Car of the Day

Автомобильный интернет-журнал

.

Автоматические коробки передач: какими они бывают


Автоматические коробки передач: какими они бывают

Прогресс начинается там, где лень говорит человеку, что ему нужно делать.

У всех есть свои недостатки. Автомобильная трансмиссия, до некоторых пор существовавшая только в механическом исполнении, также имела ряд недоработок, затрудняющих повседневную деятельность автомобилистов. В условиях уличного движения в большом городе водителю обычного легкового автомобиля на каждые 100 км пройденного пути приходится 600 — 700 раз выжимать педаль сцепления и около 500 раз переключать передачи. То есть, в среднем одно переключение происходит каждые 30 — 40 секунд. Еще чаще приходится переключать передачи, двигаясь по бездорожью на автомобиле с дизельным двигателем или же водителю городского автобуса с механической трансмиссией. За одну смену последний выключает сцепление и включает/выключает передачи до 2 000 раз! Бедняга, ему бы «автомат»…

Первый «автомат»

Через два года мы вместе с компанией Pontiac (входящей в американский концерн General Motors) сможем отпраздновать 70-летний юбилей первой автоматической трансмиссии Hydra-matic. Она впервые была установлена в 1939 году в автомобиле Oldsmobile Custom 8 Cruiser и за первые 7 лет разошлась по Америке тиражом в 500 000 экземпляров. Через 2 года были проданы еще столько же экземпляров Hydra-matic. С тех пор ни один здравомыслящий американец не может себе представить жизни без бейсбола, хот-дога с кока-колой и, разумеется, автомобиля с «автоматом»…

 

Автоматические коробки передач (далее – АКП) делятся на три основные группы: гидромеханические, вариаторы и роботизированные версии механических коробок передач. Если посмотреть на селектор АКП из салона, то немногие смогут угадать, что именно передает колесам крутящий момент от двигателя. Две педали, селектор под правой рукой (на европейских, леворульных вариантах). Все отличия у трансмиссий находятся внутри…

Гидромеханическая АКП

Или просто «автомат». Такого типа трансмиссии «населяют» большую часть автомобилей с селектором под рукой водителя и двумя педалями у пола. Но не все «автоматы» одинаковы…

Исходя из названия, можно догадаться, что в конструкции гидромеханических трансмиссий используется гидравлическая и механическая части. Первая – гидротрансформатор, вторая – планетарная коробка передач. Плюс, разумеется, – система управления, берущая процесс под свой неусыпный контроль – она является неотъемлемой частью любой уважающей себя автоматической трансмиссии.

Гидротрансформатор имеет три лопастных колеса, находящиеся в замкнутом объеме, заполненном рабочей жидкостью. Ведущее, (или насосное), колесо приводится двигателем. Ведомое, (или турбинное), связано с нагрузкой. Между ними находится неподвижное колесо – реактор. В самом начале разгона, когда насосное колесо вращается существенно быстрее турбинного, неподвижные лопатки реактора «подкручивают» поток масла, позволяя гидротрансформатору плавно и бесступенчато увеличивать крутящий момент на выходе. Естественно, сохраняя неизменными обороты и крутящий момент двигателя. Когда турбинное колесо раскручивается до оборотов насосного (например, когда автомобиль уже набрал скорость), неподвижный реактор создает бесполезное сопротивление — по сравнению с гидромуфтой КПД передачи снижается на несколько процентов. Поэтому реакторное колесо установили на муфте свободного хода. В момент трогания с места или движения в сложных условиях муфта блокируется, а после разгона — расклинивается, и реактор начинает вращаться вместе с насосом и турбиной.

Применяемые в таких «автоматах» планетарные коробки передач получили свое название за шестерни-сателлиты, вращающиеся вокруг центральной (солнечной) шестерни, подобно планетам. Их использование в автоматической трансмиссии обусловлено крайней простотой изменения передаточного отношения: достаточно лишь притормозить тот или иной вращающийся элемент или соединить их между собой посредством специальной фрикционной муфты. Иными словами, планетарная коробка передач служит для дальнейшего изменения крутящего момента. В ней переключения осуществляются путем блокировки элементов передачи между собой или на корпус коробки при помощи тормозов и фрикционных муфт с гидроприводом. Такое решение позволяет переключать передачи без участия водителя, не разрывая поток мощности через коробку при переключениях.

Система управления автоматически включает нужную передачу в зависимости от числа оборотов двигателя, степени и скорости нажатия на педаль «газа». Современные АКП с умной и «высокообразованной» электроникой реализуют возможность как автоматического, так и ручного переключения передач. Для этого селектор АКП переводится в определенное положение, помеченное, как правило, буквами M («Manual») или S («Sport»), и при его перемещении вперед-назад или вправо-влево передачи последовательно переключаются.

Вперед-назад переключаются передачи, в основном, в японских и европейских автомобилях. Но на машинах DaimlerChrysler (например Mercedes A-klasse или Dodge Caliber можно столкнуться с другой схемой переключения: вправо-влево). Вам какой способ ближе?

 В некоторых автоматах блок управления страхует неопытного водителя: если нужно включать очередную передачу, а это не делается, автомат включает ее самостоятельно. В некоторых АКП также можно включить различные режимы («обычный», «комфорт», «спорт», «зимний»). В зависимости от выбранного режима переключение происходит при разных оборотах двигателя.

Шестая, седьмая, восьмая!

Прогресс не стоит на месте. Не успели BMW в 2001 году как следует расхвалить свою разработку – 6-ступенчатую автоматическую трансмиссию, как Mercedes-Benz уже представил миру свой 7-скоростной автомат 7G-Tronic. Но и их радость была недолгой – в 2006 году Lexus презентовал своего флагмана, LS460, вооруженного 8 (восьми!)-ступенчатой АКП! Тяжеленный японский седан с 4.6-литровым мотором и 8-скоростной АКП способен разогнаться до 100 км/ч всего за 5.5 секунд!

Итак, кто сделает 9-ступенчатую коробку?! (Текст написан в 2007 году, не нужно язвить в комментариях :))

Вариатор

Вариаторы или CVT (Continuous Variable Transmission — бесступенчато изменяющаяся трансмиссия) – еще один тип автоматической АКП. Взгляд из салона на селектор коробки или пару педалей вряд ли выдаст именно вариатор. Зато звук мотора, бессменно зависший на высоких оборотах, сделает это куда красноречивей.

Вариаторы бывают нескольких типов, но самый распространенный тип –клиноременные (или клиноцепные). Принцип их действия прост, как поршневой палец:, между парой разрезных шкивов перемещается ремень. Плавное смещение ремня влечет столь же плавное изменение передаточного числа.

Если в обычных трансмиссиях передаточное число меняется путем смены нескольких пар шестерен, то вариатор способен плавно и бесступенчато изменять передаточное отношение — в традиционных клиноременных вариаторах это достигается сдвижением и раздвижением половинок разрезанных вдоль шкивов, между которыми натянут клиновый ремень. Теоретически клиноременный вариатор является идеальной автомобильной трансмиссией — с его помощью можно подобрать оптимальное передаточное отношение в любой момент движения, позволяя двигателю всегда работать в самом выгодном режиме.

Вариаторы часто устанавливаются на альтернативную моторную технику вроде на снегоходов, гидроциклов и квадрициклов. То есть, на транспортные средства с двигателями, не имеющими особенно большого крутящего момента. Какое-то время слабым местом вариаторов был ремень, не выдерживающий больших нагрузок и часто требующий замены. Но в конце 1970-х вместо ремня стали устанавливать толкающую пластинчатую цепь из стальной ленты. Металлические звенья стали рваться гораздо реже, чем ремень, и в результате, количество автомобилей с вариаторами стало ежегодно расти.

Но не все так просто. Как ни странно, с вариатором есть проблема, и она носит психологический характер. Представьте себе: вы прибавляете «газ», стрелка тахометра застывает где-то пусть около 4 000 об/мин и ровное, без рывков и провалов, ускорение с протяжным рокотом уносит автомобиль вперед. Скорость растет, стрелка спидометра и не думает останавливаться, а монотонный звук и не думает менять тональность. Слух тщетно пытается распознать звук меняющейся передачи, но не тут то было – передач-то нет!

В них были замечены вариаторы:

Audi A6

Daewoo Matiz

Dodge Caliber

Honda HR-V

Jeep Compass

Mini One

Mitsubishi Lancer

Nissan Teana

Toyota Corolla

 

Роботизированная «механика»

Как ясно из более чем прозрачного названия, речь идет об обычной механической коробке передач со сцеплением. Только при ее эксплуатации не нужно ни рук, ни ног. Вместо натренированных человеческих конечностей педалью и рычагом управляют гидроцилиндры или соленоиды, а ценные указания им раздает электронный мозг, соединенный с тьмой датчиков.

Такое решение совсем недавно перетекло из светлых голов ученых в головы и руки инженеров, но «роботы» (как сокращено называют такого рода трансмиссии) уже начали бесцеремонно вытеснять классические «автоматы». Ведь подобная система, по определению, не влечет дополнительных потерь мощности, а значит, сохраняет экономичность и динамику автомобиля. А если программа управления написана без ошибок, то такая трансмиссия обеспечит оптимальный разгон, на который способен только профессиональный гонщик. К тому же «механическая основа» позволяет без труда вывести коробку в ручное управление.

DSG или S-Tronic, (как теперь называют эту коробку) по сути является именно роботизированным вариантом механической трансмиссии. Но такая КПП кардинально отличается от остальных «роботов». В ней как бы объединены две такого типа коробки, причем каждая из них имеет свое сцепление. Одна «коробка» отвечает за включение нечетных передач (первой, третьей и пятой), другая   четных (второй, четвертой и шестой). Это позволяет  включить две передачи одновременно! Пока идет разгон на первой передаче, шестерни «второй» уже находятся в зацеплении, но вращаются вхолостую. Когда компьютер определяет время переключения, два гидропривода одновременно отпускают первое сцепление и замыкают второе, передавая момент от двигателя от первой передачи ко второй. Теперь активна уже вторая передача, и коробка заранее вводит в зацепление шестерни следующей – третьей передачи. Затем электроника снова отдаст необходимые распоряжения и коробка, также мастерски манипулируя двумя сцеплениями, плавно «передаст» крутящий момент от второй к третьей. И так далее вплоть до последней, до шестой. Причем одновременно с шестой передачей S-tronic тут же приготовит и пятую передачу – на случай «а вдруг?!». То есть, если обороты двигателя упадут и понадобится больше тяги, чем сможет обеспечить «шестая» Должно пройти всего лишь 0,2 секунды, чтобы слаженная работа двух сцеплений перекинула тягу обратно – с шестой на пятую.

Какой автомат лучше? Попробуем подвести итоги…

       
Тип коробки передач Традиционный «автомат» Роботизированная механика Вариатор
«Плюсы» Нет ограничений передаваемой мощности. Надежность. Плавное переключение передач. Возможность производства на тех же технологических линиях, что и механических КП. Небольшая масса. Экономичность может быть выше, чем у обычной «механики». Точное «дозирование» крутящего момента. Расход топлива ниже, чем с гидромеханической АКП.
«Минусы» Самый низкий КПД, как следствие – более высокий расход топлива и худшие динамические показатели. Необходимость в периодическом обслуживании.

Высокая стоимость разработки и изготовления.

Наименьшая адаптация к изменению нагрузки.

в недорогих моделях встречаются задержки и рывки при переключении.

Передача ограниченного крутящего момента.

Меньшая долговечность из-за проскальзывания клиноременных передач

Психологически непривычный характер работы