Трансмиссия механическая с автоматическим и возможностью ручного управления что это
Коробка переключения передач: виды, чем отличаются и как работают
Коробка переключения передач (КПП) — элемент трансмиссии автомобиля, который передает мощность от двигателя внутреннего сгорания (ДВС) на ведущие колеса, при этом расширяя диапазон частоты вращения и крутящего момента мотора. Этот узел отвечает за эффективную работу мотора, влияет на динамику движения и расход топлива. Базовым для КПП считается предустановленный набор передаточных чисел — это коэффициент, на который увеличивается или уменьшается крутящий момент, поступающий от двигателя.
Передача, а в современных авто их может быть от 5 до 10, помогает работе двигателя в каждом из диапазонов скоростей. Для старта обычно применяется 1-я передача, но реже — 2-я (например, на грузовиках).
В зависимости от степени участия водителя, «коробка» может быть с ручным управлением (механическая) или автоматическая, где выбор передачи выполняет электроника. К таким агрегатам, как правило, относят не только классическую гидромеханику, но также «роботов» и вариаторы [1]. Отдельный класс — секвентальные КПП, которые чаще всего используют для гоночных автомобилей. Разбираемся в устройстве каждой из них и в том, как они работают.
Механическая
Самый простой и надежный в эксплуатации тип трансмиссии. Визуально определить МКПП несложно: по третьей педали (это педаль сцепления) и рычагу переключения передач. В современных автомобилях ступеней может быть 5, 6 или даже 7, плюс нейтральное положение и режим заднего хода.
Основные рабочие элементы механической коробки, в самом упрощенном варианте, это:
Все они расположены на валах, которых может быть два или три.
Первичный или ведущий вал напрямую связан с двигателем через сцепление. Это сделано для возможности «отсоединять/присоединять» трансмиссию к ДВС. Для передачи крутящего момента на конце входного вала жестко зафиксирована шестерня, которая вращает следующий, промежуточный вал.
На нем равно числу передач установлены разноразмерные ведущие зубчатые шестерни. Каждая работает в сцепке с шестеренками (ведомыми) на вторичном или выходном валу. На нем шестерни, в отличие от первых двух валов, свободно вращаются на оси. Образованные зубчатые пары отвечают за передаточное число и динамические характеристики передачи («короткая», «длинная» итд).
В МКПП переключение происходит в ручном режиме. Переводя в салоне рычаг в нужное положение, водитель двигает в сторону соответствующей зубчатой пары муфту. Чтобы избежать удара при смыкании, нужно выровнять частоты вращения валов — для этого применяются синхронизаторы.
Плюсы: долгий опыт эксплуатации в автопроме, простое устройство и ремонт, возможность вручную влиять на динамику авто.
Минусы: утомительное «втыкание» передач и нажатие педали сцепления в плотном трафике, ограниченный набор передач.
Автоматическая
Под классической АКПП, как правило, подразумевают гидромеханическую коробку переключения передач. В этом случае у водителя всего две педали, а вместо рычага КПП — селектор, который может быть выполнен в виде шайбы или кнопок, или подрулевой переключатель режимов: P — парковка, D — движение, N — нейтральная и R — задний ход.
В отличие от «механики» передача крутящего момента здесь сложнее, а электронный блок управления (ЭБУ) отвечает за выбор передачи. В современных автоматических трансмиссиях их может быть до 10 включительно.
Принцип работы строится на силе давления трансмиссионной жидкости, отсюда и слово «гидро» в названии. Главные рабочие элементы — гидротрансформатор и планетарная КПП [2].
Плюсы: за редким исключением — надежный и проверенный временем агрегат; обычно обеспечивает плавную и тихую езду.
Минусы: очень привередлив к качеству трансмиссионной жидкости, простые агрегаты могут быть «задумчивыми», дорогой и сложный ремонт в случае поломки.
Бесступенчатая
CVT или вариатор — это кардинально другой в техническом плане тип КПП [3], который, по большому счету, даже нельзя называть коробкой передач, так как передач в нем как раз-таки нет.
В отличие от классического «автомата» или «механики», он не имеет фиксированного количества предустановленных передач и выдает по сути неограниченное количество передаточных чисел. Такая гибкость достигается за счет работы двух противоположных шкивов конической формы, которые соединены цепью или ремнем.
В бесступенчатой коробке один конус соединен с валом двигателя, а другой — направляет мощность на ведущие колеса. Передаточные числа изменяются по мере того, как шкивы перемещаются все ближе и дальше друг от друга. Решение, на сколько сдвинуть шкивы, принимает электроника.
Эти изменения теоретически происходят все время, чтобы двигатель работал на наиболее эффективных оборотах. Однако современные CVT умеют имитировать фиксированные ступени, так как такое поведение более привычно водителям.
Плюсы: теоретически вариаторы считаются более капризными, чем классические «автоматы», однако наиболее удачные варианты по сроку службы не уступают гидромеханическим КПП.
Минусы: вариаторы не любят пробуксовки и заезда на высокие препятствия, от чего цепь (или ремень) стачивает поверхность шкивов.
Роботизированная
РКПП или просто «робот» — это гибрид автоматической и механической коробки передач. Для начала движения водитель, также как и на «автомате», выбирает один из режимов (D, P, N, R).
Механическая схема в ней аналогична МКПП, но для переключения передач и смыкания/размыкания сцепления здесь отвечают сервоприводы. Момент выбора нужной ступени контролируется электроникой.
Проще говоря, вместо педали сцепления и рычага коробки стоят электромоторы, которые по команде электроники «выжимают» сцепление и меняют ступени.
Плюсы: недорогая в обслуживании; освобождает водителя от необходимости переключать передачи вручную
Минусы: электронике нужно время, чтобы понять действия водителя и включить передачу, из-за этого разгоны происходят с характерными провалами потока мощности; высокая стоимость актуаторов.
Преселективная
По сути это та же роботизированная коробка переключения передач. Главное ее отличие в количестве сцеплений — их два [4]. Этот тип трансмиссии относительно новый — активно внедрение началось с 2003 года. Сегодня их ставят на все классы автомобилей: от небольших хэтчбеков до спорткаров.
Принцип работы такой коробки заключается в том, что каждое из сцеплений управляет своим набором передач: четными и нечетными. В итоге, когда автомобиль работает на одной передаче, следующая уже выбрана и готова к включению.
Например, машина едет на второй передаче и ускоряется. В этот момент электроника подает сигнал, и автоматика двигает муфту к следующей, 3-й передаче. Когда приходит время муфта, которая была включена для 2-й передачи, отключается, и теперь включается та, на которой была предварительно выбрана 3-я передача. В это время освободившееся сцепление уже выбирает 4-ю передачу.
Плюсы: быстрое переключение передач; высокая экономичность.
Минусы: инженерам не сразу удалось сделать этот тип КПП надежным, из-за чего автомобилисты часто избегают таких коробок; «преселективы» не всегда аккуратно работают на низких скоростях — в пробках могут чувствоваться толчки.
Секвентальная
Секвентальная или последовательная коробка передач — это разновидность механической трансмиссии, которая чаще всего используется в спортивных и гоночных автомобилях.
В отличие от классической «механики», где переключение происходит по Н-образной схеме, здесь «движение» возможно только последовательно [5]. То есть водитель не может стартовать со 2-й и сразу уйти на 4-ю передачу. В случае с «секвенталкой» ему понадобится пройти все передачи по очереди: от 1-й до 4-й.
Техническое устройство такой коробки схоже с классической «механикой», но есть ряд существенных отличий:
Плюсы: очень высокая скорость переключения между передачами; нет потери мощности в момент смены; экономия топлива.
Минусы: высокий износ деталей; дорогая в ремонте.
Неисправности коробки переключения передач
Как и любой рабочий элемент, КПП подвержены износу и поломкам. Хотя при бережном уходе некоторые «коробки» готовы служить по несколько сотен тысяч километров. Причину неисправности и особенно ремонт данного узла лучше доверять проверенным мастерам, например, официальным дилерам или специалистам в клубных сервисах.
Механика VS Автомат VS Роботизированная механика VS Вариатор
I. КЛАССИЧЕСКИЙ АВТОМАТ (АТ).
Всегда имеет гидротрансформатор (далее ГТ) и набор планетарных и зубчатых механических передач. Передаточное число изменяется давлением масла в ГТ и разными соединениями шестерен. Управляется автоматикой.
Основные режимы работы:
Что касается режимов работы, то практически любая АКПП имеет следующие режимы, ставшие стандартными с конца 1950-х годов:
«Р» (англ.«Park») — парковочная блокировка (ведущие колеса заблокированы, блокировка находится внутри самой АКПП и не связана с обычным стояночным тормозом);
«R» (англ.«Reverse») (на отечественных моделях — «Зх») — задний ход (недопустимо включать до полной остановки автомобиля, на современных трансмиссиях зачастую существует блокировка);
«N» (англ.«Neutral») (на отечественных — «Н») — нейтральный режим (включается при кратковременной стоянке и при буксировке на небольшое расстояние);
«D» (англ.«Drive») (на отечественных — «Д») — движение вперёд (как правило, задействуются все ступени, либо все, кроме повышающих передач);
«L» (англ.«Low») (на отечественных — «ПП» (Принудительно Понижающая) или «Тх») — пониженная передача, «тихий ход» (для движения в сложных дорожных условиях).
Дополнительные режимы работы:
В современных АКПП, с большим числом рабочих диапазонов, могут присутствовать дополнительные режимы работы, а положения селектора могут обозначаться иначе:
«[D]» или «OD» — овердрайв (ступень с передаточным отношением менее единицы), режим движения с возможностью автоматического переключения на повышающую передачу. Наиболее подходит для равномерного движения по трассе;
«D3» или «O/D OFF» — только I, II и III передачи, либо отключение повышающей передачи (овердрайва). Активный режим, наиболее подходящий для движения по городу;
«S» (либо цифра «2») — диапазон пониженных передач (I и II либо только II передача). «Зимний режим»;
«L» (либо цифра «1») — второй диапазон пониженных передач (только I передача).
Также, встречаются дополнительные переключатели (реализованные, например, в виде кнопок) режимов работы АКПП:
«Sport» или «Power» — переключение передач происходит на более высоких оборотах двигателя. Более динамичный разгон в ущерб расходу топлива;
«Winter» или «Snow» — трогание происходит с III-й передачи (для предотвращения пробуксовки колес), из-за возможного перегрева коробки не рекомендуется постоянно ездить на этом режиме.
В некоторых случаях режим Sport задействуется автоматически при глубоком нажатии на педаль газа — т. н. «кикдаун» (англ.Kickdown). В некоторых случаях режим кикдауна запрещен при отключении режима Overdrive.
В отличие от МКПП, АКПП поддерживает торможение двигателем далеко не во всех режимах. В режимах, где торможение двигателем запрещено, трансмиссия свободно проскальзывает в обгонных муфтах (как в велосипеде) и автомобиль движется «накатом». Например, в некоторых случаях первая передача с торможением двигателем задействуется только при выборе водителем положения «1». При выборе первой передачи автоматикой из положения «D» торможение двигателем невозможно.
Автоматическая трансмиссия увеличивает комфортность вождения. Отсутствие необходимости выбора нужной передачи и осуществления переключения передач, позволяет сосредоточиться на вождении, что в сложной дорожной ситуации не помешает даже опытному водителю.
Благодаря наличию гидротрансформатора АКПП создает более благоприятные условия эксплуатации, как для двигателя, так и для ходовой части, что увеличивает их ресурс, а система управления работой автоматической трансмиссии предотвращает возникновение перегрузок двигателя и ходовой части автомобиля из-за ошибок водителя.
Автомобиль с АКПП оборудован системой пассивной безопасности, которая не позволяет завести двигатель в положениях РВД отличных от «P» и «N». А также предотвращает самопроизвольное движение автомобиля при стоянке на неровной площадке, т.к. извлечь ключ из замка зажигания можно только в положении РВД «P».
К недостаткам АКПП следует отнести более низкий КПД (из-за потерь в гидротрансформаторе), чем у механической КПП, что увеличивает расход топлива. Хотя это не всегда так.
Современные автоматические трансмиссии в некоторых режимах движения позволяют добиться более высокой экономичности по сравнению с механическими КПП за счет поддержания оптимальных оборотов двигателя и «интеллектуального» управления блокировкой гидротрансформатора.
Другой недостаток — несколько худшие динамические показатели разгона автомобиля с АКПП, чем с механической КПП при прочих равных условиях. Разница не столь велика и для основной массы водителей несущественна.
Ну и, наконец, автомобиль с АКПП нельзя завести иначе как с помощью стартера. Надо отметить, что подавляющее число водителей, имеющих опыт эксплуатации обеих типов трансмиссий, независимо от уровня достатка и опыта вождения отдают безоговорочное предпочтение автомобилям с АКПП.
В последнее время появилось много новшеств для удобства работы с автоматом:
a) Адаптивные автоматические коробки передач. Развитие «электронных» АКПП привело к появлению адаптивных коробок передач. Разрабатываемые алгоритмы управления становятся все более интеллектуальными, что приводит к появления нового качества в тех же самых, с механической точки зрения, трансмиссиях.
Бортовой компьютер следит за манерой водителя управлять автомобилем, подстраиваясь соответствующим образом под нее. Кроме того, в алгоритм работы такого компьютера заложен учет износа в АКПП фрикционных элементов управления. Все это приводит не только к повышению комфортности поездки на автомобиле, но и к повышению его ресурса и экономичности.
b) Autostick (Steptronic, Tiptronic). Это система управления работой АКПП, в которой на ряду с автоматическим, предусмотрен и полуавтоматический режим управления, при котором команду на переключение передачи дает водитель, а качество этих переключений обеспечивает система управления.
В зависимости от производителя этот режим имеет разные названия (Autostick, Steptronic, Tiptronic), реализуется он только на автомобилях, имеющих электронную систему управления АКПП, и то не на всех.
В автомобилях оборудованных такой системой, РВД имеет специальное положение, в котором включается режим Autostick. Относительно этого положения есть два противоположных, не фиксируемых положения РВД.
Эти положения имеют обозначения «+»(«Up») и «-«(«Dn»), соответственно для переключения на более высокую или более низкую передачу. Режим Autostick является скорее полуавтоматическим, чем ручным, т.к. трансмиссионный компьютер, не перестает контролировать действия водителя и не позволит ему, например, тронуться с высшей передачи, или выбрать передачу таким образом, чтобы обороты двигателя превысили допустимые.
В остальном же, полная иллюзия механической трансмиссии. По желанию водителя можно перейти и на обычный автоматический режим управления, переведя РВД в положение «D».
c) Режимы — экономичный, спортивный, зимний. Экономичная программа настроена на обеспечение движения с минимальным расходом топлива. Движение автомобиля в этом случае носит плавный, спокойный характер.
Спортивная программа настроена на максимальное использование мощности двигателя. Автомобиль в этом случае развивает, по сравнению с экономичной программой, значительно большие ускорения.
Зимняя программа осуществляет трогание с места на скользкой дороге. В случае ее действия возможны различные алгоритмы работы АКПП, но, как правило, во всех случаях трогание осуществляется либо со второй, либо с третьей передачи.
d) Режим кикдаун (kickdown). Если во время движения нажать до упора педаль газа, то в коробке передач произойдет переключение на одну или две передачи вниз.
Этот режим рекомендуется использовать для более быстрого разгона. Обратное повышающее переключение в этом случае может произойти только при достижении двигателем максимальных оборотов.
КОРОТКО: Внутри машины находится автомат, который четко переключает передачи в зависимости от количества оборотов.
Цепь или ремень в нём переброшена между двумя шестернями (ведущей и ведомой), которые состоят из противоположно направленных конусов, которые сдвигаются и раздвигаются и тем самым меняют диаметр шестерни. Диапазон передаточного числа в вариаторах изменяется посредством синхронного изменения диаметров шестерён. По сути дела вариатор обеспечивает бесконечное число передач.
Бесступенчатая передача (вариатор) позволяет выбрать любое передаточное отношение (в ее рабочем диапазоне) и менять его плавно. И это значит, что двигатель может хоть постоянно работать на оборотах максимальной мощности, а необходимое изменение скорости и момента нам обеспечит вариатор.
Конечно, без соответствующей системы управления вариатор мало что даст – ведь в отличие от гидротрансформатора автомата он не меняет передаточного отношения «сам по себе». И «взлет» бесступенчатых трансмиссий, конечно же, не был бы возможен без все тех же успехов в микроэлектронике.
Управляющий компьютер анализирует условия движения, согласовывает действия двигателя и трансмиссии, подбирает оптимальное передаточное отношение, обеспечивает специальные режимы. Например, модную ныне имитацию ступенчатой коробки передач.
Для любителей самостоятельно переключать передачи, предусматривают заранее «предустановленные» передачи (типтроник). То есть вводят в память блока управления несколько передаточных чисел, которые и выбирает водитель.
Типтроник на вариаторе выглядит ещё большей «игрушкой», чем типтроник у «автоматов», поскольку в «автоматическом» режиме вариатора всё равно получается и быстрее и экономичнее. Но здесь уже большую роль играет маркетинг.
Существует и аналог автоматовского кикдауна – происходит резкое увеличение крутящего момента, когда вы, желая ускориться, нажимаете педаль «до упора».
Преимущества вариатора перед «автоматом» — экономия топлива, малая масса и некоторое увеличения динамических параметров. Достигается это, прежде всего тем, что с вариатором двигатель постоянно работает на оборотах максимального крутящего момента. Но именно в этом и заключается одна из проблем вариатора.
Представьте: вы жмёте на «ГАЗ», обороты поднимаются до 3500-4000 и «зависают» на них, чтобы вы не делали – разгонялись, тормозили, или шли с постоянной скоростью. Поскольку передаточное отношение в вариаторе изменяется плавно и постепенно, двигатель не набирает и не сбрасывает обороты (разве, что во время остановки).
Зато нет ни рывков, ни толчков – комфортабельность выше, чем у «автомата». Но представьте, что вы всю поездку слышите лишь однообразное гудение мотора – психологически это выдержать очень тяжело.
Сегодня с этой проблемой борются, изменяя программы управления вариатором. Они позволяют двигателю набирать и сбрасывать обороты (конечно не в полном диапазоне, но всё же), чем и создаётся иллюзия переключающихся передач.
КОРОТКО: два цилиндра с изменяемым диаметром, на которые накинут ремень. Один цилиндр связан с мотором, другой – с колесами. Разгон на вариаторе происходит абсолютно плавно: мотор берет обороты и держит их, а цилиндры, меняя диаметр, заставляют колеса крутиться быстрее и быстрее.
Плюсы +
Максимальный уровень комфорта.
Не надо часто работать рычагом.
Средний расход топлива.
Минусы —
Дешевле автомата, но дороже всего остального.
======== ================== ================== ========
III. КЛАССИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА (MT).
Коробка передач – это и есть самая настоящая КОРОБКА (в смысле некий корпус, на техническом языке – картер), внутри которой находятся передачи. Каждая передача – это два зубчатых колеса, большое и поменьше.
Если маленькое вращается двигателем, а большое передает вращение колесам, то мы увеличиваем момент (усилие), но уменьшаем скорость. Чем больше первое колесо и меньше второе, тем меньше момент и больше скорость.
Если зубчатые колеса одинаковы, ни момент, ни скорость не меняются. Если больше колесо со стороны двигателя и меньше то, которое со стороны колес, мы увеличиваем скорость, теряя в силе.
Переключая рычагом передачи, мы как раз и выбираем, через какую пару зубчатых колес вращение будет передаваться от двигателя к колесам. Первая передача – самый большой момент на колесах и самая маленькая скорость.
Высшая передача – низкий момент и высокая скорость. Нейтраль – это когда ни через одну из пар вращение не передается. А передаточное отношение и передаточное число показывают, во сколько раз момент и скорость меняются при данной передаче.
КОРОТКО: Дисковое сцепление и набор шестерён, расположение которых (и соответственно крутящий момент) изменяется рычагом КПП. Выбор передачи осуществляется только водителем.
Плюсы +
Наименьшая по сравнению с иными типами цена.
Намного меньшая в сравнении с гидромеханической трансмиссией масса.
Высокий КПД по сравнению с гидромеханической трансмиссией.
Обычно не требует отдельной системы охлаждения, как АКПП.
Несмотря на немалый прогресс в области конструирования АКПП, на сегодняшний день средний автомобиль с АКПП при прочих равных уступает автомобилю с МКПП по топливной экономичности и динамике разгона.
Относительная простота и отработанность конструкции.
Достаточно высокая надёжность (срок службы самой МКПП без ремонта сравним со сроком службы автомобиля в целом, только сцепление требует относительно частой замены).
Большинство моделей не требуют дефицитных или специфических расходных материалов, частого обслуживания.
У автомобилей с МКПП шире набор специальных техник вождения, опытный водитель может более эффективно использовать такой автомобиль при передвижении в гололедицу, по грязи и бездорожью.
Автомобиль с МКПП легко пускается «с толкача», может буксироваться на любое расстояние с любой скоростью.
МКПП, в отличие от гидромеханической АКПП, допускает полное разобщение двигателя и трансмиссии.
Минусы —
Утомляющее некоторых водителей переключение передач, особенно в городском цикле и движении в пробках.
Относительно АКПП сложнее управление автомобилем, необходимость наличия специфического навыка для достижения плавного переключения передач без рывков (впрочем, необходимость наличия таких навыков у водителя нельзя называть явным недостатком МКПП).
Переключение передач сопряжено со временным разобщением двигателя и трансмиссии, что увеличивает время переключения.
Как и у любой ступенчатой КПП, невозможно плавное изменение передаточного отношения при разумном количестве ступеней, в отличие от CVT.
Малый ресурс сцепления.
======== ================== ================== ========
IV — Простая роботизированная механика (MTA).
По своему строению – это механика, а по управлению – автомат. Иными словами можно сказать так: это механика, в которой передачи переключает робот (электроника). Соответственно нет педали сцепления и рычаг КПП похож на «автоматовский». Манера езды та же, что и на автомате, а расход топлива якобы меньше, чем на механике.
Сама коробка весит меньше, чем классический «автомат» и, естественно, меньше стоит. Простой удешевленный робот (Тойота, Опель, Альфа Ромео, Пежо, Сузуки) с одним сцеплением тратит на переключение передачи от 1 до 2 секунд. Есть возможность ручного переключения передач.
КОРОТКО: Принцип такой – внутри автомобиля сидит слепой «дядька», который переключает механическую КПП так, как ему захочется. Некоторые роботы ездят почти нормально, но только «почти».
Плюсы +
Более низкий расход топлива чем в автомате и вариаторе.
Не надо часто работать рычагом ВД.
Дешевле только механическая коробка передач.
Минусы —
Отвратительная плавность хода.
Динамична только в ручном режиме.
Проблемы при езде в горку.
Быстрый перегрев сцепления в пробке.
======== ================== ================== ========
IV – Роботизированная механика с двумя сцеплениями.
По своему строению – это механика с двумя сцеплениями, а по управлению – автомат. Педали сцепления нет, управляется электроникой. Это, например, DSG на Volkswagen и Audi, иногда ставится на отдельные марки Infiniti, новый Powershift от Ford.
Этот тип трансмиссии пришел из спорта и только потом выродился в простую роботизированную механику с одним сцеплением. Отличается наличием двух сцеплений, одно из которых обслуживает нечётные передачи, а другое — чётные.
Принцип работы: во время езды крутящий момент передаётся по одному сцеплению, т.е. диск сомкнут (допустим, на 1 передаче по первому сцеплению); в то же время второй диск второго сцепления разомкнут, а само сцепление настроено на вторую передачу.
Когда электроника чувствует, что надо переключаться на вторую передачу, то первый диск просто размыкается, а второй синхронно смыкается.
И теперь уже второе сцепление передаёт крутящий момент, а первое сцепление настраивается на 3 передачу и переходит в «ждущий» режим, чтобы в момент надобности подсоединиться. И всё повторяется заново.
Переключение происходит за доли секунды. Таким образом, этот тип трансмиссии сочетает удобство классического автомата и экономичность и динамику МТ. В теории, машина с двухдисковой коробкой разгоняется даже быстрее, чем с простой механикой.
КОРОТКО: В принципе, КПП с двойным сцеплением схожа по поведению со стандартной механической. Единственное отличие, это отсутствие педали сцепления, поскольку функцию педали выполняют компьютеры, соленоиды и гидравлика.
Плюсы +
Скорость переключения передач вверх занимает около 8 мс, что придает автомобилю динамичное ускорение
Возможность контролировать самостоятельно переключение передач или переключиться на компьютер.
Повышает эффективность использования топлива до 10%
Минусы —
Значительно увеличивается стоимость автомобиля.