Трансмиссия современного автомобиля

В специализированной литературе можно найти упоминания о различных трансмиссиях, применяемых в современном автомобиле: механической, гидромеханической, бесступенчатой, автоматической, автоматизированной, а также с двойным сцеплением. Мало того, автомобили с любой из таких трансмиссий непросто «имеют место быть», но поступают на рынок, в том числе и в нашей стране.
Однозначно ответить на вопрос о том, какая из трансмиссий лучше, невозможно. Как говорится, о вкусах не спорят. Одно можно сказать точно — прежде, чем покупать какой-либо автомобиль, нужно как можно больше узнать о его потребительских свойствах, в том числе свойствах трансмиссии. Цанная публикация — именно об этом — об особенностях и свойствах ‘различных типов трансмиссий, применяемых в современных автомобилях, об основных направлениях и тенденциях их развития.

Механическая коробка перемены передач (МКПП) имеет очень высокий КПД, но она не очень удобна в условиях интенсивного дорожного движения в больших городах. Автоматическая коробка перемены передач (АКПП) благодаря плавному преобразованию момента не утомляет водителя частым переключением передач, но ее КПД ниже.

В Европе примерно 80% автомобилей оснащены механическими КПП и только 20% — автоматическими. Европейцы предпочитают силовые агрегаты с максимальным КПД, обеспечивающие низкий расход топлива и высокие динамические характеристики. Популярность в Европе дизельных двигателей также не способствует распространению автоматических трансмиссий. Европейцы считают, что повышение комфорта, получаемое за счет использования «автомата», не оправдывает их высокую стоимость, повышение расхода топлива и ухудшение динамических свойств. Автоматические коробки устанавливаются главным образом по заказу на «нише- вые» автомобили. Однако ситуация начинает меняться.

Согласно прогнозам компании Getrag, известного производителя трансмиссий, в ближайшие семь лет в Европе ожидается увеличение производства коробок передач на 18,1% — до 23,7 млн единиц в год. При этом доля механических трансмиссий на европейском рынке к 2010 году сократится до 67% (в 2005-м их доля составила 80%), а к 2015-му — до 50% рынка. В то же время производство автоматических трансмиссий увеличится с 20 до 50%.
За последние годы традиционные автоматические КПП претерпели существенные изменения. Новые 6-ступенчатые трансмиссии позволяют значительно снизить расход топлива и улучшить разгонную динамику при одновременном уменьшении размеров, веса и цены в сравнении с 5-ступенчатыми.

Большое количество механических КПП, производимых в Европе, способствует увеличению их автоматизированных модификаций благодаря невысокой себестоимости. Автоматизированная коробка передач сочетает в себе преимущества трансмиссий двух типов — автоматической и механической. Конструкция механической части остается без изменений, а сцепление и механизм переключения передач полностью автоматизируются. В настоящее время автоматизированные КПП устанавливаются на моделях Citroen (Senso Drive), Opel (Easytronic), Fiat (Dualogic) и других.

Автоматизировать обычную механическую коробку стало возможным благодаря достижениям электроники. Выключение и включение сцепления и переключение передач здесь осуществляет электромеханический или гидравлический привод. О своем желании переключить передачу водитель сообщает простым нажатием клавиши или переместив рычаг. Электроника проверяет, соответствуют ли обороты двигателя и нагрузка диапазону, подходящему для процесса переключения, и управляет исполнительными элементами. Благодаря автоматизации повышается срок службы трансмиссии, так как электроника исключает включение «неправильной» передачи.

Возможна полная автоматизация процессов переключения: на основании информации о скорости движения автомобиля, ускорении или нагрузке двигателя электроника может самостоятельно выбрать подходящий момент переключения. Модульное устройство таких коробок значительно упрощает дело. Современные коробки передач могут предлагаться или с автоматизацией, или без нее. При этом не обязательно, чтобы и сама КПП и устройство для автоматизации были производства одной фирмы. Такова автоматизированная коробка перемены передач Senso Drive в автомобилях Citroen С3 и С2. Сама коробка — это разработка фирмы Citroen, а автоматизирующие модули поставляет фирма ZF Sachs.

Преимущества автоматизированной коробки перемены передач заключаются прежде всего в компактных габаритах и положительном влиянии на расход топлива. Автоматизированная коробка позволяет экономить топливо, так как электроника может определить и выбрать оптимальный момент переключения.

В последние годы все больше поклонников марок VW и Audi при покупке нового автомобиля выбирают комплектацию с новой коробкой с двойным сцеплением DSG (direct-shift gearbox). Эта КПП предлагает водителю максимальный комфорт и удобство при неизменном расходе топлива. С одной стороны, DSG имеет КПД и динамику механической коробки передач, а с другой — обеспечивает переключение передач без рывков и без прерывания силового потока, предлагая уровень комфорта современной автоматической трансмиссии.

Шестиступенчатая коробка передач с двойным сцеплением DSG устанавливается с 2003 года на автомобилях VW Golf R32 и Audi ТТ 3.2. Эта коробка передач не имеет гидротрансформатора для плавного трогания с места и не является производной обычной автоматизированной механической трансмиссии.

Ранее КПП с двумя сцеплениями уже использовалась в автомобильном спорте, но несовершенство системы механического и электронного управления не позволило применять их для автомобилей массового производства. Решение этой проблемы найдено в ходе сотрудничества Volkswagen с компанией Borg Warner, создавшей систему управления и пластинчатое двухдисковое сцепление, вращающееся в масляной ванне (мокрое сцепление).

Технология мокрого сцепления Dual Tronic является одним из ключевых решений, позволяющих производить переключение передач DSG без разрыва потока мощности. Хотя как мокрые, так и сухие сцепления могут быть использованы в трансмиссии с двумя сцеплениями, Borg Warner отдала предпочтение первым. Два мокрых сцепления с гидравлическим управлением обладают большей теплоемкостью и обеспечивают лучшие характеристики при переключении, чем сухие сцепления. Сцепление 1 замыкается при включении нечетных передач и передачи заднего хода, сцепление 2 — при включении четных. По сути, это две параллельно скомпонованные в едином агрегате коробки передач. Особенность работы сцеплений состоит в отсутствии разрыва потока мощности при переключении передач в отличие от технологии автоматизированных механических трансмиссий.

Конструкция КПП с двойным сцеплением допускает одновременное включение двух передач. В то время как одна из них включена активно, в «другой» коробке при выключенном сцеплении включается ближайшая подходящая передача. В момент переключения передач сцепление активной передачи выключается и одновременно включается другое. Благодаря одновременному срабатыванию при выключении и включении обоих сцеплений переключение передачи происходит под нагрузкой, без прерывания силового потока. Весь процесс переключения у DSG занимает всего 30-40 мс, т.е. практически незаметен для водителя.

В 2006 году компания Audi представила на концептуальном автомобиле Roadjet новую 7-ступенчатую трансмиссию с двойным сцеплением S-Tronic. Коробка передач S-Tronic позволяет распространить использование концепции DSG на автомобили с продольным расположением двигателя и полным приводом.

В ближайшие пять лет Volkswagen и Audi планируют заменить все свои автоматические трансмиссии коробками перемены передач с двойным сцеплением. Коробка DSG способствует сокращению расхода топлива, делает включение более плавным и повышает надежность по сравнению со стандартной автоматической трансмиссией. Сначала DSG будет устанавливаться на все переднеприводные автомобили с поперечно расположенными двигателями, а потом — на автомобили с продольным расположением двигателей. По прогнозу Borg Warner, к 2015 году АКПП с двойным сцеплением займут примерно 29% рынка Европы.

Применение автоматической трансмиссии исключает необходимость постоянного пользования рычагом переключения передач. Передачи переключаются автоматически в зависимости от нагрузки двигателя и скорости движения автомобиля.

В настоящее время наиболее распространенными автоматическими трансмиссиями являются гидромеханические с гидротрансформатором. Ими оснащается 98% выпускаемых в США легковых автомобилей. Для Японии эта цифра равна 60%, для Германии — 30%. Перечислим основные преимущества гидромеханических трансмиссий (ГМТ). ГМТ бесступенчато изменяет крутящий момент двигателя в зависимости от сопротивления движению и скорости автомобиля; упрощается управление автомобилем за счет исключения педали сцепления, обеспечивает плавный разгон без перерыва в передаче крутящего момента, что повышает комфортабельность и проходимость автомобиля. Демпфирующее действие гидротрансформатора увеличивает срок службы деталей трансмиссии за счет гашения крутильных колебаний и поглощения энергии ударов со стороны дороги. Опыт показывает, что двигатели, работающие с ГМТ, более долговечны и в ряде случаев расходуют меньше топлива по сравнению с моторами, агрегатированны- ми с механическими КПП.

Одна из наиболее интересных новинок в области автоматических трансмиссий — гидромеханическая коробка передач 7G-Tronic, применяемая с осени 2003 года в автомобилях Mercedes-Benz класса Е, S, CL и SL. 7G-Tronic имеет семь передач переднего хода и две заднего. Она может передавать крутящий момент до 700 Н^м. По сравнению с предшествующими моделями переключение передач осуществляется быстрее и в то же время более плавно. Разработчики 7G-Tronic дополнили два простых планетарных ряда еще одним, так называемым рядом Ravigneaux: два различных планетарных ряда и «солнечных» шестерен установлены в одно общее полое колесо. Данная комбинация позволяет получить большое количество передач переднего и заднего хода. Недостаток прежних автоматических коробок — повышенный расход топлива по сравнению с механическими КПП разработчики смогли устранить. Новое сцепление для блокировки трансформатора создает почти жесткое соединение между двигателем и валом коробки передач намного чаще, чем раньше, что существенно сокращает потери в гидротрансформаторе. Для более быстрого разгона автомобиля коробка 7G-Tronic может переключаться, например, с седьмой передачи сразу на пятую и оттуда на третью, т.е. «перепрыгивать» через отдельные ступени, что значительно ускоряет процесс переключения.

Бесступенчатая трансмиссия CVT (Continuously Variable Transmission) более эффективна по сравнению с другими типами трансмиссий. Особенно хорошо она показала себя на автомобилях малого класса. К 2015 году бесступенчатые вариаторы должны занять 20% рынка Японии, 4% — Северной Америки и 5% — Европы.

Вместо комплектов зубчатых колес с определенным передаточным числом, как например, в механических коробках передач, в бесступенчатых вариаторах используются два набора регулируемых шкивов, соединенных гибким ремнем. Ремень по форме подогнан под углы шкивов. Половинки шкивов при движении сближаются или отдаляются друг от друга, изменяя траекторию ремня, который в данном случае выступает эквивалентом зубчатых колес, используемых в обычной коробке передач. Перед началом движения шкивы, соединяемые с двигателем, сближаются, чтобы ремень поднялся выше, в то время как шкивы со стороны колеса отдаляются друг от друга так, чтобы ремень приблизился к центру вращения шкивов. На высокой скорости все происходит наоборот.

Бесступенчатые вариаторы используются уже два десятилетия в автомобилях малого класса, таких как Subaru Justy. Бесступенчатый вариатор установлен на Nissan Murano, а также на кроссовере Ford Freestyle. Для Европы Ford планирует оснастить им 20% от объема производства минивэна Focus C-Max. Компания DaimlerChrysler намерена оснастить таким механизмом половину всех выпускаемых автомобилей A-Class. В Японии вариаторы установлены на всех версиях Honda Jazz.

В большинстве современных клиноременных вариаторов используется металлический наборный ремень фирмы Van DoornesTransmisse (VDT), состоящий из большого количества стальных пластин, «нанизанных» на две многослойные стальные ленты, замкнутые в кольцо. Для остановки и плавного трогания с места в бесступенчатой трансмиссии используют специальные устройства — или многодисковое сцепление, или небольшой гидротрансформатор, блокируемый почти сразу после старта. Далее присутствует планетарная передача, обеспечивающая изменение направления движения (задний ход) и размыкание трансмиссии (нейтраль).

В 1999 году была представлена модель Audi A6 с бесступенчатой коробкой передач Multitronic. Особенностью данной конструкции является пластинчатая цепь для передачи усилий между регулируемыми коническими шкивами. Цепь, изготовленная компанией LuK, представляет собой интересное решение с визуальной и технической точек зрения. Более 1000 стальных пластин, соединенных 73 парами штифтов, выдерживают нагрузку до 1,7 т. Преимущество по сравнению с металлическим ремнем VDT состоит в том, что цепь может передавать более высокий крутящий момент.
Основное преимущество коробки CVT — всегда оптимальное относительно мощности и скорости число оборотов (и соответственно меньший расход топлива), в том числе и на высоких скоростях. Причем нет необходимости в прерывании силового потока, так как фактически имеется только одна ступень. Недостаток коробки (и это затрудняет ее использование в крупных автомобилях) — ограничение по передаваемому крутящему моменту: в настоящее время эта граница составляет примерно 350 Н^м.

Объем выпуска бесступенчатых вариаторов CVT ниже, чем традиционных автоматических или механических коробок передач, поэтому экономический эффект от масштабов производства у производителей бесступенчатых вариаторов ниже. В некоторых случаях имеет место проблема компоновки. Корпус бесступенчатого вариатора короче по длине, но выше, чем у традиционных коробок передач.

Заключение

Совершенствование трансмиссий направлено, прежде всего, на повышение эффективности автомобилей и удобства пользования ими. В ближайшие годы в Европе ожидается рост применения автоматизированных и автоматических трансмиссий (гидромеханических, бесступенчатых, с двойным сцеплением). Если верить прогнозам, то к 2015 году доля автоматических коробок в европейских автомобилях увеличится с 20 до 50%. Из-за возросшей плотности транспорта на дорогах переключение передач вручную все более обременительно для водителя. Не думая о переключении передачи, водитель может лучше сосредоточиться на дороге, что, естественно, повышает безопасность движения.

ВЯЧЕСЛАВ СТЕПАНЕНКО

Автомобиль и сервис

Метки: 7G-Tronic Audi Borg Warner Citroen CVT Direct Shift Gearbox DSG Dual Tronic Dualogic Easytronic Fiat Getrag Mercedes-Benz multitronic Opel S-Tronic Senso Drive VDT Volkswagen ZF Sachs АКПП Трансмиссия

Похожие

Яндекс.Метрика