Журнал
Ручки прочь!
Ручки прочь!

Ручки прочь!

Как сделать жизнь водителя, особенно начинающего, комфортной? Избавить его от процесса переключения передач. В конструкции автоматических коробок разбирался Денис Арутюнян.

Как сделать жизнь водителя, особенно начинающего, комфортной? Избавить его от процесса переключения передач. В конструкции автоматических коробок разбирался Денис Арутюнян.

ГИДРОМЕХАНИЗАЦИЯ

Два колеса с лопастями в тороидальном корпусе, заполненном специальной жидкостью, – это гидротрансформатор. В классических гидромеханических автоматах он по сути заменяет сцепление. Несмотря на солидный возраст гидротрансформатора (изобретен немцем Феттингером еще в 1905 году), его принципиальная схема за век почти не изменилась. Но инженеры постоянно пытаются улучшить древнюю конструкцию. Например, у современных автоматов муфта блокировки замыкается практически сразу после троганья с места – это минимизирует пробуксовки в трансмиссии, ведущие к потере мощности. А в новой шестиступенчатой коробке БМВ гидротрансформатор снабдили двойным гасителем крутильных колебаний, чтобы избавиться от неравномерности вращения (ЗР, 2007, № 5).

Ради улучшения динамики и экономичности постоянно растет и количество передач. Например, «Мерседес-Бенц» зарядил свой автомат 7G-Tronic аж семью ступенями. Переключения более плавные и быстрые, чем прежде. При этом в среднем автомобиль расходует на 5% меньше топлива. Конкуренты дышат в спину – в новой «семерке» БМВ, которая появится в следующем году, баварцы планируют установить 8-ступенчатый автомат, а «Лексус» уже оснастил подобной коробкой представительный седан LS460.

Но куда быстрее механической начинки эволюционируют системы управления автоматами. Командующая гидравлика осталась разве что на дешевых моделях, на остальных переключениями заведует электроника. Она отдает приказы электрическим, пневматическим или гидравлическим исполнительным механизмам, блокирующим нужные шестерни планетарных передач. Компьютерные технологии заставили агрегаты работать точнее и быстрее. Например, при резком нажатии на педаль газа коробка не перебирает передачи последовательно, а перескакивает на несколько ступеней. Процессоры последнего поколения, «завязанные» с другими системами автомобиля скоростной CAN-шиной, при разгоне даже отключают кондиционер, чтобы передать на колеса всю мощь двигателя. Кроме того, проще стало с унификацией – такую коробку намного сподручнее адаптировать к иному мотору.

Электроника наделила автоматы и другими возможностями, например ручным режимом переключения передач. Несмотря на разные «фирменные» имена – «Стептроник», «Типтроник», «Сервотроник», принцип действия у них одинаковый. Необходимость такой конструкции сомнительна, но любители пощелкать рычагом или подрулевыми лепестками все же находятся. В электронный мозг инженеры закладывают дополнительные алгоритмы – например, спортивный и зимний режимы. А особо умные коробки научились подстраиваться под стиль езды. Еще недавно такими системами щеголяли лишь машины люкс-класса, теперь они радуют и владельцев бестселлеров российского рынка – «Мицубиси-Лансер» и «Форда-Фокус».

Даже самые совершенные гидромеханические коробки не лишены недостатков. Например, немалая цена и сложность в изготовлении, к тому же потери мощности и расход топлива выше, чем с механикой. Поэтому инженеры ищут альтернативные пути для автоматизации.

РОБОТА ВЫЗЫВАЛИ?

Казалось бы, что может быть проще и очевиднее – снабдить механическую коробку сервоприводами, управлять которыми будет автоматика. Однако лишь с развитием компьютеров конструкторы добились более-менее слаженной работы всех элементов.

Один из наиболее простых вариантов опробовали на «Мерседес-Бенце» А-класса. Обычная механическая коробка, привычный рычаг в салоне, но педали сцепления нет – связь между колесами и двигателем разрывает электрогидравлический привод. Управляющий процессор следит за положением рычага и педали газа, и в нужный момент сам выключает сцепление. Он оперирует также данными от датчиков двигателя и ABS, чтобы обеспечить максимально плавные переключения и не заглушить мотор при экстренном торможении.

У более сложных, так называемых роботизированных коробок приводом сцепления и переключениями передач заведуют подконтрольные компьютеру исполнительные гидромеханизмы, как в семиступенчатой коробке передач SMG (Sequential M Gearbox), которую устанавливают в первую очередь на спортивные БМВ серии M. Кстати, SMG тратит на переключение всего 0,08 с – с ручной коробкой такой скорострельности не достигнет даже опытный водитель!

Существуют решения проще и дешевле – например, в агрегатах «Изитроник», которые производят компании «Валео» и «ЛуК» для «Опеля», переключают передачи и выжимают сцепление шаговые электромоторы. Подобная схема реализована и в агрегате, работающем на «Форде-Фьюжн». Правда, дешевле – не всегда лучше. Бюджетные коробки подтверждают этот постулат весьма неприятными запаздываниями, рывками и толчками при разгоне и торможении двигателем. Однако и эти агрегаты совершенствуются. Фирма «Тойота» на одной из самых продаваемых моделей – новой – «Королле» отказалась от классического автомата в пользу роботизированной коробки (ЗР, 2007, № 3).

С 2003 года концерн «Фольксваген» устанавливает шестиступенчатые коробки DSG (Direct Shift Gearbox), в которых переключение передач происходит без разрыва потока мощности. Кстати, у баварцев тоже существует подобная разработка, но о серийных образцах говорить пока рано. Изюминка конструкции – два соосных ведущих вала (один внутри другого) передают крутящий момент на многодисковые сцепления. Один из валов заведует нечетными ступенями, другой – четными. Постоянно включены две соседние передачи, а гидроприводы (ими командует электронный блок, получая информацию от десятка датчиков), замыкая и размыкая сцепления, направляют крутящий момент по нужному валу (ЗР, 2003, № 2). [info]

Преимущества очевидны: момент переключения практически не чувствуешь – прямо как на хорошей гидромеханической коробке. Зато, в отличие от классических автоматов, расход топлива ниже, чем даже у моделей с механикой. Но, как и у любого конструктивно сложного агрегата, у DSG есть один важный недостаток – высокая цена, не позволяющая ему стать по-настоящему массовым.

КЛИН КЛИНОМ

Попытки упростить коробку передач, избавив ее от лишних шестерен, предпринимали уже давно. Но лишь в последние годы по-настоящему широко стали использовать бесступенчатые трансмиссии – вариаторы CVT (Continuously Variable Transmission, дословно – постоянно изменяющаяся трансмиссия).

Здесь передаточное число изменяется плавно, без характерных рывков. Особенность конструкции: разъезжающиеся конусные шкивы ведущего и ведомого валов, соединенные приводным ремнем – меняется рабочий диаметр шкивов и, соответственно, передаточное число. Первые резиновые ремни служили недолго и передавали лишь мизерный крутящий момент, чем резко сузили применение вариаторов. Экспансия бесступенчатых коробок в автомобильный мир началась в последние годы, когда стали применять клиновидный стальной ремень, состоящий из трапециевидных пластин, изобретенный голландцем Ван Доорном еще в 50-е годы.

Другая проблема – как при остановке автомобиля рассоединить двигатель и трансмиссию, ведь у вариаторов отсутствует нейтральное положение? На «Ниссане-Микра», например, установили электромагнитное порошковое сцепление (в рабочую жидкость добавлены металлические частицы, которые под воздействием магнитного поля «склеивают» диски). На «Хонде-Сивик» предыдущего поколения связь разрывает многодисковое сцепление, которым также управляет компьютер. А немецкая компания ZF, чьи агрегаты используют многие автопроизводители, приспособила к вариатору… гидротрансформатор.

Долгое время такие коробки были не очень популярны из-за непривычной особенности. Блок управления выбирает обороты двигателя, на которых силовой агрегат обеспечит наилучшую динамику – при разгоне изменяется лишь передаточное число, а мотор продолжает монотонно петь на одной ноте. Инженеры «Ниссана» впервые предложили один из вариантов решения этой проблемы – «виртуальные» передачи, то есть фиксированные ступеньки, заданные электронным блоком. Кстати, вместе с ними на вариаторах появился и ручной режим.

Немало нововведений принесла в эволюцию вариаторов компания «Ауди». В агрегате «Мультитроник», который, в том числе, устанавливают и на новую модель А5 (ЗР, 2007, № 6), клиновидный ремень заменили цепью, состоящей из 1025 звеньев. Крутящий момент передается за счет трения между торцами пластин и поверхностями шкивов. «Нейтраль» обеспечивает многодисковое сцепление. А умная электронная система управления позволяет не только последовательно переключать в ручном режиме шесть псевдоступеней и обеспечивает неплохое торможение двигателем, но и увеличивает обороты мотора с ростом скорости. То есть если педаль газа нажата только на четверть, мотор раскрутится лишь до 3000 оборотов. При интенсивном разгоне компьютер перестает заботиться об акустическом комфорте, выводя двигатель на обороты максимальной мощности.

Иная конструкция у вариаторов «Экстроид», устанавливаемых «Ниссаном» на модели «Глория» и «Скайлайн». Принципиальное отличие – между ведущим и ведомым дисками расположены ролики, которые, поворачиваясь на нужный угол, меняют передаточное отношение. Усилие, с которым давят ролики на диски, доходит до 10 т, поэтому детали производят из высокопрочной стали, применяют трансмиссионное масло со специальными добавками. Кроме того, чтобы разгрузить детали и уменьшить размеры агрегата, в коробке «Экстроид» работают два вариатора. Задний ход обеспечивает планетарная передача, а за «нейтраль» отвечает гидротрансформатор. Конструкторские ухищрения позволили передавать весьма немалый для вариаторов крутящий момент 6-цилиндрового двигателя с турбонаддувом – 300 Н.м.

Кстати, именно малый запас по крутящему моменту долгое время ограничивал применение вариаторов. Сегодня агрегат «Ниссана-Мурано» (ЗР, 2003, № 3) отдает колесам 333 Н.м. Бесступенчатые трансмиссии «Ауди» на моделях А5 и А6 достойно выдерживают 280 Н.м, а перспективный «Мультитроник» «переварит» аж 400 Н.м.

Статистика производства автомобилей красноречиво свидетельствует: механические коробки передач медленно, но неотвратимо сдают свои позиции. Но сейчас сложно предсказать, у какой из автоматизированных конструкций лучшие перспективы. Классическая гидромеханика пока не сдается – взгляните хотя бы на новую «шестиступку» БМВ. Все совершенней становятся роботизированные коробки, потихоньку отвоевывают себе место под капотом вариаторы. Пока среди автоматов нет жесткой конкуренции. Возможно, в будущем одна из конструкций станет доминирующей. Но тогда водитель уже, вероятно, не отличит, робот переключает передачи или вариатор. Важно, что рычага в салоне не будет.

За Рулем