Технологии MotoGP в повседневной жизни: что такое квикшифтер, как он работает и сколько стоит

МОТОГОНКИ.РУ, 19 марта 2024 - Технология быстрого переключения передач в КПП мотоцикла вверх стала естественным развитием (эволюцией) дизайна трансмиссий. Сейчас, большинство мотоциклов позволяют переключать передачи вверх без выжима сцепления, просто благодаря конструкции КПП. Но для гонок нужна более моментальная технология переключения передач и вверх, и вниз. А это уже оказалось задачей непростой чисто физически, а решение ее заняло почти десятилетие.

Зачем это нужно

Быстрое переключение передач позволяет экономить время и повышать динамику, как разгона, так и замедления. Не сбрасывая газ и не дергая рычаг сцепления, переключаясь вверх, мы улучшаем динамику разгона; переключаясь вниз, обеспечиваем сложную операцию торможения двигателем, которая зачастую гораздо эффективней обычных тормозов.

Чем быстрее переключение, тем короче разрыв в передаче потока крутящего момента на колесо - ниже риск блокировки и срыва колеса

Переключение вверх без сцепления улучшает динамику разгона примерно на 0.1 секунды, что на круге в 14 поворотов с примерно 30-ю переключениями вверх дает преимущество в 1.1-1.5 секунды. Гораздо важнее в мотоспорте понижение передачи, а при этом на трансмиссию действует комплекс других сил. При переключении передачи происходит разрыв крутящего момента, а при задержке более 0.3 секунды, это может стать слишком большой потерей и даже привести к хайсайду.

Для четкого контроля за скольжением заднего колеса нужно очень четкое переключение передач

Гоночные инженеры искали, как ускорить переключение передач в рамках регламентов FIM, где запрещены любые автоматические улучшайзеры. Квикшифтер стал первым решением, ускорившим прототипы и супербайки сразу до 2 секунд с круга по сравнению с традиционным методом перегазовки - за счет частичной автоматизации переключения.

В чем идея квикшифтера

Когда трансмиссия находится под нагрузкой и передает крутящий момент на колесо, переключить передачу вниз физически невозможно; чтобы сделать это, нужно снять нагрузку с копирного вала. Это можно сделать, выжав сцепление или быстро сбросив и сразу же подняв обороты. Так в прошлом действовали все гонщики, как в Мото Гран-При, так и в Супербайке: в нижней точке этого движения копирный вал разгружен, и если в этот момент нажать на лапку КПП, не важно, вверх или вниз, передача включится без выжимая сцепления. Непостоянство этой уловки стоило больших травм даже самым известным гонщикам. Другим, случайное попадание на «ложную нейтраль» при этом обходилось в потерю Большого Приза.

Общая схема переключателя передач КПП на прототипе MotoGP

Поэтому, инженерам Гран-При пришла идея, как автоматизировать этот процесс, оставаясь в рамках регламента. Их уловка заключалась в пропуске зажигания (для мотоциклов с карбюраторными системами питания в 90-х), что имеет тот же эффект, как краткосрочное снятие нагрузки сцеплением или сбросом "газа". С переходом гоночных болидов на системы впрыска топлива (инжекторы) с блоками управления зажиганием и питанием, идею усовершенствовали, добавив возможность прерывания подачи топлива, что дало аналогичный эффект.

Квикшифтер сегодня - это электронное устройство, которое помогает двигателю и трансмиссии производить переключение передач без сцепления и сброса газа, благодаря прерыванию зажигания или подачи топлива

Технология предполагает наличие сенсора на лапке КПП, который при нажатии на рычаг заставляет ECU пропустить вспышку смеси в камере сгорания. Это имеет такой же эффект, как если бы пилот мгновенно закрыл-открыл дроссельную заслонку, не закрывая ее на самом деле. Тайминг этой паузы настраивается под конкретный мотоцикл, КПП и двигатель.

BMW HP2 Sport (2008)

BMW первыми предложили технологию на гражданский рынок: системой QS из MotoGP оснастили оппозит BMW HP2 Sport 2007 года. Разработанный в Гран-При квикшифтер был сложен и дорог, как и выпускавшийся ограниченным тиражом HP2 Sport. Но инженерам из Мюнхена удалось упростить систему и сделать ее «народной» после внедрения в спорттурист BMW K1300S. Свою систему BMW назвали Gear Shift Assist (GSA) и официально представили в 2010, одновременно с появлением DCT на Honda VFR1200FD. Так, на рынке появились два конкурентных продукта для мототуризма - для тех, кто считает себя "трушным байкером" и тех, кому нужна идеальная плавность.

DCT, Seamless transmission или МКПП с квикшифтером?

Быстрее и плавнее, чем МКПП с квикшифтером, переключать передачи могут только две технологии, появившиеся на десятилетие позже - это прототипная мануальная трансмиссия MotoGP Seamless Transmission (ST) и роботизированный автомат из мира автогонок Dual Clutch Transmission (DCT). Их внедрение пришлось примерно на один и тот же период, но DCT родилась раньше. Если ST была внедрена всеми участниками MotoGP с 2011 по 2014, то первая DCT появилась в 2010 на спорттуристе Honda VFR1200FD, где лапки переключения передач нет вовсе.

История DCT и Seamless Transmission - это история прототипа MotoGP Honda RC212V. Технологию DCT Honda удалось сделать компактной для внедрения в мотоциклы, но она не смогла бы стать частью прототипа MotoGP из-за наличия роботизированной (автоматической) части. Поэтому, HRC обратилась к британской Zeroshift Performance с просьбой создать на базе уже существующей технологии мануальный вариант с переключением передач без разрыва крутящего момента. При этом, Zeroshift обязалась хранить в тайне этот союз, продукт которого позже был представлен как домашняя разработка HRC.

Seamless Transmission Honda RC213V

Seamless transmission идейно близка к DCT, но работает в ручном режиме. Как у DCT, так и в ST одновременно активированы 2 передачи, близкие к задействованной в данный момент, что позволяет переключаться между парами шестерней, вообще не разрывая поток момента, потому что сцепление де-факто подключено все время. В DCT пары шестерней меняет робот, управляемый отдельным от ECU блоком со своими стратегиями и системой «защиты от дурака». Электронный блок ST не вмешивается в работу КПП, но производит действие, без которого невозможно физически произвести переключение без разрыва сцепления - прерывание зажигания - и за это отвечает квикшифтер.

Seamless transmission переключается за 0.012 сек

Оценочная стоимость seamless transmission, разработанной для Honda Racing в 2011 компанией Zeroshift Performance, по некоторым оценкам составляла $300000. Доподлинно известно, что затем Zeroshift создала аналог (по многим аспектам дизайна напоминающим Honda) для прототипа Aprilia RS-GP в 2014, что обошлось Ноале чуть больше 250000 евро и раскрыло связь Zeroshift с проектом HRC.

Honda DCT переключает передачи за 0.008 сек

Стоит новый мотоцикл с DCT примерно на 450000 рублей дороже, чем с такая же модель с МКПП. Даже 10-летние б/у мотоциклы с DCT в среднем на 70000-100000 рублей дороже аналогов с МКПП.

Но купить квикшифтер можно всего за 34000 руб.

Переключаться быстрее с помощью Quickshifter могут все!

Сегодня квикшифтеры можно встретить на любых мотоциклах - круизерах, турерах, нейкедах и рядовых дорожниках, а не только на гоночных мотоциклах.

Aprilia Tuono V4R, BMW R1250RT и R1300RT, BMW S1000RR и M1000RR, Ducati Monster 1200S, Ducati Panigale V4S, Honda CB650R, Husqvarna Vitpilen 701, Kawasaki Ninja S2, Kawasaki ZX-10R, KTM 790 Duke, Triumph Daytona 675R, Yamaha Tracer GT и еще ряд современных дорожных мотоциклов оснащаются квикшифтерами на заводе.

Любой мотоцикл, в КПП которого есть копирный вал (99% мотоциклов) и электронный блок управления зажиганием CDI или блок контроля питания FI, может быть оснащен квикшифтером!

Рассмотрим эту технологию на примере одного из самых массовых «гражданских» квикшифтеров от компании Healtech Electronics - QSE. Его можно установить на большинство инжекторных и карбюраторных мотоциклов, произведенных с конца 1990-х и до наших дней.

Квикшифтер Healtech QSE состоит из сенсора, устанавливаемого на тягу или под болт тяги лапки переключения передач; и связанного с ним автономного контрольного блока, который может прерывать зажигание или подачу топливо на мотоцикле. QSE может подключаться ко всем заводским блокам управления (ECU) с помощью идущей в комплекте проводки. В зависимости от проводки, блок либо влияет на зажигание, либо на питание.

Время, на которое разгружается копирный вал, зависит от оборотов и прописано в таблице тайминга квикшифтера: чем выше обороты, тем короче пропуск, обычно он составляет от 0.07 до 0.14 секунды, что делает провал в кривой крутящего момента едва заметным и не влияющим на езду. Квикшифтер Healtech QSE получает данные об оборотах двигателя с датчика коленчатого вала и на основании этой информации выбирает тайминг прерывания.

Healtech QSE оснащается модулем Wi-Fi (в прошлом работали через Bluetooth) для настройки параметров работы квикшифтера через приложение на Android-смартфоне и iPhone. Базовый сетап автоматически выставляется при первом подключении и запуске «мастера настроек».

Установка датчика КПП QSE на различные типы тяги переключения КПП

Мотогонщикам, четко понимающим, как работает их мотоцикл, важно контролировать конкретные параметры прерывания зажигания для достижения максимальной производительности на треке. В случае если «мастер настроек» не выставил настройки оптимально, можно в ручном режиме отредактировать чувствительность датчика, а так же тайминга пропуска на конкретных оборотах двигателя.

Минимальные обороты, на которых квикшифтер начинает работу, должны вдвое превышать обороты холостого хода, чтобы избегать блокировки двигателя при переключении с нейтрали на 1-ю передачу (например, при трогании с места), что также учтено в базовых настройках QSE от Хилтека.

Трансмиссия мотоцикла в двух словах

Для понимания, что как устроена трансмиссия мотоцикла, приводится ее схема:

Устройство КПП современного мотоцикла

Поршни, двигаясь в цилиндрах, вращают коленчатый вал, соединенный со сцеплением. Сцепление разрывает связь между двигателем и трансмиссией, снимая нагрузку с КПП и привода. Нагрузка со сцепления приходит на первичный вал КПП и через систему шестерней разных диаметров и с разным количеством зубов передается на вторичный вал, который цепью/ремнем или карданным валом связан с задним колесом.

Нажимая на лапку переключения передач, водитель вращает копирный вал. По канавкам в нем двигаются вилки, которые смещают пары шестерней на вторичном валу. При зацеплении с шестернями на первичном валу, происходит зацеп с фиксацией стопорными собачками внутри шестерней. Комбинации шестерней разных диаметров (и вращающихся с разной скоростью) с шестернями на первичном валу и создают передаточное отношение, и эти комбинации мы называем «1 передача», «2 передача», «3 передача» и так далее.

«Квикшифтеры "убивают" КПП» - миф

Сам по себе квикшифтер не производит никаких механических действий, способных повлиять на работу КПП или двигателя, напротив, он только помогает сделать переключение мягче.

Основной износ в КПП получают собачки, фиксирующие 1-ю и 2-ю передачи. Это происходит из-за разницы в оборотах двигателя и высокого крутящего момента, который передается через трансмиссию. При переключении передачи без сцепления, ударная нагрузка на собачки возрастает. При регулярной "грубой" работе КПП это неизбежно, например, при езде в спортивном режиме на картодроме, где скорость движения невысока, но требуется частая работа КПП в диапазоне от 1 до 3-й передачи. Квикшифтер сам по себе никак не влияет на износ собачек, хотя стиль переключения КПП с квикшифтером несколько ускорит этот процесс. Очевидно, что при езде по дорогам общего пользования, где применяются передачи с 3 по 6-ю, негативный эффект нулевой из-за общей плавности работы трансмиссии на средних оборотах. В данном случае, всегда стоит помнить, с какой целью приобретается мотоцикл и детали тюнинга: аксиома проста - чем производительней и быстрее мотоцикл, тем чаще он требует обслуживания и контроля.

Как понять, что квикшифтер работает корректно?

При корректно настроенном квикшифтере, когда тайминг прерывания четко соответствует КПП и двигателю, при переключении коробка не должна попадать в т.н. «фальшивые нейтрали», то есть застревать между передачами или выдавать удары в заднее колесо. Если фальшивых нейтралей нет или они крайне редки, это значит, что квикшифтер можно использовать так же как сцепление. Регулярное выпадение фальш-нейтрали есть признак некорректной (несвоевременной) работы блока, и он требует настройки. Как правило, «мастер настройки» справляется со своей задачей и настраивает квикшифтер автоматически.

Общей рекомендацией является переключение между 1 и 2 передачами со сцеплением, поскольку между ними находится реальная нейтраль.

Также, учитывая, что квикшифтер - это не "автомат", а лапка переключения передач не "кнопка", а механическое устройство, имеющее свой рабочий ход, переключаться вверх и вниз следует с одинаковым усилием и амплитудой.

Требуется ли перегазовка при переключении вниз с квикшифтером («блип»)?

Начиная с 2013 года и появления KTM 1290 Super Adventure, производители оснащают флагманские модели комплексной системой контроля тяги при переключении КПП вниз. Обычно, она включает в себя (помимо квикшифтера) еще и проскальзывающее сцепление, а также функцию автоматического «блипа» (auto blip), которая производит перегазовку в случае низкого показателя тяги и оборотов в момент переключения - для стабилизации уровня крутящего момента. Это возможно только на мотоциклах с системой ride by wire и полностью электронным контролем дросселей: перегазовку за водителя осуществляют сервоприводы. Кстати, у большинства производителей система контроля крутящего момента (traction control, одним из представителей такой системы является ARA от того же Healtech Electronics) работает по тому же принципу, кто и квикшифтер - осуществляет равномерный пропуск зажигания, снижая таким образом уровень тяги. В самых совершенных ECU задействован целый комплекс стратегий по выравниванию потока, в котором задействованы, как методы прерывания зажигания, так и прерывания подачи топлива в инжектор.

На мотоциклах без ride by wire и системы трекшн-контроля, на которых стоит двусторонний квикшифтер, переключение передачи вниз всегда следует производить, прикрывая ручку "газа", но не закрывая ее совсем. В этот момент следует толкать лапку вниз, тогда КПП плавно переключится без блокировки заднего колеса. Контроль за этим - ответственность пилота.

Подробнее о системе Healtech QSE - квикшифтер