Факультативная автоматическая коробка передач что это такое
Типы автоматических коробок передач
Помните, как в одной известной песне поется: «Крепче за баранку держись, шофер!» В то время, когда писались слова к этой песне, водителям приходилось время от времени держаться за руль всего лишь одной рукой, орудуя рычагом механической коробки передач. Сегодня же благодаря «автомату» можно подарить «баранке» все свое внимание, не отвлекаясь на игры с «механикой». Рассмотрим же основные типы автоматических трансмиссий.
Вряд ли кто-то будет спорить с тем, что АКПП резко снизила нагрузки водителей, избавив их от необходимости топтать педаль сцепления и подарив возможность даже в салоне автомобиля чувствовать себя так же комфортно, как дома перед телевизором. И если вы решили отдать предпочтение автомобилю с коробкой-автомат, тогда вас ждет довольно непростой выбор типа трансмиссии. Да, обычно конечный потребитель не обращает внимания на устройство КПП, для него главное – это две педали, селектор и стремительно убегающая под автомобиль дорога. Однако не торопитесь, потому как есть типы трансмиссий, которые являются более выигрышным вариантом.
Гидравлический «автомат»: классика в чистом виде
Этот тип АКПП является классическим примером автоматической трансмиссии, особенность которой заключается в том, что между колесами и двигателем напрочь отсутствует какая-либо связь. Вы спросите – а как же передается крутящий момент? Отвечаем – через рабочую жидкость посредством двух турбин. Однако мы эволюционируем, а вместе с нами эволюционирует все, что мы изобретаем, потому сегодня такие коробки управляются специальными электронными устройствами. Это позволяет оснащать гидромеханические коробки передач спортивным и зимним режимом, программами экономичной езды, а также возможностью ручного переключения передач.
Если сравнивать «гидавлику» с МКПП, то первой нужно больше топлива, а также больше времени на разгон. Что ж, за комфорт нужно платить. Но именно «гидравлика» первой бросила вызов устаревшей механике и во многих странах одержала триумфальную победу. Но не в Европе. В Старом Свете коробка-автомат долго не могла прижиться. Возможно, это европейцы такие требовательные, или привычки практически неискоренимы, но инженерам пришлось попотеть, чтобы доработать АКПП для Европы. Но зато после этого «автомат» научился подстраиваться под стиль вождения, что и дало нам в результате экономичный, спортивный и зимний режимы работы.
Многие водители и рады были бы пользоваться АКПП, но при этом ни в какую не хотели отказываться от возможности самостоятельно переключать передачи. И решение нашлось – новые «автоматы» начали оснащать и ручным режимом. У каждого производителя для такого типа коробок существует собственное название, но первым было Autostick. На сегодняшний день самым распространенным названием является придумка компании Audi – Tiptronic. Конструкторы BMW назвали такую коробку Steptronic, а в Volvo решили, что вполне подойдет и Geartronic.
Несмотря на то, что при включении ручного режима водитель сам переключает передачи, в полной мере ручным его все же назвать нельзя. Скорее это полуавтоматика, ведь компьютер трансмиссии продолжает работать в это время и все равно контролирует работу автомобиля.
Роботизированная механика: предвестники Скайнета
МТА (Manual Transmission Automatically Shifted), а в простонародье просто «робот», по своей конструкции претендует на то, чтобы носить гордое имя «механики», но при этом по управлению – это чистой воды АКПП. При этом расход топлива здесь уже значительно меньше, чем на «механике». Но не все так сладко. Есть и своя горчинка: «робот» лоялен лишь в отношении спокойного режима езды. Как только вы решите поддать в топку угля и вдавите педаль газа в пол, сразу же болезненно ощутите, как переключаются передачи. Ощущения похожи на то, будто при каждом переключении передачи вас кто-то толкает в задний бампер. Но это с лихвой компенсируется небольшим весом коробки и ее сравнительно невысокой стоимостью.
«Робот» с двумя сцеплениями: одним сцеплением сыт не будешь
Как мы говорили выше, «робот» нуждался в серьезной доработке, потому как его недостатки существенно влияли на комфорт езды. И конструкторы решили оснастить его сразу двумя сцеплениями.
В массовое производство такая трансмиссия была запущена в 2003 году компанией Volkswagen, которая устанавливала ее на автомобили Golf R32. Такому «роботу» было дано название DSG (Direct Shift Gearbox). Два диска сцепления управляли разными передачами – четными и нечетными. Это значительно смягчило работу коробки, однако и у этого механизма имеется свой недостаток, который нельзя назвать незначительным – это высокая цена. Впрочем, если «робот» с двумя сцеплениями завоюет сердца пользователей, то это перестанет быть проблемой.
Вариатор: отказ от ступеней
Вариаторная трансмиссия (Continuously Variable Transmission) отличается тем, что умеет плавно изменять крутящий момент. Это бесступенчатая АКПП, в которой у передач отсутствует фиксированное передаточное число.
Если сравнивать CVT с классической «гидравликой», то в случае последней мы можем слышать, а также следить по тахометру за работой коробки. А вот вариатор работает очень размеренно, сохраняет баланс скорости и постоянно подхватывает момент смены передачи. Эта коробка не понравится водителям, которые любят «слушать» свой автомобиль, потому как вариатор постоянно работает в одной тональности, словно троллейбус. Однако не стоит сразу отказываться от вариатора в связи с акустической монотонностью: инженеры придумали выход из этой ситуации и снабдили коробку режимом, который позволяет вручную выбирать «виртуальные передачи». Данный режим имитирует смену передач и позволяет водителю чувствовать их переключение, как при езде на обычном «автомате».
Что день грядущий нам готовит?
Что говорят эксперты о том, кому будут принадлежать лавры первенства в будущем? Больше всего очков независимые «судьи» ставят «роботу» с двумя сцеплениями, который считается самой удачной разработкой на данный момент.
Вряд ли будет сдавать свои позиции и вариатор, но здесь все упирается в желание производителей автомобилей совершенствовать данный вид АКПП, в котором недостатков сейчас больше, чем преимуществ.
Классический «автомат» все еще отхватывает свой внушительный кусок пирога, но его время постепенно уходит. Однако еще рано говорить ему терминаторовское «Аста ла виста».
Разновидности АКПП | Типы автоматических коробок передач
Водителям автомобилей оснащенных механической коробкой переключения передач, время от времени, для того чтобы включить нужную передачу, приходится управлять машиной при помощи лишь одной только руки. В отличие от них счастливые обладатели транспорта с автоматической коробкой переключения передач за рулевое колесо, на протяжении всего движения, могут держаться обеими руками. И сейчас мы рассмотрим основосоставляющие типы автоматических коробок передач.
Краткое содержание :
Разновидности АКПП | Типы автоматических коробок
Классический гидравлический «Автомат» (АКПП) | Гидроавтомат
В отличии от механической коробки переключения передач гидравлическому «автомату» топлива требуется несколько больше и времени на разгон нужно больше. Но эта та цена, которую приходится заплатить за комфорт. И именно «гидравлика», бросив вызов «механике», одержала уверенную победу во многих странах, кроме «старушки Европы».
Как работает автоматическая коробка передач
Водителями в Европе продолжительное время все разновидности АКПП категорически не принималась. Многое пришлось сделать инженерам прежде чем окончательно адаптировали автоматическую коробку переключения передач для Европы. Но все это в итоге послужило повышению экономичности, появлению таких режимов как «зимний» и «спортивный». К тому же коробка научилась подстраиваться индивидуально под стиль вождения водителя, появилась возможность ручного переключения передач на АКПП — что было немаловажно для европейских водителей.
Каждый из производителей предпочитал по своему называть такие трансмиссии, но самым первым из названий появилось — Autostick. Одним из самых распространенных сегодня по праву считается изобретение фирмы АУДИ — Tiptronic. БМВ, например такую трансмиссию назвали — Steptronic, Вольво же сочли подходящим названием для коробки-автомата Geartronic.
Все же при том что водитель включает передачи сам, ручным полностью он не считается. Это больше полуавтоматика, потому как трансмиссионный компьютер продолжает контролировать работу автомобиля вне зависимости от выбранного режима.
Роботизированная коробка передач | АКПП робот
МТА (Manual Transmission Automatically Shifted) — или так называемый в народе робот DSG, конструктивно, пожалуй, во многом сходен с «механикой», но с точки зрения управления — это ни что иное как АКПП. И хотя расход топлива здесь более умеренный, чем все на той же МКПП, есть и свои нюансы. «Робот» весьма эффективен лишь на весьма умеренном темпе езды.
Чем более агрессивным становится манера езды, тем болезненнее ощущаются переключения передач. Порой при переключениях даже может показаться, что вас как будто кто-то пихает в задний бампер. То есть отличие робота (Дсг) от автомата заключается в принципе работы первого. Однако невысокая стоимость и незначительный вес АКПП вполне компенсируют этот недостаток.
О коробке DSG Видео
Зачем «Роботу» два сцепления?
Volkswagen Golf R32 DSG с 2 сцеплениями
Существующие недостатки серьезно осложняли эксплуатацию роботизированной трансмиссии, особенно остро это отражалось на комфортности движения. Поэтому конструкторы в ходе продолжительных «поисков» пришли в итоге к решению которое решило проблемы — они оснастили «робота» двумя сцеплениями.
В 2003 году компания Фольксваген запустила в массовое производство роботизированную трансмиссию с двумя сцеплениями, впервые установив ее на автомобили Гольф R32. Название ему присвоили DSG (Direct Shift Gearbox). Здесь четными передачами управлял один диск сцепления, а нечетными второй. Работу коробки это существенно смягчило, но тут появился другой солидный недостаток — цена этой АКПП довольно высока. Хотя массовое признание автолюбителями такой трансмиссии сможет решить эту проблему.
Вариатор | Вариаторная коробка передач
Вариатор | Бесступенчатая трансмиссия
Полезное видео о том, что из себя представляет вариаторная коробка передач
Особенности | Отличия вариатора от АКПП.
Не смогут полюбить такую коробку те водители которые привыкли «слушать» свой автомобиль, потому как подобно троллейбусу, вариаторная акпп не меняет тональности двигателя. Но отказываться от вариатора по этой причине, пожалуй, не стоит. Инженеры нашли выход из этой ситуации, добавив режим, где «виртуальные передачи» можно выбирать вручную. Режим переключения передач имитирует, что позволяет водителю ощущать езду как на обычной автоматической коробке переключения передач.
Как определить какая коробка установлена в автомобиле, вариатор или гидроавтомат:
Что надежнее и лучше: вариаторная коробка, робот или автомат?
Устройство и принцип действия АКПП
• Автоматическая коробка передач имеет ряд неоспоримых достоинств. Она существенно упрощает управление автомобилем. Переключения производятся плавно, без рывков, что улучшает ездовой комфорт и увеличивает срок службы трансмиссии. Современные АКПП имеют возможность ручного переключения передач и режимов работы, могут подстраиваться под стиль вождения конкретного водителя.
Но даже самые совершенные гидромеханические коробки не лишены недостатков. К ним относятся: сложность конструкции, высокая цена и стоимость обслуживания, более низкий КПД, худшая динамика и повышенный расход топлива по сравнению с механической КПП, медлительность переключений.
— Устройство и принцип работы:
• Автоматическая коробка передач состоит из следующих основных узлов: гидротрансформатора, планетарного ряда, системы управления и контроля. Коробка переднеприводных автомобилей дополнительно содержит внутри корпуса главную передачу и дифференциал.
Чтобы понять, как работает АКПП, необходимо представлять себе, что такое гидромуфта и планетарная передача. Гидромуфта — устройство, состоящее из двух лопастных колес, установленных в одном корпусе, который заполнен специальным маслом. Одно из колес, называемое насосным, соединяется с коленвалом двигателя, а второе, турбинное, — с трансмиссией. При вращении насосного колеса отбрасываемые им потоки масла раскручивают турбинное колесо. Такая конструкция позволяет передавать крутящий момент примерно в соотношении 1:1. Для автомобиля такой вариант не подходит, так как нам нужно, чтобы крутящий момент изменялся в широких пределах. Поэтому между насосным и турбинным колесами стали устанавливать еще одно колесо — реакторное, которое в зависимости от режима движения автомобиля может быть либо неподвижно, либо вращаться. Когда реактор неподвижен, он увеличивает скорость потока рабочей жидкости, циркулирующей между колёсами. Чем выше скорость движения масла, тем большее воздействие оно оказывает на турбинное колесо. Таким образом момент на турбинном колесе увеличивается, т.е. мы его трансформируем.
Поэтому устройство с тремя колесами это уже не гидромуфта, а гидротрансформатор.
Но и гидротрансформатор не может преобразовывать скорость вращения и передаваемый крутящий момент в нужных нам пределах. Да и обеспечить движение задним ходом ему не под силу. Поэтому к нему присоединяют набор из отдельных планетарных передач с разным передаточным коэффициентом — как бы несколько одноступенчатых КПП в одном корпусе. Планетарная передача представляет собой механическую систему, состоящую из нескольких шестерён – сателлитов, вращающихся вокруг центральной шестерни. Сателлиты фиксируются вместе с помощью водила. Внешняя кольцевая шестерня имеет внутреннее зацепление с планетарными шестернями. Сателлиты, закрепленные на водиле, вращаются вокруг центральной шестерни, как планеты вокруг Солнца (отсюда и название- планетарная передача), внешняя шестерня – вокруг сателлитов. Различные передаточные отношения достигаются путем фиксации различных деталей относительно друг друга.
Переключение передач осуществляется системой управления, которая на ранних моделях была полностью гидравлической, а на современных на помощь гидравлике пришла электроника.
— Режимы работы гидротрансформатора:
• Перед началом движения насосное колесо вращается, реакторное и турбинное — неподвижны. Реакторное колесо закреплено на валу при помощи обгонной муфты, и поэтому может вращаться только в одну сторону. Включаем передачу, нажимаем педаль газа — обороты двигателя растут, насосное колесо набирает обороты и потоками масла раскручивает турбинное. Масло, отбрасываемое обратно турбинным колесом, попадает на неподвижные лопатки реактора, которые дополнительно «подкручивают» поток масла, увеличивая его кинетическую энергию, и направляют на лопасти насосного колеса. Таким образом с помощью реактора увеличивается крутящий момент, что и требуется при разгоне автомобиля. Когда автомобиль разогнался, и движется с постоянной скоростью, насосное и турбинное колеса вращаются примерно с одинаковыми оборотами. При этом поток масла от турбинного колеса попадает на лопасти реактора уже с другой стороны, благодаря чему реактор начинает вращаться. Увеличения крутящего момента не происходит, гидротрансформатор переходит в режим гидромуфты. Если же сопротивление движению автомобиля возросло (например, автомобиль едет в гору), скорость вращения ведущих колес, а, соответственно, и турбинного колеса падает. В этом случае потоки масла опять останавливают реактор — крутящий момент возрастает. Таким образом осуществляется автоматическое регулирование крутящего момента в зависимости от режима движения.
Отсутствие жесткой связи в гидротрансформаторе имеет свои достоинства и недостатки. Плюсы: крутящий момент изменяется плавно и бесступенчато, демпфируются крутильные колебания и рывки, передаваемые от двигателя к трансмиссии. Минусы — низкий КПД, так как часть энергии теряется при «перелопачивании масла» и расходуется на привод насоса АКПП, что, в конечном итоге, приводит к увеличению расхода топлива.
Для устранения этого недостатка в гидротрансформаторе применяется режим блокировки. При установившемся режиме движения на высших передачах автоматически включается механическая блокировка колес гидротрансформатора, то есть он начинает выполнять функцию обычного «сухого» сцепления. При этом обеспечивается жесткая непосредственная связь двигателя с ведущими колесами, как в механической трансмиссии. На некоторых АКПП включение режима блокировки предусмотрено и на низших передачах. Движение с блокировкой является наиболее экономичным режимом работы АКПП. При повышении нагрузки на ведущих колесах блокировка автоматически выключается.
При работе гидротрансформатора происходит значительный нагрев рабочей жидкости, поэтому в конструкции АКПП предусматривается система охлаждения с радиатором, который или встраивается в радиатор двигателя, или устанавливается отдельно.
Как работает планетарная передача
Почему в АКПП в подавляющем большинстве случаев применяется планетарная передача, а не валы с шестернями, как в механической коробке? Планетарная передача более компактна, она обеспечивает более быстрое и плавное переключение скоростей без разрыва в передаче мощности двигателя. Планетарные передачи отличаются долговечностью, так как нагрузка передается несколькими сателлитами, что снижает напряжения зубьев.
В одинарной планетарной передаче крутящий момент передается с помощью каких-либо (в зависимости от выбранной передачи) двух ее элементов, из которых один является ведущим, второй — ведомым. Третий элемент при этом неподвижен.
Для получения прямой передачи необходимо зафиксировать между собой два любых элемента, которые будут играть роль ведомого звена, третий элемент при таком включении является ведущим. Общее передаточное отношение такого зацепления 1:1.
Таким образом, один планетарный механизм может обеспечить три передачи для движения вперед (понижающую, прямую и повышающую) и передачу заднего хода.
Передаточные отношения одиночного планетарного ряда не дают возможности оптимально использовать крутящий момент двигателя. Поэтому необходимо соединение двух или трех таких механизмов. Существует несколько вариантов соединения, каждое из которых носит название по имени своего изобретателя.
Планетарный механизм Симпсона, состоящий из двух планетарных редукторов, часто называют двойным рядом. Обе группы сателлитов, каждая из которых вращается внутри своей коронной шестерни, объединены в единый механизм общей солнечной шестерней. Планетарный ряд такой конструкции обеспечивает три ступени изменения передаточного отношения. Для получения четвертой, повышающей, передачи последовательно с рядом Симпсона установлен еще один планетарный ряд. Схема Симпсона нашла наибольшее применение в АКПП для заднеприводных автомобилей. Высокая надежность и долговечность при относительной простоте конструкции — вот ее неоспоримые достоинства.
Планетарный ряд Равинье иногда называют полуторным, подчеркивая этим особенности его конструкции: наличие одной коронной шестерни, двух солнечных и водила с двумя группами сателлитов. Главным преимуществом схемы Равинье является то, что она позволяет получить четыре ступени изменения передаточного отношения редуктора. Отсутствие отдельного планетарного ряда повышающей передачи позволяет сделать редуктор коробки очень компактным, что особенно важно для трансмиссий переднеприводных автомобилей. К недостаткам следует отнести уменьшение ресурса механизма приблизительно в полтора раза по сравнению с планетарным рядом Симпсона. Это связано стем, что шестерни передачи Равиньё нагружены постоянно, на всех режимах работы коробки, в то время как элементы ряда Симпсона не нагружены во время движения на повышенной передаче. Второй недостаток — низкий КПД на пониженных передачах, приводящий к снижению разгонной динамики автомобиля и шумности работы коробки.
Коробка передач Уилсона состоит из 3 планетарных редукторов. Коронная шестерня первого планетарного редуктора, водило второго редуктора, и коронная шестерня третьего постоянно соединены между собой, образуя единое целое. Кроме того, второй и третий планетарные редукторы имеют общую солнечную шестерню, которая приводит в действие передачи переднего хода. Схема Уилсона обеспечивает 5 передач вперед и одну заднего хода.
Планетарная передача Лепелетье объединяет в себе обыкновенный планетарный ряд и пристыкованный за ним планетарный ряд Равинье. Несмотря на простоту, такая коробка обеспечивает переключение 6 передач переднего хода и одну заднего. Преимуществом схемы Лепелетье является ее простая, компактная и имеющая небольшую массу конструкция.
Конструкторы постоянно совершенствуют АКПП, увеличивая количество передач, что улучшает плавность работы и экономичность автомобиля. Современные «автоматы» могут иметь до восьми передач.
— Как работает система управления:
• Системы управления АКПП бывают двух типов: гидравлические и электронные. Гидравлические системы используются на устаревших или бюджетных моделях, современные АКПП управляются электроникой.
Устройством «жизнеобеспечения» для любой системы управления является масляный насос. Его привод осуществляется непосредственно от коленвала двигателя. Масляный насос создает и поддерживает в гидравлической системе постоянное давление, независимо от частоты вращения коленвала и нагрузки на двигатель. В случае отклонения давления от номинального функционирование АКПП нарушается ввиду того, что исполнительные механизмы включения передач управляются давлением.
Момент переключения передач определяется по скорости автомобиля и нагрузке на двигатель. Для этого в гидравлической системе управления существуют два датчика: скоростной регулятор и клапан — дроссель или модулятор. Скоростной регулятор давления или гидравлический датчик скорости устанавливается на выходном валу АКПП. Чем быстрее едет машина, тем больше открывается клапан, тем больше давление проходящей через этот клапан трансмиссионной жидкости. Предназначенный для определения нагрузки на двигатель клапан — дроссель соединяется тросом либо с дроссельной заслонкой (в бензиновых двигателях), либо с рычагом ТНВД (в дизелях). В некоторых автомобилях для подачи давления на клапан — дроссель используется не трос, а вакуумный модулятор, который приводится в действие разряжением во впускном коллекторе (при увеличении нагрузки на двигатель разряжение падает). Таким образом, эти клапаны формируют давления, пропорциональные скорости движения автомобиля и загруженности двигателя. Соотношение этих давлений и позволяет определять моменты переключения передач и блокировки гидротрансформатора. В «принятии решения» о переключении передачи участвует и клапан выбора диапазона, который соединен с рычагом селектора АКПП и, в зависимости от его положения, запрещает включение определенных передач. Результирующее давление, создаваемое клапаном — дросселем и скоростным регулятором, вызывает срабатывание соответствующего клапана переключения. Причем, если машина ускоряется быстро, то система управления включит повышенную передачу позже, чем при спокойном разгоне.
Как это происходит? Клапан переключения находится под давлением масла от скоростного регулятора давления с одной стороны и от клапана — дросселя с другой. Если машина ускоряется медленно, давление от гидравлического клапана скорости нарастает, что приводит к открытию клапана переключения. Поскольку педаль акселератора нажата не полностью, клапан — дроссель не создает большое давление на клапан переключения. Если же машина ускоряется быстро, клапан — дроссель создает большее давление на клапан переключения, препятствуя его открытию. Чтобы преодолеть это противодействие, давление от скоростного регулятора давления должно превысить давление от клапана — дросселя, но это произойдет при достижении автомобилем более высокой скорости, чем при медленном разгоне.
Каждый клапан переключения соответствует определенному уровню давления: чем быстрее движется автомобиль, тем более высшая передача включится. Блок клапанов представляет собой систему каналов с расположенными в них клапанами и плунжерами. Клапаны переключения подают гидравлическое давление на исполнительные механизмы: муфты фрикционов и тормозные ленты, посредством которых осуществляется блокировка различных элементов планетарного ряда и, следовательно, включение (выключение) различных передач. Тормоз — это механизм, который осуществляет блокировку элементов планетарного ряда на неподвижный корпус АКПП. Фрикцион же блокирует подвижные элементы планетарного ряда между собой.
Электронная система управления так же, как и гидравлическая, использует для работы два основных параметра: скорость движения автомобиля и нагрузку на двигатель. Но для определения этих параметров используются не механические, а электронные датчики. Основными из них являются датчики: частоты вращения на входе коробки передач, частоты вращения на выходе коробки передач, температуры рабочей жидкости, положения рычага селектора, положения педали акселератора. Кроме того, блок управления АКПП получает дополнительную информацию от блока управления двигателем и других электронных систем автомобиля (например, от АБС). Это позволяет более точно, чем в обычной АКПП, определять моменты переключений и блокировки гидротрансформатора. Программа переключения передач по характеру изменения скорости при данной нагрузке на двигатель может легко вычислить силу сопротивления движению автомобиля и ввести соответствующие поправки в алгоритм переключения, например, попозже включать повышенные передачи на полностью загруженном автомобиле.
АКПП с электронным управлением так же, как и простые гидромеханические коробки, используют гидравлику для включения муфт и тормозных лент, но каждый гидравлический контур управляется электромагнитным, а не гидравлическим клапаном.
Применение электроники существенно расширило возможности АКПП. Они получили различные режимы работы: экономичный, спортивный, зимний. Резкий рост популярности «автоматов» был вызван появлением режима Autostick, который позволяет водителю самостоятельно выбирать нужную передачу. Каждый производитель дал такому типу коробки передач свое название: Audi — Tiptronic, BMW — Steptronic. Благодаря электронике в современных АКПП стала доступна и возможность их «самообучения», т.е. изменение алгоритма переключений в зависимости от стиля вождения. Электроника предоставила широкие возможности для самодиагностики АКПП. И речь идет не только о запоминании кодов неисправностей. Программа управления, контролируя износ фрикционных дисков, температуру масла, вносит необходимые коррективы в работу АКПП.