Ağır kamyonlarda otomatikleşmiş (robotize) manuel şanzımanlar

Bugün Avrupa’da bir ağır çekici sipariş ettiğinizde şanzıman kararı büyük ölçüde sizin yerinize verilmiş olur. Volvo, FH, FM ve FMX’in tamamında I-Shift’i standart olarak sunar. Actros L, Mercedes’in kendi senkronize olmayan otomatikleştirilmiş manuel şanzımanıyla; TGX, TipMatic ile; DAF XG+, ZF TraXon ile; Scania S-series ise Opticruise ile gelir. Manuel şanzıman yasaklanmadı; rekabette geride kaldı. Onun yerini alan şeyi doğru adlandırmak önemlidir, çünkü “otomatik” sözcüğü ekonomisi farklı, bambaşka bir makineyi tanımlar.

Otomatikleştirilmiş manuel şanzıman aslında nedir

AMT, sürücünün devre dışı bırakıldığı bir manuel şanzımandır. Dişli takımları, şaftlar ve tırnaklı kavramalar (dog clutch) manuel bir şanzımandakilerle aynıdır. Tork konvertörü, planet dişli takımı ya da hidrolik güç yolu yoktur. Eklenen şey tahrik düzeneğidir (actuation) — vites çatallarında ve debriyajda pnömatik ya da elektrikli aktüatörler — ve ne zaman vites değiştirileceğine karar veren bir kontrol ünitesidir.

Vites değişimi tek başına mekanik bir olay değil, koordineli bir dizi işlemdir: ECU motor torkunu keser, aktüatör mevcut vitesi boşa alır, şanzımanın giriş tarafındaki bir fren, şaftı bir sonraki oran için senkron hıza getirir ve vites takılır. Ana debriyaj, kalkışta ve manevrada kullanılır; araç hareket halindeyken vites değişimlerinin çoğu ona dokunulmadan gerçekleşir.

Uzun mesafe taşımacılığında AMT’nin tork konvertörlü otomatiğin önüne geçmesinin — tersi değil — nedeni bu mimaridir. ZF, 12 vitesli ağır hizmet tipi AMT’si TraXon için %99,7 şanzıman verimliliği ve kilogram başına 12,83 Nm tork yoğunluğu beyan etmektedir; şirket 2023 yılında toplam üretimde bir milyon üniteyi geçmiştir. Tork konvertörü doğrudan mekanik bir güç yoluyla boy ölçüşemez; çalışma ömrünün büyük bölümünü en yüksek viteste geçiren bir kamyonda da en yüksek vitesteki verimlilik tartışmanın tamamıdır. Tork konvertörlü otomatikler, kalkış davranışının ve düşük hızdaki kontrolün yakıttan daha önemli olduğu yerlerde varlığını sürdürür: çöp toplama, itfaiye araçları, havalimanı yer hizmet ekipmanları. Bir model gamının tamamına da hâkim olabilirler; en açık örnek Iveco Eurocargo’dur — güncel broşürleri manuel şanzımanlar, sekiz vitesli bir ZF otomatik ve altı vitesli bir Allison otomatik sunar, otomatikleştirilmiş bir şanzımandan ise hiç söz etmez. Bir otokarda ise iki cevap yan yana sunulabilir: MAN, Lion’s Coach modelini 12 vitesli otomatikleştirilmiş bir TipMatic Coach ya da altı vitesli bir EcoLife otomatikle sunar; broşürü de otomatiği üç dingilli iki modelde yalnızca 480 hp kademesiyle sınırlar.

Manuel şanzıman neden kaybetti: nedeni konfor değildi

Parasal etkilerine göre kabaca sıralanmış üç gerekçe var.

Birincisi tutarlılıktır. Manuel şanzımanlı bir kamyon, o gün direksiyonda oturan sürücü ne kadar yakıt ekonomisi sağlayabiliyorsa onu verir; bir filodaki en iyi ile en kötü sürücü arasındaki fark da bu sınıftaki herhangi iki kamyonun teknik özellikleri arasındaki farktan büyüktür. Bir AMT ise yağmurlu bir pazartesi de iyi bir günde olduğu gibi vites değiştirir.

İkincisi aktarma organlarının korunmasıdır. Kontrol ünitesi, motoru aşırı devirlendirecek ya da aktarma organlarına darbe yükü bindirecek bir oranı seçmez; kamyonu yokuşta tutmak için debriyajı kaydırmaz. Ağır bir katarda aktarma organlarının ömrünü, toplam kilometreden çok yokuşta nasıl kalkış yapıldığı belirler.

Üçüncüsü işgücüdür. Vites değiştirme becerisi gerektirmeyen bir kamyon, onu yasal olarak ve yetkinlikle kullanabilecek kişi havuzunu genişletir ve yeni bir sürücüyü üretken hale getirme süresini kısaltır. Sürücü arzının filo büyümesini kısıtladığı yerlerde — Avrupa’da kamyon şoförü açığı yazısındaki boş pozisyon ve emeklilik rakamlarına göre Avrupa’nın büyük bölümü böyledir — bu bir konfor özelliği değildir.

Vites sayısı ve neden on iki

On iki ileri vites Avrupa’daki standart yapılanmadır: ana kutudaki az sayıda oranın bir splitter ve bir range grubuyla çarpılmasıyla elde edilir. Birbirine yakın on iki kademe, ekonomik devir bandı dar olan modern bir dizel motorun dalgalı arazide, aralıkları geniş oranlar arasında zorlanmak ya da aşırı devirlenmek yerine bu bandın içinde kalmasını sağlar. Ağır sınıfların altında vites sayısı üreticiden çok motoru izler: MAN TGL, dört silindirli motorunun ardında altı vitesli bir TipMatic, altı silindirlisinin ardında ise on iki vitesli bir TipMatic taşır; ek oranların gerçekte ne işe yaradığını en açık biçimde bu örnek gösterir.

On ikinin üzerindeki vitesler genellikle ekonomiden çok kalkış yeteneği (startability) kazandırır. Scania’nın ağır hizmet tipi Opticruise şanzımanları — G25, G33 ve G38 — daha düşük bir süper sürünme vitesi ve sekiz adede kadar geri vites dahil olmak üzere 14 vitesli bir oran aralığı sunar, 770 hp’ye kadar motorları kapsar ve standart versiyondan yalnızca beş kilogram daha ağırdır. Volvo’nun sürünme vitesli I-Shift’i aynı işi farklı bir yoldan yapar. Bu ek oranlar, çok ağır bir katarı bir yokuşta harekete geçirmek ve sahada kontrollü şekilde sürünmek içindir — bir otoyolda yakıt tasarrufu yapmak için değil. Ana yollarda 40 ton taşıyorsanız, bu oranlar taşıdığınız ama hiç kullanmadığınız bir ağırlıktır. Çok ağır katarlar için donatılmış bir Scania S-series’te ise bu oranlar yerini hak eder: Scania, ağır hizmet tipi gamı azami katar ağırlığı yüksek zorlu operasyonlar için optimize edilmiş olarak tanımlar; Scania’nın Birleşik Krallık S-series teknik özellikler sayfasında listelenen arka dingil dişlileri, tek tahrikli tek redüksiyonla 78 tona, tandem göbek redüksiyonuyla 210 tona kadar azami yüklü ağırlık ve azami katar ağırlığı taşıyabilir — bunlar dingil dişlisinin kapasiteleridir, kamyonun izin verilen ağırlığı değildir; onu yalnızca aracın plakası verir.

Vites sayısının içinde saklı diğer seçim ise en üst kademede overdrive ile direkt dişli (direct drive) arasındaki tercihtir. Direkt dişli, en yüksek oranda daha verimli olan yoldur; overdrive ise bunun yerine sayısal olarak daha yüksek bir nihai tahrik oranını şanzımanla eşleştirerek aynı toplam redüksiyona ulaşır — o yazıda anlatılan toplam oran ilişkisine dayanan bizim hesabımız. MAN’ın TGS için Birleşik Krallık şasi föyleri tek bir set yerine iki ayrı on iki vitesli oran seti yayımlar: iki 8x4 damperli, 8x4 tridem ve 6x4 kasalı föylerinde 12,92’den 0,77’ye inen bir overdrive set, 4x2 ve 6x2 kasalılar ile çekici föylerinde ise 16,69’dan 1,00’a inen bir direkt dişli set. Ford Trucks aynı karşıtlığı tek bir modelde görünür kılar: F-MAX, Ford’un kendi ürettiği, en üst kademesi overdrive olan on altı vitesli şanzımanı kullanır; kullanım kılavuzu ise bu şanzımanın yerini aldığı direkt dişli on altı vitesli şanzımanın oran tablosunu hâlâ basar.

Kalan kazanımlar öngörüde

Mekanik tartışma büyük ölçüde çözülmüş durumda. Geriye kalan, yolun ileride nasıl seyredeceğini bilmektir.

Mercedes-Benz’in Predictive Powertrain Control sistemi, bir elektronik ufuk (electronic horizon) oluşturmak için GPS konumunu kayıtlı üç boyutlu yol haritalarıyla birleştirir, ardından ileride yer alan eğimlere, tepe noktalarına, viraj yarıçaplarına, hız limitlerine ve kavşak önceliklerine göre yol hızını ve vites seçimini ayarlar. Mercedes’e göre sistem Avrupa’daki kırsal yolların ve ana yolların %95’inden fazlasını tanıyor, sistemi olmayan bir araca göre yüzde beşe kadar yakıt tasarrufu sağlıyor ve şanzımanın EcoRoll serbest sürüş (coasting) modunu sürekli optimize ederek kamyonun inişe hızlanarak girmek yerine kendi momentumunu kullanmasını sağlıyor. Actros L’de bu özellik, zaten yüksek viteste kalmaya göre tasarlanmış aktarma organlarıyla birlikte gelir: üç motor ailesinin tümünde azami tork 1.100 d/dk’da elde edilir. Volvo’nun I-See sistemi ise aynı sonuca harita okumak yerine tekrarlanan seferlerden topografyayı öğrenerek ulaşır.

Bütün bunların manuel bir şanzımanla işe yaramamasının nedeni, bir öngörünün ancak her seferinde ona göre davranan bir şey varsa değer taşımasıdır. Bir tepe noktasında vites düşürmek yerine on ikinci viteste kalmak ya da bir inişten üç yüz metre önce serbest sürüşe (coast) geçmek, sürücünün fark ettiği anlarda değil, her tepe noktasında ve her inişte gerçekleşmek zorundadır.

Çift debriyajlı şanzıman (dual clutch) ve tork kesintisi

Volvo, 2014 yılında ağır kamyonlardaki ilk çift debriyajlı şanzıman olan I-Shift Dual Clutch’ı tanıttı. İki giriş şaftı ve iki debriyaj, mevcut vites hâlâ güç aktarırken bir sonraki vitesin önceden seçilmesine imkân tanır; böylece geçiş, güç ya da tork aktarımında hiçbir kesinti olmadan gerçekleşir. Bu sistem, standart I-Shift’in yanında Volvo FH’de opsiyon olarak sunulmaktadır.

Tork kesintisi en çok dalgalı arazideki ağır katarlarda, uzun eğimlerde yapılan kereste ve tanker taşımacılığında ve hızın sürekli değiştiği dağıtım rotalarında maliyetlidir. Düz ana yollarda 40 tonla yapılan taşımacılıkta ise modern bir tek debriyajlı AMT yeterince hızlı vites değiştirdiğinden tork kesintisindeki fark küçüktür.

Vites değiştirme hızı, gelişimin diğer koludur ve yeni bir mimariden çok kademeli bir mühendislik iyileştirmesidir. Volvo’nun 2022 I-Shift güncellemesi, vites değişimlerinin %30’a kadar daha hızlı olduğunu iddia etti; bu hız artışı daha hassas sensörlerle, daha hızlı bir mikroişlemcide çalışan yeni yazılımla, vites değişiminden önce daha erken tepki vermesi için şanzıman frenine eklenen bir diskle ve vites çatalı, debriyaj ve şanzıman freni tahrikinde azaltılan hava hacmiyle sağlandı.

Şanzıman artık neden bir sertifikasyon kalemi

Üreticilerin şanzıman kayıpları konusunda ondalığın üçüncü basamağına kadar tartışmasının düzenleyici bir nedeni var. AB’de ağır hizmet tipi araçların CO2 değeri bir şasi dinamometresinde ölçülmez; Komisyon’un Araç Enerji Tüketimi Hesaplama Aracı olan ve kullanımı (AB) 2017/2400 sayılı Tüzük ile zorunlu kılınan VECTO ile simüle edilir. Şanzıman sürtünmesi, yuvarlanma direnci, hava direnci, kütleler ve ataletler, yardımcı güç tüketimi ve motor performansının yanı sıra, vites başına beyan edilen tork kayıplarıyla birlikte VECTO’nun girdi parametrelerinden biridir.

Bu durum, şanzıman verimliliğini yalnızca bir satış iddiası olmaktan çıkarıp, üreticinin beyan ettiği filo değerinin karşılaştırıldığı bir sayı hâline getirir. Şanzımanın, kamyon üreticilerinin fiyata göre satın aldığı bir bileşen olmaktan çıkmasının nedeni de budur.

PPC ve I-See gibi öngörülü işlevler aynı donanımın üzerinde yazılım olarak çalışır; kamyon üretilirken sipariş edilmiş ya da edilmemiş olabilirler, şanzımanın kendisi ise her iki durumda da aynı görünür. Bu yüzden şanzıman lehine öne sürülen gerekçe, giderek şasiye cıvatalanan parçadan çok kontrol ünitesinde çalışan yazılıma dayanıyor.