Конструкция и принцип работы автоматических трансмиссий.
Конструкция и принцип работы автоматических трансмиссий.
| Одно из направлений в эволюции автомобиля – создание автоматических трансмиссий. Все их многообразие можно свести к трем типам, у каждого из которых есть свои достоинства и недостатки. |
«Гидромеханика»
Гидромеханические АКП наиболее распространены и используются большинством автопроизводителей. Первые гидромеханические АКП появились в 30-е годы XX ст. Само название говорит о том, что в их конструкции сочетаются гидравлическая (гидротрансформатор) и механическая части (планетарная коробка передач). Обязательный элемент (как, впрочем, и в любой другой АКП) – система управления.
Гидротрансформатор передает крутящий момент от двигателя к коробке передач, увеличивая его в 1,5 – 2,4 раза, а также выполняет задачи сцепления (обеспечивает плавное трогание с места и частично поглощает рывки при переключениях). Так как для передачи крутящего момента в гидротрансформаторе обязательно присутствует относительное проскальзывание рабочих колес (насосного и турбинного), коэффициент полезного действия трансмиссии снижается на 3 – 6% (к механическим потерям добавляются гидравлические), что, в свою очередь, является причиной повышенного расхода топлива у машин с такими КП. При движении на высших передачах в некоторых агрегатах предусматривают автоматическую блокировку гидротрансформатора (рабочие колеса механически соединяются).
Планетарная КП, как и обычная, служит для дальнейшего изменения крутящего момента (получения определенного количества передач – как правило, от 3 до 7). Почему именно планетарная коробка? Ее конструкция позволяет переключать ступени, практически не прерывая передачу крутящего момента. Для этого система управления блокирует те или иные пакеты фрикционов (многодисковые сцепления), тем самым изменяя путь передачи крутящего момента.
Система управления автоматически включает нужную передачу в зависимости от числа оборотов двигателя, степени и скорости нажатия на педаль «газа». Современные АКП с высокоинтеллектуальной электроникой реализуют возможность как автоматического, так и ручного переключения передач. Для этого селектор КП переводится в определенное положение, и при его перемещении вперед-назад или вправо-влево передачи последовательно переключаются. В некоторых автоматах блок управления страхует неопытного водителя: если нужно включать очередную передачу, а это не делается, автомат включает ее самостоятельно. В некоторых АКП также можно включить различные режимы («обычный», «комфорт», «спорт», «зимний»). В зависимости от выбранного режима переключение происходит при разных оборотах двигателя.
Самые «продвинутые» автоматы способны адаптироваться под индивидуальный стиль вождения. Некоторое время такая КП набирает статистику (производится запись интенсивности разгонов автомобиля, степени нажатия на педаль газа и еще ряда показателей), а затем автомат выбирает требуемый алгоритм переключения передач: у «спортсменов» – при повышенных оборотах, а у степенных водителей – при более низких.
Бесступенчатые трансмиссии
Общим недостатком гидравлических АКП и роботизированных механических коробок является то, что из-за ступенчатого изменения передаточного числа они могут обеспечить лишь приблизительное соответствие величины крутящего момента, требуемого при данной нагрузке. Бесступенчатое (плавное) изменение величины передаточного отношения достигается в трансмиссиях с использованием вариаторов – клиноременных (практически всегда) или тороидальных (очень редко).
В клиноременных вариаторах передача крутящего момента осуществляется ремнем, зажатым двумя парами усеченных конусов, направленных вершинами друг к другу. Изменение передаточного отношения достигается за счет перемещения конусов навстречу один другому или в обратном направлении. При этом изменяется радиус окружности, на которой находится ремень. Соотношение радиусов этих окружностей и определяет передаточное отношение вариатора. На первых автомобильных вариаторах (DAF, «Variomatic», 1958 г.) применялись резинокордные ремни. Но их недолговечность заставила искать другие материалы. Лучше зарекомендовали себя металлические «ремни», составленные из трапециевидных сегментов и стальных колец, или пластинчатые цепи. Срок их службы вполне соответствует требованиям. Вариаторы с резинокордными ремнями сейчас применяются только в скутерах и снегоходах.
К сожалению, одного вариатора для полноценной трансмиссии недостаточно. Для трогания с места в различных конструкциях бесступенчатых трансмиссий использовали центробежные и электромагнитные сцепления, а затем начали применять гидротрансформатор. Заднюю передачу обеспечивает планетарная КП.
При управлении автомобилями с вариатором появляется еще одна проблема – психологическая. Водитель при езде на обычной машине слышит изменяющийся звук двигателя, тональность которого меняется пропорционально изменению скорости движения. Но «вариаторные» модели вводят в заблуждение: скорость меняется, а обороты мотора остаются практически постоянными, так как вариатор поддерживает их в зоне максимального крутящего момента, чтобы достичь наилучшего ускорения. Некоторые производители адаптируют системы управления таким образом, чтобы обеспечить несколько электронно фиксированных передач (обычно 5 – 7). У водителя появляется возможность выбора: можно установить рычаг в положение «автомат» и ездить в обычном режиме или перевести рычаг на ручное переключение и перемещать его вперед-назад. Клиноременные вариаторы используются на ряде моделей Audi, Nissan, Honda, Subaru и других фирм.
Другая, очень редкая конструкция бесступенчатой трансмиссии основана на использовании поворачивающегося ролика, бегущего между двумя чашами, повернутыми друг к другу. Чем-то это напоминает полый бублик, разрезанный пополам. Изменяя угол поворота ролика, можно заставить ведомую чашу вращаться быстрее, медленнее или с такой же скоростью, как и ведущая. Как и в случае с «ремнем», нужно устанавливать сцепление и механизм заднего хода. Еще одна сложность в том, что для передачи крутящего момента необходимо очень высокое давление в пятне контакта, чтобы исключить проскальзывание, а значит, нужны особые сорта масел. Такие вариаторы пока используют только Nissan (Extroid CVT) и Mazda (toroidal CVT).
«Механика – робот»
Ряд недостатков гидравлических АКП и успехи в развитии электроники способствовали развитию роботизированных коробок передач, которые появились в 80-е годы XX ст. Фактически это обычная механическая КП, в которой сцеплением и переключением передач управляют сервоприводы, получающие команды от электронного блока управления. Существуют различные варианты таких коробок. Например, могут быть реализованы два режима переключения передач: полностью автоматический, когда коробка работает так же, как обычная АКП, и секвентальный, при котором водитель самостоятельно переключает передачи качанием рычага вправо-влево (вперед-назад) или лепестками или кнопками на рулевом колесе, как в гоночных болидах. Система управления бережет двигатель от повреждений вследствие неправильных действий водителя (переключение можно производить, даже не снимая ногу с педали газа, автоматика сама снизит обороты, выключит-включит сцепление и передачу).
Такие коробки передач легче, дешевле и эффективнее, чем обычные автоматические. В них отсутствуют потери мощности в гидротрансформаторе, выше коэффициент полезного действия, а значит, автомобиль расходует меньше горючего. Хотя в некоторых недорогих авто задержки при переключении передач и рывки портят впечатление. Роботизированная «механика» используется BMW, Citroёn, Mitsubishi, Toyota и рядом других компаний, причем как в дорогих моделях бизнес-класса, так и в моделях А-, B-, С-класса. У разных производителей они могут называться по-разному: Steptronic – у BMW, Tiptronic или Sequentiel – у Audi, MMS – у Toyota.
| Сравнительные характеристики различных типов АКП |
|