Автоматические коробки передач современных легковых автомобилей: учебное пособие (Нагайцев, М. В.)

7-ступенчатая АКП

О проекте

Инновационная многоступенчатая АКП специально разработана для массового сегмента автомобильного рынка — легковых автомобилей В и С-класса с передним приводом, поперечным расположением двигателя мощностью до 93 кВт и крутящим моментом до 200 Н·м.

АКП построена на основе уникальной запатентованной кинематической схема, которая обеспечивает широкий кинематический диапазон в сверхкомпактных размерах. Взамен традиционного гидротрансформатора для трогания автомобиля используется один из фрикционных элементов управления, а в электрогидравлической системе, отвечающей за переключение передач, используются электромагнитные клапаны с прямым управлением давлением. Все это обеспечивает конструкции простоту, надежность и низкую стоимость.

АКП обладает высокими показателями КПД на всех передачах, что положительно влияет на снижение расхода топлива и способствует уменьшению выбросов вредных веществ в атмосферу — важные параметры современных легковых автомобилей.

Водители оценят впечатляющие ездовые характеристики: комфорт при движении в городском потоке, динамические возможности 7-ступенчатой АКП с быстрыми переключениями и большим диапазоном передаточных чисел.

Первая российская 7-ступенчатая автоматическая коробка передач FT703 для легковых автомобилей

В 2005 г. маркетинговые исследования выявили постоянный рост спроса на автоматическую коробку передач в РФ, но на автомобильном рынке не были представлены отечественные легковые автомобили с передним приводом и автоматическими коробками передач. Это подтолкнуло команду единомышленников «КАТЕ», вдохновленную идеей создания новой российской АКП и современного производства, к началу работ над инновационной 7-ступенчатой АКП. Перед нашей компанией стояли амбициозные задачи — разработать и производить АКП с достаточно большим числом передач по цене 4-ступенчатого «автомата». Всего за год была разработана рабочая конструкторская документация, произведен поиск и выбор основных поставщиков деталей и узлов первых опытных образцов.

В 2006 г. опытные образцы автоматической коробки передач, получившей индекс KATE FT703, были установлены на стендовое оборудование для отладки работы механических и электрогидравлических систем, а также в автомобили LADA Kalina, на которых были проведены первичные работы по настройке системы управления. Электронный блок управления АКП был также разработан и изготовлен специалистами «КАТЕ» на электронных компонентов, сертифицированных для использования в автомобилестроении. Ускоренные испытания, проведенные в соответствии с требованиями «АвтоВАЗ», подтвердили работоспособность и основные технические характеристики нового изделия. Тем не менее требовалось изготовление второй серии опытных образцов и проведение полного цикла стендовых испытаний, включая ресурсные, климатические и прочие. Ввиду необходимости дополнительной стендовой базы, а также с целью привлечения в проект поставщиков компонентов АКП мирового уровня был выбран инжиниринговый партнер — английская компания RICARDO.

Изготовленные и испытанные в течение 2007 — 2008 гг. опытные образцы второй серии показали высокий технический уровень и успешно прошли техническую экспертизу Porsche Engineering, заказанную альянсом Renault-Nissan-АвтоВАЗ. Работы «КАТЕ»–«АвтоВАЗ» по разработке и интеграции 7-ступенчатой АКП в автомобили LADA было решено продолжить совместно с австрийской компанией AVL, осуществляющей инсталляционные и калибровочные работы для таких ведущих автопроизводителей, как Porsche, Volkswagen, BMW. В результате совместных инжиниринговых работ, а также в тесном сотрудничестве с серийными производителями основных компонентов АКП, была выпущена предсерийная партия коробок передач и проведен комплекс ресурсных пробеговых испытаний в автомобиле. Реальные технические характеристики полностью соответствовали заявленным в техническом задании, АКП была готова к началу работ по подготовке производства.

Параллельно с совместными работами и переговорами с «АвтоВАЗ» также активно ведется работа по диверсификации портфеля заказов на 7-ступенчатую АКП. Интерес к АКП проявляют известные китайские автопроизводители. По их инициативе была проведена серия испытаний в китайском научно-исследовательском центре автомобилестроения CATARC — China Automotive Technology and Research Center, в ходе которых коробка передач испытывалась на стенде, полностью имитирующем движение реального автомобиля по китайскому ездовому циклу, — готовится к введению в КНР в качестве национального стандарта. Результаты подтвердили заявленный функционал, а также устойчивую работу стартового мокрого сцепления при большом числе троганий с места и длительных «ползучих» режимах, имитирующих режимы движения в пробках.

В целом АКП показала высокие значения КПД на всех передачах в широком диапазоне скоростей и рекомендована к дальнейшим испытаниям в составе автомобиля. В настоящий момент ведется подготовка к началу выполнения данных работ.

Автоматические коробки передач современных легковых автомобилей

Оглавление    3
    Сокращения    4
    Введение    5
    Трансмиссия    6
Трансформатор    6
Коробка передач    7
Главная передача и дифференциал    8
    Гидродинамическая передача    8
Гидромуфта    10
Трансформатор    11
Совместная работа двигателя и гидропередачи    13
Методы блокировки трансформатора    15
    Планетарные коробки передач    18
Устройство планетарной передачи    18
Кинематические схемы планетарных коробок передач, наиболее часто используемые в автоматических трансмиссиях легковых автомобилей    19
Кинематические схемы четырехскоростных планетарных коробок передач с повышающей передачей    21
Кинематические схемы пятискоростных планетарных коробок передач    32
    Основные элементы гидросистем управления автоматической трансмиссией    36
Насос    36
Ротационные насосы    37
Лопастные насосы переменной производительности    38
Жиклеры    38
Гидравлические клапаны    40
Управляющие клапаны    40
Предохранительные клапаны    40
Многопозиционные управляющие клапаны    41
Клапаны регуляторы    42
    Гидравлическая система управления: основы принципа работы    43
Насос и система регулирования давления в основной магистрали    44
Системы подпитки трансформатора, смазки и охлаждения    46
Клапан-дроссель (модулятор)    47
Управление клапаном-дросселем    47
Клапан выбора диапазона    49
Скоростной регулятор    50
Ленточные тормоза и муфты    51
Сервопривод    52
Ленточный тормоз    53
Муфта    53
Фрикционные диски с накладками    55
Муфты свободного хода    56
Клапанная коробка    59
Аккумуляторы    60
Система переключения передач    62
Нейтраль/Парк    62
Режим автоматического переключения передач    64
Движение по инерции или с закрытой дроссельной заслонкой    66
Принудительное понижение передачи (kick-down)    66
Понижение передач с помощью рычага выбора диапазона    67
Задний ход    69
    Электронная система управления    69
Принципы работы блока управления    70
Память компьютера    72
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ)    72
Оперативная память    72
Энергонезависимая память    72
Адаптивная память    72
Управляющие программы    73
Стратегии работы системы управления    74
Режим работы без обратной связи    74
Режим работы с обратной связью    75
Режим защиты трансмиссии    75
Бортовая диагностика    75
Диагностические коды неисправности    76
Датчики    76
Датчики опорного напряжения    76
Переключатели    76
Потенциометры    77
Терморезисторы    77
Датчики — генераторы напряжения    77
Исполнительные механизмы    79
Соленоиды    79
Принцип работы соленоидов с широтно-импульсной модуляцией    80
Типовые системы управления трансмиссий с электронным блоком управления    81
Система управления трансмиссии Nissan RE4R01    81
Система управления трансмиссии Chrysler A604 (41ТЕ)    86
    Диагностика автоматических трансмиссий    88
Диагностические процедуры    88
Проверка уровня масла и его состояния    89
Проверка холостых оборотов двигателя, вакуумных систем тросов, клапана-дросселя и электропроводки    92
Проверка двигателя и его управляющего блока    93
Проверка на полностью заторможенном автомобиле (stall test)    93
Дорожные испытания    94
Проверка давления    96
Диагностика электрической части системы управления (электросхемы)    100
    Трансмиссионное масло    103
Присадки трансмиссионных масел    103
Подбор масла для трансмиссии    104
Модификаторы трансмиссионных масел    104
Замена масла    105
    Диагностика трансформатора    105
Осмотр трансформатора    105
    Основные режимы работы трансмиссии с автоматической коробкой передач и правила их эксплуатации    106
Положения рычага выбора диапазона    106
Программы управления    107
    Приложение 1. Словарь терминов    109
    Приложение 2. Модели автомобилей, на которые устанавливаются АКПП    111
    Приложение 3. Данные для проведения теста на полностью заторможенном автомобиле (stall test)    121
    Список литературы    125

Как избежать неудач с автоматической коробкой передач.

 Вместе с тем, в реальности далеко не все так однозначно. Каждый вид трансмиссии по своему хорош в различных дорожных условиях и при определенных стилях вождения. Попробуем разобраться, чем же хорош и одновременно, плох автомобиль, оснащенный автоматической коробкой передач? Для начала, немного истории. Массово, легковые автомобили, оснащенные коробкой с автоматическим переключением передач, появились в США в послевоенную эпоху начала 50-х. Как правило, это были массивные заднеприводные седаны. Они оснащались прожорливыми восьмицилиндровыми V-образными бензиновыми моторами, работавшими с трехступенчатыми гидромеханическими коробками передач. Такая компоновка получила широкое распространение в США. Большинство ведущих американских автогигантов производили автомобили для внутреннего рынка по такой «классической» схеме вплоть до конца 80-х годов прошлого века. Приблизительно, в эти же годы в СССР выпускались лимузины «ЗиМ», а позднее — экспортные модификации ГАЗ-21 «Волга» и городские автобусы Ликинского автобусного завода также оснащенные «гидромеханикой». В начале 70-х, во многих конструкторских бюро советских автозаводов велись экспериментальные работы по созданию автоматических коробок передач. Так, на АЗЛК в свое время была создана трехступенчатая гидротрансформаторная коробка передач для малолитражных автомобилей «Москвич». Агрегат ни в чем не уступал классической четырехступенчатой «коробке», но серийное производство по ряду причин освоено не было. Впоследствии, в СССР отказались от массового использования автомобилей с АКПП по причине отсутствия специализированной ремонтной базы, оборудования и дефицитных смазочных материалов.

Европейские автопроизводители оснащали автоматической трансмиссией только модели премиум-класса, а также модели, предназначенные для американского рынка. Подавляющее большинство малолитражных автомобилей европейских марок в основной комплектации были выпущены с механической коробкой передач. Среди малолитражек, оснащенных АКПП, выделяются японские модели. Именно японские автомобильные производители стали массово устанавливать автоматические коробки передач на автомобили с объемом двигателя до 2 литров. Начавшаяся в конце 60-х, тенденция сохраняется в Японии до сих пор.

Как работает автоматическая коробка передач? Виды АКПП.

Все автоматические коробки передач, независимо от количества электроники работают по одному принципу: крутящий момент от двигателя к первичному валу предается при помощи рабочей жидкости, крутящей реакторное колесо гидротрансформатора. Исключение составляет лишь роботизированная коробка передач DSG, которая по сути является механической трансмиссией с двухдисковым сцеплением. Передачи и сцепление в ней включаются при помощи соленоидов, управляемых процессором, отслеживающим угловые скорости колес и обороты двигателя.

Классический «автомат» представляет собой гидротрансформатор – устройство так называемого «жидкостного сцепления», работающего на основе передачи кинетической энергии жидкости на лопатки ротора, механически связанного с первичным валом. Гидронасос – также очень важный элемент АКПП. Он создает давление жидкости, при помощи которого переключаются передачи. Крутящий момент к ведущим колесам передается через планетарный механизм шестерен, которые перемещаются при помощи тяг и кулис, связанных с соленоидами или с клапанами, открывающимися при достижении определенного давления рабочей жидкости или электронной команды управляющего микропроцессора. Рабочая жидкость ATF (automatic transmission fluid) в автоматической коробке передач выполняет сразу несколько функций. Главное ее назначение – передача крутящего момента от двигателя. Кроме этого, при помощи рабочей жидкости создается давление в системе переключения передач. И наконец, как и в механической трансмиссии, жидкость предназначена для смазки вращающихся сопряженных деталей. При этом она отводит излишки тепла от всех узлов и деталей, для чего обычно в состав автоматической трансмиссии включен радиатор.

Сегодня наряду с «классическими» гидромеханическими коробками передач выпускается все большее число агрегатов, имеющих большее количество передач и альтернативных режимов. Автоконцерны Mercedes, BMW и Audi освоили серийное производство автомобилей, оснащенных 6 и 7-ми ступенчатыми автоматическими КПП. Большинство современных автомобилей премиум-класса оснащены АКПП, с положениями селектора, позволяющими кроме стандартных режимов переключать передачи водителю. В зависимости от производителя такие коробки передач называются секвентальными (от англ. sequential – последовательный), «типтроником» или «T-matic». Несмотря на название, эти агрегаты работают по принципу гидротрансформаторных. Разница между ними заключается лишь в возможности ступенчатого переключения передач. 

С конца 90-х годов концерн Honda запустил в производство бесступенчатую автоматическую трансмиссию вариаторного типа. В ее основе лежит механическое устройство – вариатор, состоящий из двух шкивов с изменяемой геометрией ручья и стального ремня, через который передается крутящий момент от двигателя. В зависимости от схождения или расхождения шкивов меняется передаточное число, соответственно увеличивая или уменьшая крутящий момент, который можно регулировать либо плавно, либо ступенчато. В остальном, вариаторная КПП практически ничем не отличается от гидромеханической.

Еще раз о преимуществах и недостатках АКПП.

Автомобили, имеющие автоматическую трансмиссию, за годы эксплуатации в нашей стране породили множество мифов. Так, например, миф о том, что «автомат» выходит из строя гораздо чаще «механики» порожден скорее незнанием особенностей или небрежным отношением к автомобилю. При соблюдении несложных правил эксплуатации автоматическая коробка передач способна прослужить свыше 150 000 км пробега и выше. Что касается преимуществ, то пожалуй, главным из них является более комфортабельное вождение, чем на автомобилях с «классической» коробкой передач. Водителю не нужно выжимать сцепление и следить за переключением передач. Все действия за него производит автоматика. Особенно это могут оценить новички, которым очень сложно дается трогание автомобиля на подъеме. Селектор автоматической коробки передач, включенный в любом положении, кроме «N» и «R» задействует режим работы, равнозначный включению передачи на автомобиле с МКПП, вместе с тем не позволяющий автомобилю откатиться назад или заглушить двигатель. Другими словами, если селектор поставлен в положение «D», автомобиль никогда не покатится назад как и в положении «R» вперед.

При движении в плотном городском потоке автоматическая трансмиссия намного удобнее механической. Водителю уже не приходится производить частые манипуляции с педалью сцепления и рычагом коробки передач, он может сконцентрировать свое внимание на дорожной обстановке. Если необходимо двигаться со слишком малой скоростью, то автоматическая коробка передач предпочтительнее, поскольку она не позволит двигателю заглохнуть на малых оборотах.

Более высокий расход топлива в настоящее время также является достаточно спорным аргументом. Безусловно, «автомат» вынужден расходовать большую мощность двигателя на потери в гидротрансформаторе и на работу гидронасоса. Затяжной алгоритм переключения передач также отражается не только на динамике разгона, но и на расходе топлива. Тем не менее, большинство современных автоматических коробок передач имеют режим «Eco», настроенный специально для оптимального расхода топлива. Большинство автомобилей с гидромеханическими коробками передач предыдущих поколений позволяют добиться оптимального расхода топлива, если практиковать плавный стиль езды и исключить резкие разгоны и торможения. Современные автоматические коробки передач последнего поколения имеют адаптивный режим работы. Это означает, что электронный блок управления выбирает режим в зависимости от действий водителя и его стиля вождения.

Среди многих автомобилистов бытует утверждение, что автомобиль с АКПП нельзя буксировать равно как и нельзя буксировать другие транспортные средства при помощи этого автомобиля. Отчасти, это так. Если осуществлять буксировку автомобиля с селектором, не установленным в положение «N», с большей вероятностью возможно повреждение элементов его трансмиссии. Равно как и буксировка прицепа или другого автомобиля при режиме «Overdrive» может привести к перегреву коробки передач и выходу ее из строя. К слову, в США на протяжении нескольких десятков лет буксируют прицепы-трейлеры автомобилями с АКПП. Главное, не подвергать агрегат чрезмерным перегрузкам.

Среди большого ряда преимуществ, словно ложку дегтя в бочке меда многие автомобилисты, пересаживаясь из автомобиля с механической трансмиссией в авто с АКПП, обращают внимание еще на один существенный его недостаток. На скользком дорожном покрытии сложнее управлять таким автомобилем, поскольку переключением его передач ведает электронный механизм, который увы, не может заменить водителя. Применить торможение двигателем или сохранить сцепление шин с покрытием при прохождении поворота или выполнении маневра при перестроении гораздо сложнее, чем на автомобиле с «механикой». Такие сложности могут возникать даже в ситуации с адаптивными АКПП или «типтроником», поскольку «последнее слово» за моментом переключения передачи все равно остается за блоком управления, а не за водителем. Вместе с тем, «автомат» работает с различными системами курсовой стабилизации (EBD, ESP и пр.), которые распределяют крутящий момент на колеса для сохранения траектории движения.

Как правильно эксплуатировать автомобиль с АКПП. Что можно и чего нельзя делать с «автоматом»?

Обычно, при эксплуатации автомобиля, имеющего автоматическую трансмиссию предъявляются почти те же требования и рекомендации, что и для автомобиля на «механике». Самое неприятное для автоматической коробки передач – это ее активация при движении автомобиля. Категорически не рекомендуется переводить селектор в режим «D» во время движения, а также включать задний ход при развороте, когда автомобиль движется вперед или назад по инерции. Все режимы обязательно следует включать только при полной остановке автомобиля. Это равносильно включению заднего хода на механической коробке передач при движении вперед. Среди других распространенных суждений, передающихся из поколение в поколение, существует мнение о том, что на АКПП нельзя буксовать. Дело в том, что АКПП не переносит классического режима «в раскачку». Быстрое переключение из положения «D» в положение «R» и обратно способно загубить фрикционы коробки передач за считанные минуты. Если вы застряли в грязи, на снежном или песчаном покрытии, лучше всего производить переключение через «нейтраль» с нажатием педали тормоза. Это предохранит «автомат» от износа или поломки. Если дорога очень «тяжелая», в зависимости от состояния покрытия обязательно следует использовать режимы «1», «2» и «L». На некоторых моделях существует «зимний» режим, который обозначается как «*» или «W». Это так называемые, тяговые режимы автоматической коробки передач. Именно их нужно использовать при преодолении дорог с плохим состоянием покрытия, а также при буксировке других транспортных средств. Перевод селектора в другой режим, кроме ручного переключения передач производится только на неподвижно стоящем автомобиле при нажатой педали тормоза.

Самые частые проблемы с АКПП случаются при попытке включения режима на движущемся автомобиле, либо попытке буксировки автомобиля методом гибкой или жесткой сцепки при включенном режиме парковки («P»), а также при включенном режиме, кроме нейтрального («N»). Этот режим схож с нейтральной передачей механической коробки передач, когда главная передача механически отсоединена от коробки передач. В таком положении буксировка автомобиля вполне допустима, при условии, что во время ее случайно не будет включен другой режим.

Если вам необходима буксировка загруженного прицепа или другого автомобиля, при помощи селектора следует выбрать тяговый режим, учитывая при этом интенсивность движения и состояние дорожного покрытия на данном участке дороги. Например, если вы буксируете автомобиль по неровной проселочной дороге с вязким грунтовым покрытием, целесообразно перевести «автомат» в режим «2» или «L».

При повышенных нагрузках на трансмиссию всегда следите за температурой и состоянием рабочей жидкости. На приборной панели некоторых автомобилей имеется лампа датчика перегрева жидкости в АКПП. Если загорелась сигнальная лампа датчика, необходимо остановиться, не заглушая двигателя переключить селектор в нейтральнее положение, отключив кондиционер и другие потребители, включить принудительное охлаждение (если имеется) до тех пор, пока не стабилизируется температура и не погаснет контрольная лампа.

В качестве профилактических мер необходимо регулярно проверять уровень и состояние жидкости в АКПП. В большинстве моделей для этого имеется щуп в подкапотном пространстве. Если жидкость темного цвета, в ней имеется металлическая стружка и другие твердые включения, необходима ее срочная замена и устранение причин их появления.

«ГАЗели» и «ГАЗоны» получат автоматические коробки передач

В базе Федерального института промышленной собственности появились патенты на селекторы автоматических коробок передач для двух моделей ГАЗа – машин семейств «ГАЗель Next» и «ГАЗон Next».

Как пишет издание «За рулем», эти версии автомобилей были представлены еще в 2017 году. Тогда стало известно, что «ГАЗель Next» будет оснащаться 6-ступенчатой автоматической коробкой Punch 6L50. Для «ГАЗона Next» инженерами Горьковского автозавода в Нижнем Новгороде была разработана собственная автоматическая коробка, тоже 6-ступенчатая. У «ГАЗели» автоматическую трансмиссию получит 2,8-литровый турбодизель Cummins ISF мощностью 149 л.с., а у «ГАЗона» – 4,4-литровый дизель ЯМЗ-534 такой же мощности.

Также «ГАЗель» должна в ближайшее время получить 6-ступенчатую механику, как у «Валдая Next», которая заменит 5-ступенчатый агрегат. «ГАЗон» будет по-прежнему оснащаться 5-ступенчатой механической коробкой.

Как ранее сообщал «АВТОСТАТ», «Группа ГАЗ» в 2021 году представит на российском рынке ряд новых моделей. Прежде всего, это полноценная линейка автомобилей «ГАЗель NN», а также бескапотный среднетоннажный грузовик «Валдай Next», который уже поступил в продажу в феврале нынешнего года.

Напомним, легкий коммерческий автомобиль нового поколения «ГАЗель NN» был представлен в сентябре 2019 года. На базе «ГАЗели NN» будет создан даже более широкий, чем на базе современной платформы «ГАЗель Next», модельный ряд легких коммерческих автомобилей полной массой 3,5 и 4,6 т, с различными типами кузова, колесными базами и вариантами спецтехники.

Как рассказал в интервью агентству «АВТОСТАТ» Олег Марков, гендиректор ГК «Современные транспортные технологии», являющейся генеральным дистрибьютором «Группы ГАЗ», задача компании – наращивать рыночную долю как в сегменте LCV, так и в сегменте среднетоннажных грузовых автомобилей. По прогнозу Олега Маркова, в 2021 году российский рынок LCV покажет рост не более чем на 5%.

Кроме рынка коммерческой техники, мы постоянно мониторим рынок легковых автомобилей. Например, в любой момент можно узнать актуальную цену на свой автомобиль с пробегом с помощью калькулятора «Оценка авто». 

Фото: ГАЗ

Востребованное решение для всех классов легковых автомобилей: экономная автоматическая коробка передач ZF

Так, с 2009 года (момента выхода в серию 8-ступенчатой коробки передач) по конец 2014 года было продано уже 7,5 миллионов экземпляров 8HP. В настоящее время с конвейеров заводов в Саарбрюккене (Германия) и Грей Корте (США) сходят свыше 2,6 миллионов коробок передач в год (по данным на середину 2015 года). В то же время техника ZF продолжает осваивать рынок автомобилей с передним поперечным расположением двигателя ‒ концепцией трансмиссии с наиболее многообещающим потенциалом роста в мировом масштабе. Спустя чуть менее двух лет после выхода в серию 9-ступенчатой коробки передач (9HP) ZF заручился заказами трех производителей и начал предлагать самые разнообразные серийные исполнения, встав на путь успеха на международном рынке. При этом с каждым новым поколением коробок передач концерн вносит свою лепту в сокращение расхода топлива и уменьшение вредных выбросов в категории легковых автомобилей. Кроме того, автоматические коробки передач ZF уже стали стандартом в отношении комфорта и динамики.

Тот факт, что даже максимально продуманные решения в сфере приводной техники все еще имеют потенциал для оптимизации, убедительно доказывает 8-ступенчатая коробка передач: по сравнению со своими уже впечатляюще эффективными предшественницами, второе поколение 8HP снижает расход топлива на дополнительные три процента. Инженерам ZF удалось добиться этого за счет ряда мер по дальнейшему увеличению КПД коробки передач и сокращению потерь тягового усилия из-за момента инерции.

Значительно усовершенствованные представители второго поколения 8-ступенчатых автоматических коробок передач ZF разрабатывались с учетом современных и будущих требований к транспортным средствам и их приводам. Новые АКПП воплощают в себе такие качества, как сокращенный расход топлива, адаптируемость, повышенный уровень динамики и комфорта. Что касается первого поколения 8HP, выпущенного на рынок в 2009 году, то миллионы этих коробок передач уже отлично зарекомендовали себя в более чем 600 сферах применения серийных транспортных средств ‒ от автомобилей компактного класса до внедорожников, спортивных машин и представителей класса «люкс». Дело в том, что 8HP может использоваться в любых автомобильных сегментах, причем как в гибридных, полноприводных и спортивных версиях, так и в легких коммерческих автомобилях, подверженных высоким нагрузкам.

Подключаемые гибриды на базе 8HP

Последней разработкой в сфере модульных 8HP является 8-ступенчатая коробка передач с подключаемым гибридом. Как известно, транспортные средства с подключаемыми гибридами имеют более емкие батареи; кроме того, их аккумулятор можно заряжать «от розетки». Для данного вида автомобилей ZF разработал собственную гибридную коробку передач на базе 8HP. Особое внимание инженеры уделили оптимизации автономного электрического хода, для чего был сведен к минимуму момент сопротивления разделительного сцепления к двигателю внутреннего сгорания.

Учитывая применение концепции «downsizing» (уменьшения габаритов) и принципа «downspeeding» (оптимизации числа оборотов), разработчики ZF существенно улучшили изоляцию крутильных колебаний. Параллельно были повышены функциональность и комфорт использования пускового устройства по сравнению с его предшественником: чтобы уменьшить крутильные колебания ДВС, были установлены два амортизатора, один из которых адаптируется под частоту вращения мотора. Благодаря этому транспортные средства с любым из распространенных типов двигателей внутреннего сгорания даже при высокой нагрузке могут двигаться без раздражающего шума и вибраций, причем уже в режиме холостого хода.

Синхронная электромашина с возбуждением от постоянных магнитов полностью интегрирована в картер коробки передач и охлаждается масляным туманом. Максимальная мощность электропривода составляет 90 кВт, эксплуатационная ‒ 45 кВт.

Встроенное пусковое устройство может передавать пусковой момент в 550 Н·м. По сравнению со своими «старшими сестрами», коробки передач нового поколения отличаются более высоким уровнем комфорта и прочности, что было достигнуто за счет ряда мер в сфере механики, гидравлики, функциональности и производственных методов.

Благодаря приводу ZF запас автономного электрического хода автомобилей с подключаемым гибридом может достигать 50 км в зависимости от используемой системы батарей. При этом электропривод справляется со скоростями до 120 км/ч. Привод для растущего рыночного сегмента автомобилей с передним поперечным расположением двигателя: 9HP В 2013 году, когда ZF выпустил в серию первую в мире 9-ступенчатую автоматическую коробку передач, другая не менее важная новость оказалась, скорее, на втором плане: в отличие от 6- и 8-ступенчатых АКПП, 9HP была разработана не для стандартной трансмиссии с продольным расположением двигателя и задним приводом, а для транспортных средств с передним приводом и поперечным расположением мотора. Между тем именно для последнего из упомянутых типов трансмиссий прогнозируется усиленный рост спроса на международном рынке, ‒ и именно это стало одной из основных причин, по которой ZF вновь обратился к сегменту автоматических коробок передач для автомобилей с передним поперечным расположением двигателя после своего долгого отсутствия в этой богатой конкурентами нише. Впрочем, правильность такого решения подтверждает не только рост упомянутого рыночного сегмента, но и повышение степени автоматизации данного вида трансмиссии для разных сфер применения: автоматические системы коробок передач сейчас становятся все популярнее. Владельцы и водители автомобилей всех классов высоко ценят исключительный комфорт данных систем при их великолепной эффективности и динамике.

Вскоре после своего выхода на рынок (в 2013 году) последнее поколение АКПП ZF нашло применение во многих серийных транспортных средствах самых различных категорий – от внедорожников компактного класса до компактных седанов и кроссоверов. Обзор клиентов концерна показывает, что 9HP не только обслуживает эксклюзивный премиум-сегмент, но и нашла дорогу в сферу автомобилей массового производства. Данная тенденция лишний раз подтверждает правильность стратегии, стоящей за введением 9HP.

Предпосылки для успешного развития тренда весьма благоприятны: это, прежде всего, высокая топливная экономичность 9-ступенчатого автомата, а также его универсальность, обусловленная модульной конструкцией. Благодаря тому, что самостоятельно разработанный и производимый ZF электронный блок управления полностью исчерпывает возможности столь большого диапазона передаточных чисел, коробка передач практически постоянно удерживает двигатель в наиболее экономичном рабочем режиме. За счет этого автомобиль, оснащенный 9HP, расходует при равномерном движении со скоростью 120 км/ч почти на 16 процентов меньше топлива, чем транспортное средство, на котором был установлен 6-ступенчатый автомат, что раньше было типично для данного сегмента. Модульный принцип конструкции позволяет по мере необходимости расширять базовую компоновку: так, даже в условиях тесного монтажного пространства в автомобилях с передним поперечным расположением двигателя удается установить различные пусковые устройства и без лишних затрат реализовать полноприводные решения. Кроме того, ZF предлагает автоматически подключаемый привод ECOnnect, адаптированный под особенности транспортных средств с передним поперечным расположением двигателя. Благодаря тому, что система задействует задний мост только тогда, когда это необходимо, существенно уменьшаются потери тягового усилия, что дает до пяти процентов экономии топлива и снижения вредных выбросов. И, наконец, стоит отметить, что 9HP в серийной комплектации оснащена функцией «стоп-старт».

На иллюстрациях:
1.) Усовершенствованная модель 8-ступенчатой АКПП 8HP второго поколения поможет производителям преуспеть в борьбе за соответствие все более строгим законодательным нормам по выбросу выхлопных газов, экономично совмещая новое решение с классическими и гибридными приводами.
2.) 9-ступенчатая автоматическая коробка передач для автомобилей с передним поперечным расположением двигателя: универсальная, мощная и эффективная.

Иллюстрации: ZF

Устройство автомобиля: Автоматическая трансмиссия: История, устройство, применение

Пришедшая к нам из середины прошлого столетия автоматическая трансмиссия значительно потеснила на рынке  легковых автомобилей механическую коробку переключения передач и продолжает уверенно конкурировать с вариаторными и роботизированными трансмиссиями.

При этом высокую стоимость самого агрегата, сложность его обслуживания и повышенный расход топлива по сравнению с механическими КПП сбрасывать со счетов нельзя.  Действительно ли АКПП так хороши, или их успех – лишь следствие стремления водителей к комфорту и недоверия к собственной способности водить на «механике»?

Зачем нужна АКПП

Изначально простейшая АКПП была применена на автомобиле как устройство, освобождавшее автомобилиста от необходимости переключения передач вручную.  Механические коробки переключения передач в 50х годах зачастую не имели синхронизаторов, что требовало двойного выжима сцепления при переключении  —  на этом фоне даже первые двухступенчатые автоматы выглядели очень выгодно.

В данный момент трансмиссии с автоматическим переключением передач уже имеют более четко сформулированные преимущества:

• Гидротрансформаторная АКПП может переключать передачи, не разрывая потока мощности, что важно, например, на бездорожье
• Долговечность двигателя и агрегатов трансмиссии повышается за счет способности гидротрансформатора частично поглощать динамические нагрузки, а самой АКПП – снизить вероятность пользовательской ошибки.
• АКПП легче в освоении начинающим водителем, трансмиссия такого типа позволяет новичку не отвлекаться на переключение передач и сфокусироваться на дорожной ситуации
• АКПП облегчает трогание в сложных условиях – например, в горку

Но, возможно, главным преимуществом автоматической коробки передач перед механической как было, так и осталось отсутствие необходимости постоянно вмешиваться в работу трансмиссии.

История АКПП

Первым запатентовал прототип современной автоматической коробки передач канадский инженер Альфред  Мунро в 1921 году. Впрочем, так как работал Мунро с паровыми машинами, то и система его была использовала в качестве рабочего тела воздух и обладала крайне низким КПД.

Реально первыми разработчиками частично автоматизированной гидравлической КПП были бразильцы Хосе Арарипе и Фернандо Лемос.  Их патент, зарегистрированный в 1932 году, в скором времени был продан компании General Motors и в доработанном виде вышел на рынок как система Hydra-Matic, устанавливавшаяся в автомобили Oldsmobile с  1939 года. Именно в этой системе впервые были объединены все составляющие современной АКПП: гидротрансформатор, планетарный редуктор и гидравлический клапанный механизм управления.

Что примечательно, эта АКПП от General Motors ставилась на участвовавшие во второй мировой войне танки M24 Chaffee и  M5 Stuart, что позволило впоследствии не только доработать трансмиссии с учетом полученного опыта, но и рекламировать их как «проверенные в бою».

Принцип работы АКПП

Автоматическая трансмиссия по сути своей выстроена вокруг главного узла – планетарной передачи. Свойство планетарной передачи изменять передаточное число в зависимости от подтормаживания одного или нескольких её элементов позволяет, в отличие от традиционной МКПП, для всех ступеней «автомата» использовать один и тот же набор шестерней. Типичный планетарный редуктор состоит из следующих элементов:

• Солнечная шестерня – шестерня, установленная ровно в центре редуктора
• Эпицикл, или коронная шестерня – шестерня, зубцами направленная внутрь редуктора, располагается на периферии редуктора, часто с жестким закреплением на внутренней окружности корпуса редуктора.
• Сателлиты – шестерни (как правило – три), расположенные между эпициклом и солнечной шестерней. Закреплены сателлиты на водиле, на осях которого свободно вращаются.

К одному из этих элементов редуктора подводится крутящий момент, а ещё один элемент – подтормаживается. В зависимости от выбранной комбинации меняется и передаточное число редуктора. Если затормозить любые два элемента редуктора, то передача станет прямой (то есть передаточное число станет равно единице).
За остановку вращения каждого из указанных элементов отвечает набор тормозных лент с гидроприводами. 

Устройство АКПП

Хотя основным элементом автоматической коробки передач является именно планетарный редуктор, для использования в качестве трансмиссии он требует большого количества дополнительных систем, одной из которых является гидротрансформатор.

Гидротрансформатор в АКПП используется для передачи крутящего момента с двигателя на приводные валы с обеспечением возможности плавной синхронизации вращения валов, например, при трогании автомобиля с места. 

Для минимизации потерь в гидротрансформаторе с  1980х годов применяется автоматическая его блокировка на высоких скоростях вращения валов – то есть фактически передача крутящего момента от двигателя к элементам АКПП идёт не с помощью гидравлики, а напрямую через жесткую механическую сцепку внутри гидротрансформатора.

Кроме того, гидротрансформатор зачастую используется как  замена  сцеплению и на МКПП – так, на автобусах семейства ЛИАЗ-677 с обычной механической коробкой передач был спарен именно гидротрансформатор, что облегчало работу водителя, но увеличивало расход топлива и снижало крутящий момент на колесах за счет потерь на гидросистеме.  Аналогичную схему применяли автобусах с 1930х годов британцы из компании Self-Changing Gears Уолтера Уилсона и Джона Сидделея.

В данный момент такую частичную автоматизацию работы водителя можно наблюдать на многих видах строительной техники.

В некоторых устройствах, не требующих изменения крутящего момента в широком диапазоне – например, на вилочных погрузчиках и самоходных газонокосилках – гидротрансформатор используется как самостоятельная трансмиссия.

Через гидротрансформатор крутящий момент попадает на валы планетарных редукторов, принцип действия которых мы описали ранее. Сменой используемых входных и выходных валов редукторов (выбором планетарного ряда), а также подтормаживанием отдельных элементов редукторов  занимается система фрикционных муфт и тормозных лент.

Приводит в действие эти механизмы гидравлическая система, управляемая либо электронным способом, либо механической системой, получающей данные из центробежного датчика скорости вращения выходного вала АКПП и датчика нажатия на педаль газа.

Клапанный блок содержит сеть каналов сложной формы для тока трансмиссионной жидкости к золотникам клапанов. Циркуляция жидкости в коробке с целью обеспечения работы поршней гидравлической системы, смазки и охлаждения всей трансмиссии обеспечивается гидравлическим насосом АКПП.

Собственно, сама трансмиссионная жидкость для автоматических коробок передач является единственным расходником, применяемым в системе АКПП. Требования к ней радикально отличаются от требований к смазочной жидкости для традиционных коробок. В разное время для обеспечения необходимых физических свойств приходилось использовать в её производстве даже такие экзотические компоненты, как китовый жир, сейчас же производители перешли на полностью синтетические составы для всех АКПП.

Как пользоваться АКПП

На каждом селекторе (рычаге выбора режима работы АКПП) есть определенный набор символов, обозначающих режимы работы АКПП. Причем порядок положений селектора коробки-автомата не случаен: он строго регламентирован американским законодательством — а именно американцы являются законодателями мод в сфере автоматических коробок.

Типичный порядок режимов работы АКПП таков:

• Park («P») –режим «парковка». В этом положении выходной вал КПП блокируется специальной шпилькой для блокировки вращения ведущих колёс. Кстати, именно поэтому не рекомендуется оставлять автомобиль на стоянке, полагаясь только на эту блокировку и не задействовав ручной тормоз – повышенный износ шпильки и даже возможность её «закусывания» валом – вполне вероятна.
  Для задействования режима P автомобиль должен быть полностью остановлен.  Завести автомобиль (а часто и наоборот – извлечь ключ из замка зажигания), снабженный АКПП, можно только из этого или нейтрального положений АКПП.
  В ряде новых автомобилей вывести селектор из положения Р можно только нажав педаль ножного тормоза.
• Reverse («R») – «Реверс», «Задний ход». Положение селектора обеспечивает возможность движения задним ходом, также автоматически включает сигнальные огни заднего хода. Ни в коем случае нельзя включать задний ход в АКПП до полной остановки автомобиля – повреждения АКПП могут быть катастрофическими. Для исключения возможности такого включения на многих современных коробках установлены механические блокировки, и даже на тех рычагах АКПП, где из положения R на N или D можно переключиться без отжатия стопора рычага,  обратное действие будет невозможно до полной остановки и нажатия стопорной кнопки.
• Нейтраль («N») – нейтральная передача. Фактически, полностью разобщает коробку и двигатель, но буксировать автомобиль в этом положении или двигаться накатом всё же не рекомендуется – напомним, что гидравлический насос АКПП, осуществляющий функции циркуляции в том числе охлаждающей и смазочной жидкости внутри АКПП, работает от приводного вала от двигателя – а именно он и перестаёт вращаться в этом положении. При этом часть механизмов КПП вращается при буксировке, так как приводится в действие от колёс, что при отсутствии охлаждения с смазки приводит к перегреву и отказу.
• Drive («D») – Основное положение селектора, предназначенное для движения вперед. 
• Овердрайв («OD», или  «[D]» в квадратных скобках) —  положение, в котором обеспечивается автоматический переход на пониженную передачу при необходимости, например, ускорения при обгоне.
• Третья («3», «D3») – режим, в котором коробка передач ограничивается первыми тремя передачами из всего ассортимента имеющихся в наличии. Используется, например, для динамичной езды в городе или для торможения двигателем при спуске с горы. Иногда имеется в виду жесткое использование исключительно третьей передачи, а не диапазона из первых трех передач – тут следует всё же уточнить это в руководстве по эксплуатации к автомобилю. В современных авто при достижении опасных для двигателя высоких оборотов переключение на старшие передачи всё же происходит во избежание повреждений.
• Вторая передача («2», «D2» или «S») – то, же, что и прошлый режим, но для второй передачи. На некоторых моделях Форд, Киа и Хонда имеется в виду именно вторая передача. В таком случае данное положение селектора используется для трогания на льду и снегу.
• Первая («1», «D1» , «L» или «[Low]») – используется как пониженная передача для перемещения по нетвердым грунтам, буксировки и торможения двигателем при спуске с горы.

Помимо указанных режимов работы коробки-автомат используются иногда и предлагаемые производителями дополнительные режимы работы, призванные повысить удобство эксплуатации автомобиля в различных условиях.

• «D5» – используется в автомобилях Хонда и Акура для движения по автомагистралям с использованием первых пяти передач в шестиступенчатых коробках передач.
• «D4» – на тех же Хондах и Акурах используется для городского трафика в режиме.
• «S», «Sport» или «Power» — режим, в котором переключения на более высокие передачи происходит несколько позднее, чем в режиме «D», в результате чего машина приобретает более «спортивное» поведение при разгонах. Также этот режим эффективнее при торможении двигателем.
• «+/ −» или «M» – аналогично подрулевым переключателям позволяет вручную выбирать передачу в секвентальном режиме.
• Зима («W») или «Snow» – На ряде автомобилей Вольво, Мерседес-Бенц и Дженерал Моторз позволяет стартовать со второй передачи, снижая риск пробуксовки.
• Торможение («B») – на автомобилях Тойота используется для торможения двигателем. В гибридных автомобилях того же производителя приводит к  переводу штатного электродвигателя автомобиля в режим генератора. На практике это приводит к тому же эффекту, что и торможение двигателем.

На многих автомобилях помимо положений селектора есть и дополнительные органы управления – чаще всего это кнопки включения экономичного режима работы системы управления коробкой и двигателем. Иногда сам рычаг селектора выполняют в виде джойстика или вовсе – набора кнопок.

Преимущества и недостатки АКПП

К недостаткам АКПП традиционно относят стоимость, повышенный расход топлива и низкую – по сравнению с традиционной «ручной» коробкой передач – скорость разгона автомобиля.

Также ремонт автоматический КПП – дело затратное и требующее привлечения специалистов.

При использовании АКПП водитель фактически лишается возможности использования ряда приёмов управления автомобилем – будь то «раскачка» при увязании авто или управляемые заносы.

Нельзя и завести автомобиль с АКПП «с толкача», да и вообще — буксировать его не рекомендуется.

С другой стороны – гидротрансформаторная коробка  позволяет с меньшими нагрузками на двигатель самому кого-то буксировать.  Увлекаться, правда, не стоит – перегрев системы всё же возможен.

Но главный довод в пользу АКПП – это всё же сложность работы с «механикой» в городских пробках. «Автоматы» в двухэтажных британских автобусах появились именно как ответ на необходимость ежеминутных остановок, что уж говорить о современной дорожной ситуации, где в пробках сцеплением приходится работать едва ли не каждый метр.

Повышение количества ступеней в АКПП, усложнение управляющих программ  всё больше и больше приближает «автоматы» к традиционным механическим коробкам в области динамики разгона и расхода топлива. 

Неисправности АКПП и их невысокая ремонтопригодность в условиях гаражей – не проблема на фоне роста количества сертифицированных точек обслуживания, расширенных гарантийных условий и всё повышающейся надёжности агрегатов.

Да и гидротрансформатор, берегущий двигатель от динамических нагрузок, только увеличивает ресурс автомобиля в целом.

Налицо – только плюсы коробки-автомат для обычного потребителя. Более того, с появления в 1939 году первых коммерчески успешных АКПП мы наблюдаем вытеснение механической КПП на легковых автомобилях в область нишевых продуктов, интересных ограниченному кругу лиц.

На данный момент сложно однозначно говорить о том, победила ли автоматическая коробка переключения передач традиционную «механику» или нет. В США есть однозначный ответ на этот вопрос – по разным исследованиям только 3,8%  проданных там в 2012 году новых автомобилей имели МКПП.

В Европе и России отношение автомобилистов к автоматической коробке передач также начало меняться: даже с учетом традиций автомобильной культуры и более высокой стоимости автоматических коробок передач, продажи «механики» уже в 2012 году упали ниже психологического рубежа в 50%, а многие производители и вовсе перестали предлагать свои автомобили в комплекте с механической коробкой передач.

Так что можно бесконечно рассуждать о плюсах или минусах трансмиссий автоматического типа, но факт есть факт: не за горами то время, когда и к нам придут американские реалии, где «ручка» по факту стала отличным противоугонным средством.

Автор

Дмитрий Лонь, корреспондент MotorPage.ru

Издание

MotorPage.Ru

Как много нужно скоростей автомобильной коробки передач?

Говорят, что скоростей в коробке передач не бывает много

Современные трансмиссионные механизмы имеют общего с квадрациклом Генри Форда 1896 года столько же, сколько и игрушечный самолетик ребенка с реактивным самолетом. В XXI веке механические коробки передач (МКПП) и автоматические преобразователи крутящего момента (автоматические коробки — АКПП) делят дорогу с:

• бесступенчатыми коробками;
• автоматизированными механическими коробками с двойным сцеплением;
• автоматикой с электроприводом;
• распределителями мощности электропередач двигателя.

На заре автомобилестроения балом правили двух- трехскоростные автоматические коробки и четырех- пятиступенчатые механические трансмиссии. Сейчас новые коробки переключения передач (КПП) имеют семь, восемь, а иногда девять передач переднего хода. Поскольку количество скоростных ступеней в автомобиле приближается к двузначной цифре, у Zap-Online.ru возникло пару вопросов: что за погоня за скоростями, где конец их бесчисленному количеству?

Писк моды — семи, — восьми и — девяти ступенчатые КПП

Porsche похвастался новым вариантом семиступенчатой МКПП в модели 911 на автошоу в Женеве.

Последний писк моды среди производителей автомобилей – восьмиступенчатый автомат. BMW, Audi, Lexus, Porsche предлагают в автомобилях восьми ступенчатые АКПП с традиционными преобразователями крутящего момента и планетарным набором передач. Компания Ford бросила все силы на создание собственной восьмиступенчатой автоматики. Mitsubishi недавно заявила о намерениях лицензировать восьмискоростную ZF и протестировать на новых моделях авто.

Fiat 500X, Chrysler Pacifica, Renegade уже выпускаются с 9-ступенчатой КПП. Mercedes-Benz выпустила 9-ступенчатую 9G-Tronic, заменив семиступку 7G-Tronic. Honda запатентовала коробку с 11 ступенями и тройным сцеплением.

С чем связан рост количества передач в трансмиссии автомобиля?

Со слов главного инженера по трансмиссиям компании Ford Motors Крэйга Реннекера, большее количество скоростных ступеней в КПП дает инженерам большее поле для разбега. Первую скорость можно сделать короче для лучшего ускорения с места, а самые высокие сделать длиннее для эффективного расхода топлива. Большее количество ступеней позволяет маленьким, экономичным двигателям вывозить тяжелые автомобили на приличной мощности или добавить мощности уже существующим моторам.

«Пять лет назад на вопрос: эффективна ли восьмиступенчатая коробка, я бы сказал нет», говорит Реннекер. «Все потому что дополнительная шестая муфта, необходимая для восьмиступки, создала бы больше внутреннего сопротивления (с паразитической потерей энергии), и повышенный диапазон передач не покрыл бы этого недостатка. Недавно мы обнаружили способ, как сократить потери от сопротивления муфты так, чтобы восемь скоростей приносили больше пользы, чем вреда. Теперь имеет смысл перейти на КПП с 8,9-тью передачами, при этом, экономия топлива составит от 2 до 6 %».

Пресс-секретарь Porsche Дэйв Энгельман заявил, что смелый шаг, по переходу к семиступенчатой механике – высоко модифицированной версии уже существующей автоматизированной механической коробки Porsche PDK (с двухдисковым сцеплением) – мотивирован экономией топлива. «Модели Porsche достигают максимальной скорости на наивысшей передаче — шестой. Новая седьмая, после разгона до максимума на шестой переключается на седьмую и снижает обороты двигателя, снижая расход топлива и выбросы СО2 без ущерба для разгона или темпа движения машины».

Чересчур много скоростей в автомобиле – это сколько?

Каждый автопроизводитель отвечает на этот вопрос по-разному. Помимо более гладкого переключения, экономного расхода топлива и улучшения ускорения, большое количество скоростей играет маркетинговую роль. Покупателю кажется, что автомобиль «упакован» по полной (вау! семь скоростей! подумать только!). Но некоторые производители автомобилей отказались от новых, более высоких передаточных чисел во имя надежности своих трансмиссий.

Все тот же Реннекер из компании Ford говорит: «Один из наших конкурентов представил девятиступенчатую КПП, но мы не стали устраивать гонку. Считаем, что девятая скорость не дает никаких преимуществ автомобилю, кроме увеличения продаж. Мы не видим смысла в девятиступке. Наши автомобили способны сделать все то же самое и на восьми скоростях».

Касаемо более девяти передач Реннекер сказал следующее: «Возможно, в будущем мы найдем применение большему количеству скоростей, скажем одиннадцати. В этом будет смысл, если найдем способ свести к минимуму ущерб от внутреннего сопротивления дополнительных муфт. Но сначала нужно найти хорошую причину для применения одиннадцати ступенчатой трансмиссии. Возможно, причиной станет необходимость в ультранизкой, прямо ползущей первой передаче».

Будущее многоскоростных трансмиссий

Большее количество передач – это только часть общей картины. Меняются и виды КПП. Кроме механики, автомата, существуют бесступенчатые КПП (CVT). Бесступенчатая трансмиссия может выбирать из практически неограниченного количества передаточных чисел, и, теоретически, делает традиционную трансмиссию устарелой. Однако на практике, расширенная CVT, чтобы справиться с силой мощных двигателей, сводит к минимуму их эффективность. По раскрытию потенциала мощных двигателей обычный автомат или автоматизированная механика намного лучше.

Сделаем вывод, предсказания о безвозвратном исчезновении «механики» преждевременны. Механические трансмиссии по-прежнему самые энергоэффективные, независимо от того, какое топливо было использовано в автомобиле: бензин, электричество, водород или биодизель. Конечно, неизбежно снижение количества автомобилей с МКПП, но в мире всегда найдется сегмент водителей, которые любят переключать скорости вручную.

Электрифицированные коробки, безусловно, станут более распространенными. На это указывают гибридные модели BMW ActivHybrid, Mercedes-Benz S400 Hybrid, Honda CRZ. На вопрос о том, будет ли восьмиступка Ford иметь электрический аналог, Реннекер ответил: «При проектировании любой новой трансмиссии, также рассматривается возможность создания гибридного варианта. В планы Ford входит электрификация восьми ступенчатой трансмиссии в ближайшие пару лет».

Реннекер: «Пока КПП с двойным сцеплением находились в стадии разработки, КПП с планетарным набором передач тоже не стояли на месте, развиваясь. В результате постоянного развития трансмиссий разного типа, мы не можем сказать ни об одном виде, что это «трансмиссия будущего». Так как требования к экономии топлива автомобилей становятся все жестче, трансмиссия будущего будет иметь больше настроек определяющих оптимальную передачу для каждой скорости».

Изучите автомобильную инженерию у инженеров-автомобилестроителей

ZF — первый в мире производитель трансмиссий, который разработал 9-ступенчатую автоматическую трансмиссию для современных легковых автомобилей. Он был разработан для автомобилей с поперечным расположением двигателя и передним или полным приводом и, таким образом, может устанавливаться в 75% всех автомобилей, производимых во всем мире. Это означает, что трансмиссия не только заменяет нынешнюю 8-ступенчатую автоматическую коробку передач с продольной установкой, но также представляет собой независимую конструкцию для поперечного положения установки.

Анализ рынка

Чтобы эффективно формировать индивидуальную мобильность, приводные системы современных автомобилей будут постоянно совершенствоваться. Прежде чем полностью электрические приводы возьмут верх, системы автоматической трансмиссии будут играть центральную роль в таких условиях. Цель состоит в том, чтобы снизить энергопотребление всей трансмиссии при одновременном повышении характеристик и комфорта вождения. Таким образом, должна быть возможность реализовать все разработанные концепции экономически эффективным способом.

В целом имеет смысл использовать трансмиссии с более высоким диапазоном передаточных чисел и большее количество передач с меньшими ступенями. Хотя на рынке уже есть 7- и 8-ступенчатые трансмиссии с большим передаточным числом для продольно установленных трансмиссий, в случае автомобилей с поперечно установленным передним двигателем этого еще не произошло. Эта конфигурация привода особенно используется для компактных приложений и приложений среднего класса, то есть сегментов с небольшими требованиями к монтажному пространству и высокой чувствительностью к стоимости со стороны заказчиков.На глобальном уровне эти автомобили продолжают завоевывать доли рынка. Сегодня в 75% легковых автомобилей двигатель устанавливается поперек направления движения.

Управление коробкой передач

По причинам экономической эффективности и оптимизации места для установки инженеры ZF не использовали полностью интегрированный модуль мехатроники для всех датчиков, исполнительных механизмов и электронного блока управления (ЭБУ) в 9-сильном двигателе. Вместо этого ECU устанавливается отдельно от теперь значительно меньшего по размеру гидравлического блока управления (HCU), а именно на верхней стороне корпуса трансмиссии.Датчики находятся внутри трансмиссии, сигналы со стороны автомобиля подключаются непосредственно к вилке блока управления двигателем.

Что касается 9HP, ZF впервые разрабатывает и производит полный блок управления двигателем. Мощный встроенный флэш-контроллер может реализовывать сложные алгоритмы управления. Его расчетная производительность сопоставима с характеристиками контроллера, используемого в 8-ступенчатой ​​автоматической коробке передач, и может быть увеличена прибл. 30 процентов по запросу. Компоновка печатной платы блока управления двигателем была разработана таким образом, чтобы различные требования производителей оборудования к оборудованию могли быть удовлетворены без каких-либо проблем.

Возможны несколько размеров и конфигураций коробки передач

В двух сериях 9HP покрывает диапазон крутящего момента от 200 до 480 кНм. Благодаря модульной системе базовая трансмиссия может быть добавлена ​​по запросу. Таким образом, можно использовать различные пусковые элементы, гибридные и полноприводные автомобили в переднеприводных легковых автомобилях даже в ограниченном пространстве для установки.

Для работы полного привода можно подключить дополнительную раздаточную коробку. Затем мощность двигателя распределяется на переднюю и заднюю ось на выходе трансмиссии.Для эффективной реализации такого полного привода ZF разработала систему с функцией разъединения (ECOnnect). Он приводит в действие задний привод только тогда, когда это необходимо, и, таким образом, экономит до пяти процентов топлива по сравнению с постоянным полным приводом.

9-ступенчатая автоматическая коробка передач также может запускаться и останавливаться без гидроимпульсного накопителя масла (HIS). Поскольку в случае перезапуска необходимо замкнуть только один элемент переключения с трением, время отклика действительно очень спонтанно.Кроме того, 9HP можно гибридизировать: на основе параллельной гибридной архитектуры преобразователь крутящего момента заменяется электродвигателем. Наконец, благодаря открытому программному обеспечению и структуре интерфейса, а также электронному блоку управления можно будет гибко интегрировать 9-ступенчатую автоматическую коробку передач в различные концепции автомобилей с точки зрения функций и электроники.

Концепция трансмиссии 9HP

Что касается требований к месту для установки, в частности, длине трансмиссии, то при текущем уровне развития техники достигнут предел размера передних поперечных планетарных передач с 6 скоростями: если количество скоростей трансмиссии увеличивается до восьми или девяти Для увеличения диапазона передаточных чисел потребуются дополнительные комплекты передач и элементы переключения.Однако в традиционной конструкции трансмиссий с гидротрансформатором эти компоненты вряд ли могут быть установлены в сильно ограниченном пространстве для установки. Чтобы повысить устойчивость надежной и хорошо зарекомендовавшей себя технологии планетарной передачи в сочетании с большим числом скоростей, а также преобразователем крутящего момента в качестве пускового элемента в диапазоне переднего привода, необходимо было найти новые способы компоновки узлов. .

Инженеры

ZF ставят две планетарные передачи друг на друга, так что не может быть больше трех передач подряд.Такой подход проще осуществить в переднеприводных трансмиссиях, чем в случае продольно установленных трансмиссий, поскольку они имеют больший диаметр. Использование элементов постоянного зацепления с гидравлическим приводом оказалось концептуальной идеей экономии места, поскольку их можно интегрировать без значительного влияния на общую длину трансмиссии и при этом обеспечивать высокую эффективность. В то время как открытые многодисковые элементы переключения создают крутящие моменты сопротивления, эти потери практически не играют роли в случае собачьего сцепления.Этот аспект особенно важен в отношении многоскоростных концепций: повышенная эффективность, создаваемая небольшими ступенями трансмиссии, не должна снова снижаться из-за потерь сопротивления из-за довольно сложной конструкции.

В целом, реализованная система трансмиссии состоит из четырех простых наборов передач и шести элементов переключения, и в дополнение к этому, каждая из двух кулачковых муфт использует по два многодисковых сцепления и два многодисковых тормоза. Общий разброс составляет 9,81, что значительно снижает частоту вращения двигателя и, следовательно, снижает расход топлива.Коробка передач имеет гармонический диапазон ступеней, как 8-ступенчатая автоматическая трансмиссия ZF (8HP) — КПД колесной пары планетарной передачи превышает 97% на всех передачах.

Конструкция трансмиссии ZF 9HP

Гидротрансформатор используется в качестве пускового элемента для 9HP, поскольку покупатели, особенно в США и на азиатских рынках, ценят его высокое маневренное качество. Чтобы минимизировать гидравлические потери, используются различные системы демпфирования, так что муфта блокировки гидротрансформатора может замыкаться уже на низких скоростях.Могут быть реализованы различные характеристики демпфирования, чтобы обеспечить оптимальную настройку для соответствующего двигателя.

Корпус состоит из двух основных частей: корпуса преобразователя и основного корпуса с алюминиевой крышкой. По умолчанию 9HP подключается к радиатору автомобиля через трубы, а охладитель трансмиссии может быть дополнительно прикреплен непосредственно к корпусу.

Источник: ZF

Мнение Ромена:

Перед нами отличный соперник коробкам передач DCT и CVT.Действительно, автоматические трансмиссии с большим разбросом до сих пор подходили только для продольного положения, что позволяло использовать трансмиссию с поперечной трансмиссией для бесступенчатых трансмиссий и коробок передач с коробкой передач. По моему мнению, эта модель 9HP будет нацелена на сегменты B и C, где чаще всего используются поперечные двигатели, а также на страны, где широко распространены автоматические трансмиссии, такие как Азия, США и северная Европа (см. Здесь некоторую статистику). Считаете ли вы, что DCT, которая находится в быстрорастущей ситуации, отнимет какую-то долю рынка? Как вы думаете, ZF 9HP эффективнее DCT или CVT?

Shifting Times: подъем автоматической коробки передач

По сути, мы говорим о колдовстве.Когда дело доходит до современного автомобиля, даже случайный наблюдатель может понять, как работает большинство систем: газ идет бум — двигатель вращается; тормоза зажимают — машина останавливается; повернуть руль — поворот передних колес. А как насчет устройства с маркировкой PRND? Это должно быть сделано в Хогвартсе.

Писатель-фантаст Артур Кларк однажды заметил: «Любая достаточно продвинутая технология неотличима от magic ». Но если это волшебство, почему большинство энтузиастов так быстро высмеивают современную автоматическую коробку передач? В конце концов, это, безусловно, самый популярный выбор, который открывает совершенно новые миры вождения.Легче жить в пробках, вы можете наслаждаться чашечкой кофе, не ища переводчика, и это, безусловно, особенно привлекает членов сообщества пиратов. Арр, это будет довольно рулежно управлять сцеплением с моей ногой, Джим, парень.

Оставляя в стороне автоматизированные руководства, такие как PDK Porsche, и системы на основе шкивов, такие как бесступенчатая трансмиссия (CVT), вот краткий обзор истории современной автоматической коробки передач. Жезлы наготове, Поттеры и Грейнджеры, давайте начнем.

Слащенное начало

Тот, кто придумал первую автоматическую коробку передач, — такая же запутанная история, как и кто изобрел автомобиль (и не обязательно верить утверждениям, что Mercedes-Benz сделал последнее). На рубеже веков всевозможные изобретатели возились с необычными способами заставить свои безлошадные экипажи двигаться с разной скоростью.

Также читайте: В защиту вариаторов — они на самом деле не так плохи, как вы слышали

Французы Луи-Рене Панар и Эмиль Левассор должны быть удостоены награды за создание первой надлежащей трансмиссии, продемонстрирован в 1894 году.И под словом «продемонстрировано» я имею в виду «сломалось». Теория была там, и демонстрационная машина вскоре снова заработала, но она довольно позорно испустила призрак перед собравшимся пресс-корпусом, и Панара и Левассора пришлось читать лекции перед классной доской. «Еще фокус-покус от шарлатанов!» газеты плакали.

Затем братьям Стертевант из Бостона, штат Массачусетс, удалось разработать двухступенчатую автоматическую коробку передач на основе центробежных грузов. По сути, это зависело от скорости двигателя, чтобы активировать серию грузов, которые, ммм, отключили бы сцепление и … Хорошо, смотрите: даже прочитав об этой штуке, я понятия не имею, как она работает, за исключением того, что что в основном этого не было.Он тоже выходил из строя с грустной регулярностью, приводя к буквальному толкованию бесшумной трансмиссии.

https://www.youtube.com/watch?v=Ue07DdPQv0k

Канада может немного гордиться нашим пионером в области автоматики Альфредом Хорнером Манро из Regina. Манро был паровым инженером, и если вы жили в Реджине в начале 1920-х годов, вы могли бы с таким же успехом сделать карьеру, которая подразумевала бы теснение рядом с котлом. Его патент на трансмиссию на основе сжатого воздуха датируется 1921 годом, что принесло ему как минимум сноску в учебниках истории.Однако коммерческой точки зрения его изобретение не нашло.

Вместо этого пара бразильцев, Хосе Браз Арарипе и Фернандо Лехли Лемос, как сообщается, придумала идею использования гидравлического давления для управления сменами. Их идея и прототипы найдут применение в General Motors, которая уже работает над автоматом. Наконец, 75 лет назад дебютировал узнаваемый предок современной автоматической коробки передач. Он назывался Hydra-matic, и вскоре он готовился к войне.

Chrysler 727 Torqueflite автоматическая коробка передач

Слава Гидре!

Во всех современных автоматических трансмиссиях (кроме двойного сцепления и вариаторов, как уже упоминалось) в той или иной форме используются две основные особенности Hydra-matic: гидравлическая муфта и планетарный редуктор. Мы еще вернемся к этому, но сначала несколько танков и умения президента компании вождения.

Имя Альфреда П. Слоана, президента General Motors, сегодня живет не только в истории компании, но и в деятельности его одноименного фонда.Вы можете узнать его по упоминаниям в титрах превосходного научно-технического подкаста NPR Radiolab .

Как руководитель и филантроп Слоан был образцовым. Как водитель — не очень. Имейте в виду, что трансмиссиями тех ранних лет было гораздо сложнее управлять, чем сегодняшними современными механизмами, поэтому необходимо дать некоторую свободу действий. В поисках решения, которое сделало бы вождение более доступным для широкой публики (и, естественно, продавало бы больше автомобилей), Слоан постоянно стимулировал свое научно-исследовательское подразделение к разработке действительно безмуфтовой трансмиссии.После неудачного запуска дополнительной полуавтоматической опции в линейке Buick под названием Automatic Safety Transmission, команда придумала способ перейти от трех педалей к двум.

Изображение, рекламирующее полностью автоматическую трансмиссию GM (Hyrdamatic) 1940 года.

Hydra-matic впервые была предложена в качестве опции на Oldsmobiles только в 1940 модельном году по цене 57 долларов. Агрегаты были построены в отделении трансмиссии Детройта и имели четыре передних скорости и одну заднюю.Первоначально не было настройки парковки — водитель просто выбирал задний ход, а затем выключал машину.

Hydra-matic оказалась очень популярной, при первом запуске было продано около 200 000 экземпляров. Однако в то время в Европе происходило то, что можно было бы назвать небольшой суматохой, из-за невысокого крикливого человечка с глупыми усами и неудачной карьеры художника. GM в течение некоторого времени готовилась перейти от производства легковых автомобилей к производству военной техники, и, когда США вступили на европейский театр военных действий во время Второй мировой войны, они решили использовать свои трансмиссии Hydra-matic в танках.Примечательно, что M-5 Stuart имел два двигателя Cadillac V8 и две коробки передач Hydra-matic, по одной на каждый протектор.

К тому времени, когда война закончилась, многие из ранних причуд Hydra-matic были устранены — GM продавала свои трансмиссии как «закаленные в боях» — и быстро развивающаяся послевоенная экономика созрела для больших роскошных автомобилей. с удобными трансмиссиями. Hydra-matic впереди, и другие производители были вынуждены последовать за ней: Packard с Ultramatic, Ford с Ford-o-matic, Chrysler с Powerflite и Torqueflite и так далее.Любопытно, что ранние Lincolns фактически покупали свои трансмиссии у GM, поскольку Hydra-matic была единственной вещью, достаточно сильной, чтобы справиться с мощностью V8.

К середине 1950-х годов на рынке Северной Америки преобладала автоматическая коробка передач, и ее популярность продолжала расти вплоть до наших дней. Так как же они работают?

Основные органы управления удобно расположены на центральной консоли.

Современный монстр

Для анализа выберем что-нибудь интересное, в соответствии с историческим прецедентом Hydra-matic: только что выпущенный Corvette Z06.Вот краткие характеристики: 6,2-литровый V8 с наддувом, развивающий 650 лошадиных сил и 650 фунт-футов. крутящего момента, снаряженная масса чуть менее 1600 кг и разгон до 100 км / ч за 2,95 секунды благодаря новой доступной восьмиступенчатой ​​автоматической коробке передач.

Если Hydra-matic решила вступить в бой с танковыми дивизиями, то вот его потомок делает примерно то же самое. Утверждается, что новая сверхмощная коробка передач GM 8L90E переключает передачи даже быстрее, чем коробка передач с двойным сцеплением Porsche doppelkupplung , и на четверть мили будет равняться с лучшими немецкими автомобилями.

Откройте серебристый ящик внутри американского суперкара-истребителя, и вы обнаружите несколько чрезвычайно сложных механизмов. Да, есть восемь передаточных чисел на выбор, но они работают не так, как скользящие переключаемые передачи в механической коробке передач. Вместо этого автомат работает через планетарный ряд, прикрепленный к двигателю через преобразователь крутящего момента.

Стоимость Corvette Z06 2015 года будет стоить 78 995 долларов в США и 85 095 долларов в Канаде. Официальный пресс-релиз

GM о 8L90E наполнен фразами вроде: «Компенсаторы сцепления питаются от смазочного масла, а не от специальной и регулируемой конструкции подачи, как у 6L80.«Это хорошо? Наверное?

Давайте будем простыми. В новой коробке GM реализованы всевозможные инженерные инновации для ускорения и плавности переключения передач, но основная архитектура все еще присутствует. Его гидротрансформатор более компактен, использует синтетические жидкости и имеет контроллер нового поколения, но все же он основан на том же принципе: точно так же, как сцепление должно отпускаться постепенно для плавного включения с механической коробкой передач, вязкая природа жидкости может использоваться для плавной передачи мощности между вращающимся входным валом двигателя и выходным валом, приводящим в движение колеса.

В самой коробке передач находятся планетарные шестерни, состоящие из наружной кольцевой шестерни, центральной солнечной шестерни и планетарных шестерен, которые вращаются между ними. У большинства современных автоматов есть два полных планетарных набора в корпусе, и главное, что следует здесь отметить, — это то, что шестерни постоянно находятся в зацеплении. В отличие от механической коробки передач, где вы фактически переключаетесь на новую передачу, планетарный ряд автоматической коробки передач всегда связан, и именно действие муфт, фиксирующих различные шестерни в неподвижном положении, обеспечивает передаточные числа.Чем больше передаточных чисел производит трансмиссия, тем сложнее внутренняя работа.

Последний рубеж руководства

По сравнению с версией с семиступенчатой ​​механической коробкой передач Corvette Z06 с автоматической коробкой передач обеспечивает лучшую экономию топлива благодаря более быстрому переключению передач и более длительному включению конечной передачи, лучшему ускорению и более управляемому опыту вождения в условиях интенсивного движения. Вы также сможете держать обе руки на руле, развивая 650 л.с. на трассе — это неплохо.

Шестиступенчатая механическая коробка передач с коротким ходом в Dodge Dart казалась очень изысканной, а переключение передач было плавным.

С точки зрения технического обслуживания, более сложная автоматическая коробка передач требует большего обслуживания, чем ручная, а замена одного сцепления обходится гораздо дешевле, чем полная реконструкция автоматической коробки передач. Однако, поскольку большинство автомобилей продаются с автоматикой, именно на это в первую очередь идут деньги на исследования и разработки. В наши дни мало что можно порекомендовать в руководстве, кроме ощущения и опыта. Хотя я объективно знаю, что восьмиступенчатая Vette будет быстрее, версия с ручным переключением, вероятно, будет немного веселее.

Тем не менее, мы прошли долгий путь от тех ранних Oldsmobiles. Возможно, это колдовство, но в наши дни мы не собираемся сжигать машину на костре из-за автоматической коробки передач, не тогда, когда она идет как квиддичная метла, но все еще оставляет руку свободной для утреннего дублера.

Больше передач ведет к лучшей производительности и экономии топлива

Правило автоматических коробок передач! Удобство управления автоматической коробкой передач почти устранило с рынка легковые автомобили с механической коробкой передач, к большому разочарованию многих автолюбителей.

Нет ничего лучше, чем плавное переключение механической коробки передач на нужную передачу для быстрого ускорения на выходе из поворота, но современные автоматические трансмиссии могут делать это лучше и быстрее. Автоматические трансмиссии прогрессируют так, что они переключаются быстрее, плавнее и эффективнее, чем когда-либо прежде.

В настоящее время на рынке представлены два основных типа автоматических коробок передач: планетарный редуктор с гидравлическим приводом и автоматическая коробка передач с двойным сцеплением; оба управляются компьютером и не имеют педали сцепления.Просто включите рычаг переключения передач и нажмите на педаль акселератора, чтобы начать движение. Разница между этими двумя типами автоматических трансмиссий заключается в том, как включаются передачи.

Планетарная передача

В трансмиссии планетарного типа шестерни работают в постоянном зацеплении, с солнечной шестерней в центре, шестерни планетарной передачи находятся в зацеплении вокруг нее, и все они окружены кольцевой шестерней.

Одна планетарная передача теоретически может обеспечить до семи различных передаточных чисел, удерживая одну из передач и приводя в движение другую, но на практике можно использовать только два или три передаточных числа.Комбинация двух или трех планетарных передач даст больше передаточных чисел.

Гидротрансформатор соединяет трансмиссию с двигателем, увеличивая крутящий момент двигателя почти вдвое для более быстрого разгона. Гидротрансформатор также позволяет автомобилю останавливаться без отключения каких-либо передач или сцеплений.

Переключение передач в планетарной передаче осуществляется с помощью гидравлических муфт или ленты для приведения в движение или удержания передачи. В старых автоматических трансмиссиях для включения шестерен использовались обгонные механизмы, такие как роликовые или пружинные узлы.Чтобы переключиться на более высокую передачу, нужно было задействовать только одно другое сцепление, и устройство обгонной муфты должно было мгновенно высвобождаться механически.

Это обеспечивало очень плавное переключение, но в более новых автоматических трансмиссиях для переключения сцепления используется сцепление. Одно сцепление отпускается, а другое применяется для переключения. Компьютер регулирует давление масла, чтобы контролировать скорость включения сцепления, чтобы переключение было плавным. Для динамичного вождения давление масла увеличивается, что приводит к более быстрому переключению передач и более высокому давлению удержания сцепления.

Сложность компьютерного управления позволяет этому типу переключения передач «сцепление-сцепление» соответствовать плавности трансмиссии более ранней конструкции с устройствами обгонной муфты.

Двойное сцепление

В автоматической коробке передач с двойным сцеплением две муфты с компьютерным управлением используются для привода сдвоенных входных валов трансмиссии. Сама трансмиссия похожа на механическую коробку передач, в которой передачи выбираются путем скольжения зацепляющего кольца в зацепление с шестерней. Шестерни с нечетными номерами приводятся в движение одним входным валом, а шестерни с четными номерами — от другого входного вала.

Компьютер предварительно выбирает следующую передачу на основе данных, вводимых водителем дроссельной заслонкой и тормозом, и когда происходит переключение, компьютер выключает одно сцепление и включает другое сцепление. Это происходит за доли секунды и намного быстрее, чем любой водитель может переключить механическую коробку передач.

На большинстве автомобилей с автоматическими коробками передач с двойным сцеплением компьютер будет даже согласовывать обороты, чтобы переключение было более плавным. Согласование оборотов осуществляется путем управления частотой вращения двигателя в соответствии с выбранной передачей и скоростью движения, чтобы переключение было плавным.

Один из вопросов при покупке нового автомобиля — сколько передач нужно в трансмиссии? Еще в 1950-х и 60-х автоматические трансмиссии часто имели только две передачи: высокую и низкую. По мере совершенствования конструкции в 70-х и 80-х годах были распространены трехступенчатые коробки передач. Когда двигатели стали меньше, четырехступенчатая автоматика стала обычным явлением. Дополнительные передачи обеспечивают лучшее ускорение, а с высокой передачей, часто увеличивающей передаточное отношение к низкой частоте вращения двигателя, улучшается экономия топлива.

Сегодня популярны восьми-, девяти- и 10-ступенчатые автоматические коробки передач.Двигатели меньше по размеру для лучшей экономии топлива и более высоких оборотов, но крутящий момент на низких оборотах обычно ниже, поэтому наличие дополнительных передаточных чисел улучшает ускорение.

Разница в передаточных числах от одной передачи к другой также невелика, поэтому переключение передач кажется более плавным. Как правило, чем больше крутящий момент у двигателя, тем меньше передач требуется трансмиссии для обеспечения производительности.

Некоторые из самых мощных драг-каров имеют только две или три передачи в трансмиссии, но на улице наличие дополнительных передач даст вам более плавную работу и лучшую экономию топлива.

Больше действительно лучше.

(PDF) Расчетный метод выбора передаточного числа в механических трансмиссиях современных легковых автомобилей

Теория механизмов и машин 132 (2019) 133–153

Списки содержания доступны на сайте ScienceDirect

Теория механизмов и машин

Домашняя страница журнала

: www .elsevier.com / locate / mechmachtheory

Исследовательская статья

Расчетный метод выбора передаточных чисел в механических коробках передач

современных легковых автомобилей

Петр Бера

AGH Научно-технический университет, факультет машиностроения и робототехники, Кафедра машиностроения и технологии

, ал.Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

articleinfo

История статьи:

Поступила 5 октября 2018 г.

Принята 15 октября 2018 г.

Шпонка:

Конструкция коробки передач

Выбор передаточного числа

Механическая коробка передач

Целью данной статьи является представление алгоритма расчета передаточного числа в механических трансмиссиях современных легковых автомобилей. В статье представлены все необходимые коэффициенты и формулы

и подробно разъясняется их влияние на особенности автомобиля

, которые тесно связаны с его предполагаемой эксплуатацией.Эти формулы являются результатом как физических соотношений, так и проведенного анализа динамики транспортного средства, экономии топлива

, эргономики и характеристик дороги. Каждый тип двигателя внутреннего сгорания, SI natu-

с наддувом, SI с турбонаддувом или CI с турбонаддувом, может рассматриваться как двигатель транспортного средства. Особое внимание уделяется новому методу установки расстояния между шестернями, который позволяет

просто и точно регулировать промежуточные шестерни. Для количественной оценки динамики

и топливной экономичности конкретной конструкции приведены формулы для построения характеристики мощности

на полном газу и характеристики удельного расхода топлива.Кроме того, была разработана короткая и эффективная формула

для расчета максимальной скорости транспортного средства. В конце работы

находится пример расчета, который является неотъемлемой частью статьи,

, показывающий представленный метод на конкретном транспортном средстве.

© 2018 Elsevier Ltd. Все права защищены.

1. Введение

Двигатель внутреннего сгорания является наиболее популярным источником энергии для автомобилей и, несмотря на быстрое развитие

электромобилей, долгое время он останется основным источником движения как для традиционных, так и для гибридных автомобилей. .Это

из-за того, что в нем используется нефтяное топливо с высокой плотностью энергии. Причем заправить бак можно за несколько минут.

Однако двигатель внутреннего сгорания далек от идеального двигателя для транспортных средств. Таким образом, его мощность передается на ведущие колеса

через муфту или гидротрансформатор, коробку передач, дифференциал и приводные валы. Коробка передач передает несколько передаточных чисел от входного вала

к выходному валу, чтобы профиль крутящего момента и скорости двигателя соответствовал требованиям нагрузки.Конечный привод

представляет собой пару шестерен, которые уменьшают частоту вращения двигателя и увеличивают крутящий момент. Трансмиссия автомобиля должна обеспечивать как надлежащую динамику

от места до максимальной скорости, так и минимально возможный расход топлива. Это обеспечивается не только высокоэффективным двигателем, но и правильно подобранной трансмиссией с правильным числом передач и передаточными числами. В многоступенчатых коробках передач

конструктивное исполнение сцепления и номер передачи являются ключевыми факторами.В современной автоматической коробке передач имеется даже

9 скоростей, которые позволяют двигателю работать с максимальной эффективностью, тем самым снижая расход топлива. Однако в случае с механическими коробками передач

возможности расчета динамики и расхода топлива меньше, поскольку все

имеют 5 или 6 скоростей. Таким образом, правильный расчет передаточных чисел является важным вопросом, поскольку он позволяет

достичь наилучшего возможного компромисса между этими противоречивыми требованиями [1 ÷ 3].

Адрес электронной почты: [email protected]

https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2018.10.013

0094-114X / © 2018 Elsevier Ltd. Все права защищены.

водителей, которые все чаще переходят на модели с автоматической трансмиссией, указывают путь к электрифицированному будущему | Форд Европы

КОЛОН, Германия, 13 июля 2020 г. — Согласно новым данным Ford о продажах, все больше и больше европейских водителей выбирают автомобили с автоматической коробкой передач.

Только за последние три года количество проданных Ford автомобилей и фургонов с автоматической коробкой передач увеличилось более чем втрое с 10.С 4% в 2017 г. до 31,3% в течение первого месяца 2020 г. ¹

«Среди многих преимуществ автоматических коробок передач можно отметить то, что они позволяют водителям пользоваться новейшими технологиями помощи водителю, делая все, от парковки до остановки и начала движения, проще и удобнее», — сказал Рулан де Ваард, вице-президент по маркетингу. Продажи и обслуживание, Ford of Europe. «Мы ожидаем, что эта тенденция сохранится, поскольку в будущем все больше и больше людей будут переходить на электромобили, делая автоматические трансмиссии нормой.”

Ford предлагает автоматические коробки передач почти 70 лет. Но современные современные технологии далеки от новаторского Ford-O-Matic, который предлагал всего три передние передачи.

Современные автоматические трансмиссии предлагают множество преимуществ — от снижения уровня шума в салоне до облегчения недомогания в автомобиле. К ним относятся упрощающие технологии, которые позволяют водителям при использовании адаптивного круиз-контроля автоматически трогаться с места после полной остановки в движении с остановками или парковаться одним нажатием кнопки. ²

Приложение FordPass также позволяет водителям некоторых автомобилей Ford с автоматической коробкой передач запускать двигатель дистанционно, что полезно для поддержания комфортной температуры в салоне и для удаления льда с лобового стекла в холодное утро. ³

Тенденции вождения малых и средних автомобилей

Эта тенденция частично обусловлена ​​увеличением числа водителей, выбирающих малые и средние автомобили с автоматической коробкой передач.

автомобилей Ford, которые все чаще оснащаются автоматическими коробками передач, включают Focus с 30.В январе этого года было продано 9 процентов моделей с автоматической коробкой передач по сравнению с 7 процентами моделей в 2017 году.

Модели

Fiesta и Puma теперь также могут быть оснащены автоматической коробкой передач, которая обеспечивает повышение топливной экономичности до 15 процентов по сравнению с аналогичной предыдущей моделью Fiesta. ⁴

Автоматические фургоны на подъеме

Аналогичным образом, что касается фургонов, 31 процент коммерческих автомобилей Ford, проданных в январе, были оснащены автоматической коробкой передач, по сравнению с 13 процентами.4 процента в 2017 году.

В том же месяце 19% проданных моделей Transit были оснащены автоматической коробкой передач по сравнению с 4,7% моделей в 2017 году.

В 2019 году на пяти крупных европейских рынках наибольшая доля автомобилей Ford с автоматическими коробками передач приходилась на Германию, за ней следовали Франция, Великобритания, Испания и Италия.

Дорога впереди

Автоматические трансмиссии указывают на все более электрифицированное будущее с автомобилями, которые не требуют переключения передач от водителей, и, кроме того, на внедрение беспилотных автомобилей.

На новом полностью электрическом Mustang Mach-E можно управлять одной педалью, так как рекуперативное торможение при поднятом акселераторе замедляет автомобиль до такой степени, что педаль тормоза требуется редко.

# #

1. В анализ данных по всем каналам продаж из 20 стран Европы включены следующие автомобили с автоматическими коробками передач: C-MAX, EcoSport, Fiesta, Focus, Galaxy, Mondeo, Mustang, Ranger, S ‑ MAX, Tourneo Connect, Tourneo Custom. , Transit, Transit Connect и Transit Custom.Эдж и Куга были исключены, так как данные передачи не были полностью доступны. Анализ данных включает небольшой процент «неизвестных», когда данные о передаче не были доступны для некоторых транспортных средств. Неизвестные цифры: 10,6% (2017 г.), 4,8% (2018 г.), 0,7% (2019 г.), 0,9% (2020 г.). Данные за 2020 год включают январь.

2. Если остановка длится более трех секунд, водитель должен вмешаться и нажать кнопку «RES» или педаль акселератора, чтобы возобновить работу системы. Функции помощи водителю являются дополнительными и не заменяют внимания, рассудительности и потребности водителя в управлении автомобилем.

3. Функция удаленного запуска доступна в регионах, где это разрешено законом. Ключ должен находиться внутри автомобиля, чтобы им можно было управлять.

4. Заявленное потребление топлива / энергии, выбросы CO ₂ и запас хода на электричестве определены в соответствии с техническими требованиями и спецификациями Европейских правил (ЕС) 715/2007 и (ЕС) 2017/1151 с последними поправками. Легковые автомобили, одобренные по типу с использованием Всемирной гармонизированной процедуры испытаний легких транспортных средств (WLTP), будут иметь данные о расходе топлива / энергии и выбросах CO ₂ для нового европейского ездового цикла (NEDC) и WLTP.WLTP полностью заменит NEDC к концу 2020 года. Применяемые стандартные процедуры испытаний позволяют сравнивать различные типы транспортных средств и разных производителей. Во время отказа от NEDC расход топлива WLTP и выбросы CO ₂ снова соотносятся с NEDC. Существуют некоторые отклонения от предыдущей экономии топлива и выбросов, поскольку некоторые элементы испытаний изменились, поэтому один и тот же автомобиль может иметь другой расход топлива и выбросы CO ₂ .

Fiesta	Мощность (л.с.)	CO 2 из (г / км NEDC)	Расход топлива с (л / 100 км NEDC)	CO 2 из (г / км WLTP)	Расход топлива с (л / 100 км WLTP)
1.0-литровый EcoBoost 7-ступенчатый автоматический	125	104	4,6	127	5,6

Puma	Мощность (л.с.)	CO 2 из (г / км NEDC)	Расход топлива с (л / 100 км NEDC)	CO 2 из (г / км WLTP)	Расход топлива с (л / 100 км WLTP)
1.0-литровый EcoBoost 7-ступенчатый автоматический	125	110	4,9	137	6,0

Сколько скоростей слишком много?

Порше

Ремни, цепи и шестерни : Они использовались в трансмиссиях 125 лет. Но сегодняшние коробки передач имеют столько же общего с трансмиссией на квадроцикле Генри Форда 1896 года, сколько у вашего детского крылатого планера с пропавшим без вести гиперзвуковым Falcon HTV-2.

Сегодня традиционные механические коробки передач и автоматика с гидротрансформатором разделяют дорогу с бесступенчатыми трансмиссиями (CVT), автоматизированными механическими коробками передач с двойным сцеплением, электрифицированной автоматикой и трансмиссиями с электродвигателями с разделением мощности. И хотя двух- и трехступенчатая автоматика и четырех-пятиступенчатая механическая коробка передач господствовали десятилетиями, новые трансмиссии предлагают семь, восемь и даже девять передач переднего хода. Поскольку количество передач в новых автомобилях приближается к двузначным, мы должны задаться вопросом: что за стремление к увеличению скорости и сколько — это слишком много?

Последний счетчик передач

Последнее увлечение производителей — восьмиступенчатая автоматическая коробка передач.BMW, Audi, Lexus и Porsche в настоящее время предлагают восьмиступенчатые автоматические коробки передач с традиционными преобразователями крутящего момента и планетарными передачами. Ford обязуется производить собственный восьмиступенчатый автомат. Chrysler недавно объявил, что будет лицензировать построенные ZF восьмиступенчатые двигатели в паре с Pentastar V6 в качестве опции за 1000 долларов.

Но всегда можно подняться выше. Генеральный директор Fiat / Chrysler Серджио Маркионне говорит, что новая девятиступенчатая автоматическая коробка передач ZF может появиться в новых предложениях с передним приводом, начиная с 2013 года.Известно, что Mercedes-Benz разрабатывает девятиступенчатую версию своей коробки передач G-Tronic для поддержки своих моделей AMG.

Не только автоматика видит, как количество передач постоянно растет. В последние годы механические трансмиссии стали относиться либо к производительным, либо к недорогим автомобилям с ограниченным расходом топлива, но даже они наблюдают тенденцию. Porsche представила свой совершенно новый 911 на автосалоне во Франкфурте, продемонстрировав новую семиступенчатую механическую коробку передач.

Этот контент импортирован с YouTube.Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Зачем больше шестеренок?

По словам главного инженера по трансмиссиям Ford Motor Company Крейга Реннекера, большее количество передач дает инженерам по трансмиссиям больше возможностей для работы. Это означает, что первая передача может быть короче для лучшего разгона, а высшие передачи могут быть выше для лучшей экономии топлива. Наличие большего количества передач позволяет меньшим, более экономичным двигателям приводить в действие более крупные автомобили или повышает эффективность существующих двигателей.

«Если бы вы спросили меня пять лет назад, даст ли восьмиступенчатая коробка лучшую эффективность, я бы сказал нет, — говорит Реннекер, — потому что дополнительное шестое сцепление, необходимое для восьмиступенчатой ​​коробки передач, привело бы к большему внутреннему сопротивлению [паразитному потери энергии], чем может предложить дополнительный диапазон передач. Недавно мы обнаружили, как уменьшить потери на сопротивление сцепления, чтобы получить пользу на восьми передачах. Теперь имеет смысл отказаться от пяти сцеплений, необходимых для шестиступенчатой, и в целом пакет экономит от 2 до 6 процентов топлива.«

Представитель Porsche

Дэйв Энгельман говорит, что смелый шаг его компании к семиступенчатой ​​механической коробке передач — сильно модифицированной версии нынешнего автоматизированного руководства Porsche PDK — также был мотивирован экономией топлива. «Традиционно модели Porsche с механической коробкой передач достигают максимальной скорости на высшей передаче (шестой). Новая седьмая передача выше, что снижает частоту вращения двигателя на любой заданной скорости, тем самым снижая расход топлива и выход CO ₂ без ущерба для ускорения или максимальной скорости. . »

Сколько — это слишком много?

Каждый производитель отвечает на этот вопрос по-своему.Помимо более плавного переключения передач, лучшей топливной эффективности и улучшенного ускорения, более высокое количество передач также помогает маркетингу, просто создавая у клиентов впечатление, что автомобиль наполнен передовыми технологиями (вау, семь скоростей !). Но некоторые автопроизводители избегают новых и более высоких соотношения во имя надежности продукта.

Реннекер из компании

Ford говорит: «Даже несмотря на то, что один из наших конкурентов выпускает девятиступенчатую коробку передач, мы чувствовали, что дополнительная сложность не приносит пользы. Мы не можем найти ценность в использовании девяти передач прямо сейчас.С помощью восьми мы можем делать все, что хотим и что, по нашему мнению, нужно клиенту ».

Что касается более чем девяти передач, Реннекер говорит: «В будущем мы можем найти хорошее устройство, скажем, например, для 11-ступенчатой ​​коробки передач. Это может иметь смысл, если мы сможем получить достаточно низкие потери, но сначала нам нужно найти хорошее применение для 11 скоростей. Может быть, какие-нибудь специальные операции, такие как сверхнизкая первая понижающая передача? Нам нужно будет посмотреть ».

Переход в будущее

Больше скоростей — это только часть картины.Доступные новые виды трансмиссий также меняют то, как водители думают о переключении передач. Бесступенчатая трансмиссия может выбирать из почти безграничного выбора передаточных чисел, теоретически делая трансмиссии с фиксированной передачей устаревшими. На практике, однако, расширение вариаторов для управления мощностью более мощных двигателей имеет тенденцию сводить на нет их преимущество в эффективности по сравнению с современной традиционной автоматикой и автоматизированными руководствами с двойным сцеплением. Вариаторные трансмиссии также имеют тенденцию вызывать у клиентов странные ощущения от вождения, поскольку двигатель и трансмиссия ведут себя не так, как привыкло большинство водителей.

Так что прогнозы об окончательном исчезновении механической коробки передач могут быть преждевременными. Механические коробки передач по-прежнему остаются наиболее энергоэффективными коробками передач, независимо от того, что написано на этикетках по экономии топлива. Количество автомобилей с механическими руководствами продолжит сокращаться, но будет сегмент водителей, который захочет перейти на себя.

Электрифицированные трансмиссии, безусловно, станут более распространенными, о чем свидетельствуют модели BMW ActiveHybrid, Mercedes-Benz S400 Hybrid и Honda CRZ.Когда его спросили, будет ли новая восьмиступенчатая коробка передач Ford включать гибридный вариант, Реннекер сказал: «Любая новая трансмиссия, которую мы делаем, разрабатывается с учетом этого. Мы определенно будем смотреть на то, что потребуется для электрификации этой трансмиссии».

Все эти трансмиссии найдут свое место, говорит Реннекер PM: «Что интересно сегодня в индустрии (трансмиссий), так это то, что пока трансмиссии с двойным сцеплением находились в стадии разработки, планетарные агрегаты не стояли на месте. Они становились все лучше и лучше.В результате не существует единого четкого типа трансмиссии, обозначенного как «Будущее». DCT, планетарные передачи и CVT живы и разрабатываются, и все они имеют свою нишу. По мере того, как правила экономии топлива становятся все жестче и жестче, будет больше настроек, определяющих оптимальную трансмиссию для каждого применения ».

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на пианино.io

Тест передачи

| HowStuffWorks

Изображение: kali9 / E + / Getty Images

Об этой викторине

«Варум! Варум!» Без трансмиссии это почти все, что ваша машина могла бы делать, пока вы простаиваете на подъездной дорожке. Трансмиссия состоит из частей вашего автомобиля, которые соединяют двигатель с колесами.Это позволяет вашему двигателю и колесам безопасно двигаться при соответствующем крутящем моменте и с переменной скоростью. Короче говоря, о том числе, о котором вы любите читать о новых спортивных автомобилях, о времени разгона от 0 до 60 миль в час? Вы можете поблагодарить вашу передачу за ускорение процесса.

В первые годы 21 века почти половина автомобилей на рынке была доступна как с механической, так и с автоматической коробкой передач; сейчас это число быстро уменьшается. И вы, любители ручного управления, должны знать, что вы составляли лишь около трех процентов водителей на дорогах за последнее десятилетие.В наши дни понимание вашей передачи, того, как она работает и даже существует, является чем-то особенным. Если вы можете ответить на такие вопросы, как «что соединяет шестерни с приводным валом?» или что такое «вариатор» или «педаль сцепления», это означает, что вы относитесь к избранной группе, когда дело касается трансмиссии.

Итак, давайте расширим ваши знания о трансмиссии и приведем ваши колеса в движение. Вопросы в этой викторине заставят вашу шестерню переместиться с 0 до 60 за три секунды, так что пора идти!

Подробнее

TRIVIA

Тест на ручные и автоматические коробки передач

6-минутная викторина 6 мин.

TRIVIA

Можете ли вы ответить на эти вопросы о механических и автоматических коробках передач, если мы вам подскажем?

6-минутная викторина 6 мин.

TRIVIA

Можете ли вы решить эти автоматические проблемы?

7-минутная викторина 7 мин.

TRIVIA

Автомобильный двигатель: викторина

6-минутная викторина 6 мин.

TRIVIA

Знаете ли вы, как водить механическую коробку передач?

7-минутная викторина 7 мин.

TRIVIA

Сколько вы знаете о дизельных двигателях?

7-минутная викторина 7 мин.

TRIVIA

89% людей не могут понять, это автомобили Chevy или Dodge.Ты можешь?

6-минутная викторина 6 мин.

TRIVIA

Верно или неверно: механические и автоматические коробки передач, издание

6-минутная викторина 6 мин.

TRIVIA

Трансмиссия для любителей грузовиков

6-минутная викторина 6 мин.

ЛИЧНОСТЬ

Можем ли мы угадать, водите ли вы грузовик с механической или автоматической коробкой передач?

6-минутная викторина 6 мин.

Что вы знаете о динозаврах? Что такое октановое число? А как использовать имя собственное? К счастью для вас, HowStuffWorks Play здесь, чтобы помочь.Наш отмеченный наградами веб-сайт предлагает надежные и простые для понимания объяснения того, как устроен мир. В HowStuffWorks Play каждый найдет что-то для себя: от веселых викторин, которые принесут радость в ваш день, до увлекательных фотографий и увлекательных списков. Иногда мы объясняем, как все работает, иногда мы просим вас, но мы всегда исследуем во имя развлечения! Учиться — это весело, так что оставайтесь с нами!

Играть в викторины бесплатно! Каждую неделю мы отправляем на ваш почтовый ящик простые вопросы и тесты личности.Нажимая «Зарегистрироваться», вы соглашаетесь с нашими политика конфиденциальности и подтверждение того, что вам исполнилось 13 лет.