Так уж сложилось, что большинство водителей по-прежнему отдают предпочтение механической коробке передач, считая, что автоматическая еще далека от идеала, имеет ряд недостатков, да и просто не соответствует имиджу мужчины. Ну, кому что нравится, один отдает предпочтение «автомату» другой механике. В данной статье мы не собираемся кого-то в чем-то переубеждать, а просто поговорим о том, какие бывают автоматические коробки передач, чем они друг от друга отличаются и какие у каждой из них преимущества и недостатки.
Немного истории
Ломать голову над тем, как облегчить работу водителя по переключению передач, инженеры начали еще на заре XX века. Первая из известных нам разработок появилась на легендарном Ford T. Переключение передач двухступенчатой планетарной трансмиссии Ford T осуществлялось с помощью двух ножных педалей: одна переключала низшую и высшую передачи; вторая включала задний ход. Затем, уже в середине 1930-х годов, другие американские компании, Reo и General Motors , представили свои версии полуавтоматических трансмиссий. Разработка GM представляла собой планетарный механизм, работой которого управляла гидравлика. Примерно в то же время за создание АКПП взялся и Chrysler , однако его наработки нашли более или менее реальное применение лишь накануне Второй мировой войны, да и назвать их автоматической трансмиссией в современном понимании было нельзя, хотя гидромуфта в ней уже использовалась.
Hydra-Matic - первая по-настоящему автоматическая коробка передач, внедренная в серийное производство
Обратили внимание, что пионерами в области создания автоматической КПП были американцы и только они? Не до конца понятно почему, но именно янки наиболее фанатично относились и продолжают относиться к «автоматам». Найти в США автомобиль с механической коробкой надо еще постараться. А потому и неудивительно, что первую по-настоящему автоматическую трансмиссию разработали и внедрили в серийное производство инженеры General Motors. Уже в 1940 году она была доступна в качестве опции на автомобилях марки Oldsmobile и носила название Hydra-Matic. Конструктивно она представляла собой комбинацию гидромуфты и 4-ступенчатой планетарной коробки передач с автоматическим гидравлическим управлением. Чтобы понимать, насколько значимым для мирового автомобилестроения было появление Hydra-Matic, достаточно сказать, что эту трансмиссию вскоре стали устанавливать на свои автомобили не только американские, но и европейские производители, включая Bentley и Rolls-Royce . Более того, даже Mercedes-Benz свой первый «автомат» разрабатывал на основе Hydra-Matic!
Естественно, путь АКПП был тернист и сопровождался постоянной борьбой с «детскими болезнями», частыми поломками и относительно небольшим сроком службы. Но инженеры не были бы инженерами, если бы не смогли побороть большую часть недугов. Современные автоматические трансмиссии все еще требуют особого к себе отношения, но стали намного более надежными и долговечными, почти сравнялись по расходу топлива с механическими КПП и расплодились, как грибы после дождя. Причем, не только производителей «автоматов» стало больше, но и разновидностей самих коробок уже не одна, и даже не две.
«Автомат» с гидротрансформатором
Такую автоматическую коробку передач называют классической, поскольку появилась она раньше других и до сегодняшнего дня является наиболее распространенной. Принцип ее работы и прост и сложен одновременно. Состоит она из двух самостоятельных узлов - коробки передач и гидротрансмформатора, то есть последний частью КПП не является, а выполняет, по сути, роль сцепления.
Гидротрансформатор состоит из двух лопастных машин – центробежного насоса и центростремительной турбины. Между ними расположен направляющий аппарат – реактор. Насосное колесо жестко связано с коленчатым валом двигателя, турбинное – с валом коробки передач. Реактор же, в зависимости от режима работы, может свободно вращаться, а может быть заблокирован при помощи обгонной муфты.
Классический автомат с гидротрансформатором - наиболее распространенная на сегодняшний день АКПП
Сама коробка передач очень похожа на обычную «механику», за исключением некоторых принципиально важных деталей, обеспечивающих переключение передач практически без разрыва потока мощности и без участия водителя. Очень важным моментом является и то, что жесткой связи между двигателем и коробкой передач нет. Крутящий момент на КПП передается с помощью трансмиссионного масла, циркулирующего под давлением по замкнутому кругу.
За весь алгоритм работы АКПП с гидротрансформатором следит электроника, считывающая и обрабатывающая информацию со множества датчиков. Она-то и решает, когда и как переключать передачи. Если водитель педалирует мягко, переключение передач будет происходить достаточно быстро, чтобы не раскручивать двигатель до высоких оборотов и экономить, тем самым, энергию (топливо). Однако, как только электроника получит сигнал о резком и интенсивном нажатии на педаль акселератора, она тут же переключится в режим, позволяющий раскрыть весь потенциал двигателя. Впрочем, чтобы не вводить электронику в заблуждение и предоставить водителю наиболее оптимальные характеристики работы коробки передач в конкретных условиях, многие производители дают возможность переключаться между заранее запрограммированными режимами, вроде экономичного, спортивного или зимнего.
Нередко автоматические КПП позволяют переходить и в ручной режим переключения передач, либо селектором, либо подрулевыми «лепестками». Впервые такая «фишка» появилась на автомобилях Porsche и получила название Tiptronic. Причем, Tiptronic - это вовсе не тип АКПП, а лишь торговая марка. У каждого производителя она своя (Steptronic у BMW , Autostick у Chrysler и т. д.), но именно Tiptronic стала именем нарицательным по аналогии с Xerox для копировальных аппаратов. И все же, ручное переключение передач в автоматической коробке является не более, чем дополнительным функционалом, не несущим для подавляющего большинства водителей слишком большого смысла. В конце концов, «автомат» покупают не для того, чтобы переключать передачи вручную, да и электроника, в любом случае, не даст водителю полной свободы действий.
Современные автоматы дают широкие возможности в выборе режимов езды, включая возможность ручного переключения передач
К несомненным достоинствам «автомата» с гидротрансформатором, как и любой другой немеханической КПП, можно отнести комфорт. Кроме того, гидротрансформатор является идеальным демпфером крутильных колебаний и способен гасить сильные толчки, которые передаются от двигателя на трансмиссию и наоборот, что благоприятно сказывается на ресурсе и силового агрегата, и трансмиссии, и ходовой части. С другой же стороны, недостатков у такой коробки тоже хватает. Главные из них - относительно небольшой ресурс и невысокий КПД. Последнее обусловлено тем, что полезная энергия расходуется на перелопачивание и нагрев масла гидротрансформатором. Немало энергии отбирает и насос, создающий давление в управляющих магистралях. Все это приводит к повышенному расходу топлива, хотя за последние несколько лет инженерам удалось добиться определенного прогресса и поумерить аппетиты классического «автомата».
Из прочих недостатков АКПП с гидротрансформатором стоит отметить невозможность завести автомобиль «с толкача» и необходимость внимательно следить за состоянием трансмиссионного масла и своевременно менять его (а оно дороже масла для «механики»). Причем, касается это даже так называемых необслуживаемых коробок, которые это самое обслуживание, рано или поздно, но все равно ждет.
Многие водители жалуются, что АКПП с гидротрансформатором слишком задумчива, особенно 4-ступенчатые, и отчасти это правда. Но здесь важно понимать, что производители, порой, нарочно делают коробки не слишком резвыми, дабы оправдать надежды владельца автомобиля по расходу топлива. Подтверждением тому служит хотя бы тот факт, что в автомобилях, где динамика очень важна, современные 6-, 7- и даже 8-ступенчатые «автоматы» с гидротрансформатором демонстрируют великолепную скорость работы. Чего стоит хотя бы ZF 8HP, которая устанавливается на многие модели Audi , BMW, Land Rover , атакие неординарные автомобили, как Bentley Continental GT V8 , Maserati Quattroporte , Jaguar XF ...
Роботизированная КПП
Чтобы понять, как работает роботизированная коробка передач, нужно представить себе обычную «механику». Единственная разница между ними заключается в том, что смыканием/размыканием сцепления и выбором передач в «роботе» занимаются сервоприводы – актуаторы. Чаще всего это шаговый электромотор с редуктором и исполнительным механизмом, но встречаются и гидравлические актуаторы. Управляет ими электронный блок. По команде электроники на переключение первый сервопривод выжимает сцепление, второй перемещает синхронизаторы, включая нужную передачу. Затем первый плавно отпускает сцепление. Вот, собственно, и все.
Роботизированная коробка передач схожа по конструкции с механикой. На иллюстрации - Opel Easytronic
Идеальная, казалось бы, схема - простая, с высоким КПД и меньшим, по сравнению с гидротрансформатором, расходом топлива. Но есть одна загвоздка: чтобы избежать рывков и не издеваться над сцеплением, во время переключения передач «робот» надолго разрывает связь между двигателем и колесами, из-за чего во время разгона возникают неприятные провалы, избавиться от которых можно только одним способом - сократить время переключения. Но как этого добиться? Оказывается, решение было найдено еще до начала Второй мировой войны, когда француз Адольф Кегресс изобрел для Citroen коробку передач с двумя сцеплениями. До производства, правда, дело тогда не дошло, но уже в начале 1980-х идею француза подхватили американцы и немцы. Ну, а в массы «роботы» с двумя сцеплениями ушли с подачи концерна Volkswagen и ее DSG (Direct Shift Gearbox). На ее примере и рассмотрим принцип работы такой коробки. У Porsche, кстати, она называется PDK, у Ford и Volvo - Powershift, у Audi - S-Tronic, у Mercedes-Benz - Speedshift DCT.
В теории все очень просто: у DSG два вторичных вала, с расположенными на них ведомыми шестернями и синхронизаторами, и два первичных вала, вставленных друг в друга по принципу матрешки. Каждый из валов соединяется с двигателем через отдельное многодисковое сцепление. На внешнем первичном валу закреплены шестерни второй, четвертой и шестой передач, на внутреннем - первой, третьей, пятой и заднего хода. Когда включается первая передача, первое сцепление замыкается, передавая крутящий момент через первичный вал на колеса. Одновременно с тем блокируется вторичная шестерня второй передачи, то есть второе сцепление наполовину готово включиться в работу и ждет лишь, когда электроника подаст соответствующий сигнал. И так далее со следующими передачами. За такой принцип работы подобные коробки называют преселективными.
Основное преимущество преселективных «роботов» - скорость переключения передач. У серийной 6-ступенчатой DSG она равна восьми миллисекундам (0,008 сек). Фантастический результат! А если учесть, что коробки с двойным сцеплением комфортнее классического «автомата» и экономичнее «механики» (электроника выбирает оптимальные передачи и, в отличие от водителя, не ленится их переключать), несложно сделать вывод, что долгосрочный успех им обеспечен. Тем более, что инженеры смогли решить большую часть проблем с надежностью, преследовавших первые образцы преселективных роботизированных КПП.
Преселективный робот DSG стал эталоном среди КПП с двумя сцеплениями
Если говорить конкретно о DSG, то стоит, наверное, упомянуть о некоторых особенностях ее работы, подмеченных во время реальной эксплуатации автомобиля с такой коробкой. Например, в моменты, когда возникает необходимость резко ускориться и искусственный интеллект «робота», по идее, должен оперативно отреагировать на интенсивное нажатие на акселератор понижением передачи, DSG на некоторое время «зависает», думает и только потом делает то, что должна. Но еще менее приятные впечатления DSG оставляет в тянучках, когда автомобиль движется с небольшой скоростью и ритм этого движения рваный. В такие моменты «робот» явно подвергается насилию над собой, о чем говорит скрежет из коробки и нервные подергивания автомобиля. Естественно, поломкам в такие минуты DSG подвержена наиболее сильно.
Одно время считалось, что «роботы» с двумя сцеплениями не способны передавать большой крутящий момент, а потому сфера их применения ограничена лишь гражданскими легковыми автомобилями. Однако компания Ricardo доказала обратное, разработав аналог DSG для 1000-сильного купе Bugatti Veyron и сняв тем самым все вопросы.
Вариатор
Хотите верьте, хотите нет, но вариатор – старейшее после колеса изобретение, используемое в автомобиле. Говорят, Леонардо да Винчи нарисовал вариатор еще в 1490 году, однако в реальный механизм, получивший соответствующий патент, бесступенчатая трансмиссия превратилась в конце XIX века.
Оказавшись невостребованной, идея пролежала без дела до 1958 года, пока один из основателей фирмы DAF Хуб Ван Дорн не представил на автомобильной выставке в Амстердаме малолитражку DAF 600 или A-Type, как ее еще называют (не удивляйтесь, в те времена DAF производила не только грузовики, но и легковые автомобили). То был ничем не примечательный малыш, за исключением одного – революционной на то время бесступенчатой трансмиссии CVT (Continuously Variable Transmission). Откровенно говоря, в вариатор тогда мало кто поверил, однако Ван Дорн сдаваться не планировал. Голландец счел, что лучшим способом продемонстрировать скептикам их неправоту будет участие автомобилей с CVT в соревнованиях. Сначала DAF 600 гонялся по раллийным трасам, потом волею случая CVT опробовали на шасси Brabham Формулы-3… Увы, очень скоро выяснилось, что вариатор несовместим с мощными двигателями, а потому путь в большой автоспорт ему был заказан. В 1975 году, правда, сам Энцо Феррари заинтересовался бесступенчатой трансмиссией, но позже принял решение закрыть проект и перебросить силы на разработку двигателя с турбонаддувом. А лебединая песня вариатора в автоспорте прозвучала в 1993 году: после того, как команда Williams Формулы-1 испытала автомобиль с CVT и добилась весьма неплохих результатов, Международная автомобильная федерация строго-настрого запретила использование бесступенчатых трансмиссий в большом спорте.
DAF 600 - первый серийный автомобиль, оснащенный вариатором
Случайно или нет, но именно в 1990-е вариатор начал свое вхождение в массовый автопром и продолжает этот путь, по сей день. Более того, инженерам уже частично удалось решить проблему совместимости с мощными двигателями. Во всяком случае, сейчас CVT успешно работает с моторами, отдача которых значительно превышает отметку 200 л. с. То ли еще будет!
Вариаторы бывают разных типов - клиноременные, цепные и даже тороидальные. Наибольшее распространение получил клиноременной, поэтому принцип работы бесступенчатой трансмиссии мы будем рассматривать именно на его примере. А принцип этот предельно прост. Клиноременной вариатор состоит из двух шкивов, между которыми натянут ремень. Каждый из шкивов, в свою очередь, состоит из двух конусов, обращенных острыми концами друг к другу. Конусы могут сдвигаться и раздвигаться, меняя рабочий диаметр, по которому движется ремень. При сближении конусов ремень выталкивается, то есть движется по большему диаметру, а при отдалении - по меньшему. В результате выполняется главная задача – плавное изменение передаточного отношения без необходимости каких-либо физических переключений.
В силу особенностей своей конструкции, вариатор не может обеспечить реверсивного движения, поэтому для движения автомобиля задним ходом в CVT применяются дополнительные механизмы. Например, планетарный редуктор.
Теоретически, вариатор - идеальная трансмиссия. На практике же она обладает серьезными недостатками
За то, как работает вариатор, отвечает вездесущая электроника. В ее ведомстве находится и управление передачами. Да-да, есть и такие вариаторы, но, как мы понимаем, передачи эти исключительно виртуальные, запрограммированные инженерами для решения конкретных задач, напрямую связанных с характеристиками двигателя и общим предназначением автомобиля.
Идеальная плавность хода, умеренный аппетит и сопоставимая с классическим «автоматом» цена - вот главные достоинства вариатора. Однако все они поставлены под серьезную угрозу недостатками CVT, которые до сих пор мешают бесступенчатой трансмиссии претендовать на лидерство среди «автоматов». В первую очередь это недешевое обслуживание и ремонт. Вариатор требует замены специального (а потому и дорогого) трансмиссионного масла каждые 40-50 тысяч километров, а каждые 100-150 тысяч километров может требоваться замена ремня. Кроме того, нужно знать, что автомобиль с вариатором можно буксировать только с работающим двигателем (лишь в этом случае создается необходимое давление для обеспечения смазки и надежного зацепления ремня со шкивами), либо методом частичной или полной погрузки.
Впрочем, сложности с буксировкой возникают и у автомобилей с классической АКПП. Если эвакуатор по каким-то причине не приехал, а отбуксировать автомобиль надо, достаточно придерживаться нескольких простых правил:
Буксируйте автомобиль с заведенным двигателем;
держите скорость не выше 40 км/час;
за один раз старайтесь не проезжать больше 40-50 км;
делайте остановки на 15-20 мин после каждых 40 км.
Послесловие
У каждой из автоматических коробок передач есть свои характерные достоинства и недостатки. Впрочем, с течением времени и развитием технологий проблемы с «автоматами» становятся все менее явными. Идеальным не может быть ни один механизм, но приблизиться к заветной цели инженеры стремились всегда, и будут стремиться дальше. Кто знает, возможно, в будущем появятся альтернативные конструкции АКПП – надежные, экономичные и недорогие – и им будет суждено вытеснить коробки, о которых мы говорили в этой статье.
Какая-же из существующих ныне автоматических трансмиссией все-таки лучше? Увы, однозначно ответить на этот вопрос нельзя, но, если проследить за тенденциями в автоиндустрии, несложно заметить, что самыми перспективными производители считают роботизированные КПП с двумя сцеплениями. Вариаторы занимают вторую позицию, а классические «автоматы», судя по всему, свое отживают, а потому и развиваются не очень активно.
Но, мы полагаем, что выбирать трансмиссию следует также исходя из класса автомобиля и того, кто и сколько будет на нем ездить. Если Вы предпочитаете спокойный стиль вождения, то Вас утроит и классический «автомат», а если любите быструю и агрессивную езду – советуем обратить внимание на преселективные коробки. В спортивном режиме их «скорострельность» может соперничать со скоростью заправского автогонщика. А для малолитражки как раз впору придется обычный «робот» или вариатор.
Первый отечественный «автомат» появился в ноябре 1958 года на лимузине высшего класса ЗИЛ-111. На этот автомобиль устанавливалась автоматическая гидромеханическая трансмиссия. Возглавлял этот проект конструктор Андрей Николаевич Островцев. Опытные образцы были созданы ещё в начале 1956 года (ЗИС-111 «Москва“) и представляли собой очередную вариацию на тему американского Packard. В июне 1956 года ЗИС (Завод Имени Сталина) был переименован в ЗИЛ (Завод Имени Лихачёва), поэтому модель c АКПП пошла в серию под маркой ЗИЛ.В 1960 годах автоматическая коробка передач серийно устанавливалась так-же на Волгу ГАЗ-21. Однако это была небольшая партия и в свободную продажу 21-я Волга с «автоматом» не поступала. Сама АКПП была британского производства. В современной России серийно
автоматической коробкой (в качестве опции) комплектуется ВАЗовская Lada Granta. На нёё устанавливается японский четырёх-ступенчатый автомат фирмы Jatco. Чуть позже на Лада Гранта стали устанавливать гибрид вазовской КПП и модуля АКПП немецкой фирмы ZF, а японским Jatco стали комплектовать Datsun Mi-DO (этот автомобиль создан на базе Лада Калина)
Посредством двух педалей в планетарной трансмиссии Ford T, состоявшей из двух ступеней, переключались передачи(одна педаль включала высшую и низшую передачу, а вторая задний ход), а для того чтобы делать это плавно и своевременно нужны были определенные навыки. Но все же они уже тогда существенно упрощали работу, тем более по сравнению с применяемыми тогда традиционными коробками без синхронизаторов.
Последующее направление разработок в этой области, включало в себя работы по созданию трансмиссий-полуавтоматов, в которых частично было автоматизированно переключение передач, в последствии из всего этого появилась АКПП в том виде в каком мы ее знаем. Так, к примеру, две фирмы в Америке (General Motors и Reo)в тридцатых годах прошлого века буквально в одно время представили разработки трансмиссий-полуавтоматов. Стоит отметить разработку General Motors как наиболее интересную, так как в ней (как и современных АКПП) был использован планетарный механизм управляемый гидравликой с учетом скорости автомобиля. Минусом таких конструкций была их абсолютная ненадежность, к тому же они при переключении передач для временного отключения трансмиссии от двигателя продолжали использовать сцепление.
В третьей линии разработок в трансмиссию был внедрен гидравлический элемент. Несомненным лидером в этом направлении стала компания Chrysler. Хотя разработки начались в тридцатых годах, повсеместное применение такой трансмиссии на своих автомобилях фирма начала только в пред- и послевоенные годы. Отличительной особенностью этой конструкции была не только гидромуфта, которая в дальнейшем была заменена гидротрансформатором, как же к особенностям можно отнести овердрайв(передаточное число повышающей передачи меньше единицы) автоматически включающийся, который параллельно работал с обычной двухступенчатой мех. коробкой. Так заявленный производителем полуавтомат — фактически был обычной механикой с овердрайвом и гидравлическим элементом.
Имела она обозначение М4 (Vacamatic или Simplimatic — это коммерческие обозначения довоенного периода) а также М6 (Presto-Matic , Fluidmatic , Tip-Toe Shift , Gyro-Torque и Gyro-Matic — коммерческие обозначения послевоенного периода) в начале это был симбиоз из трех агрегатов — традиционной двухступенчатой коробки-механики, гидромуфты и включающегося автоматически овердрайва (с вакуумным приводом на М4 и электрическим на М6).
У каждого блока такой трансмиссии свое назначение:
Трогание с места делает более мягким гидромуфта, она позволяет, не выключая сцепления или передачи, остановится «бросив сцепление». Со временем ее заменили более функциональным гилротрансформатором, он более улучшал автомобильную динамику и увеличивал крутящий момент в отличии от гидромуфты, которая динамику разгона ухудшала.
За выбор режима рабочего диапазона трансмиссии в целом отвечала механическая коробка переключения передач. Таких диапазонов было три — верхний(High), нижний(Low) и заднего хода(Reverse). У каждого из этих диапазонов было по две передачи.
При превышении автомобилем заданной скорости в работу автоматически включался овердрайв, внутри действующего диапазона переключая передачи.
Рычаг, которым производилось переключение диапазонов работы, располагался на рулевой колонке. Позднее такие переключатели как бы имитировали АКПП и даже могли иметь квадрант-указатель диапазона у рычага, но сам процесс переключения передач остался неизменным. Имеющаяся педаль сцепления была окрашена в красный цвет, так как предназначалась только лишь для выбора диапазона. Начинать движение при обычных дорожных условиях было рекомендовано в High-диапазоне, т. е. На второй ступени МКПП двухступенчатой и третьей передаче трансмиссии — это делать позволяли многолитровые шести-, а также восьмицилиндровые двигатели Chrysler с их высоким крутящим моментом. При движении по грязевым участкам, а также при подъеме начинать движение необходимо было с первой передачи, т. е. В диапазоне Low.
По превышению определенной скорости путем автоматического включения овердрайва производилось переключение на вторую передачу, при этом сама МКПП при этом оставалась на первой передаче. Переключаясь по необходимости в верхний диапазон, зачастую включалась четвертая передача (это связанно с тем, что овердрайв включен был для получения второй передачи) — передаточное значение она имела 1:1. При практическом вождении перебрать все из четырех передач было фактически нереально, при этом формально трансмиссия считалась четырехступенчатой. Две передачи включал в себя и задний диапазон и включался, как правило, после полной остановки машины. Езда на автомобиле с такой трансмиссией для водителя была сходна с ездой на автомобиле с двухступенчатой АКПП, разница заключается в том что при переключениях задействуется педаль сцепления.
Такая трансмиссия в сороковых — пятидесятых годах прошлого столетия устанавливалась на заводе в виде опции на крайслеровские автомобили во всех их подразделениях. После того как появились автоматические двухступенчатые коробки , а также трехступенчатые автоматы TorqueFlite , полуавтоматы Fluid-Drive , мешающие продажам полностью автоматических кпп, пришлось с производства убрать. Последней маркой автомобиля корпорации «Крайслер», на которую была установлена трансмиссия, был «Плимут» в одна тысяча девятьсот пятьдесят четвертом году. На деле же эта трансмиссия стала своеобразным переходным звеном от обычной «механики» к гидродинамическим автоматическим коробкам переключения передач и была для их технических решений своеобразной «обкаткой», которая использовалась и в дальнейшем.
Существовавшая также в сороковых годах прошлого века трансмиссия состоящая из трех ступеней и обозначалась как — Slushomatic, первая передача здесь была обычной, вторая же передача была частью единого диапазона вместе с включающейся автоматически третьей. Однако, фирмой, которая первая создала полностью автоматическую коробку переключения передач, был General Motors. В одна тысяча девятьсот сороковом году такая АКПП стала доступной опционально на машинах марки Oldsmobile, спустя время на — Cadillac, а еще позднее на — Pontiac. Ее коммерческое обозначение было — Hydra-Matic, это была комбинация из автоматически гидровлически управляемой планетарной коробки передач с тремя ступенями и гидромуфты. Приплюсовав сюда и задний ход такую трансмиссию можно было считать четырехступенчатой. Скорость автомобиля и положение дроссельной заслонки учитываются системой управления трансмиссией. АКП Hydra-Matic помимо автомобилей фирмы GM также использовались такими фирмами как — Rolls-Royse, Bentley, Nash, Hudson и Kaiser, применялась она и в военной технике. В период с одна тысяча девятьсот пятидесятого года по одна тысяча девятьсот пятьдесят четвертый год трансмиссия Hydra-Matic использовалась в автомобилях Lincoln. По прошествии времени фирма Mersedes-Benz осуществила разработку на основе трансмиссии Hydra-Matic свою четырехступенчатую коробку-автомат, имеющую свои конструктивные особенности. General Motors в 1956 году разработала усовершенствованную АКПП Jetaway, в которой в отличии от Hydra-Matic использовались две гидромуфты, а не одна. Все это привело к более плавному переключению передач, но существенно снизило КПД. Помимо прочего тут добавился режим парковки Р, в этом режиме специальным стопором АКПП блокируется. Блокировку на Hydra-Matic осуществлял режим заднего хода R.
На автомобилях Buick (прнадлежит той же General Motors) с одна тысяча девятьсот сорок восьмого года стала примнятся двухступенчатая АКПП Dynaflow, в которой вместо гидромуфты стал использоваться гидротрансформатор. Спустя время такие трансмиссии появились и на автомобилях таких марок, как (1949)Packard и (1950)Chevrolet. По задумке инженеров недостаток третьей передачи компенсировался посредством гидротрансформатора с его способностью увеличивать крутящий момент. Далее в пятидесятых годах фирма Borg-Warner представила абсолютно новую трёхступенчатую . Разновидности таких АКПП применялись такими производителями автомобилей, как — Ford, Studebaker, American Motors и др., как в самих Соединенных Штатах Америки так и в других странах у таких производителей, как — Volvo, International Harvester и Jaguar. В Союзе Советских Социалистических Республик также также их идеи использовались при разработках АКПП на Горьковском автозаводе, которые впоследствиии устанавливались на автомобили «Чайка» и «Волга».
Двухступенчатую АКПП PowerFlite в одна тысяча девятьсот пятьдесят третьем году представил и Chrysler. А с 1956 года ее дополнила TorqueFlite с тремя ступенями. Из всех АКПП ранних разработок, именно трансмиссии Chrysler небезосновательно считаются наиболее удачными. Схема переключений АКПП P-R-N-D-L в Соединенных Штатах Америки окончательно утвердилась в середине шестидесятых годов. Трансмиссии старых образцов не имеющие парковочной блокировки и устаревшие кнопочные п
ереключатели режимов ушли в прошлое. В конце 60-х годов прошлого столетия ранние образцы двух- и четырехступенчатые на территории США полностью вышли из применения, их место заняли трехступенчатые коробки-автоматы с гидротрансформатором. В тот же период произошла модификация жидкости для автоматических коробок переключения передач и на смену весьма дефицитной китовой ворвани пришла жидкость синтетическая.
Повышенное требование экономичности у автомобилей в 80-е годы послужило причиной возврата к трансмиссиям с четырьмя передачами, именно четвертая передача передаточное число имела менее единицы (OverDrive). Гидротрансформаторы, которые блокируются на высокой скорости, получили большое распространение, они довольно ощутимо повысили КПД АКПП посредством снижения потерь в гидравлическом элементе. Наконец в 80-90е годы в системах управлением двигателем произошла компьютеризация. Такие же системы стали повсеместно применятся и в управлении АКПП. В прежних системах управления применялись только мех. клапана и гидравлика, сейчас контролируемые компьютером соленоиды управляют потоками трансмиссионной жидкости. Благодаря этому переключения стали более комфортными и плавными, экономичность улучшилась из=за увеличения эффективности работы АКПП. Позже начали появляться «спортивные» и ручное управление автоматической коробкой переключения передач (типтроник) становится возможным. Затем появились АКПП с пятью ступенями. Расходные материалы усовершенствованы, что позволяет избежать такой процедуры как смена масла в АКПП потому как срок службы масла равен . Далее по хронологии:
2002 год — BMWсоздает АКПП шестиступку ZF, применена в BMW седьмой серии;
2003 год — Mersedes Benz создает АКПП семиступку 7G-Tronic;
2007 год — Toyota создает АКПП восьмиступку, применена на Lexus LS460.
Автоматическая коробка переключения передач (АКПП, автоматическая трансмиссия) - одна из разновидностей КПП, главным отличием от механической коробки переключения передач является то, что в АКПП переключение передач обеспечивается автоматически (т.е. не требуется прямое участия оператора (водителя)). Выбор передаточного числа соответствует текущим условиям движения, а так же зависит и от множества других факторов. Так же, если в традиционных КПП используется механический привод, то в автоматической коробке переключения передач иной принцип движения механической части, а именно, задействован гидромеханический привод или планетарный механизм. Встречаются конструкции, в которых двухвальная или трехвальная коробка передач работает вместе с гидротрансформатором. Такое сочетание использовали на автобусах ЛиАЗ-677 и в продукции компании ZF Friedrichshafen AG.
В последние годы, в обиход пришли автоматизированные механические коробки передач с электронным управлением и электропневматическими или электромеханическими исполнительными устройствами.
Недаром говорят, что лень – двигатель прогресса, вот и желание комфорта и более простой, удобной жизни породило множество интересных вещей и изобретений. В автомобилестроении, таким изобретением можно считать автоматическую коробку переключения передач.
Хотя конструкция АКПП является достаточно сложной и стала популярна лишь в конце 20 века, впервые ее установили в шведский автобус фирмы "Лисхольм-Смит" 1928 года. В серийное же производство, АКПП пришла лишь через 20 лет, а именно, в 1947 году в автомобиле Buick Roadmaster. Основой данной трансмиссии послужило изобретение немецкого профессора Феттингера, запатентовавшего в 1903 году первый гидротрансформатор.
На фотографиях тот самый Buick Roadmaster – первый серийный автомобиль, имеющий АКПП.
В автоматической трансмиссии роль сцепления выполняет гидротрансформатор, который передает крутящий момент к коробке передач от двигателя. Сам гидротрансформатор состоит из центростремительной турбины и центробежного насоса, между которыми расположен направляющий аппарат (реактор). Все они располагаются на одной оси и в одном корпусе, вместе с гидравлической рабочей жидкостью.
Середина 60х годов 20 века ознаменовалась окончательным закреплением и утверждением в США - современной схемы переключения АКПП - P-R-N-D-L . Где:
"P" (Parking) – "Стоянка" - Включена нейтральный режим, при котором выходной вал коробки механически заблокирован, благодаря чему автомобиль не движется.
"R" (Reverse) – "Задний ход" – Включение режима заднего хода (задняя передача).
"N" (Neutral) – "Нейтраль" – Связи между выходными валами КПП и входными нет. Но при этом, выходной вал не заблокирован, и автомобиль может перемещаться.
"D" (Drive) – "Основной режим" - Автоматическое переключение по полному кругу.
"L" (Low) – Движение только на 1-й передаче. Используется только 1-я передача. Гидространсформатор заблокирован.
Повышение требований к экономичности автомобилей привело к возвращению в 1980х годах четырехступенчатых трансмиссий, в которых четвертая передача имела передаточное число меньше единицы («овердрайв»). Так же получили распространение и блокирующиеся на большой скорости гидротрансформаторы, которые позволяли увеличить КПД трансмиссии за счет снижения потерь, возникающих в гидравлическом элементе.
В период с 1980-1990 года произошла компьютеризация систем управления двигателем. Аналогичные системы управления применялись и в АКПП. Теперь контроль над потоками гидравлической жидкости регулировался при помощи соленоидов, связанных с компьютером. Вследствие чего, переключение передач стало более плавным и комфортным, а экономичность и эффективность работы опять увеличились. В эти же года появляется возможность ручного управления коробкой передач ("Типтроник" или аналогичные). Изобретена первая пятиступенчатая коробка передач. Отпадает необходимость смены масла в КПП, поскольку ресурс уже залитого в нее сопоставим с ресурсом коробки переключения передач.
Традиционно, автоматические коробки переключения передач состоят из планетарных редукторов, гидротрансформаторов, фрикционных и обгонных муфт, соединительных барабанов и валов. Иногда применяют тормозную ленту, которая замедляет один из барабанов относительно корпуса АКПП при включении одной из передач.
Роль гидротрансформатора заключается в передаче момента с проскальзыванием при трогании с места. На высоких оборотах двигателя (3-4 передача), гидротрансформатор блокируется фрикционной муфтой, которая не дает ему проскальзывать. Конструктивно он устанавливается так же, как и сцепление на трансмиссии с МКПП – между АКПП и собственно двигателем. Корпус гидротрансформатора и ведущая турбина крепится на маховик двигателя, как и корзина сцепления.
Сам гидротрансформатор состоит из трех турбин – статора, входной (составл. корпуса) и выходной. Обычно статор глухо затормаживается на корпус АКПП, однако в некоторых вариантах затормаживание статора включается фрикционной муфтой для максимального использования гидротрансформатора во всем диапазоне оборотов.
Фрикционные муфты ("пакет") соединяя и разъединяя элементы АКПП – выходного и входного валов и элементов планетарных редукторов, и затормаживая их на корпус АКПП, осуществляют переключение передач. Муфта состоит из барабана и хаба. Барабан имеет крупные прямоугольные пазы внутри, а хаб – крупные прямоугольные зубья снаружи. Пространство между барабаном и хабом заполняют кольцеобразные фрикционные диски, часть из которых – пластмассовая с внутренними вырезами, куда входят зубья хаба, а другая часть выполнена из металла и имеет выступы снаружи, входящие в пазы барабана.
Сжимая гидравлически кольцеобразным поршнем пакет дисков, производится сообщение фрикционной муфты. Масло к цилиндру подводится через канавки в валах, корпусе АКПП и барабане.
Превью - увеличение по клику.
На первой, слева, фотографии - разрез гидротрансформаторной восьмиступенчатой АКПП автомобиля Lexus, а на второй - разрез шестиступенчатой преселективной АКПП Volkswagen
Обгонная муфта свободно скользит в одном направлении и заклинивает с передачей момента в другом. Традиционно она состоит из внутреннего и внешнего кольца и расположенного между ними сепаратора с роликами. Служит для снижения ударов во фрикционных муфтах при переключении передач, а также для отключения торможения двигателем в некоторых режимах работы АКПП.
В качестве устройства управления АКПП использовали набор золотников, которые управляли потоками масла к поршням фрикционных муфт и тормозных лент. Положение золотников задаются, как вручную механически рукояткой селектора, так и автоматикой. Автоматика бывает электронной или же гидравлической.
Гидравлическая автоматика задействует давление масла от центробежного регулятора, который соединен с выходным валом АКПП, а также давление масла от нажатой водителем педали газа. В результате чего, автоматика получает информацию о скорости автомобиля и положении педали газа, в зависимости от которой переключаются золотники.
Электроника использует соленоиды, перемещающие золотники. Кабели от соленоидов расположены вне пределов АКПП и ведут к блоку управления, который иногда объединен вместе с блоком управления впрыском топлива и зажигания. В зависимости от положения рукоятки селектора, педали газа и скорости автомобиля, электроника принимает решение о перемещении соленоидов.
Иногда, предусмотрена работа АКПП и без электронной автоматики, но только с третьей передачей переднего хода, или же со всеми передачами переднего хода, но с обязательным переключением рукоятки селектора. По вопросам поломки и ремонта КПП вас проконсультируют .
С развитием автомобилестроения и выпуском новых видов трансмиссий вопрос, какая коробка передач лучше, становится все более актуальным. АКПП — что это такое? В этой статье разберемся с устройством и принципом работы автоматической коробки передач, узнаем, какие виды АКПП существуют и кто придумал АКПП. Проанализируем достоинства и недостатки разных видов автоматических трансмиссий. Познакомимся с режимами работы и управления АКПП.
Автоматическая коробка передач, или АКПП, представляет собой трансмиссию, обеспечивающую выбор оптимального передаточного числа в соответствии с условиями движения без участия водителя. Это обеспечивает хорошую плавность хода автомобиля, а также комфорт при движении для водителя.
В настоящее время существует несколько видов автоматической КПП:
В данной статье все внимание будет уделено классическому автомату.
Основу автоматической трансмиссии составляет планетарная коробка передач и гидротрансформатор, впервые изобретенный исключительно для нужд судостроения в 1902 году немецким инженером Германом Фиттенгером. Далее в 1904 году братья Стартевенты из Бостона представили свой вариант автоматической КПП, имеющий две коробки передач и напоминающий чуть доработанную механику.
Первая серийная автоматическая коробка передач GM Hydramatic Автомобиль, оснащенный планетарной коробкой передач, впервые увидел свет под маркой Ford Т. Суть коробки заключалась в плавном переключении скоростей за счет двух педалей. Первая включала повышающую и понижающую передачи, а вторая – заднюю.
Эстафету приняла компания General Motors, которая в середине 1930-х годов выпустила полуавтоматическую трансмиссию. Сцепление в автомобиле еще продолжало присутствовать, а планетарным механизмом управляла гидравлика.
Приблизительно в это же время компания Крайслер доработала конструкцию коробки гидромуфтой, а вместо двухступенчатой коробки стал использоваться овердрайв – повышающая передача с передаточным числом менее единицы.
Первую в мире полностью автоматическую КПП в 1940 году создала все та же компания General Motors. АКПП представляла собой сочетание гидромуфты с четырехступенчатой планетарной коробкой с автоматическим управлением посредством гидравлики.
Сегодня известны уже шести-, семи-, восьми- и девятиступенчатые АКПП, производителями которых являются как автоконцерны (KIA, Hyundai, BMW, VAG), так и специализированные компании (ZF, Aisin, Jatco).
Как и любая коробка передач, автоматическая трансмиссия имеет как плюсы, так и минусы. Представим их в виде таблицы.
Схема АКПП Устройство АКПП достаточно сложное и состоит из следующих основных элементов:
Гидротрансформатор представляет собой корпус, заполненный специальной рабочей жидкостью ATF, и предназначен для передачи крутящего момента от двигателя к коробке передач. Фактически он заменяет сцепление. В его состав входят насосное, турбинное и реакторное колеса, блокировочная муфта и муфта свободного хода.
Колеса оснащены лопастями с каналами для прохода рабочей жидкости. Блокировочная муфта необходима для блокировки гидротрансформатора в конкретных режимах работы автомобиля. Муфта свободного хода (обгонная муфта) необходима для вращения реакторного колеса в противоположную сторону. Более подробно про гидротрансформатор можно почитать .
Планетарный механизм АКП включает в себя планетарные ряды, валы, барабаны с фрикционными муфтами, а также обгонную муфту и ленточный тормоз.
Механизм переключения скоростей в АКПП достаточно сложен, и, по сути дела, работа трансмиссии состоит в выполнении некоторого алгоритма включения и выключения муфт и тормозов посредством давления жидкости.
Планетарный ряд, точнее блокировка одного из его элементов (солнечная шестерня, саттелиты, коронная шестерня, водило), обеспечивает передачу вращения и изменение крутящего момента. Элементы, входящие в планетарный ряд, блокируются при помощи обгонной муфты, ленточного тормоза и фрикционных муфт.
Пример гидравлической схемы АКПП Блок управления АКПП может быть гидравлическим (уже не применяется) и электронным (ЭБУ АКПП). Современная гидромеханическая трансмиссия оснащается только электронным блоком управления. Он обрабатывает сигналы датчиков и формирует управляющие сигналы на исполнительные устройства (клапаны) гидроблока, обеспечивающие работу фрикционных муфт, а также управляющие потоками рабочей жидкости. В зависимости от этого жидкость под давлением направляется в ту или иную муфту, включая определенную передачу. TCU также управляет блокировкой гидротрансформатора. При неисправности блок TCU обеспечивает функционирование КПП в «аварийном режиме». Селектор АКПП отвечает за переключение режимов работы КПП.
В автоматической коробке применяются следующие датчики:
Время, необходимое на переключение скорости в АКПП, зависит от скорости автомобиля и нагрузки на двигатель. Система управления вычисляет нужные действия и передает их в виде гидравлических воздействий. Гидравлика перемещает муфты и тормоза планетарного механизма, тем самым происходит автоматическое изменение передаточного числа в соответствии с оптимальным режимом двигателя в данных условиях.
Одним из главных показателей, влияющих на эффективность работы автоматической трансмиссии, является уровень масла, который нужно регулярно проверять. Рабочая температура масла (ATF) составляет около 80 градусов. Поэтому для того, чтобы избежать повреждений пластиковых механизмов коробки в зимний период, перед движением машину необходимо прогревать. А в жаркое время года, наоборот, охлаждать.
Охлаждение АКПП может осуществляться охлаждающей жидкостью или воздухом (с помощью масляного радиатора).
Наибольшее распространение получил жидкостный радиатор. Температура atf, необходимая для нормальной работы двигателя, не должна превышать 20% от температуры в системе охлаждения. Температура охлаждающей жидкости не должна превышать 80 градусов, за счет этого и происходит охлаждение atf. Теплообменник соединен с внешней частью корпуса масляного насоса, к которой крепится и фильтр. При циркуляции масла в фильтре происходит его контакт с жидкостью охлаждения через тонкие стенки каналов.
Кстати, автоматическая трансмиссия считается очень тяжелой. Вес АКПП составляет около 70 кг (если она сухая и без гидротрансформатора) и около 110 кг (если она заправленная).
Для нормального функционирования АКПП необходимо и правильное давление масла. От этого во многом зависит срок службы АКПП. Давление масла должно быть на уровне 2,5-4,5 бар.
Ресурс коробки-автомат может быть различен. Если в одном автомобиле трансмиссия может прослужить только 100 тысяч км., то в другом – порядка 500 тысяч. Это зависит от эксплуатации автомобиля, от регулярного контроля за уровнем масла и его замены вместе с фильтром. Продлить ресурс АКПП возможно также используя оригинальные расходные материалы и своевременно обслуживая КПП.
Управление автоматической трансмиссией осуществляет селектор АКПП. Режимы работы автоматической трансмиссии зависят от перемещения рычага в определенное положение. В автомате доступны следующие режимы:
В современных автоматических трансмиссиях с большим числом рабочих диапазонов могут использоваться дополнительные режимы работы:
Схема режимов АКПП Также имеются и дополнительные кнопки, характеризующие режимы работы АКП.
