Формула 1 с вариатором и 100 км/ч задним ходом
© из открытых источников
Основатель фабрики по производству грузовиков DAF, инженер Хуб Ван Доорн со своим братом Вимом засматривался на ременной привод работавших на его заводе промышленных машин — конвейеров и других механизмов. Этот принцип передачи тяги навёл на мысль, что его можно использовать в автомобилях. Предпринимателю хотелось создать народную модель с такой же плавной трансмиссией, как автомат Dynaflow в его роскошном Buick Super 8. В пику трёхпедальному фольксвагеновскому «Жуку». Так появилась идея трансмиссии Variomatic.
Компания DAF началась в 1928 году с мастерской в помещениях действующей пивоварни. Она выпускала погрузочное оборудование и прицепы. В 1932 появилась известная аббревиатура-имя, а к 1940 было налажено производство полноприводных трансмиссий для грузовой и армейской техники. После войны сделали первый собственный грузовик, а в 1958 году и городскую малолитражку
Непопулярность объёмом в миллион
Этот простой и эффективный механизм в 1958 году стал первым в мире вариатором, установленным в серийный автомобиль — двухдверный седанчик DAF 600. Точнее, саму машину фактически установили на трансмиссию! Несмотря на то, что версии с более привычной европейцам «механикой» не было вовсе, автомобиль и его необычная система привода стали весьма успешными. Всего за 32 года присутствия на рынке трансмиссии Variomatic было выпущено более 1 миллиона оборудованных ею машин.
Но несмотря на этот внушительный результат, а также славу DAF как автомобилей, которые проще всего водить, массовой технология в то время так и не стала. Ни один сторонний автопроизводитель не заинтересовался «Вариоматиком», хотя в итоге неутомимый Ван Доорн таки-пробьёт своему изобретению дорогу на массовый рынок.
Но тогда авторитет DAF среди автопроизводителей был недостаточно велик, чтобы те поверили в потенциал ноу-хау. А ещё эта трансмиссия была довольно громоздкой и требовала компоновать автомобиль вокруг себя, а не наоборот — это препятствовало внедрению технологии сторонними производителями. Да и багажник получался небольшим — механизмы съедали изрядную долю пространства в районе пола.
На самом деле, Variomatic на DAF не был первым вариатором в индустрии. Просто эта разработка стала первой коммерчески успешной среди себе подобных. А вообще, похожую идею высказывал ещё гениальный Леонардо да Винчи. Первые автомобили и мотоциклы с подобной трансмиссией стали появляться в начале 20 века, а в середине столетия минимум пара компаний в США занималась аналогичными разработками
Читайте также
В-третьих, масла в огонь подлила ехидная автомобильная пресса, которая не всегда справедливо приписывала технологии то низкую эффективность (по аналогии с обычными автоматами, в гидротрансформаторах которых растворялось немало мощности), то слабую надёжность (это было так лишь отчасти).
Также журналисты высмеивали манеру работы силовой установки (то самое зависание на оборотах с монотонным звуком двигателя) и слабые динамические качества автомобиля с маломощным мотором. Парадоксально, что ни один из нескольких грандиозных успехов DAF в автогонках так и не поменял пенсионерский имидж марки в глазах потребителей.
Привод ременной чудной
Устроен Variomatic изящно и просто. Двигатель вращает приводной вал через центробежное сцепление (как у карта или мопеда: больше газу — есть контакт). Кардан через коническую передачу под полом в районе заднего сиденья вращает пару шкивов с подвижными наклонными стенками, а те с помощью ремня крутят другую аналогичную пару роликов, соединённых напрямую с колёсами автомобиля. Уже звучит сложно? Тогда смотрите видео под этим абзацем, а потом читайте дальше.
© Идея — как на велосипеде со звёздочками разного диаметра спереди и сзади. Только благодаря системе из подвижных шкивов переменного диаметра передаточное отношение не постоянное, как на велосипеде-фиксе, а постоянно меняется. На этом видео ведущие шкивы находятся дальше, а ведомые — ближе. Обратите внимание на шланги управляющих системой вакуумных линий, подключенных к ведущим шкивам
При наборе оборотов двигателя ведущие шкивы плавно сжимаются, а ведомые — разжимаются. На ведущей паре ремень переходит на больший радиус, а на ведомой — на меньший. Поэтому каждый оборот коленвала вращает колёса всё интенсивнее. Таким образом, чем сильнее раскручивается двигатель, тем выше передаточное число и больше скорость. А чем ниже обороты, тем легче мотору вращать колёса, но с меньшей доступной скоростью — принцип как в обычной коробке передач, только без самих передач. Точнее, с бесконечным количеством таковых — недаром, «ДАФы» получили прозвище «автомобиль со ста передачами».
© Так как ремней два, то обрыв одного из них не обездвиживал автомобиль — он продолжал ехать с приводом на единственное колесо. На этом видео про самую первую модель DAF 600 хорошо заметно, что каждый из ведомых шкивов находится на другом конце полуосей колёс, будучи соединённым с ними зубчатой передачей. Тогда как в более позднем DAF 66 на предыдущем видеоролике несложно увидеть дифференциал
Самое интересное — это привод подвижных стенок шкивов. Всё работает за счёт пневматики: при повышении оборотов мотора меняется давление во впускном коллекторе, и передаваясь по шлангам, оно действует на мембраны в барабанах ведущих шкивов. Давление сжимает конические половинки, и те выталкивают ремень на больший радиус, одновременно его натягивая. Натяжение заставляет ремень уходить на малый радиус на ведомых шкивах, раздвигая их подпружиненные стенки.
© На ранних моделях с «Вариоматиком» (видеоролики выше) трансмиссия не была ничем прикрыта со стороны днища. Производитель утверждал, что снег, вода, гравий и всё остальное, что могло попасть в систему с дороги, мгновенно вытеснялось из привода в процессе его работы. Но на этом позднем «вариомобиле» Volvo 343 уже виден крепёж кожуха-пыльника
Система простая и поэтому достаточно надёжная, но со своими нюансами. Несмотря на то, что клиновые ремни были заявлены как нерастягивающиеся в течение большого пробега, периодически необходимо было регулировать их натяжение. Для этого надо было залезть под машину со стандартным «балонником» и покрутить пару болтов. Также обслуживания требовало центробежное сцепление — по мере износа фрикционных накладок надо было регулировать их зазор.
Гики и гонщики оценили
С конструкцией «Вариоматика» связано немало курьёзных особенностей и приёмов вождения. Во-первых, «ДАФы» были такими медленными, что некоторые владельцы даже ограничивали их скорость 25 километрами в час, что позволяло легально ездить без получения прав. Но одновременно эти малолитражки были королями светофорных спринтов. Машины с механическими коробками передач (в основном 4-ступенчатыми) не имели такого короткого передаточного отношения первой ступени, как DAF в стартовом положении шкивов. Поэтому до первых 30–40 километров в час эти аппараты выпрыгивали шустрее многих более мощных и скоростных моделей.
Во-вторых, по достижении максимальной скорости с помощью нехитрого приёма можно было получить небольшой временный «овербуст». Следовало особым образом плавно отпускать педаль газа, создавая скачок давления во впускном коллекторе и таким образом заставляя находящиеся в крайнем узком положении ведущие шкивы ещё немного сжиматься и кратковременно делать передаточное отношение ещё «длиннее» — при прежних максимальных оборотах двигателя это давало прирост в скорости. Для DAF 600 это был скачок приблизительно с 97 до 110 км/ч.
Следующая «фича» — наличие в салоне тумблера, перекрывавшего вакуумные линии привода ведущих шкивов так, чтобы с ростом оборотов двигателя передаточное отношение оставалось низким. Это позволяло не только взбираться в крутые подъёмы с полной загрузкой, но и использовать интенсивное торможение двигателем. Правда, сложно представить для чего этот приём мог быть нужен в гражданской езде. Но ведь легковые «ДАФы» стали популярны и в различных автоспортивных дисциплинах!
Вот для таких ситуаций была предусмотрена принудительная блокировка низкого передаточного отношения
Правда, в основном в связи с другой особенностью — у ранних Variomatic не было дифференциала, поэтому «гребли» всегда оба колеса, а в поворотах происходило небольшое проскальзывание ремня. При гражданской езде это приводило к ускоренному износу и ремня, и задних шин (особенно в городе с множеством медленных поворотов), но в гонках было преимуществом. Из-за отсутствия дифференциала автомобиль был хорош на снегу и грунте, и в 1968 году на DAF 55 было выиграно Альпийское ралли. А заводская гоночная команда добралась до финиша в марафоне Лондон — Сидней протяжённостью 16 500 км на 17 месте из 100 участников. В честь последнего даже выпустили тюнинг-версию DAF 55 Marathon.
Наконец, ещё одна крутая особенность — задом машины двигались с той же скоростью, что и передом! Ведь задняя передача включалась с помощью зубчатой муфты, просто менявшей направление вращения ведущих шкивов. По крайней мере, эта возможность была на всех ранних моделях — позже производитель оставил для режима заднего хода только ту самую «понижайку», с помощью которой по нажатию кнопки в салоне можно было тормозить двигателем. Очевидно, что ввиду простоты конструкции разблокировать эту возможность обратно можно было в любых гаражах.
Такая сверхспособность вариаторных «ДАФов» привела к их популярности в специфических гонках задним ходом. На момент появления конструкции Ван Доорнов такие соревнования уже существовали в Нидерландах, и в них участвовали на самых разных автомобилях. Неудивительно, что читерские «ДАФы» легко обгоняли менее традиционные машины с одной фиксированной задней передачей (по сути — первой, ведь чтобы ехать задом, надо сначала тронуться). Поэтому вскоре техника DAF была выделена в отдельный класс.
© Вы только посмотрите на это безумие! На фоне всего происходящего в этой нарезке гонки задним ходом даже немного теряются. Но зато хорошо видно, что автомобили DAF выступают в своём моноклассе. Воистину, голландцы — удивительная нация
Вариатор на «формулах» и не только
Вернёмся из раллийных событий немного назад, в 1963 год. Создав достаточно надёжный вариатор для малолитражек, Ван Дорн не успокоился и в обстановке строгой секретности разрабатывал аналогичный агрегат для мощных моторов. Когда прототип был готов, его решили опробовать на гоночном болиде Формулы 3. Для этого выбрали шасси Alexis c 95-сильным двигателем Cosworth объёмом 1 литр и выехали в 1965 году на испытания на автодром Зольдер. Усиленный Variomatic показал себя хорошо и на тестах, и в первой гонке на той же трассе. Несмотря на то, что до финиша тогда не доехали из-за проблем с двигателем.
Потом последовала успешная демонстрация гоночного вариатора в гонке Гран при Монте-Карло, а вскоре конструкцией заинтересовался сам Джек Брэбэм, в сотрудничестве с которым был создан болид Brabham-DAF. И в 66-67 годах у «формулы» без коробки передач пошли подиумы и победы на самых разных европейских трассах! В 1968 году команда DAF перешла на итальянское шасси Tecno, и это был последний год, когда «вариаторная конюшня» выходила на старт Гран при. Ведь испытательные задачи были давно выполнены, а сезон не заладился. Но это был не последний раз, когда бесступенчатая трансмиссия использовалась в конструкции «формул».
© Болид Tecno-DAF на Фестивале Скорости в Гудвуде в 2011 году. Смотреть строго со звуком!
В 1993 году инженеры команды Формулы 1 Williams решили попробовать установить вариатор на болид FW15C. К тому моменту мощности в Королевских гонках крутились вокруг 700 сил, поэтому задача создать достаточно крепкий вариатор была нетривиальной. Но прототип появился и выехал на тесты под управлением Дэвида Култхарда. Но в том же году чиновники FIA приняли поправки к регламенту на следующий сезон, которые фиксировали необходимость иметь в трансмиссии от 4 до 7 фиксированных передач и тем самым исключали возможность использовать вариатор в гонках.
© Посмотрите на 24-летнего Култхарда, тестирующего необычный болид и послушайте, как звучит машина с замершими на разгоне оборотами 760-сильного V10! После заезда пилот отметил, что управление тягой не идеально, но плавность работы силовой установки очень удобна в поворотах. Поговаривали, что экспериментальный болид вёз пару секунд с круга «серийному», который и так на тот момент был быстрее соперников
И даже это не все гоночные подвиги «Вариоматика»! Следующая история ещё более удивительна. В поисках рекламных ходов неутомимый Ван Доорн решил сменить «формулу» на ставшие в Европе очень популярными гонки по подъёму на холм. А так как Голландия — регион с плоским рельефом, то дебютировать решили в Бельгийском чемпионате. Только для этого была создана рабочая группа, как в компании раздался звонок от одного из клиентов. Выступавший в горных гонках на ралликроссовом DAF 555 пилот Жан Луи Хаксе запрашивал у завода более конкурентоспособную технику.
Будет несправедливо не опубликовать в этом рассказе портрет блестящего инноватора Хуберта Ван Доорна. Он родился в семье скоропостижно скончавшегося кузнеца и хотел продолжить отцовское дело. Но на тот момент Хуб был лишь подростком, поэтому пошёл в подмастерья на механический завод под Эйндховеном. Перед тем, как основать свой бизнес, талантливый инженер поработал водителем-механиком сначала у известного доктора, а потом на пивоварне. Хуб Ван Доорн жил с 1900 по 1979 год
И в этот момент в компанию приходит ещё одно обращение — её автоспортивный спонсор Reynolds Tobacco которому принадлежала марка сигарет Camel Filters, заметная на ливреях гоночных машин DAF) предложил вложиться не только деньгами, но и техникой. Ведь табачникам достались два спортпрототипа канадской инжиниринговой компании Huron. Через её лондонский офис фирмы машины были заявлены в британский кольцевой чемпионат, но вскоре фирма разорилась. В компании DAF cнарядили в командировку в Лондон менеджера заводских раллийных проектов, и вскоре тот вернулся с хорошими новостями — к шасси Huron 4A вполне можно было приладить гоночный вариатор.
Болид привезли на континент и успели перестроить к сезону 1972 года. Машина оказалась так эффективна в дисциплине hill climb, что Жан Луи Хаксе выиграл несколько этапов, установил абсолютный рекорд на одном из них и забрал титул по итогам сезона! Добившись успеха, заводчане из DAF закончили с соревнованиями по подъёму на холм и вообще автоспортом. Из прототипа Huron демонтировали силовую установку, чтобы установить её в новый ралликроссовый болид Жана Луи Хаксе, а само чемпионское шасси было продано.
© Интересный момент: если приглядеться, то можно увидеть, как в такт сжимающимся «катушкам» вариатора под действием центробежной силы в том же направлении немного деформируются задние шины
Наши дни
Сегодняшние вариаторы — прямые потомки «Вариоматика» Хуба Ван Доорна. Ведь после сделки DAF c Volvo патенты на конструкцию отошли отдельной компании VDT — Van Doorn Transmissions. В 1986 году она разработала вариатор с металлическим ремнём, который установили на Ford Fiesta и Fiat Uno, а также стали поставлять владеющему Subaru концерну Fuji Heavy Industries. Так в 1987 году у Subaru появился полноприводный вариаторный компакт Justy и кеи-кар Rex. К середине 90-х практически все японские производители либо пользовались вариаторами, купленными у Fuji (которая уже владела VDT), либо разработали свои собственные.
В «нулевых» подавляющее большинство крупных автомобильных марок экспериментировало с вариатором. А компания Ван Доорна в 1995 году была куплена корпорацией Bosch и до сих пор существует в виде её трансмиссионного подразделения в городе Лимбург — на родине Хуба Ван Доорна. Именно оно сегодня поставляет вот такие металлические приводные ремни для большинства автомобилей с вариатором
Нынешние бесступенчатые трансмиссии оснащены гидротрансформаторами и умеют перебирать фиксированные «передачи» (иногда даже с намеренными рывками) — имитируя дискретность классического автомата. Ремень там уже не резиновый, а из металлических звеньев, а иногда вместо него используется специальная цепь. Наиболее крепкие вариаторы сегодня устанавливаются на автомобили с моторами под 300 л.с. (а иногда и больше) и служат достаточно долго. Хотя в целом эта трансмиссия остаётся прерогативой недорогих экономичных автомобилей, а также разной мелкой моторной техники — от газонокосилок до снегоходов. /m