Переход от обычного Н - образного ручного переключения передач к полуавтоматическому последовательному мотоциклетного типа произошел в два этапа.
Традиционно значительное пространство в задней части болида отводилось для механизмов(сложная система тяг и рычагов, которая проходила вокруг двигателя , через топливный бак, выпускную систему двигателя и подвеску), которые передавали перемещения рычага переключения передач к самому механизму переключения передач.
В 1986г Барнард поставил перед исследовательскими отделами Феррари и ФИАТа задачу - создать электрогидравлическую систему переключения передач. Система управления должна быть электрической(электрический сигнал от переключателей, установленных под рулевым колесом), а привод гидравлическим(гидроцилинры).
На практике это выглядело так: небольшой насос установили на распредвал двигателя, в КП были установлены три гидроцилиндра двустороннего действия, которые включали каждый по две передачи, и электромагнитные клапаны, которые управляли подачей масла в конкретный гидроцилиндр. При этом оставили классическую систему фиксаторов, которая обеспечивала включение только одной передачи в КП. В 1987г был испытан опытный образец такой КП с полностью автоматическим переключением передач. Результаты испытаний были положительными, поэтому все усилия были направлены на практическое применение в гонках такой системы для машины сезона1988г Феррари 639 с 3,5л атмосферным двигателем. Однако, в 1988г данная система не появилась, Феррари предпочла другую машину с турбомотором. Только в середине 1989г на машине Феррари 640 появилась эта система.
Преимущества такой системы стали очевидны всем, особенно когда управление КП было снято с плеч пилота и отдано электронной системе управления, и все команды стали развивать эту систему. В процессе развития стало очевидно, что КП мотоциклетного типа, оснащенные электрогидравлической системой управления, соответствует всем требования автоматического и полуавтоматического переключения передач в Ф1. При этом для переключения передач требуется всего лишь один гидроцилинр вместо трех, как у Феррари, и кроме этого не требуется никаких дополнительных предохранительных устройств, исключающих одновременное включение двух передач. Первой такую КП применила команда Вильямс. В настоящее время такая схема КП стала стандартом во всех командах Ф1.
На вилках включения передач выполнены канавки(проточки), которые на отдельных участках имеют форму зигзага, при этом вилки могут перемещаться только линейно. Барабан(цилиндр), на котором установлены вилки, имеет цилиндрические выступы, которые входят в канавки вилок переключения передач. Когда барабан начинает вращаться, какой-либо(но при этом только один) выступ входит в зигзагообразный участок проточки одной вилки, и вилка начинает перемещаться, при этом включается одна передача. При дальнейшем вращение барабана эта передача выключается, а затем включается другая, при дальнейшем вращении барабана выключается и эта передача, а цилиндрический выступ выходит из зигзагообразного участка. Тот же самый процесс повторяется и с другими цилиндрическими выступами. Встречаются также и другие конструктивные варианты исполнения такой системы, на пример, на барабане может быть сделана зигзагообразная проточка, а на вилках установлены цилиндрические выступы, однако, принцип остается тем же. Чтобы лучше понять принцип работы такой КП, нужно разобрать старую КП от мотоцикла.
Привод механизма переключения может быть электрогидравлическим, электропневматическим и электрическим. При сравнении удельных показателей предпочтение отдается электрогидравлическому варианту, вторым идет электропневматический. Хотя современные керамические магниты и могут значительно улучшить показатели электрического привода, его еще никто не применял в Ф1. Пневматический привод по сравнению с гидравлическим не требует установки масляных баков и охладителей, кроме этого, утечка воздуха не станет катастрофой для пилота. Однако, скорость переключения передач пневматическим цилиндром меньше, чем гидравлического, и сравнима по скорости с ручным переключением. В последнее время только Тирелл применял электропневматический привод переключения передач.
Конструкция кулачковых муфт, включающих передачи, претерпела некоторые изменения за последние годы, связанные с необходимостью обеспечивать надежную работу при высоких скоростях переключения. Количество кулачков снизилось с обычных восьми до четырех, размеры кулачков при этом не изменились, свободное пространство было оставлено для облегчения включения, начали применять подрезание кулачков для уменьшения времени выключения передачи под нагрузкой. Гидравлический привод настолько быстро перемещает кулачковую муфту при включении передачи, что небольшая не синхронность скоростей валов может быть допустима, если имеется достаточно свободного места между кулачками, поэтому никаких дополнительных синхронизаторов в КП не применяется.
Ограничения Если бы не было никаких ограничений со стороны ФИА, то система управления КП автоматически бы переключала передачи в зависимости от частоты вращения двигателя, изменения скорости движения и положения машины на конкретном участке трассы. Однако, в правилах записано, что переключение передач может быть выполнено только по сигналу от пилота, как при ручном переключении.
Если система управления посчитает, что переключение на пониженную передачу вызовет превышение допустимой частоты вращения вала двигателя, то она может не переключать передачу. По повторному требованию пилота о понижении передачи компьютер должен обязательно переключить передачу, даже если лимит частоты вращения будет превышен. Длительное время держать переключатель для понижения передачи пилоту запрещено, данное нарушение может быть выявлено при анализе данных в памяти системы управления или с помощью видеокамер, установленных на болиде.
Переключение через несколько передач, используя одну кнопку, разрешено. При таком переключение пилот должен быть особенно осторожен, потому что если лимит частоты вращения может быть превышен, то переключение не произойдет, и он может подойти к повороту, который проходится на второй передаче, со включенной в КП шестой передачей.

Переключение на повышенную передачу

Ручное переключение передач занимает примерно 0,1с. За это время скорость машины падает примерно на 3,5км/ч. На первых полуавтоматических КП переключение занимало примерно 0,04с, сейчас возможно осуществлять переключение за 0,02с.
Переключение на повышенную передачу осуществляется без воздействия на сцепление и при полностью открытой дроссельной заслонке. Для уменьшения частоты вращения двигателя отключают зажигание. Замедление двигателя при отключенном зажигании составляет 30.000об/мин в секунду, поэтому за 0,02с частота вращения двигателя упадет на 600об/мин. Хотя обычно необходимо чтобы она упала на 1500…2500об/мин для равенства частот вращения ведущего и ведомого валов(с учетом передаточного числа). Поэтому при включении передачи имеет место неравенство частот вращения ведущего и ведомого валов(с учетом передаточного числа), и оставшаяся энергия передается от двигателя на колеса. Это хорошо для ускорения машины, но плохо для трансмиссии, создается значительное возмущение, которое, кроме того, может еще нарушить контакт шин с дорогой. Скорость переключения в данном случае - это компромисс между ускорением машины и ее устойчивостью. На низших передачах (обычно переключение происходит в поворотах) скорость переключения уменьшают для более плавного переключения. Переключение на высших передачах(обычно переключение происходит на скоростных прямых) скорость переключения увеличивают для увеличения ускорения. Все эти моменты можно заносить в память компьютера.

Переключение на пониженную передачу

Переключение на пониженную передачу обычно происходит с закрытой дроссельной заслонкой и выключением сцепления для уменьшения нагрузок, действующих на кулачки муфт включения передач. Когда пилот переключается на пониженную передачу, система управления рассчитывает частоту вращения двигателя при включенной пониженной передаче, и если эта частота вращения превышает допустимый предел, то переключения не происходит, пилот информируется об этом. Обычно при торможении большой спешки при переключении на пониженную передачу не требуется. Если на это требуется 0,04 или 0,05с, то поведение машины не изменяется. Двигатель ускоряется более чем 50.000об/мин в секунду, поэтому за 0,04с частота вращения двигателя увеличится на 2000об/мин.
Н Менселл, управляя Вильямсом с ранней полуавтоматической КП, открыл, что в поворот можно входить и без закрытия дроссельной заслонки. Входя в поворот на пятой передаче, он переключался на пятую при уменьшении скорости и при этом не снимал ногу с педали газа. Переключение происходило довольно плавно и не вызывало возмущений в трансмиссии и пятне контакта шин с трассой. Система управления должна быть настроена на выполнение такого переключения, особенно важны ее настройки когда установлена нейтральная передача, а педаль газа утоплена в пол.

Повторы

Продолжительность и последовательность различных действий, которые необходимо выполнить для быстрого и правильного переключения передач, определяются экспериментально и зависят от динамических характеристик датчиков, электронной системы управления, приводов, двигателя и трансмиссии. Один раз правильно настроенные они позволяют большое количество раз переключать передачи пилоту быстро и правильно, однако, как только характеристики какого-нибудь элемента изменятся, начинают происходить пропуски в переключении передач.
Иногда, выступ кулачка муфты попадает на выступ кулачка шестерни, передача не включается. Ритм переключения теряется, и из памяти вызывается алгоритм "повтора". Он включает в себя действия по возвращению КП в нейтральное положение, регулировку частоты вращения двигателя с помощью изменения угла открытия дроссельной заслонки и изменения зажигания(отключения). Все вызовы алгоритма "повтор" заносятся в память и в последующем анализируются инженерами.

Нейтральная передача

Так как между каждой передачей есть нейтральное положение, то пилоту очень легко запутаться, когда он хочет остановиться, особенно если его закрутило. На панели приборов или рулевом колесе специально предусмотрена кнопка, которая включает нейтраль между первой и второй передачами. Правилами установлена возможность маршалам поставить на нейтраль машину. Это делается с помощью аккумулятора, который воздействует на сцепления, выключая его.

Реверс

Отдельный гидроцилиндр и электромагнитный клапан используются для включения реверса, система управления следит за тем, чтобы при этом в КП была установлена нейтраль. Иногда ради упрощения конструкции вместо гидроцилиндра и элмаг клапана используют тросик.

LI 7.05.22