Заменитель третьей педали

2017-04-02, Техника, Николай Корзинов

«Механика или автомат?» — сравнительно недавно этого вопроса было достаточно, чтобы выяснить коробочные предпочтения покупателя. Сегодня всё стало сложнее. Если клиент хочет машину с двумя педалями, консультант в салоне может задать ещё один уточняющий вопрос: «Какой "автомат" желаете?», а затем на выбор предложить четыре разных типа автоматических коробок передач.

География типов трансмиссий

Сила традиций

Если в старом американском фильме водитель не пользуется рычагом переключения передач, будьте уверены — машина с гидромеханической коробкой. Примерно до конца 1980-х годов такая коробка передач была абсолютным монополистом на рынке легковых автомобилей.

Первые гидромеханические «автоматы» появились в США ещё в довоенные годы и были двухступенчатыми. Любители комфорта — американцы — сразу оценили их по достоинству, поэтому новая область производства стала бурно развиваться. Десятилетия разработок сделали гидромеханические коробки действительно совершенными. Так что позиции классического «автомата» до сих пор сильны: из разнообразия представленных на рынке коробок американцы по-прежнему предпочитают старую добрую гидромеханику.

Гидромеханическая трансмиссия состоит из двух основных частей — гидротрансформатора и механической коробки передач. Гидротрансформатор крепится к маховику двигателя. Крутящий момент от двигателя к коробке передач передаётся потоком рабочей жидкости (масла). Сегодня в целях экономии топлива гидротрансформаторы снабжают механизмом блокировки. Па высокой скорости насос и турбина блокируются друг с другом при помощи фрикционного сцепления. Благодаря этому автомобиль начинает расходовать примерно столько же топлива, что и его механический аналог.

Стоит заметить, что именно возможность ощутимого увеличения крутящего момента в гидротрансформаторе сделала возможным применение двухступенчатых «автоматов». На низких скоростях при разгоне или подъёме в гору крутящий момент, подводимый к колёсам, достигает максимального значения за счёт его увеличения в гидротрансформаторе. А на второй, высшей, передаче в коробке скоростей машина могла разогнаться до высокой скорости — гидротрансформатор работал как гидромуфта. Но машины с первыми «автоматами» были прожорливы — особенно при работе на невысоких скоростях. Поэтому в коробках передач, работающих в паре с гидротрансформатором, постепенно стало расти число передач. Сегодня самые передовые гидромеханические коробки делают даже восьмиступенчатыми. Большой набор передаточных чисел позволяет сэкономить до 14% топлива по сравнению со стандартными пятиступенчатыми «автоматами». Ведь чем больше передач, тем чаще двигатель будет работать на режимах с наибольшим КПД а времени на переключения теряется не так много.

Стоит коснуться и устройства самой коробки передач. Главное отличие гидромеханической коробки от обычной механической заключается в том, что передачи в них меняются практически без разрыва потока мощности. Такой алгоритм работы обеспечивается благодаря наличию гидротрансформатора: он гасит сильные рывки при переключениях. Причём если в механике переключения осуществляются за счёт синхронизаторов и блокирующих муфт, то в гидромеханике их роль выполняют фрикционные ленты или фрикционные пакеты, а сама коробка является планетарной. Изменения передаточного отношения в коробке достигаются приведением во вращение одних элементов и фиксацией других.

В первых гидромеханических трансмиссиях системы управления переключением передач были целиком гидравлическими. Сегодня роль гидравлики сведена до уровня исполнительной части системы управления, а задаёт алгоритм работы электроника. Благодаря этому в современных коробках можно реализовать несколько алгоритмов управления — спортивный, экономичный, зимний... В большинстве современных коробок алгоритмы управления адаптируются под манеру езды водителя. Компьютер получает информацию от многочисленных датчиков и в зависимости от этих данных принимает решение о характере переключения передач. Например, если манера вождения спокойная, переключения осуществляются раньше, и за счёт того, что двигатель просто не выводится на мощностные режимы работы, экономится топливо.

Из всего сказанного можно сделать вывод, что классический «автомат» идёт в ногу со временем и постоянно совершенствуется. Это действительно так, но... у гидромеханики есть неисправимый недостаток — повышенный расход топлива. Несмотря на все ухищрения инженеров, гидромеханика по-прежнему остаётся самым высокозатратным автоматом. Именно из-за этого порока она с каждым годом лишается части своих почитателей. Если в Америке позиции гидромеханики по-прежнему сильны, то в Японии ей составил серьёзную конкуренцию вариатор, а в Европе — роботизированная коробка.

Робот: дёшево и сердито

А зачем вообще автомату нужен гидротрансформатор? Раньше конструкторы просто не задавались подобным вопросом. Гидротрансформатор казался единственно возможным решением. Но когда доля электроники на автомобиле существенно возросла, инженеры решили пересмотреть каноны — трансформатор заменили роботизированным сцеплением.

Принцип действия «робота» практически такой же, как у обычной механической коробки передач. Как и у механики, здесь имеется сцепление, которое отсоединяет первичный вал коробки от двигателя при переключении передач, а также набор зубчатых колёс с синхронизаторами, которые блокируют на вторичном валу нужную шестерню.

Единственное отличие в том, что смыканием и размыканием сцепления, а также выбором передач в «роботе» занимаются сервоприводы. Как правило, в этом качестве используется электромотор с редуктором и исполнительным механизмом, но встречаются и гидравлические механизмы.

Командует сервоприводами электронный блок. По его сигналу один сервопривод выключает сцепление, другой перемещает синхронизаторы, включая нужную передачу, а первый затем сцепление плавно включает.

Когда подобные коробки начали появляться на автомобилях (сейчас они чаще всего встречаются на французских моделях), казалось, что в мире автоматов произошла революция. Новая конструкция позволяла одним выстрелом убить двух зайцев. «Роботы» получались дешевле и в производстве и в эксплуатации (за счёт сниженного потребления топлива). Правда, работали они не так плавно, как гидромеханические, однако думалось, что это вопрос времени. Но годы шли, а рывки, возникающие при работе «робота», не исчезали. Сказывалось отсутствие обратной связи по сцеплению. Когда человек сам переключает передачи, он чувствует момент смыкания дисков сцепления и может при необходимости отпустить сцепление быстро, но плавно. Электроника, чтобы избежать рывков и не сжечь сцепление, вынуждена перестраховываться. Поэтому при переключении «робот» надолго разрывает поток мощности от двигателя к колёсам. В итоге при динамичном разгоне хорошо заметны провалы, вызванные тем, что «робот» отпускает сцепление медленнее человека. Ещё один недостаток заметен, когда автомобиль стоит в «пробке» при подъёме в гору. Если на машинах с гидромеханикой достаточно отпустить тормоз и автомобиль легко поедет вверх сам, то «роботу» обычно надо помогать педалью газа.

Вариатор

Клиноременный вариатор — самый распространённый в автомобилестроении. Он состоит из двух шкивов, между которыми зажат клиновый ремень. Каждый из шкивов раздвижной — это и позволяет менять передаточное число в вариаторе. В начале движения ведущий шкив имеет малый радиус, а ведомый — большой: передаточное число наибольшее. На высокой скорости всё наоборот: шкивы как будто поменялись местами.

Единственный способ достичь комфорта при переключениях — сократить их время, а это означает заметное удорожание всей конструкции. С учётом того, что при прочих равных условиях клиенты автосалонов предпочитали уже знакомую им гидромеханику, развитие «роботов» забуксовало. Но как только публика охладела к дешёвым «роботам», в области автоматических коробок передач произошла ещё одна революция. В массовое производство пошли дорогие «роботы» — преселективные автоматы. Они выглядят заметно привлекательней традиционных гидромеханических коробок.

Вариатор

Вместо ремней в своих вариаторах компания «Audi» использует цепь. Немецкий производитель выпускает сравнительно мощные автомобили, а большой крутящий момент эффективнее и надёжнее передаёт цепь, а не ремень.

Трио в масле

Гидротрансформатор состоит из трёх лопастных машин — насосного и турбинного колёс, а также реактора. Насосное колесо жёстко связано с коленчатым валом двигателя, турбинное с первичным валом коробки передач. На многих режимах гидротрансформатор работает как гидромуфта: в этом случае реактор — промежуточное колесо — вращается. Когда же обгонная муфта блокирует вращение реактора, в корпусе аппарата увеличивается скорость потока рабочей жидкости, циркулирующей между колёсами. При этом растёт кинетическая энергия масла, а турбинное колесо начинает развивать больший крутящий момент, чем на¬сосное. Для экономии топлива современные гидротрансформаторы снабжены механизмом блокировки. При движении автомобиля на высокой скорости насос и турбина сцепляются друг с другом при помощи фрикционов. На фотографии: один из новейших гидротрансформа торов известного производителя классических «автоматов» - фирмы ZF.

Гидротрансформатор

Один «Робот» – плохо, два – хорошо

В массовое производство преселективные коробки передач пошли сравнительно недавно с лёгкой руки концерна «Volkswagen». Именно поэтому данный тип коробки часто называют DSG (Direct-Shift Gearbox), хотя это всего лишь, фирменное обозначение агрегата компании «Volkswagen». Подобный агрегат сейчас появился и на автомобилях Volvo — шведы именуют его Powershift, а в ближайшем будущем и другие автопроизводители выведут на рынок свои преселективные коробки.

Преселективная коробка — это фактически два роботизированных трёхступенчатых автомата, объединённых в одном корпусе. Одна коробка заведует включением чётных передач, другая — нечётных. При этом у каждой из них своё многодисковое сцепление. Главной особенностью преселективной коробки является то, что переключение передач в ней происходит практически без разрыва потока мощности и с фантастической скоростью. По данным концерна «Volkswagen» переключение вверх занимает всего 8 мс!

Когда при разгоне машины система управления даёт команду сервоприводам коробки перейти, например, со второй передачи на третью, то в одной коробке с выключенным сцеплением сперва включается третья передача, а затем одновременно с блокировкой дисков её сцепления в другой коробке, где была включена вторая передача, диски сцепления расходятся. В итоге поток мощности от двигателя к колёсам практически не разрывается: в каждый момент времени двигатель и колёса связывает одно из сцеплений с включённой передачей. Как результат машины с преселективными коробками обладают отличной динамикой разгона и низким расходом топлива на всех режимах работы.

На сегодняшний день преселективные коробки стали врагом № 1 для традиционной гидромеханики. Но на ЭТО звание претендует и ещё один хорошо зарекомендовавший себя автомат — вариатор.

Работа для четверых

Преселективная коробка — слаженная команда из двух «руководителей» и двух «исполнителей». При разгоне автомобиля две коробки последовательно включаются в работу по передаче крутящего момента от двигателя к колёсам. «Менеджеры» коробок — два мокрых сцепления — следят за тем, чтобы не было такого момента, когда одновременно «отдыхают» обе коробки. Они буквально перебрасывают поток мощности с одной коробки на другую.

Трансмиссия с двумя сцеплениями

Искусство плавности

Вариатор — очень давнее изобретение. Патент па него был получен в Америке ещё в 1897 году. Но из-за отсутствия износостойких материалов потребовалось 90 лет на то, чтобы он стал массовым продуктом.

Впервые на серийном легковом автомобиле клиноремённый вариатор появился в 1958 году — это был небольшой 20-сильный седан DAF 600. Однако тогда КПД устройства получился низким, оставляла желать лучшего и надёжность. На смену первым вариаторам приходили новые, более совершенные. И если первые вариаторы устанавливали только на машины невысокой мощности (тогда вариаторы были ещё неспособны передавать высокий крутящий момент), то сегодня их можно встретить и на внедорожниках с мощностью двигателей до 250 л.с.

Главное отличие вариатора от других типов «автоматов» в том, что в нём нет фиксированных передач. Вариатор просто непрерывно и плавно изменяет передаточное число в зависимости от условий движения автомобиля.

Существует более десятка различных типов вариаторов. В автомобилестроении на сегодняшний день применяются главным образом два — клиноремённые и тороидальные. У клиноремённого — самого распространённого из вариаторов — есть два шкива. Один связан с коленчатым валом двигателя, другой — с главной передачей. Между шкивами зажат клиновый ремень. Каждый из шкивов выполнен в виде пары конусов, обращенных острыми концами друг к другу. Конусы могут двигаться друг к другу и обратно, меняя рабочий диаметр шкивов. При смене передаточного числа гидравлические или электрические сервоприводы строго синхронно меняют радиус обоих шкивов, в результате чего изменяются крутящий момент на ведомом шкиве и частота его вращения. При трогании с места ведомый вал обретает максимальный рабочий диаметр, а при движении на высокой скорости — минимальный.

На вид устройство выглядит чрезвычайно просто. Но в реальности потребовались огромные усилия, чтобы сделать этот агрегат падёжным и долговечным. Во-первых, ремень. Если оснастить устройство простым ремнём из резины и ткани, который используется на двигателях для привода водяного насоса и генератора, то он едва ли «проживёт» больше 1000 км. Обычно ремень в вариаторах представляет собой набор стальных лент сложного сечения, на которые нанизано большое число тонких поперечных стальных пластинок. Иногда вместо ремня в клиноремённых вариаторах используют пластинчатую стальную цепь. Во-вторых, это сами шкивы. Для их изготовления используют наиболее прочные и износостойкие материалы.

Принципы работы вариатора открывают широкий простор для инженеров, участвующих в их настройке. При желании можно разработать такой алгоритм управления, когда при разгоне двигатель будет работать на одних и тех же оборотах, выдавая максимальную мощность, тогда как вариатор будет плавно уменьшать передаточное число. Так можно добиться наиболее динамичного разгона. Однако «разгонный» алгоритм работы создаёт странные ощущения — непривычно, когда при наборе скорости обороты двигателя остаются постоянными. Поэтому часто вариатор настраивают так, чтобы разгон напоминал ускорение со ступенчатой автоматической коробкой передач. Кроме того, машины с вариаторами порой оборудуют набором стандартных передач — фиксированных значений диаметров шкивов. Водитель может сам переключать передачи, как на обычном «автомате» с возможностью ручного выбора скорости.

Примечательно, что с вариатором машина часто расходует даже меньше топлива, чем автомобиль с механикой. То же самое можно сказать и о динамических показателях машины. При этом вариатор обычно обходится дешевле хорошего гидромеханического «автомата».

Правда, и у вариатора есть свои недостатки. Один из них — сравнительно дорогое обслуживание и ремонт.

Вопрос «Какую автоматическую коробку выбрать?» через полвека станет одной из примет нашего времени. Привычный автомобиль с ДВС грозится уйти на покой, а электромобили и машины на топливных элементах, которые должны придти ему на смену, в «автоматах» не нуждаются: электромотор легко обходится без коробки скоростей. Но пока на дворе период трансмиссионного буйства. Никогда ранее автомобилистам не предлагалось такого разнообразия коробок передач.

Коробка на миллион передач

Японская компания «Subaru» сделала ставку на вариатор. В планах компании к 2010 году каждую модель выпускать в версии с бесступенчатой коробкой. На схеме: вариатор Lineartronic, которым комплектуется новый Subaru Legacy. Это первый в мире вариатор, установленный продольно на полноприводном автомобиле. Вместо ремня, как и на Audi, здесь используется цепь. Любопытно, что вариаторы производитель устанавливает на машины средней мощности (например, на 170 сильный Legacy). Более мощные версии (256 сильный Legacy) продолжают комплектоваться гидромеханическими коробками. Слишком высокий крутящий момент вариатор пока неспособен надёжно передавать в течение длительного времени.

Вариатор

При подготовке этого материала мы обзвонили знакомых владельцев машин с автоматической коробкой передач и поинтересовались, довольны ли они работой своего «автомата». Кроме того, мы почитали мнения об автоматических коробках в блогах, автомобильных конференциях...<

При подготовке этого материала мы обзвонили знакомых владельцев машин с автоматической коробкой передач и поинтересовались, довольны ли они работой своего «автомата». Кроме того, мы почитали мнения об автоматических коробках в блогах, автомобильных конференциях...

Наши ожидания частично оправдались. Большинство владельцев были довольны работой преселективной коробки, а вот среди пользователей гидромеханических коробок, вариаторов и «роботов» не было однозначных мнений. Сказывалось то, что хорошая работа «автомата» зависит не столько от его устройства, сколько от степени технической проработки агрегата, удачности алгоритма и тонкости настроек под конкретный автомобиль. Крайне важно, насколько инженеры смогли «подружить» коробку передач с мотором и с самой машиной. По этой причине водители некоторых моделей автомобилей весьма позитивно отзывались о своих гидромеханике, «роботе» и вариаторе, тогда как владельцы других машин жаловались, что их «автоматы» переключаются долго и не в самый подходящий момент. Примечательно, что в интернете очень много негативных отзывов о «роботах», но, как правило, их пишут не владельцы таких машин, а те, кто раз-другой попробовал прокатиться или «слышал звон». Многие пользователи «роботов» довольны ими. Правда, возможно, это связано с тем, что «робот» для них — первый «автомат». Они просто ещё не знают, что автоматическая коробка может работать лучше. Если при выборе машины вас останавливает только то, что она оснащена нежеланным для вас «роботом», мы рекомендуем всё-таки опробовать машину в движении. Возможно, вам всё понравится.

Любопытное наблюдение: 90% опрошенных не думают, что снова пересядут на механику. Такой вариант рассматривается лишь в случае покупки мощного спортивного автомобиля. Причём опыт езды на «автомате» обычно делает более покладистыми даже самых ярых сторонников механики. Например, один молодой водитель перешёл на вариатор с механической коробки передач, в том числе из-за того, что ему не хотелось выбирать передачи левой рукой (машина была с правым расположением руля). Планировалось, что следующий автомобиль будет с механикой, но он привык к комфорту «автомата». Новый его автомобиль — тоже с вариатором.

Корзинов Н. Заменитель третьей педали. / Николай Корзинов // Наука и жизнь 2009. -- №11. -- с. 54-59.

Другие статьи на подобные темы:
Автомат системы Барнарда
Физический смысл преобразований СТО
Искривленное пространство-время
О действии закона сохранения энергии
Экспериментальное доказательство теории

Чистое будущее

2017-04-30, Техника, Алексей Воробьев-Обухов,

В конце прошлого года, как обычно, открылся автосалон в Лос-Анджелесе. В цитадели американских экологов были не только представлены новые модели авто, но и прошел конкурс дизайнеров-футуристов. Не стесненные финансово-технологическими рамками художники соревновались между собой, воображая автомобильный мир 2030 года.

Подробно


Автомат системы Барнарда

2017-04-04, Техника, Борис Мурадов,

Ясным майским днем 1988 года в окрестностях небольшого городка Балокко на севере Италии вокруг некоего объекта, окруженного глухой оградой, творилось нечто странное. Раскидистые кроны больших деревьев, растущих за пределами огороженной территории, вдруг обросли увесистыми экзотическими «плодами» – папарацци, вооруженными фотокамерами с длиннофокусными объективами, и наводнившие эту местность крепкие секьюрити трудились в поте лица, собирая с деревьев обильный «урожай». А в самый ответственный момент над столь тщательно охраняемым объектом закружил вертолет, в дверном проеме которого расположился еще один незваный гость, увешанный мощными фотообъективами. И машину, которую за несколько секунд до этого выкатили из гаража, тут же закатили обратно. Так отнюдь не во Фьорано, а на одной из ничем не примечательных испытательных трасс концерна FIAT начинались тесты новой Ferrari, оснащенной новым аэродинамическим пакетом и, главное, новейшей и тогда абсолютно уникальной разработкой, которой был присвоен гриф строжайшей секретности, – системой автоматического переключения передач.

Подробно


Коробки передач ZF

2017-04-04, Техника, С. Харитонов,

В 2001 году немецкая фирма по производству зубчатых передач ZF приступила к выпуску трансмиссий с шестискоростной АКПП 6HP26, которые устанавливаются на автомобили BMW седьмой серии.

Подробно


Коробка передач

2017-04-04, Техника, Дмитрий Белабенко,

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к трансмиссии транспортных машин.

Известна планетарная коробка передач автомобиля Renault, содержащая корпус с размещенными в нем входным и выходным валами, установленными соосно. Солнечные зубчатые колеса первого и второго планетарных рядов установлены на входном валу. Водило первого планетарного ряда установлено на входном валу, а водило второго планетарного ряда установлено на выходном валу и соединено с ним. Коронное зубчатое колесо первого планетарного ряда, установлено на водиле второго планетарного ряда и соединено с ним, а коронное зубчатое колесо второго планетарного ряда установлено на водиле первого планетарного ряда и соединено с ним. На водилах первого и второго планетарных рядов установлены сателлиты. Сателлиты первого планетарного ряда входят в зацепление с солнечным и коронным зубчатыми колесами первого планетарного ряда, а сателлиты второго планетарного ряда - с солнечным и коронным зубчатыми колесами второго планетарного ряда. Две фрикционные муфты установлены на входном валу и соединены с ним ведущими полумуфтами, а ведомыми полумуфтами одна - с водилом первого планетарного ряда, вторая - с солнечным зубчатым колесом первого планетарного ряда. Многодисковый фрикционный тормоз соединен с корпусом наружной полумуфтой, а внутренней полумуфтой - с солнечным зубчатым колесом первого планетарного ряда. Два ленточных тормоза охватывают лентами: один - барабан, соединенный с коронным зубчатым колесом второго планетарного ряда, второй - барабан, соединенный с солнечным зубчатым колесом второго планетарного ряда.

Подробно


ГМП Chrysler A500

2017-04-02, Техника, Дмитрий Белабенко,

{Различные модификации ГМП Chrysler A500 имеют обозначения 40RH, 42RH, 42RE, 44RE.}

4-х ступенчатые АКПП Chrysler A500, (с 1994 - 42RE, 44RE) конструктивно родственны трансмиссиям "золотого века" Америки TF6 (A904), которые с 1968 года ставились на заднеприводные авто, и даже когда-то использовались для пикапов Мицубиши.

Подробно


Последнее обновление
  • 2017-11-01
Опрос
Архив
Другие источники
Самые читаемые авторы сайта
Самые интересные статьи
Также читайте на сайте
Контактная информация