Techniek: ‘seamless shift’ versnellingsbak
De Honda-coureurs trokken afgelopen MotoGP-seizoen ononderbroken zwarte strepen en de concurrentie kon er niet om lachen. Ook al levert de geheimzinnige ‘seamless shift’-versnellingsbak maar een paar fracties van een seconde per ronde op, het kan vaak net het verschil maken tussen een overwinning of een tweede plaats. We onthullen het geheim van de slimme Honda-constructie.
Zodra bij een MotoGP-fabrieks-Honda de versnellingsbak wordt gedemonteerd, dan volgt een kleine evacuatie. Monteurs, bandentechnici en veringspecialisten moeten zonder pardon de pitbox verlaten. Slechts een select groepje HRC-ingenieurs is het toegestaan een blik in de versnellingsbak van de RC213V te werpen. En dat terwijl Honda al op 3 februari 2011 de patentaanvraag voor de naadloze versnellingsbak openbaar maakte, inclusief de tekeningen. Je kunt er echter zeker van zijn dat Honda alleen het technische principe vrijgaf. De details van de praktische uitvoering en de bijbehorende elektronische aansturing worden echter beter bewaakt dan de goudvoorraad in Fort Knox. Daarbij is alleen al de mechanische werking van de nieuwe versnellingsbak zo complex, dat we die alleen door de tekeningen en schematische schetsen op de volgende pagina’s begrijpelijk kunnen uitleggen.
Ook al wijzen veel kenners uit de racerij bij het noemen van de Honda-constructie ietwat smalend naar de oude trekspie-schakeling van Zündapp, Sachs en Maico uit de jaren 60 en 70 (zie kader): er zijn goedbeschouwd maar weinig overeenkomsten te ontdekken tussen deze grove bromfietsversnellingsbakken en het mechanische kunstwerkje van Honda.
Om te begrijpen waarom Honda – en daardoor noodgedwongen ook Ducati en Yamaha – van de traditionele klauwengeschakelde versnellingsbak zijn afgestapt, moet je de schakelmomenten in een bruut snelle ronde in een MotoGP-race nauwkeurig analyseren. Het verkorten van de schakelpauze met 0,1 seconde heeft namelijk niet domweg telkens een tijdwinst van 0,1 seconde tot gevolg; je hebt alleen 0,1 seconde geen acceleratie, maar nog steeds wel snelheid! De echte winst zit hem in andere zaken.
Na het harde aanremmen van een bocht – waarbij ook al veel elektronica wordt gebruikt om het zo vloeiend mogelijk te laten verlopen, door het stationair toerental in de juiste mate te verhogen en zo de remmende werking van de motor aan te passen – gooien de MotoGP-coureurs hun monsters in hellingshoeken tot wel 65 graden uit de verticaal. Niet alleen knieën, maar ook ellebogen schrapen over het asfalt en het lijkt bijna alsof ze op dit moment gecontroleerd vallen, om een paar seconden later de motor weer abrupt op te richten om zo vroeg en hard mogelijk weer op het gas te kunnen gaan. In deze fase kun je veel tijd winnen – of verliezen. Hier speelt de naadloos schakelende versnellingsbak een grote rol, aangezien bij het uitkomen van bochten al vanaf een hellingshoek van zo’n 40 graden de maximale acceleratie mogelijk is, doordat het contactvlak van de band met het wegdek dan het grootst is en het zwaartepunt lager ligt (iets waar onlangs door Bosch ook op werd gewezen bij de presentatie van hun stabiliteitscontrolesysteem op de KTM 1190 Adventure!). Als je in die fase een schakelmoment hebt, wordt bij een conventionele versnellingsbak de trekkracht aan het achterwiel even onderbroken; zelfs bij gebruik van een goede quickshifter is dat nog zo’n 0,1 seconde, bij conventioneel gebruik van gas en koppeling duurt het zeker 0,3 seconde voordat het volledige vermogen weer op het achterwiel staat. Deze korte verandering van trekkracht kan de motorfiets uit balans brengen, je lijn verpesten of door een te abrupt inzettende aandrijfkrachtpiek het achterwiel heftig doen uitbreken. Dit wordt verergerd doordat ook de vering op deze verandering van belasting reageert, waarbij de achtervering bij de onderbreking een paar centimeter inveert en bij het inkomen van het vermogen weer abrupt uitveert. Waarom juist zo? Omdat de MotoGP-motoren zoals alle goede sportmotoren zo zijn geconstrueerd dat de achtervering bij acceleratie enigszins uitveert. Dit effect wordt bereikt door de achtervork voldoende steil naar achteren af te laten lopen en de geometrie van de aandrijving (plaats en diameter van het voortandwiel en de diameter van het achtertandwiel) daarop te dimensioneren. Dit effect zorgt ervoor dat de geometrie van de motor constanter blijft, aangezien de voorzijde sowieso uitveert onder acceleratie.
De aandrijfpauze bij de conventionele manier van schakelen heeft natuurlijk ook een kortstondige onderbreking van de achterwieldruk tot gevolg, doordat de dynamische wieldrukverdeling voor-achter zich wijzigt. Daardoor veert de voorvork kortstondig ietwat in. De som van al deze bewegingen en geometriewijzigingen brengt de motor in onrust en verstoort een gelijkmatige, optimale acceleratie. Om de verschillen tussen een conventioneel schakelproces en dat van de naadloze transmissie begrijpelijk te maken, hebben we een fictieve, maar wel op echte data van een 2D-datarecorder gebaseerde grafiek geproduceerd waarin de zich overlappende bewegingen en veranderingen aanschouwelijk worden gemaakt. Deze onrust-momenten kosten niet alleen tijd, maar vreten ook aan de banden en de gemoedsrust van de coureur. Om al deze narigheid te voorkomen, bedachten de Honda-ingenieurs het naadloze schakelen, waarbij daadwerkelijk twee versnellingen tegelijk in aangrijping zijn.
De gecompliceerde HRC-techniek biedt de Honda-coureurs een heel scala aan voordelen. Ten eerste kunnen ze ook in lastige bochtencombinaties met een gerust hart één of twee versnellingen opschakelen, wat de motor gemakkelijker rijdbaar maakt en het verbruik omlaag brengt (MotoGP-coureurs moeten tegenwoordig ook aan zuinig rijden doen!). Bij volle acceleratie uit bochten blijft de bandslip en daarmee de kleine drifthoek constant en voorspelbaar. Hierdoor kunnen de Honda-fabriekscoureurs bij het uitkomen van bochten blijven sturen, ook als het voorwiel door de acceleratie licht wordt opgetild en het contact met het wegdek verliest. De motor blijft met een perfecte drifthoek op zijn lijn en kan door de coureur met het verplaatsen van zijn gewicht in de gewenste richting worden gedirigeerd. De coureurs werken verder de wheelie-neiging tegen door hun bovenlichaam bij acceleratie uit bochten zo laag mogelijk te houden – met name Marc Marquez is daar een meester in – en zo het zwaartepunt op dat moment te verlagen.
De veringspecialisten hebben door de naadloze versnellingsbak ook meer mogelijkheden bij de afstelling, omdat de korte, heftige veerbewegingen tijdens het schakelen nagenoeg zijn geëlimineerd en de vering en demping daarop niet meer hoeven te worden aangepast.
Uiteraard maken de HRC-ingenieurs ook gebruik van het elektronische gashendel, ofwel het ride-by-wire, om het opschakelen nog verder glad te strijken. Tijdens het nu nog ongeveer 0,01 seconde durende schakelmoment wordt het motorvermogen zo aangepast, dat de rijder na het opschakelen – en het daardoor gedaalde toerental en de langere overbrengingsverhouding – precies dezelfde trekkracht aan het achterwiel heeft als daarvoor. Dit kan door de gaskleppen gedurende het schakelproces precies in de daarvoor benodigde stand te zetten, via een programma in de boordcomputer. Zo blijven trekkracht en bandslip identiek en de motor perfect beheersbaar. Deze voordelen hebben de concurrentie danig in de problemen gebracht en genoopt tot het ondernemen van actie – precies waar de GP-racerij voor bedoeld is.
