Посредством двух педалей в планетарной трансмиссии Ford T, состоявшей из двух ступеней, переключались передачи(одна педаль включала высшую и низшую передачу, а вторая задний ход), а для того чтобы делать это плавно и своевременно нужны были определенные навыки. Но все же они уже тогда существенно упрощали работу, тем более по сравнению с применяемыми тогда традиционными коробками без синхронизаторов.
Последующее направление разработок в этой области, включало в себя работы по созданию трансмиссий-полуавтоматов, в которых частично было автоматизированно переключение передач, в последствии из всего этого появилась АКПП в том виде в каком мы ее знаем. Так, к примеру, две фирмы в Америке (General Motors и Reo)в тридцатых годах прошлого века буквально в одно время представили разработки трансмиссий-полуавтоматов. Стоит отметить разработку General Motors как наиболее интересную, так как в ней (как и современных АКПП) был использован планетарный механизм управляемый гидравликой с учетом скорости автомобиля. Минусом таких конструкций была их абсолютная ненадежность, к тому же они при переключении передач для временного отключения трансмиссии от двигателя продолжали использовать сцепление.
Vacamatic и Simplimatic
В третьей линии разработок в трансмиссию был внедрен гидравлический элемент. Несомненным лидером в этом направлении стала компания Chrysler. Хотя разработки начались в тридцатых годах, повсеместное применение такой трансмиссии на своих автомобилях фирма начала только в пред- и послевоенные годы. Отличительной особенностью этой конструкции была не только гидромуфта, которая в дальнейшем была заменена гидротрансформатором, как же к особенностям можно отнести овердрайв(передаточное число повышающей передачи меньше единицы) автоматически включающийся, который параллельно работал с обычной двухступенчатой мех. коробкой. Так заявленный производителем полуавтомат — фактически был обычной механикой с овердрайвом и гидравлическим элементом.
Имела она обозначение М4 (Vacamatic или Simplimatic — это коммерческие обозначения довоенного периода) а также М6 (Presto-Matic , Fluidmatic , Tip-Toe Shift , Gyro-Torque и Gyro-Matic — коммерческие обозначения послевоенного периода) в начале это был симбиоз из трех агрегатов — традиционной двухступенчатой коробки-механики, гидромуфты и включающегося автоматически овердрайва (с вакуумным приводом на М4 и электрическим на М6).
У каждого блока такой трансмиссии свое назначение:
Трогание с места делает более мягким гидромуфта, она позволяет, не выключая сцепления или передачи, остановится «бросив сцепление». Со временем ее заменили более функциональным гилротрансформатором, он более улучшал автомобильную динамику и увеличивал крутящий момент в отличии от гидромуфты, которая динамику разгона ухудшала.
За выбор режима рабочего диапазона трансмиссии в целом отвечала механическая коробка переключения передач. Таких диапазонов было три — верхний(High), нижний(Low) и заднего хода(Reverse). У каждого из этих диапазонов было по две передачи.
При превышении автомобилем заданной скорости в работу автоматически включался овердрайв, внутри действующего диапазона переключая передачи.
Рычаг, которым производилось переключение диапазонов работы, располагался на рулевой колонке. Позднее такие переключатели как бы имитировали АКПП и даже могли иметь квадрант-указатель диапазона у рычага, но сам процесс переключения передач остался неизменным. Имеющаяся педаль сцепления была окрашена в красный цвет, так как предназначалась только лишь для выбора диапазона. Начинать движение при обычных дорожных условиях было рекомендовано в High-диапазоне, т. е. На второй ступени МКПП двухступенчатой и третьей передаче трансмиссии — это делать позволяли многолитровые шести-, а также восьмицилиндровые двигатели Chrysler с их высоким крутящим моментом. При движении по грязевым участкам, а также при подъеме начинать движение необходимо было с первой передачи, т. е. В диапазоне Low.
По превышению определенной скорости путем автоматического включения овердрайва производилось переключение на вторую передачу, при этом сама МКПП при этом оставалась на первой передаче. Переключаясь по необходимости в верхний диапазон, зачастую включалась четвертая передача (это связанно с тем, что овердрайв включен был для получения второй передачи) — передаточное значение она имела 1:1. При практическом вождении перебрать все из четырех передач было фактически нереально, при этом формально трансмиссия считалась четырехступенчатой. Две передачи включал в себя и задний диапазон и включался, как правило, после полной остановки машины. Езда на автомобиле с такой трансмиссией для водителя была сходна с ездой на автомобиле с двухступенчатой АКПП, разница заключается в том что при переключениях задействуется педаль сцепления.
Такая трансмиссия в сороковых — пятидесятых годах прошлого столетия устанавливалась на заводе в виде опции на крайслеровские автомобили во всех их подразделениях. После того как появились автоматические двухступенчатые коробки , а также трехступенчатые автоматы TorqueFlite , полуавтоматы Fluid-Drive , мешающие продажам полностью автоматических кпп, пришлось с производства убрать. Последней маркой автомобиля корпорации «Крайслер», на которую была установлена трансмиссия, был «Плимут» в одна тысяча девятьсот пятьдесят четвертом году. На деле же эта трансмиссия стала своеобразным переходным звеном от обычной «механики» к гидродинамическим автоматическим коробкам переключения передач и была для их технических решений своеобразной «обкаткой», которая использовалась и в дальнейшем.
Существовавшая также в сороковых годах прошлого века трансмиссия состоящая из трех ступеней и обозначалась как — Slushomatic, первая передача здесь была обычной, вторая же передача была частью единого диапазона вместе с включающейся автоматически третьей. Однако, фирмой, которая первая создала полностью автоматическую коробку переключения передач, был General Motors. В одна тысяча девятьсот сороковом году такая АКПП стала доступной опционально на машинах марки Oldsmobile, спустя время на — Cadillac, а еще позднее на — Pontiac. Ее коммерческое обозначение было — Hydra-Matic, это была комбинация из автоматически гидровлически управляемой планетарной коробки передач с тремя ступенями и гидромуфты. Приплюсовав сюда и задний ход такую трансмиссию можно было считать четырехступенчатой. Скорость автомобиля и положение дроссельной заслонки учитываются системой управления трансмиссией. АКП Hydra-Matic помимо автомобилей фирмы GM также использовались такими фирмами как — Rolls-Royse, Bentley, Nash, Hudson и Kaiser, применялась она и в военной технике. В период с одна тысяча девятьсот пятидесятого года по одна тысяча девятьсот пятьдесят четвертый год трансмиссия Hydra-Matic использовалась в автомобилях Lincoln. По прошествии времени фирма Mersedes-Benz осуществила разработку на основе трансмиссии Hydra-Matic свою четырехступенчатую коробку-автомат, имеющую свои конструктивные особенности. General Motors в 1956 году разработала усовершенствованную АКПП Jetaway, в которой в отличии от Hydra-Matic использовались две гидромуфты, а не одна. Все это привело к более плавному переключению передач, но существенно снизило КПД. Помимо прочего тут добавился режим парковки Р, в этом режиме специальным стопором АКПП блокируется. Блокировку на Hydra-Matic осуществлял режим заднего хода R.
На автомобилях Buick (прнадлежит той же General Motors) с одна тысяча девятьсот сорок восьмого года стала примнятся двухступенчатая АКПП Dynaflow, в которой вместо гидромуфты стал использоваться гидротрансформатор. Спустя время такие трансмиссии появились и на автомобилях таких марок, как (1949)Packard и (1950)Chevrolet. По задумке инженеров недостаток третьей передачи компенсировался посредством гидротрансформатора с его способностью увеличивать крутящий момент. Далее в пятидесятых годах фирма Borg-Warner представила абсолютно новую трёхступенчатую . Разновидности таких АКПП применялись такими производителями автомобилей, как — Ford, Studebaker, American Motors и др., как в самих Соединенных Штатах Америки так и в других странах у таких производителей, как — Volvo, International Harvester и Jaguar. В Союзе Советских Социалистических Республик также также их идеи использовались при разработках АКПП на Горьковском автозаводе, которые впоследствиии устанавливались на автомобили «Чайка» и «Волга».
Двухступенчатую АКПП PowerFlite в одна тысяча девятьсот пятьдесят третьем году представил и Chrysler. А с 1956 года ее дополнила TorqueFlite с тремя ступенями. Из всех АКПП ранних разработок, именно трансмиссии Chrysler небезосновательно считаются наиболее удачными. Схема переключений АКПП P-R-N-D-L в Соединенных Штатах Америки окончательно утвердилась в середине шестидесятых годов. Трансмиссии старых образцов не имеющие парковочной блокировки и устаревшие кнопочные п
ереключатели режимов ушли в прошлое. В конце 60-х годов прошлого столетия ранние образцы двух- и четырехступенчатые на территории США полностью вышли из применения, их место заняли трехступенчатые коробки-автоматы с гидротрансформатором. В тот же период произошла модификация жидкости для автоматических коробок переключения передач и на смену весьма дефицитной китовой ворвани пришла жидкость синтетическая.
Повышенное требование экономичности у автомобилей в 80-е годы послужило причиной возврата к трансмиссиям с четырьмя передачами, именно четвертая передача передаточное число имела менее единицы (OverDrive). Гидротрансформаторы, которые блокируются на высокой скорости, получили большое распространение, они довольно ощутимо повысили КПД АКПП посредством снижения потерь в гидравлическом элементе. Наконец в 80-90е годы в системах управлением двигателем произошла компьютеризация. Такие же системы стали повсеместно применятся и в управлении АКПП. В прежних системах управления применялись только мех. клапана и гидравлика, сейчас контролируемые компьютером соленоиды управляют потоками трансмиссионной жидкости. Благодаря этому переключения стали более комфортными и плавными, экономичность улучшилась из=за увеличения эффективности работы АКПП. Позже начали появляться «спортивные» и ручное управление автоматической коробкой переключения передач (типтроник) становится возможным. Затем появились АКПП с пятью ступенями. Расходные материалы усовершенствованы, что позволяет избежать такой процедуры как смена масла в АКПП потому как срок службы масла равен . Далее по хронологии:
2002 год — BMWсоздает АКПП шестиступку ZF, применена в BMW седьмой серии;
2003 год — Mersedes Benz создает АКПП семиступку 7G-Tronic;
2007 год — Toyota создает АКПП восьмиступку, применена на Lexus LS460.
Еще десять лет назад, все водители перед покупкой автомобиля всегда без особых проблем и замешательств решали с какой коробкой передач приобретать машину. Выбор был не сложен. Сегодня сделать такой выбор намного сложнее. Если с механической коробкой нет ни каких проблем, то, у любого покупателя могут быть сложности, поскольку в настоящий момент на рынке существует несколько типов автоматических коробок, которые отличаются не только по своей конструкции, но и имеют разный принцип работы.
Предлагает объяснение, какая автоматическая коробка лучше, и чем они отличаются друг от друга.
Прочитав наш материал, вы узнаете, чем отличается вариатор CTV от коробки с двойным сцеплением. Мы собрали для вас материал, который поможет вам разобраться в разнообразии в наши дни автоматических коробок передач. Также вы сможете выбрать с каким типом коробки передач приобретать автомобиль.
Традиционная автоматическая коробка передач
Как и большинство моделей БМВ последнее поколение 5-серии также оснащается 8-ми ступенчатой классической автоматической коробкой передач
До сих пор доступны на многих моделях. К примеру, обычные автоматические коробки вы можете встретить на автомобилях , и . В основном на многих моделях этих марок используется 8-ми ступенчатая автоматическая трансмиссия.
Однако на некоторых более дорогих моделях также автопроизводители начали устанавливать новые 9-ти ступенчатые коробки передач, которые через несколько лет, скорее всего, также появятся и на более дешевых автомобилях.
Обычные автоматические коробки передач используют в своей конструкции гидротрансформатор, который выполняет ту же работу, что и сцепление в механической коробке передач. Но в отличие от механики, гидротрансформатор включается в работу не при нажатии педали сцепления, а автоматически.
Это происходит с помощью гидравлической системы, в которой масло проходит по специальным каналам и попадает в определенные отделы коробки, создавая давление в системе, по которому компьютер и определяет какую скорость необходимо включить.
Благодаря гидравлическому интерфейсу современная автоматическая трансмиссия переключает передачи очень плавно. , поскольку впервые на авторынке автоматические коробки появились в 1940 году.
С тех времен классическая коробка передач улучшалась по своим характеристикам, но, тем не менее, принцип работы и устройство коробки практически не изменилось.
Однако даже современные автоматические коробки переключают передачи медленнее чем, к примеру, автоматическая коробка с двумя сцеплениями, что в первую очередь влияет на расход топлива.
Поэтому автомобиль с обычной коробкой передач потребляет больше топлива чем аналогичная машина с коробкой имеющую два сцепления.
Обозначения автоматических трансмиссий на , и : ZF 8HP; ZF 9HP; Tiptronic
Автоматическая коробка передач с двойным сцеплением
Коробка передач PDK, которая устанавливается на автомобили одна из лучших в мире
Коробка с двойным сцеплением, как и предполагает ее название имеет в своей конструкции два сцепления. Это конечно не означает, что автомобиль с такой коробкой имеет две педали сцепления.
Конечно, весь процесс коробки с двумя сцеплениями управляется электроникой и без участия водителя (нет необходимости нажимать педаль сцепления и самостоятельно переключать передачи).
К примеру, одно сцепление управляет нечетными передачами, другое четными. В тот момент, когда вы едете на одной передаче прибавляя обороты двигателя, крутящий момент начинает передаваться на другой вал (автоматическое переключении передачи) практически без задержки, поскольку второе сцепление уже готово переключить муфту для передачи крутящего момента.
В результате этих действий процесс переключения передач происходит быстрее, чем опытный водитель переключает скорость вручную на механической трансмиссии.
Кроме того, некоторые системы коробки с двойным сцеплением являются более экономичными, чем механические коробки. То есть некоторые автомобили с коробкой с двумя сцеплениями потребляют топливо намного меньше, чем машины, оснащенные автоматическими и механическими коробками передач.
Правда есть один минус. Это процесс при начале движения автомобиля. На первых порах коробка может сделать паузу, для того чтобы включить сцепление на валу, где находится первая передача. Это также ощущается при маневрировании на низких оборотах двигателя. Например, вы можете ощущать дергание автомобиля.
Стоит отметить, что конструкция коробки передач с двойным сцеплением очень сложная и ввиду того, что этот тип трансмиссии на рынке появился достаточно недавно, говорить о ее надежности пока преждевременно. Необходимо чтобы прошло около 10 лет, чтобы эксперты и автопроизводители поняли насколько подобный тип трансмиссии стоек перед долгой эксплуатацией автомобиля.
Самые известные обозначения коробок передач с двойным сцеплением: DSG, PDK, M-DCT и Powershift.
Автоматизированная механическая коробка передач
Несмотря что Up является небольшим компактным автомобилем при разгоне переключение передач происходит рывками из-за автоматизированной механической коробки передач
С появлением с двойным сцеплением, автоматизированные механические коробки передач становятся редкостью на автомобильном мировом рынке, но, тем не менее, некоторые компании пока по-прежнему продолжают устанавливать этот вид трансмиссии на многие автомобили.
В автомобиле, который использует этот тип коробок передач, также как и коробки с двойным сцеплением отсутствует педаль сцепления, но присутствует ручка переключения передач, как на традиционной механике.
Переключая скорость, коробка отключает передачу крутящего момента от двигателя на коробку, переводит передачу крутящего момента на нужный вал, и затем снова включает передачу энергии от двигателя на коробку. И все это без участия водителя.
Может сперва показаться, что этот вид коробок передач имеет преимущество перед обычными автоматическими коробками, многие из которых не позволяют водителями самостоятельно переключать передачи, но на самом деле есть недостатки которые заключаются в работе автоматизированной механической коробки.
Так есть проблемы со скоростью и гладкостью работы трансмиссии. Проблема в том, что таким коробкам передач необходимо время, чтобы для переключения скорости без сцепления сделать необходимые для этого действия в правильном порядке. Поэтому весь процесс происходит слишком медленно, чтобы не вызывать дискомфорт у пассажиров и водителя.
Но, несмотря на это, многие водители часто отмечают, что в автомобили с такими коробками разгоняются очень медленно, что связано с огромными задержками между переключениями скоростей.
Некоторые водители чтобы сгладить процесс переключения чуть приопускают педаль газа перед переходом на другую скорость. Но автомобили с традиционными автоматическими коробками передач и трансмиссиями с двойным сцеплением разгоняют автомобили намного быстрее, а процесс переключения скоростей происходит более гладко.
Самые известные обозначения автоматизированных механических коробок передач: Неофициально такой тип коробок передач называют полуавтомат, ASG, EGC и ETG.
Бесступенчатая коробка передач (CVT) - вариатор
Новое поколение оснащается вариатором, что позволяет машине динамично набирать скорость, но за это владельцы расплачиваются громким звуком двигателя
Бесступенчатая коробка передач по своей конструкции не похожа не на одну другую трансмиссию. В вариаторе вы не найдете не одной запчасти, которая используется в других видах коробок передач. Бесступенчатая трансмиссия использует две пары металлических конусов, каждый из которых имеет заостренные концы.
Один набор конусов прикреплен к двигателю, а другие два конуса прикреплены к колесам транспортного средства. Между этими парами конусов натянут ремень. Конусы двигаются в направлении друг к другу, как правило, под контролем компьютера.
В современных вариаторах конструкция коробки позволяет с помощью компьютера менять угол ремня, расположенный между двумя конусами, что в итоге позволяет менять передаточные числа передач.
Это звучит странно, но на самом деле подобная конструкция коробки позволяет постоянно изменять передаточные коэффициенты передач, вместо того чтобы пользоваться фиксированными значениями, установленными на заводе.
Это означает, что передаточные числа могут корректироваться бесконечно, что позволяет работать двигателю более эффективно при наборе скорости. По сути, при наборе скорости не происходит никакого переключения передач, что и создает эффект, что машина разгоняется без задержек.
Но также как и , в работе вариатора есть и минусы.
К примеру, это раздражающий громкий звук работы двигателя, который постоянно работает на повышенных оборотах. То есть если ваша машина оснащена вариатором, при разгоне обороты двигателя не будут падать, как это происходит, к примеру, на автоматических или механических коробках (при переходе на другую передачу обороты двигателя снижаются).
Самые известные обозначения бесступенчатых коробок передач: E-CVT, CTV и Multitronic.
Определение
Автоматическая коробка переключения передач (АКПП, автоматическая трансмиссия) - одна из разновидностей КПП, главным отличием от механической коробки переключения передач является то, что в АКПП переключение передач обеспечивается автоматически (т.е. не требуется прямое участия оператора (водителя)). Выбор передаточного числа соответствует текущим условиям движения, а так же зависит и от множества других факторов. Так же, если в традиционных КПП используется механический привод, то в автоматической коробке переключения передач иной принцип движения механической части, а именно, задействован гидромеханический привод или планетарный механизм. Встречаются конструкции, в которых двухвальная или трехвальная коробка передач работает вместе с гидротрансформатором. Такое сочетание использовали на автобусах ЛиАЗ-677 и в продукции компании ZF Friedrichshafen AG.
В последние годы, в обиход пришли автоматизированные механические коробки передач с электронным управлением и электропневматическими или электромеханическими исполнительными устройствами.
Предыстория
Недаром говорят, что лень – двигатель прогресса, вот и желание комфорта и более простой, удобной жизни породило множество интересных вещей и изобретений. В автомобилестроении, таким изобретением можно считать автоматическую коробку переключения передач.
Хотя конструкция АКПП является достаточно сложной и стала популярна лишь в конце 20 века, впервые ее установили в шведский автобус фирмы "Лисхольм-Смит" 1928 года. В серийное же производство, АКПП пришла лишь через 20 лет, а именно, в 1947 году в автомобиле Buick Roadmaster. Основой данной трансмиссии послужило изобретение немецкого профессора Феттингера, запатентовавшего в 1903 году первый гидротрансформатор.
На фотографиях тот самый Buick Roadmaster – первый серийный автомобиль, имеющий АКПП.
В автоматической трансмиссии роль сцепления выполняет гидротрансформатор, который передает крутящий момент к коробке передач от двигателя. Сам гидротрансформатор состоит из центростремительной турбины и центробежного насоса, между которыми расположен направляющий аппарат (реактор). Все они располагаются на одной оси и в одном корпусе, вместе с гидравлической рабочей жидкостью.
Ближе к современности
Середина 60х годов 20 века ознаменовалась окончательным закреплением и утверждением в США - современной схемы переключения АКПП - P-R-N-D-L . Где:
"P" (Parking) – "Стоянка" - Включена нейтральный режим, при котором выходной вал коробки механически заблокирован, благодаря чему автомобиль не движется.
"R" (Reverse) – "Задний ход" – Включение режима заднего хода (задняя передача).
"N" (Neutral) – "Нейтраль" – Связи между выходными валами КПП и входными нет. Но при этом, выходной вал не заблокирован, и автомобиль может перемещаться.
"D" (Drive) – "Основной режим" - Автоматическое переключение по полному кругу.
"L" (Low) – Движение только на 1-й передаче. Используется только 1-я передача. Гидространсформатор заблокирован.
Повышение требований к экономичности автомобилей привело к возвращению в 1980х годах четырехступенчатых трансмиссий, в которых четвертая передача имела передаточное число меньше единицы («овердрайв»). Так же получили распространение и блокирующиеся на большой скорости гидротрансформаторы, которые позволяли увеличить КПД трансмиссии за счет снижения потерь, возникающих в гидравлическом элементе.
В период с 1980-1990 года произошла компьютеризация систем управления двигателем. Аналогичные системы управления применялись и в АКПП. Теперь контроль над потоками гидравлической жидкости регулировался при помощи соленоидов, связанных с компьютером. Вследствие чего, переключение передач стало более плавным и комфортным, а экономичность и эффективность работы опять увеличились. В эти же года появляется возможность ручного управления коробкой передач ("Типтроник" или аналогичные). Изобретена первая пятиступенчатая коробка передач. Отпадает необходимость смены масла в КПП, поскольку ресурс уже залитого в нее сопоставим с ресурсом коробки переключения передач.
Конструкция
Традиционно, автоматические коробки переключения передач состоят из планетарных редукторов, гидротрансформаторов, фрикционных и обгонных муфт, соединительных барабанов и валов. Иногда применяют тормозную ленту, которая замедляет один из барабанов относительно корпуса АКПП при включении одной из передач.
Роль гидротрансформатора заключается в передаче момента с проскальзыванием при трогании с места. На высоких оборотах двигателя (3-4 передача), гидротрансформатор блокируется фрикционной муфтой, которая не дает ему проскальзывать. Конструктивно он устанавливается так же, как и сцепление на трансмиссии с МКПП – между АКПП и собственно двигателем. Корпус гидротрансформатора и ведущая турбина крепится на маховик двигателя, как и корзина сцепления.
Сам гидротрансформатор состоит из трех турбин – статора, входной (составл. корпуса) и выходной. Обычно статор глухо затормаживается на корпус АКПП, однако в некоторых вариантах затормаживание статора включается фрикционной муфтой для максимального использования гидротрансформатора во всем диапазоне оборотов.
Фрикционные муфты ("пакет") соединяя и разъединяя элементы АКПП – выходного и входного валов и элементов планетарных редукторов, и затормаживая их на корпус АКПП, осуществляют переключение передач. Муфта состоит из барабана и хаба. Барабан имеет крупные прямоугольные пазы внутри, а хаб – крупные прямоугольные зубья снаружи. Пространство между барабаном и хабом заполняют кольцеобразные фрикционные диски, часть из которых – пластмассовая с внутренними вырезами, куда входят зубья хаба, а другая часть выполнена из металла и имеет выступы снаружи, входящие в пазы барабана.
Сжимая гидравлически кольцеобразным поршнем пакет дисков, производится сообщение фрикционной муфты. Масло к цилиндру подводится через канавки в валах, корпусе АКПП и барабане.
Превью - увеличение по клику.
На первой, слева, фотографии - разрез гидротрансформаторной восьмиступенчатой АКПП автомобиля Lexus, а на второй - разрез шестиступенчатой преселективной АКПП Volkswagen
Обгонная муфта свободно скользит в одном направлении и заклинивает с передачей момента в другом. Традиционно она состоит из внутреннего и внешнего кольца и расположенного между ними сепаратора с роликами. Служит для снижения ударов во фрикционных муфтах при переключении передач, а также для отключения торможения двигателем в некоторых режимах работы АКПП.
В качестве устройства управления АКПП использовали набор золотников, которые управляли потоками масла к поршням фрикционных муфт и тормозных лент. Положение золотников задаются, как вручную механически рукояткой селектора, так и автоматикой. Автоматика бывает электронной или же гидравлической.
Гидравлическая автоматика задействует давление масла от центробежного регулятора, который соединен с выходным валом АКПП, а также давление масла от нажатой водителем педали газа. В результате чего, автоматика получает информацию о скорости автомобиля и положении педали газа, в зависимости от которой переключаются золотники.
Электроника использует соленоиды, перемещающие золотники. Кабели от соленоидов расположены вне пределов АКПП и ведут к блоку управления, который иногда объединен вместе с блоком управления впрыском топлива и зажигания. В зависимости от положения рукоятки селектора, педали газа и скорости автомобиля, электроника принимает решение о перемещении соленоидов.
Иногда, предусмотрена работа АКПП и без электронной автоматики, но только с третьей передачей переднего хода, или же со всеми передачами переднего хода, но с обязательным переключением рукоятки селектора. По вопросам поломки и ремонта КПП вас проконсультируют .
Сейчас уже практически все автомобили оснащены автоматическими коробками переключения передач. Но далеко не все знают, откуда эти «коробки» взялись, как они устроены и в чем их преимущества и недостатки. Именно об этом и многом другом, читайте в данном материале.
Классические гидротрансформаторные АКПП появились в результате слияния нескольких параллельно идущих разработок. Еще в начале 20-го века над разработкой «автоматов» начали трудиться многие компании. Первой прототип современной АКПП ввела в производство компания Ford, создав механическую «коробку» с планетарной передачей. Эта КПП была двухступенчатой и чтобы ей управлять требовалось нажимать на две педали. Одна педаль переключала низшую передачу на высшую и наоборот, а вторая – включала движение задним ходом.
Вторая разработка – это полуавтоматическая КПП. В ней было автоматизировано управление сцеплением. Иными словами, сцепление переключалось автоматически, а управление передачами оставалось за водителем. Разработчиками данных агрегатов были компании Talbot и Newton. Несмотря на значительную старость полуавтоматов, они все еще применяются. Правда, уже не на автомобилях, а на скутерах. Помимо указанных выше компаний, полуавтоматы разрабатывали компании Reo и General motors.
Еще один прототип «автомата» — это КПП «Коталь», наделенная электромеханической планетарной передачей. Водители управляли такими «коробками» с помощью рычага, установленного на рулевой колонке. В состав «Коталь» входило три планетарных передачи. Две их них обеспечивали движение вперед, а третья служила для движения задним ходом и в качестве нейтрального положения.
Следующим прототипом современных АКПП стала «коробка» «Уильсон». Ее рычаг переключения передач стал предшественником современных селекторов. Но этот вид КПП так же не был полностью автоматическим. Выбор передачи водитель совершал вручную с помощью рычага – предка селектора, а чтобы включить передачу, необходимо было нажать ногой на педаль. Данная разработка использовалась не только на автомобилях, но и на военной технике. В частности на танках.
Очень похоже была устроена «коробка», произведенная компанией Normanville. Используя ее, водитель также переключал скорости с помощью рычага, а вот нажимать на педаль уже было не нужно – передачи переключались автоматически.
После всех вышеперечисленных технологий в КПП стали внедрять гидроэлементы. В частности гидромуфты, которые потом заменились гидротрансформаторами. Гидромуфты позволили смягчать толчки при переключении скоростей.
На тот момент КПП обрели новую конструкцию – она представляла из себя гидромуфту в союзе с обычной двухступенчатой «механикой» и некоторой автоматикой. С появлением гидромуфт, водитель уже мог останавливаться и при этом не включать нейтральное положение селектора. Изначально такие КПП устанавливались на автомобили компании Chrysler.
Первые полноценные «автоматы» и их развитие
Первую в мире автоматическую трансмиссию создал концерн General Motors. Эта разработка носила название Hydra-Matic и появилась в 1940 году. Ее конструкция представляла из себя сплав гидромуфты и четырехступенчатой планетарной передачи с автоматическим управлением.
Начиная с 1940 года и на протяжении четверти века, «автоматы» имели различнеые конструкции и режимы работы, но в середине 1960-х годов наконец-то утвердилась современная схема режимов работы АКПП – P-R-N-D-L. Также в это время перестали существовать кнопочные и рычаговые переключатели. Все управление теперь осуществлялось с помощью селектора.
В 1970-е годы «автоматы» особого развития не получили, а вот в 1980-х в целях экономии топлива все разработчики решили выпускать АКПП четырехступенчатого типа, где четвертая передача обладала небольшим передаточным числом (меньше 1) – одним словом – «овердрайв».
В 1990-е годы АКПП окончательно приходят к своему современному виду за счет компьютеризации. Также были внедрены соленоиды для управления потоками жидкостей. В это же время АКПП начинают получать различные дополнительные режимы и вдобавок появляются пятиступенчатые «коробки». На радость водителям, многие «автоматы» перестали требовать замены масла, так как срок его службы стал равняться сроку службы самой «коробки».
В наши дни АКПП развиваются за счет увеличения ступеней. В 2002-м году была создана шестиступенчатая АКПП (компания BMW), в 2003 – семиступенчатая (Mercedes-Benz), в 2007 – восьмиступенчатая (Toyota) и скоро должна выйти девятиступечатая «коробка».
Современное устройство
Давайте теперь разберем, из чего же состоит современная автоматическая коробка переключения передач.
Конструкция современной АКПП включает в себя гидротрансформатор крутящего момента и автоматическую планетарную коробку передач. Эти элементы также можно разделить на составляющие.
В состав гидротрансформатора входят три рабочих колеса – насосное, турбинное и статорное. Данные элементы требуют максимальной точности изготовления. Из-за этого их нельзя менять по отдельности и поэтому, зачастую, гидротрансформатор – это цельный неразборный механизм, который не подлежит ремонту и должен служить весь срок службы АКПП. При правильной эксплуатации, разумеется.
Гидротрансформатор монтируется примерно в том же месте, где и сцепление у «механики» – между двигателем и картером АКПП. Он соединяется с мотором с помощью маховика, а соединение с первичным валом «коробки» происходит по средствам турбинного колеса. Иногда вместо турбинного колеса ставиться карданный вал, но это скорее исключение, чем правило. Основная функция гидротрансформатора – это преобразование крутящего момента от двигателя к АКПП.
Теперь давайте перейдем собственно к устройству АКПП. В ее состав входят планетарный редуктор, фрикционные и обгонные муфты, а также соединительные валы и барабаны.
Фрикционные муфты служат для переключения передач. С помощью них происходит соединение и разъединение элементов «коробки». Свою работу эти муфты осуществляют путем сжатия пакета дисков поршнем. В свою очередь обгонная муфта в момент сжатия пакета дисков проскакивает в свободное пространство и соединяется с нужной передачей.
Система управления «автомата» состоит из пакета золотников, которые контролируют потоки масла. Золотники регулируются с помощью переключения селектора водителем, а также в автоматическом режиме.
Система автоматики в АКПП бывает двух типов – гидравлическая и электронная. В первом случае, считывая информацию о положении педали газа и набранной скорости, «коробка» переходит на необходимую передачу. Для получения информации АКПП использует давление масла от центробежного регулятора и от педали газа.
С электронной автоматикой все несколько иначе. Там используются соленоиды, которые перемещают золотники в нужное положение. Также они передают информацию на электронный блок управления автомобиля и за счет получения информации о скорости и положении педали газа, происходит переключение передачи.
Плюсы и минусы «автомата»
Итак, мы узнали, откуда взялись АКПП и что представляет из себя их конструкция. Теперь давайте разберем их достоинства и недостатки. Мы будем рассматривать плюсы и минусы «автомата» относительно механической коробки передач.
Начнем с цены. Цена автоматической «коробки» намного выше механической. Следовательно, дороже будет стоить и автомобиль, оснащенный АКПП. Также дороже будет стоить ремонт и обслуживание, а ремонту «автоматы» подвергаются чаще. Ведь их срок эксплуатации в среднем меньше. Вдобавок АКПП выставляет большие требования к эксплуатации и обслуживанию себя.
Второй не менее важный фактор – это управление. Здесь однозначно преимущество у «автомата». Ведь благодаря ему вам не нужно будет самостоятельно переключать сцепление и выбирать нужную передачу. Автоматика все сделает за вас. Это вариант отлично подходит для новичков, которые еще плохо владеют навыками вождения. Да и для опытных водителей «автомат» будет более комфортным. Особенно в городе. Ведь при езде по населенному пункту передачи зачастую необходимо переключать по несколько раз в минуту, а это требует лишних навыков, времени, нервов и всего прочего. Сюда же можно отнести и скорость перехода с одной передачи на другую. У «автомата» этот процесс происходит на порядок быстрее. Вдобавок, несвоевременно переключая передачи, новичок может повредить двигатель и трансмиссию или же просто сократить их срок службы. На «автомате» эта проблема отпадает сама собой. С другой стороны опытному водителю, наоборот иной раз лучше самому управлять передачами, нежели доверяться электронике. Особенно, в труднопроходимых местах.
Если говорить именно о технических аспектах, то «автоматы» явно проигрывают. Во-первых, они увеличивают расход топлива. Не намного, но все же. Во-вторых, они имеют больший вес, нежели механические КПП, что сказывается на различных качествах автомобиля. И в случае некоторых неполадок, также выигрывает «механика». Если у вас вышло из строя зажигание или села АКБ, то автомобиль с «механикой» возможно завести так сказать с «толкача» и доехать до автосервиса. В случае с «автоматом» вам потребуется эвакуатор. И отсюда же выходит еще один недостаток АКПП. Автомобили с такими «коробками» нельзя буксировать ни на гибкой ни на жесткой сцепках. В то время как «механика» отлично относится и к тому и к другому.
Итак, по количеству плюсов, однозначно побеждает механическая коробка передач, но один плюс удобства управления «автоматом» может перекрыть все достоинства «механики». Ну а решать, как всегда вам.
Опция, за которую многие готовы брать дополнительный кредит и вещь, которая интересует нас сразу после двигателя – «автомат».
Сегодня речь пойдет о вещb, которая, как и двигатель, являет собой небольшой мир внутри автомира. Как она появилась? Кто её изобрел? Давайте разбираться.
Сегодня под «автоматом» понимают гидромеханическую планетарную коробку передач. К автоматической коробке можно отнести еще и коробки с автоматизированным переключением – «роботы», совсем нельзя относить вариаторы (последние вообще не коробки передач). На сегодняшний день коробка являет собой систему из гидротрансформатора и планетарной системы передач. И это накладывает небольшие трудности на правильность определении первенства, так как гидротрансформатор изобрел немецкий инженер Герман Феттингер в начале ХХ столетия, а планетарная система передач была известна со времен Птолемея. Но воедино все собрал и заставил работать изобретатель Оскар Бэнкер (при рождении его звали Азатуром Сарафяном).
“Так просто?” – спросите вы. – Вот так сразу взять и выложить все факты? А как же предыстория?”. Сейчас все будет!
Начнем с главного устройства, которое сделало возможным появление автоматической трансмиссии. Это – гидротрансформатор. Изобрели его исключительно для нужд судостроения. В конце ХIX века в морском флоте в качестве корабельного двигателя все чаще стали применять быстроходные паровые турбины вместо прежних тихоходных паровых машин. Эти машины поначалу соединялись с гребными винтами судов напрямую, и немного позже такая конструкция начала вызывать ожидаемые проблемы. Оборотность гребных винтов увеличить не удавалось, и для соединения их с более высокооборотными паровыми турбинами требовался дополнительный механизм.
Высокооборотные шестеренные передачи большой мощности тогда делать не умели. Высказывалось предложение использовать гидравлические лопастные машины, чтобы двигатель вращал колесо лопастного насоса и работа двигателя переходила в энергию жидкости, прокачиваемой насосом. Далее эта жидкость направляется в лопастную турбину, в которой энергия жидкости преобразуется в механическую энергию, используемую для вращения гребного винта.
Выходом явилось изобретение Г. Феттингером новой гидравлической машины, объединяющей в одном корпусе все лопастные колеса гидродинамической передачи – насос, турбину, направляющий аппарат (реактор). В такой машине (патент 1902 г.) исключены потери энергии в трубопроводах, спиральных камерах, подводах и отводах, что почти вдвое увеличило КПД. Уже в 1912 г. на пассажирском пароходе «Тирпиц» КПД составил 88,5%. Позже на пароходе «Висбаден» при мощности 15 000 – 20 000 л. с. гидродинамический трансформатор имел КПД 91,3%.
В 1904 году братья Стартевенты из Бостона показали свой прототип автоматической трансмиссии. Коробка имела две передачи, и суть механизма была очень похожа на немного доработанную механическую коробку передач. Проблема была в том, что промышленность на тот момент не готова была делать такие коробки серийно, поэтому дальше концепта дело не зашло.
Следующий шаг сделал Ford со своим Model T. Машина оснащалась планетарной коробкой передач и имела две передачи вперед и одну – назад. Преимуществом такой коробки было значительной упрощение управления, а мы ведь помним, что машина создавалась не для инженеров Фридрихов, а для простых Билли, которым инструкции были невдомек. Тогда еще не было синхронизаторов в коробках, и передачи переключались не так просто, как сейчас. На модели Т коробка управлялась педалями, и все что требовалось – вовремя переключиться.
Дальше была коробка передач от General Motors и фирмы Reo в середине 1930-х. В некоторой мере ту коробку можно считать первым «роботом», так как она являла собой механическую коробку, в которой было автоматизирована работа сцепления. А немного позже добавилась планетарная система передач, что во всю приблизило конструкцию к современным коробкам-автоматам.
Планетарный механизм был очень удобен для конструкторов автоматических передач. Для управления его передаточным числом и направлением вращения выходного вала, осуществляемого за счёт торможения отдельных частей планетарной передачи, могли быть использованы сравнительно небольшие и притом постоянные усилия с задействованием в качестве исполнительных механизмов фрикционов и ленточных тормозов. Управление последними при помощи сервоприводов в те годы не вызывало особых затруднений, так как уже было хорошо отработано, к примеру, на танках, где фрикционы использовались для разворота. Кроме того, отсутствовала необходимость выравнивать скорости отдельных элементов, так как все шестерни планетарной передачи находятся в постоянном зацеплении. В противоположность этому автоматизация «классической» механической коробки передач при всей логичности такого решения в те годы встречала целый ряд существенных затруднений, в первую очередь связанных именно с отсутствием подходящих для используемого в ней принципа переключения передач сервоприводов: для перемещения шестерён или муфт включения и введения их в зацепление друг с другом требовались надёжные и быстродействующие исполнительные механизмы, обеспечивающие достаточно большие усилия и рабочие ходы - намного большие, чем требуемые для сжатия блока фрикционов или затягивания ленточного тормоза. Удовлетворительное решение эта задача получила лишь ближе к середине 50-х годов XX века, а пригодное для массовых моделей - только в последние десятилетия, в частности, после появления многоконусных синхронизаторов вроде используемых в коробках передач типа DSG.
Интересной коробкой была «Уильсон», устанавливаемая на малолитражки английской фирмы BSA. Для торможения элементов планетарного механизма были применены ленточные тормоза. Выбор передачи осуществлялся подрулевым рычажком, а непосредственно включение передачи - нажатием на педаль. Коробка Уильсона была преселекторной, то есть водитель мог заранее выбрать нужную передачу, которая включалась только после нажатия на педаль переключения передачи, располагавшуюся обычно на месте педали сцепления - без необходимости точно координировать действия рычагом и педалью, что упрощало вождение и ускоряло переключения, особенно по сравнению с тогдашними несинхронизированными механическими коробками передач. Но главная заслуга коробки Уильсона – это то, что она первой получила переключатель, практически как в современных коробках, а для американцев она и по сей день остается стандартом. Кроме того, все позиции переключателя уже практически соответствовали общепринятыми (законодательно положения P-R-N-D-L были приняты в середине 1960-х).
Однако первую в мире полностью автоматическую коробку передач создала другая американская фирма - General Motors. В 1940 модельном году таковая стала доступна в виде опции на автомобилях марки Oldsmobile, затем Cadillac, впоследствии - Pontiac. Она несла коммерческое обозначение Hydra-Matic и представляла собой комбинацию гидромуфты и четырёхступенчатой планетарной коробки передач с автоматическим гидравлическим управлением. Система управления учитывала такие факторы, как скорость автомобиля и положение дроссельной заслонки. Hydra-Matic использовалась не только на автомобилях всех подразделений GM, но и на автомобилях таких марок, как Bentley, Hudson, Kaiser, Nash и Rolls-Royce, а также некоторых моделях военной техники. С 1950 по 1954 год автомобили Lincoln также снабжались АКП Hydra-Matic. Впоследствии немецкий производитель Mercedes-Benz разработал на её основе весьма похожую по принципу работы четырёхступенчатую АКП, хотя и имеющую значительные конструктивные отличия.
Настоящий бум в развитии «автоматов» был в 1950-х годах, и к середине 1960-х коробки были практически идентичны современными. В них даже заменили китовую ворвань на синтетические смазки, что серьезно снизило цену на коробки и их дальнейшее обслуживание.
В 1980-х коробки получили экономичные четырехступенчатые версии, но главное – микропроцессорное управление, что позволило существенно уменьшить количество движущихся элементов (все управление осуществлялось с помощью соленоидов, а не механики).
Сегодня нас уже не удивишь 7-ступенчатым автоматом, а на днях должны завезти 10-ступенчатые автоматы от VW. Коробки стали надежнее, на порядок удобнее, а главное – быстрее и экономичнее хорошей «механики». Казалось бы, механические коробки должны были остаться в прошлом и там, где они действительно нужны, но желание зарабатывать не позволяет автопроизводителям пойти на такой шаг. Быть может, электрокары их подстегнут?
- , 27 мая 2015
