 km/h. Istovremeno, Brembo tvrdi da po istim kriterijima bolid Formule 1 svoj brzinski rekord postiže na kraju startno-ciljne ravnice u Monzi, gdje dohvaća „bijednih“ 341 km/h.

No, kolika je stvarna razlika između MotoGP-a i Formule 1? Gledamo li samo maksimalnu brzinu, poprilično velika. Recimo, na kraju najduže ravnice u Austinu, MotoGP motocikli dohvaćaju 360 km/h, a F1 bolid samo 323 km/h, dok na startno-ciljnoj ravnici u Barceloni MotoGP motocikl juri 346 km/h, a Formula 1 postiže 321 km/h. Pritom je još i veća razlika u silovitim ubrzanjima budući MotoGP motocikl za postizanje tih većih brzina ima otprilike 200 metara manje prostora, odnosno, toliko ranije mora početi kočiti od bolida Formule 1.

U čemu je stvar? U mnogočemu, ali, dakako, najviše u aerodinamičnom potisku, odnosno „downforceu“, kojeg u MotoGP-u praktično nema, dok Formula 1 već skoro pola stoljeća „živi“ od velikog prednjeg i stražnjeg krila, koja su, sasvim pojednostavljeno govoreći, postavljena obrnuto nego krila na avionu. Kao takva, umjesto uzgona, koji bi vozilo podizao u zrak, postižu potisak, koji dodatno pritišče i do te mjere „lijepi“ bolid za podlogu da bi, prema uvijek popularnoj urbanoj legendi, bolid Formule 1 teoretski mogao juriti i po plafonu, i to već možda

MotoGP

vs

F1

V4 ili redni 4 cilindra, do 1.000 ccm

Pogonski agregat V6, turbo, do 1.600 ccm + elektromotor >260 KS Maksimalna snaga >600 KS + 163 KS (elektro)

>17.000 okr/min Maksimalan broj okretaja 15.000 okr/min

158 kg Masa bez goriva 702 kg

125/60R16.5 / 190/65R16 (Bridgstone) Gume

245/660-13 / 325/660 (Pirelli)

2 x karbonski disk ø 320 ili 340 mm + stražnji čelični disk Kočnice 4 x karbonski disk ø 278 mm

20 l

Spremnik goriva 100 kg (cca. 130 l) <18 l/100 km Potrošnja (staza Sepang 2014.) <32 l/100 km 361 km/h (Mugello) Najveća brzina (Brembo) 341 km/h (Monza) 1,67 g (Sepang) Najveća sila kočenja (Brembo) 5,80 g (Melbourne)

333 m / 6,4 sek / 1,6 g / 159 KS (Brno) Najduže kočenje (Brembo) 139 m / 2,6 sek / 5,5 g / 3.246 KS (Monza)

pri nekih 100 km/h. No, iz istog je razloga na ravnici F1 bolid sporiji od MotoGP motocikla.

Aerodinamika kao dvosjekli mač

Kvaka je u tome da bolid Formule 1 i uopće nije aerodinamičan u klasičnom smislu te riječi. Naime, zbog tih krila koja osiguravaju potisak, golemih otvora za hlađenje i izloženih kotača, koeficijent otpora zraka iznosi otprilike 0,9, dok se kod normalnog automobila ta brojka kreće oko 0,3. Istovremeno, čeona površina je daleko manja, pa tako u konačnici bolid F1 pruža otprilike jednaki zračni otpor kao i kakav nezgrapan SUV. Ni MotoGP motocikl nije nešto posebno aerodinamičan, dijelom i zbog pravila koja onemogućuju razvoj u tom smjeru, no njegova je čeona površina daleko manja od bolida Formule 1 pa tako u konačnici pruža i značajno manji zračni otpor, zahvaljujući čemu lakše postiže velike brzine.

Da bi najzornije predočili razlike između MotoGP-a i Formule 1 uzet ćemo kao primjer jedan krug na stazi Sepang u Maleziji. Ta je staza zanimljiva zbog toga što za razliku od, primjerice, Barcelone oba prvenstva koriste potpuno istu konfiguraciju kruga, bez dodatnih šikana ili prečica, ali i zbog toga što Sepang ima dobru mješavinu sporih i brzih zavoja te kratkih i dugačkih ravnica.

Krenimo od posljednjeg zavoja. Budući je riječ o oštrom skretanju pod gotovo 180°, bolid Formule 1 treba poprilično usporiti da bi ga savladao i tada gubi dobar dio prednosti kojeg donosi aerodinamični potisak, a čija sila pritiskanja izravno ovisi o brzini. Prema podacima Bremba, MotoGP motocikl će u taj zavoj ući brzinom od nekih 85 km/h, dok će Formula 1, istina, proći s nešto bržih 110 km/h, ali će dobar dio te prednosti izgubiti već do dvije trećine kilometar dugačke startno ciljne ravnine. Naime, motocikl će trebati samo nekih 700 metara da brutalno ubrza do maksimalnih 328 km/h, dok će bolid Formule 1 u istoj točki dostići tek kakvih 310 km/h.

Zbog čega je toliko sporiji? Kad su u pitanju sirova ubrzanja, MotoGP motocikl je u prednosti već i zbog boljeg omjera snage i težine. Dok 800 KS raspoređenih na 770 kg - koliko otprilike teži F1 bolid s vozačem - uopće ne zvuči loše, to je ipak 10% slabiji omjer od kakvih 260 KS raspoređenih na 225 kg, koliko otprilike teži MotoGP motocikl s tim istim vozačem. Fizika je tu neumoljiva, a posebno kod ubrzavanja iznad 200 km/h gdje bolid F1 već ozbiljno koči i „downforce“.

No, to je samo jedna strana medalje. Naime, MotoGP vozač nekih 290 m prije zavoja broj 1 mora aktivirati kočnice želi li tijekom idućih 6,4 sekunde usporiti sa spomenutih 328 na 86 km/h. Istovremeno, pilot Formule 1 će mirno ubrzavati još nekih 180 m i pritom dostići 314 km/h prije nego će morati aktivirati kočnice kako bi u idućih 110 m i manje od 2 sekunde(!) usporio na 81 km/h. Gotovo kao da je udario zid.

Osjetno duži put kočenja izravan je rezultat toga što MotoGP motocikl na kraju te ravnice koči s maksimalnih 1,67 g, dok s druge strane bolid F1 već pukim otpuštanjem gasa usporava silom od otprilike 1 g, zaslugom onog istog „downforcea“ koji mu ograničava maksimalnu brzinu. No, prava dimenzija „downforcea“ odnosi se na to da toliko silovito pritišće F1 bolid na asfalt da ovaj pri velikim brzinama, slikovito rečeno, djeluje kao da je 5 puta teži. A to onda omogućuje doista brutalno aktiviranje 4 debela karbonska diska promjera 278 mm bez da pritom dođe do blokiranja kotača, pa tako maksimalna deklaracija na tom kočenju iznosi skoro 5 g.

Na kočenju se gubi

Nakon startne ravnine slijede dva oštra S zavoja, gdje razlika u brzini prolaska neće biti velika. MotoGP motocikl će u prvom zavoju možda i biti nešto brži, da bi u drugom zavoju Formula 1 držala nekih 80, a MotoGP otprilike 65 km/h. Slijedi dugi desni zavoj broj 3 kojeg bolid prolazi pod punim gasom, s brzinom većom i od 250 km/h, dok je motocikl tu ipak nešto sporiji i nerijetko vidno pro-

MotoGP motocikli su na 5.543 m dugačkoj stazi Sepang nekih 18 sekundi sporiji od bolida Formule 1. Ali su atraktivniji u akciji

KOČNICE

3.000 KS na kočenju

To što će trostruko teži F1 bolid zakočiti na trostruko kraćem putu od MotoGP motocikla, koji i sam brutalno usporava, znači da se pritom oslobađa i golema količina energije. Zapravo, kad okrenemo pilu naopako i uzmemo da je na startno-ciljnoj ravnici bolidu trebalo skoro 900 metara da ga pogonski agregat ubrza od 110 do 314 km/h, a jedva nešto više od 100 metara da gotovo trenutno uspori sa 314 na 81 km/h, onda ispada da su kočnice, prema podacima Bremba, razvijale nevjerojatnih 3.114 KS. Na kraju ravnice u Monzi to se penje na 3.246 KS, što znači da su kod Formule 1 kočnice otprilike 4 puta snažnije od samog pogonskog agregata. Kod motocikla su stvari nešto drugačije. Izostanak „downforcea“ znači da je sila kočenja ograničena čistim mehaničkim trenjem, ali da ne postoji način da se stražnja guma drži priljubljena za podlogu. Tu su i neki drugi razlozi zbog kojih motocikl nužno ponire kod kočenja, pa tako čelični stražnji disk kod većine vozača predstavlja tek ukras, dok sav teret kočenja otpada na usku prednju gumu i dva karbonska diska promjera 320 ili 340 mm. U ovom konkretnom primjeri, diskovi koče s 212 KS, dok u Mugellu govorimo o 245 KS. U usporedbi s Formulom 1, to je naizgled malo, no isto tako ispada da tanka prednja guma u dimenzijama 125/60R16.5 treba podnijeti gotovo jednaki broj konjskih snaga kao i stražnja guma u dimenzijama 190/65R16 u fazi ubrzanja. I pritom vozač još mora oprezno balansirati na prednjem kotaču kako ne bi došlo do prevrtanja, jednako kao što pilot Formule 1, da bi izbjegao blokiranje kotača, mora prilagođavati silu kočenja „downdforceu“, čiji efekt pada zajedno s brzinom. n

Formula 1 je toliko brza zbog specifične aerodinamike koja generira veliki „downforce“, zahvaljujući čemu je bolid „zalijepljen“ za asflat Za razliku od Formule 1, „turistički“ WTTC automobili doista imaju kakve, takve sličnosti sa serijskim automobilima. Na argentinskoj stazi Termas de Rio Hondo su po krugu otprilike 6 sekundi sporiji od MotoGP motocikla

klizava stražnjim krajem. Uglavnom, kad nekih 230 m prije zavoja broj 4. motocikl postigne 280 km/h i počinje usporavati, bolid Formule 1 je već taman negdje započeo skretanje u taj zavoj nakon žestokog kočenja u kojem je u razmaku od samo stotinjak metar spustio brzinu s 290 na 110 km/h.

Pritom će MotoGP motocikl još biti otprilike jednako brz u tom oštrom „lakat“ zavoju, no odmah nakon toga slijedi niz od četiri brza zavoja tijekom kojih će Formula 1 ostvariti ogromnu i nedostižnu prednost. Zavoji 5 i 6 su sa svojom umjereno otvorenom S konfiguracijom dovoljno brzi da se generira veliki „downforce“ koji onda omogućuje neprirodne brzine prolaska kroz zavoj, po kojima se Formula 1 ne može s ničim usporediti. Primjerice, MotoGP motocikl kroz zavoj broj 6 prolazi s manje od 150 km/h, dok F1 bolid tu juri više od 250 km/h. Ta se razlika prenosi i na kratku ravnicu na kraju koje je bolid za 30 km/h na brži, da bi kroz tjeme zavoja broj 7 razlika u brzini bila 40 km/h.

Kroz zavoj broj 8 bolid već juri otprilike 200 km/h, uz bočnu silu od 3 g i konstantno je brži sve do ulaska u najsporiji zavoja broj 9, gdje će MotoGP motocikl ponovo nakratko uhvatiti korak, ali to je premalo i prekasno. Čisto da stavimo stvari u perspektivu, onih nekoliko sekundi zaostatka stvorenih do zavoja broj 4 naraslo je do to mjere da bi u trenutku ulaska MotoGP motocikla u zavoj broj 7, bolid Formule 1 već ubrzavao iz zavoja broj 10.

Ta će razlika još malo rastegnuti u idućem nizu zavoja i dok MotoGP motocikl u speedway stilu izlazi iz zavoja broj 14. na dugački ravni dio, F1 bolid je već izlazi iz posljednjeg zavoja i juri prema ciljnoj crti. U konačnici MotoGP motocikl će na razini cijelog kruga biti otprilike 18 sekundi sporiji, pri čemu kao utjeha može poslužiti podatak da je od toga čak 16 sekundi zaostatka skupljeno na kočenjima.

No, zapravo ne treba tražiti opravdavanja budući brže vrijeme bolida Formule 1 nipošto ne može biti bilo kakav argument u vječnoj raspravi može li automobil biti brži od motocikla. Formula 1 je svijet za sebe, čisti eksperiment koji osim nekoliko općenitih stvari, kao što su 4 kotača ili osnove funkcioniranja četverotaktnog agregata, nema apsolutno nikakve dodirne veze s, primjerice, Opel Corsom. S druge strane, MotoGP motocikl je komponentama od kojih je izrađen, kao i dizajnom, sasvim blizak kakvom serijskom modelu. Razlika je u tek finesama i pokojem milijunu dolara. n