11 июня, 8:30

Формула 1 с вариатором и 100 км/ч задним ходом

С чего начались вариаторы и откуда пошли все их победы и беды

© из открытых источников
Согласитесь, заголовок звучит как набор небылиц. Но это не просто исторические факты, а факты, обязанные своим существованием одной конструкции — вариатору. Именно с таких безбашенных возможностей начиналась самая скучная современная трансмиссия. Сегодня вариатор считается дешёвой альтернативой автомату, а в своё время с его помощью собирались выигрывать королевские гонки и многократно побеждали в не совсем королевских. Но начиналось всё куда прозаичнее — своим появлением на свет вариатор обязан… станкам.

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.

>
Reload
1 / 10

Дебютная легковая модель DAF 600 выпускалась с 1959 по 1963 годы и оснащалась исключительно 590-кубовым воздушным «оппозитом»

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

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.

>
Reload
1 / 6

Этот красивый концепт на агрегатной основе модели 55 компания DAF показала на автосалоне в Женеве в 1986 году, но в производство автомобиль не пошёл

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.

>
Reload
1 / 10

В 1969 году в Нидерландах стал популярен ралли-кросс — как более дешёвая альтернатива традиционному ралли. И марке DAF грех было не воспользоваться популярностью своих необычных машинок у гонщиков-частников

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.

>
Reload
1 / 7

В ранних версиях на шасси Alexis (на фото) и Brabham существовала проблема проскальзывания приводных ремней в дождь

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.

>
Reload
1 / 7

Дизайн 4А была спроектирован швейцарцем Жо Макуаром, который до этого работал над чемпионскими прототипами Mclaren и Lotus

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.