Чтобы преодолеть недостатки гидромеханических и вариаторных АКП, несколько конструкторских школ обратили свое внимание на… обычную механическую коробку. А что если заменить ножной привод сцепления электроприводом, рычаг переключения передач и тяги к «черному ящику» с шестеренками электрическими исполнительными механизмами, и управлять сцеплением и переключениями с помощью электронного блока, исходя из условий движения? Конечно, легко и скоро только сказка сказывается. Над программами управления для этого блока и надежностью электропривода инженерам пришлось крепко повозиться, но автоматизированные механические коробки передач, которые журналисты окрестили «роботизированными», или «роботами», пошли в серийное производство для автомобилей малых классов. Они представляют собой именно классическую «механику», в которой управление сцеплением и переключениями передач осуществляется электронным блоком.
Главное достоинство большинства «роботов» - высокая топливная экономичность, для чего они, прежде всего и создавались. Ведь компьютер с совершенной программой управления никогда не ошибается, никогда не сердится, не впадает в депрессию и никогда не устает, в отличие от водителей с разным опытом, мастерством и стойкостью к физическим и моральным нагрузкам. Поэтому автомобиль с «роботом» расходует меньше топлива, чем такое же авто с любой другой коробкой, включая «механику». А ещё такой «робот» дешевле любой другой АКП в покупке, при заказе нового авто. Вот так.
Но и тут без недостатков не обходится. Как ни старались инженеры оптимизировать моменты переключений, «клевки» автомобиля носом при буйных разгонах весьма ощутимы. Такие «роботы» для экономичной и спокойной езды, а не для «шумахера». Еще они не любят пробуксовок в агрегатах сцепления. Пришлось инженерам опять поднапрячься.
Концерн VOLKSWAGEN AG, идя на встречу пожеланиям клиентов, с целью сохранения уверенности покупателей в автомобилях концерна, осуществляет за счет завода изготовителя бесплатный ремонт или замену узлов коробки передач DSG 7 DQ 200 в срок до 5 лет или до достижения 150 000 км пробега с момента передачи автомобиля первому покупателю. При обращении владельца автомобиля к официальным дилерам с претензией по работе DSG 7 DQ 200 бесплатно будут проводиться диагностика и при необходимости бесплатный ремонт в соответствии с актуальными техническими рекомендациями концерна.
Точно так же такие «роботизированные» коробки переключаются не только «вверх», но и вниз. Блок управления коробкой внимательно «наблюдает» за действиями водителя с помощью датчиков на педалях и рулевом механизме, и заранее подготавливает наилучшую передачу для целей водителя. Трансмиссия DSG (Direct Shift Gearbox — коробка передач с синхронизированным переключением) — это гибрид механической и автоматической коробки передач. В двух словах, водитель переключает передачи вручную, но весь процесс осуществляется посредством электроники и различных автоматических механизмов.
Внедрив в свои модели DSG, концерн Volkswagen AG первым запустил трансмиссии этого типа в массовое производство. Основная особенность КП DGS: она имеет 5 валов, которые вместе с шестернями и двумя сцеплениями образуют двухконтурный механизм передачи крутящего момента. Поэтому автомобили с трансмиссией DSG набирают скорость так же быстро и достигают такой же максимальной скорости, как и автомобили с механическими КП. Переключение передач происходит так же быстро и незаметно, как в современных автоматических коробках передач, поэтому эти КП уже давно используются на спортивных автомобилях, где дорога каждая секунда. Передачи на трансмиссии DSG можно переключать и вручную: для этого используется система Tiptronic или же манипулятор на руле.
Трансмиссия DSG содержит пять валов вместо привычных двух или трех, а для передачи крутящего момента используются два многодисковых сцепления. Когда одно сцепление замкнуто и включена одна передача, в это же время шестерни другой передачи уже находятся в зацеплении, остается только замкнуть второе сцепление. Получив команду от панели управления Mechatronic, механизм в одно мгновение выключает первое сцепление и замыкает второе, в то же время включая другую передачу.
Чтобы понять, до чего додумались инженеры, представьте… велосипед. Педали, две звездочки, а между ними – цепь. На заднем колесе чуть более продвинутых моделей есть несколько звездочек, чтобы можно было передачи переключать. Переключил на большую звездочку – крутить педали легче и можно ехать в крутую горку, только чаще крутить педали приходится. Скорость велосипеда при этом падает, но это плата за высокую тягу. А если ехать по ровной местности, или с горы, то включил звездочку сзади поменьше – крутишь педали реже, а скорость велосипеда растет. Теперь представьте, что на велосипеде вместо цепной передачи стоит ременная. То есть, вместо цепи – ремень, вместо звездочек - шкивы, только вместо кучи звездочек на заднем колесе – ОДИН шкив, но его диаметр может… плавно изменяться.
Один шкив – постоянного размера, второй – переменного и его диаметр меняется по команде блока управления, подстраиваясь под условия движения. А между ними – прочнейший «ремень», представляющий собой или многозвенную цепь, или составной, из металлических пластин. Плавное изменение диаметра одного из этих шкивов приводит к тому, что моменты переключений АКП не ощущаются вовсе. Ведь их попросту нет, этих моментов переключений. J Изумительно комфортная штука в работе, этот вариатор! Но и в нем не обошлось без недостатков, существенных и помельче.
«Вариаторы» недёшевы. Также они категорически не любят пробуксовок. Из-за того, что между «черным ящиком» со шкивами и ремнем приходится ставить все тот же гидротрансформатор (трогаться-то нужно!), а также из-за механического трения в «черном ящике», потери энергии достаточно велики, расход топлива, в с сравнении с «обычной» АКП, немногим меньше. А может быть и больше. А еще приходится с программами двигателя «поколдовать», чтобы он не гудел, как троллейбус на постоянных оборотах при разгонах. Ведь ступенчатого переключения передач – нет. Поэтому инженерам опять открылся простор для изысканий.
В случае механической коробки передач, под капотом имеем двигатель, «черный ящик» коробки, со всеми её валами, шестеренками, синхронизаторами и включающими муфтами. А между двигателем и коробкой узел сцепления. На педаль сцепления нажали – двигатель и коробку полностью разъединили. Пока вы удерживаете педаль сцепления нажатой, силовой агрегат и коробка передач ничем не связаны и вы можете включить любую передачу, исходя из условий движения. Вот это и является основным плюсом «механики», особенно для «продвинутого» водителя, который знает и умеет применять приемы активного управления автомобилем. Например, в случае переднеприводного авто, «упереться» двигателем в колеса передней оси перед маневром. А в случае заднего привода, «довинтить» машину в вираж, перейти на более крутую траекторию. Но как часто случается, недостатки являются продолжением достоинств. Активно «драйвануть», конечно, это приятно, а вот орудовать педалью сцепления и рычагом переключения в бесконечных пробках мегаполисов – не самое приятное занятие. Вот это и есть минус.
Гидромеханическая автоматическая коробка передач, или «обычный автомат».
В первую очередь, необходимо усвоить, что из всех позиций, в которых может находиться селектор управления АКПП, ни одна не является для "автомата" совершенно безвредной. В любой из режимов работы "автомата" нужно переходить только после полной остановки автомобиля, а в режиме N (нейтраль) нельзя двигаться накатом.
Для автоматических коробок передач предусмотрен ряд специальных режимов, которые обозначаются цифрами или буквами (L, 1, 2, 3). Переходить из режима D в диапазоны пониженных передач можно на ходу, но надо помнить, что точно так же, как на автомобиле с механической КПП, возбраняется сразу переключаться с пятой передачи на первую, нельзя на высокой скорости немедля переводить селектор из положения D в "1".
Устройство АКПП.
АКПП для переднего, заднего и полного приводов различаются компоновкой. В целом, принцип действия одинаков. Рассмотрим основные узлы автоматической трансмиссии.
1- Гидротрансформатор ( “бублик”). По своим функциям напоминает сцепление при механической КПП. 2-Планетарная передача. Изменяет передаточное отношение в АКПП при переключении передач. 3- Фрикционы и тормозная лента. Непосредственно переключают передачи. 4-Блок клапанов. Как правило, выполнен в виде металлической пластины с системой каналов. В каналах установлены клапаны, контролирующие давление и направление течения масла. Служит для управления фрикционами и тормозной лентой.
Гидротрансформатор
Передает крутящий момент от двигателя к элементам АКПП. Крыльчатка механически связана с двигателем. Вращаясь, она созает поток масла, который, в свою очередь, вращает турбину. Однако, создаваемого крутящего момента будет недостаточно. Для того, чтобы увеличить момент, используется статор. Он перераспределяет поток масла таким образом, чтобы он, имея еще запас энергии, повторно воздействовал на крыльчатку, создавая увеличивая крутящий момент.
Планетарная передача.
Компактна в силу своей конструкции. Переключение передач осуществляется путем блокировки одних и разблокировки других элементов
Фрикционы и тормозная лента.
Фрикционы - блокируют элементы планетарной передачи между собой. Тормозная лента - блокирует планетарную передачу на корпус коробки.
Блок клапанов.
Управляет блокировками элементов планетарной передачи. В зависимости от конструкции управление может быть механическим и электронным. Основными датчиками для электронным систем управления АКПП являются датчик дроссельной заслонки и датчик холостого хода. В блоке клапанов стоят соленоиды, электрические сигналы на которые поступают из модуля управления. При механическом управлении клапана приводятся в действие разностью давлений масла в гидравлической системе трансмиссии. Обслуживание автоматических коробок заключается в проверке уровня масла и в замене масла и его фильтра после определенного пробега. Поскольку уровень масла в "автомате" сильно меняется в зависимости от температуры, у этой операции есть свои тонкости. Чтобы точно определить уровень масла, АКПП прогревают пробегом не менее 10 км, после чего устанавливают автомобиль на горизонтальную площадку, а проверку проводят при работающем на холостых оборотах двигателе. Рычаг коробки должен находиться в положении P. Исключение - автомобили Mitsubishi, Hyundai, Proton, некоторые модели Chrysler с "автоматами" Mitsubishi, а также VW и Audi со старыми трехскоростными АКПП. Здесь проверка осуществляется при N-положении селектора. Щуп-масломер, кроме понятных любому автолюбителю отметок min и max, предназначенных, к слову, лишь для приблизительного определения количества залитого масла при его замене, может иметь, например, "горячую" и "холодную" стороны или метки hot и cold - для определения, нагрето масло в коробке или нет. Метка hot и является главной.
Признак низкого уровня масла в коробке - хорошо слышимый гул, исходящий от гидротрансформатора, который начинает работать с существенной пробуксовкой. Низкий уровень - неприятная для "автомата" вещь, поскольку вся его работа зависит от давления масла, пробуксовка к тому же вызывает перегрев, но главное - насос захватывает воздух, создавая эмульсию. Ухудшается не только давление, но также смазка и охлаждение. Впрочем, и превышение допустимого уровня нежелательно: расширение масла из-за нагревания может привести к переполнению и вспениванию, то есть опять-таки к образованию эмульсии. Первый признак неисправности - постепенное увеличение уровня показаний тахометра, соответствующих включению очередной передачи. Например, если ранее переключение со 2-й на 3-ю передачу происходило, допустим, при 2000 об./мин, затем через какой-то срок - уже при 2200 об./мин, а после - при 2500 об./мин, значит, по причине износа увеличивается зазор между фрикционами, масло перепускается из одного пакета в другой. Уже это нельзя оставлять без внимания, ну а когда переключение начинает сопровождаться сильными рывками или какая-либо передача перестала включаться, появились течи масла, загорелась аварийная лампа, то мешкать и вовсе нельзя.
Каждый водитель наверняка помнит слова своего первого инструктора. «Прежде чем повернуть ключ зажигания, убедись, что авто стоит на нейтральной передаче». В данной статье будут рассмотрены виды коробок передач, их отличия друг от друга, преимущества и недостатки, а так же сфера применения разработка гидродинамической трансмиссии Усреднено, коленчатый вал двигателей большинства легковых автомобилей имеет рабочие обороты от 800 до 8000 в минуту. При этом, пик мощности приходится на четыре – пять тысяч оборотов. Безусловно, такой диапазон угловых скоростей не отвечает условиям эксплуатации любого колесного транспортного средства в целом и легковых автомобилей в частности.
Разработка механизма коробки перемены передач автомобиля ЗИЛ-130
Основное назначение автомобильной коробки передач – изменение частоты вращения, а так же крутящего момента, передаваемого от коленвала двигателя к ведущим колесам транспортного средства (чертежи КПП). Первым узлом такого рода стала механическая коробка передач. Бытует такое мнение, что слово «механическая» попало в название агрегата из за неправильно понятого сокращения, принятого в англоязычной технической литературе. Буквы MT обозначают manual transmission, что означает «ручная, переключаемая рукой передача», а вовсе не mechanical – механическая. Проще всего пояснить принцип действия данного узла на примере работы механической коробки передач. По сути, МКП это многоступенчатый понижающий редуктор, собранный по трехвальной, а реже по двухвальной схеме. Первичный, или ведущий вал посредством сцепления соединен с маховиком ДВС. Вторичный, или ведомый вал имеет жесткое соединение с карданным валом автомобиля. Третий, промежуточный, вал необходим для передачи оборотов от ведущего вала к ведомому. Валы располагаются параллельно друг другу и собраны в едином корпусе.
Разработка механизма коробки перемены передач грузового автомобиля
На ведущем валу располагается шестерня, передающая движение промежуточному валу. Промежуточный вал оснащен блоком мертво закрепленных шестерен, часто изготовленных как единое целое. Шестерни ведомого вала расположены в щлицах оси или специальных ступицах. Между ними располагаются муфты включения передач, которые вращаются вместе с валом, но способны передвигаться по его продольной оси. Шестерни и муфты ведомого вала могут взаимодействовать друг с другом при помощи зубчатых венцов на своих торцевых поверхностях. При включении какой либо передачи, кроме заднего хода, муфта, ответственная за ее включение соединяется с соответствующей шестерней и блокирует ее. Двигаясь как единое целое, ведомый вал передает вращение на карданный. Поступательное движение муфте сообщает водитель транспортного средства, воздействуя на нее при помощи ручки переключения передач, взаимодействующей с вилками и ползунами коробки.
Четырехступенчатая коробка передач и схема ее работы.
Скорости вращения шестерен ведомого вала значительно отличаются одна от другой. В этом случае, при попытке переключения передачи муфта просто не сможет соединиться с требуемой шестерней, а зубчатый венец будет разрушен. Для приблизительного уравнивания скоростей вращения шестерни и муфты используется прием под названием «двойной выжим». При переключении на более высокую передачу, водитель сначала выжимает сцепление, затем переводит рычаг переключения в нейтральное положение. Промежуточный вал, а следовательно, и ведомый, прекращают вращение. Затем отпускает сцепление, выжимает и включает нужную передачу. При переключении с повышенной передачи на пониженную водителю необходимо провести подобные манипуляции, но в момент, когда коробка выключена, следует нажать на педаль акселератора. Этот прием называется «двойной выжим с перегазовкой». Несинхронизированные МКП использовались в легковых автомобилях вплоть до 40-х годов двадцатого столетия. Сегодня они используются исключительно в спортивных машинах, и вот по каким причинам: Скорость переключения выше, чем у синхронизированных аналого. Лучше переносят ударные высокие нагрузки, возникающие в процессе эксплуатации.
Синхронизированные МКП.
Данные типы коробок передач оснащены дополнительными элементами – синхронизаторами. Шестерни, располагающиеся на ведомом валу, имеют конусную торцевую поверхность. Между каждой шестерней и муфтой переключения находится бронзовое кольцо – синхронизатор. Начиная движение, муфта подхватывает кольцо и прижимает его к торцевой поверхности шестерни. За счет трения, скорости вращения шестерни и муфты уравниваются, после чего происходит их окончательное соединение с помощью зубчатого венца. На сегодняшний день все современные автомобили, на которых стоит 4-х, 5-ти или 6-ти ступенчатая МКП, оснащены синхронизаторами. История развития МКП, от Ford T до Bugatti Veyron Со времен появления первого автомобиля и по наши дни конструкторы используют следующие типы МКП: 2-х ступенчатая планетарная коробка стояла на знаменитом Ford T, чей выпуск начался в 1908 году. 3-х ступенчатая МКП появилась в 1920 году. Просуществовала до конца 60-х годов двадцатого века. Встречается на раритетных автомобилях, находящихся в частных коллекциях. Четырехступенчатая МКП появилась на свет всего на три года позже трехступенчатой. Но из за отсутствия синхронизаторов плохо выдерживала ударные нагрузки при использовании неопытным водителем. Большинство производителей устанавливали на свои автомобили трехступенчатую МКП, четырехступенчатая считалась спортивной опцией. Пятиступенчатая коробка передач появилась в 70-х годах прошлого столетия, а уже через десять лет ей оснащалось подавляющее большинство легковых автомобилей. 6-ти, 7-ми, 8-ми ступенчатые коробки разрабатывались с 2000 года, и на данный момент устанавливаются на автомобили Элит класса. К примеру, 5-ти ступенчатая коробка, оснащенная двумя дополнительными передачами Overdrive, стоит на BMW M5.
Автоматические и полуавтоматические коробки передач.
Несмотря на потрясающие возможности современных коробок передач, их конструкция основана на той же, проверенной временем МКП. Изменения затронули привод переключающих муфт и способ передачи крутящего момента от коленвала двигателя на ведущий вал коробки, в остальном же схема осталась неизменной. Отдельным рядом стоят устройства под названием вариаторы, их принцип действия будет рассмотрен отдельно. Автоматическая коробка передач или АКПП состоит из гидротрансформатора и обычной 5-ти или 6-ти ступенчатой МКП. Роль гидротрансформатора заключается в плавном выравнивании скоростей вращения ведущего и коленчатого валов. По достижении нужной скорости блокировочная муфта переводит гидротрансформатор в режим гидромуфты. За работу АКПП отвечает электронный блок управления. Роботизорованная коробка передач представляет собой МКП, в которой функции переключения передач и выключения сцепления полностью автоматизированы. Электронный блок управления и электромеханические сервоприводы справляются с поставленной задачей не хуже профессионального гонщика.
Сравнительная характеристика видов коробок передач.
Большинство неофитов, выбирающих свой первый автомобиль, задаются вопросом – какую коробку выбрать? Механику или автомат. А, может, робот? Четырехступенчатая механика не котируется, нужна как минимум, пятиступенчатая коробка передач. Или 7G-Nronic. Какая коробка передач лучше – зависит исключительно от условий эксплуатации. АКПП прекрасно себя зарекомендовала при городской езде. 5-ти или 6-ти ступенчатая, обеспечивающая плавный ход автомобиля, избавляющая водителя от частого переключения передач вовремя езды в вечерних «тянучках». Бывают экземпляры и с восемью ступенями. Но всякий комфорт имеет свою цену. Повышенный расход топлива и медленный разгон автомобиля – умеренная плата за возможность отдохнуть во время пути домой. Роботизированные коробки предоставляют своим хозяевам практически тот же уровень комфорта. Расход топлива держится на уровне механики, но вот скорость срабатывания оставляет желать лучшего. Изготавливаются роботы на основе современных 5-ти или 6-ти ступенчатых МКП. Прекрасный вариант для городской машины и езды на дальние расстояния по гладкой дороге. Механическая четырехступенчатая коробка звезд с неба не хватает, но прекрасно выполняет свое основное предназначение. Различные типы 5-ти и 6-ти ступенчатых коробок помотают с непривычки нервы в городе, но прекрасно покажут себя на трассе, поддерживая оптимальный режим работы двигателя.
