Содержание статьи:

Коробка передач является одним из ключевых компонентов в любом автомобиле, важным как по значимости, так и по сложности конструкции. В отличие от двигателей внутреннего сгорания, где пределы совершенства в целом достигнуты, трансмиссии представляют собой гораздо более интересную область для улучшений.

Для того чтобы автомобиль хорошо ехал, ему нужен не только современный мотор, но и узел, который будет эффективно преобразовывать и передавать его мощь колесам. Сбалансированное взаимодействие двигателя и коробки передач обеспечивает комфорт в управлении машиной, динамику и плавность движения. Именно поэтому трансмиссия часто требует более сложного и технологичного подхода, чем сам силовой агрегат.

В последние десятилетия происходит активное замещение традиционных механических коробок (МКПП) автоматическими (АКПП). Динамика этого процесса неоднородна и сильно зависит от экономического развития и автомобильной культуры той или иной страны. Если в США более 90 % авто оснащены автоматами, то, например, в Индии доля таких машин не превышает 20 %. Правда, развивающиеся рынки очень солидными темпами догоняют лидеров, и в ближайшие годы ожидается среднемировой рост автоматизации на уровне 7–10 %.

Справка

АКПП представляет собой разновидность трансмиссии, которая самостоятельно выбирает передачи в зависимости от текущих условий движения, не требуя непосредственного участия водителя. Она учитывает множество факторов, обеспечивая оптимальное соотношение передаточного числа для наилучшего соотношения мощности и крутящего момента.

История

Появление классического автомата стало результатом объединения трех различных направлений разработок. Первым было использование планетарных механических коробок передач на таких автомобилях, как Ford T, в начале XX века. Эти трансмиссии требовали определенного навыка от водителя, но уже значительно упрощали процесс управления по сравнению с существовавшей тогда механикой без синхронизаторов.

Вторым направлением были полуавтоматические коробки передач, представленные американскими фирмами Reo и General Motors в 1930-х годах. Данные агрегаты частично автоматизировали процесс переключения с помощью сервопривода или гидравлики, но все еще требовали нажатия сцепления для переключения.

Третьим китом, на которого опиралось развитие АКПП, можно считать внедрение гидравлического элемента в трансмиссию для смягчения толчков при переключении передач. Примером такого решения стали коробки корпорации Chrysler, которые начали массово производиться в 1940-х годах. Они сочетали в себе МКПП с гидравлическим элементом, что давало возможность более гибкого управления.

На пути к полностью автоматической трансмиссии следует отметить еще ряд знаковых попыток автоматизировать процесс переключения передач. Например, электромеханическая планетарка «Коталь». Ее ставили на Delage и некоторые другие премиальные европейские автомобили 1930-х годов. Еще один заслуживающий внимания экземпляр — КПП Уильсона, которой оснащались авто английской фирмы BSA. Она также была планетарной и имела преселекторную систему, то есть водитель мог заранее выбрать нужную передачу, и она включалась только после его действия, например нажатия на специальную педаль.

Первую полностью автоматическую коробку передач в мире разработала компания General Motors. В 1940 году она была доступна как опция на автомобилях марки Oldsmobile, а затем на Cadillac и Pontiac. Эта трансмиссия, названная Hydra-Matic, сочетала гидромуфту с четырехступенчатой планетарной КПП, управляемой гидравлическим устройством. Выбирая передачу, она учитывала скорость машины и положение дроссельной заслонки. Кроме автомобилей GM, Hydra-Matic применялась и на других марках, таких как Bentley, Rolls-Royce, Hudson, Kaiser, Nash, и даже на армейских авто.

С 1948 года на автомобилях Buick, тоже принадлежащих GM, появилась двухступенчатая АКПП Dynaflow, использующая гидротрансформатор вместо гидромуфты. Аналогичные коробки передач стали доступны на автомобилях Packard (в 1949 году) и Chevrolet (в 1950 году). В начале 1950-х годов появились трехступенчатые автоматы с гидротрансформатором от фирмы BorgWarner, которые использовались на автомобилях многих производителей, включая Ford, Studebaker, Volvo и Jaguar.

В середине 1960-х годов стандартизирована схема переключения диапазонов передач на автомобилях в США: P-R-N-D-L (парковочный режим, задний ход, нейтраль, движение вперед, пониженная передача). К концу десятилетия ранние модели двух- и четырехступенчатых коробок практически вышли из обращения, уступив место трехступенчатым вариантам с гидротрансформатором. В это время также началось совершенствование расходных материалов, что позволило увеличить их ресурс и улучшить КПД трансмиссии.

В 1980-х годах в связи с повышением требований к экономичности автомобилей возвращаются четырехступенчатые АКПП с «овердрайвом» (повышающей передачей). Также начинается компьютеризация систем управления трансмиссией, что позволило сделать переключения более плавными и экономичными, ввести спортивные режимы работы и возможность ручного управления коробкой передач. Появились первые пятиступенчатые агрегаты.

В 2000-х годах были представлены более передовые коробки передач, такие как шестиступенчатая ZF 6HP26 от BMW, семиступенчатая 7G-Tronic от Mercedes-Benz и восьмиступенчатая от Toyota на Lexus LS460 в 2007 году. В 2013 году компания Land Rover начала ставить девятиступенчатые трансмиссии на свои автомобили.

Типы автоматических коробок

С технической точки зрения АКПП — целая группа коробок передач, где переключение осуществляется без участия водителя. К ней относятся следующие основные типы трансмиссий:

  • Гидромеханическая планетарная. Традиционно именно такая трансмиссия называлась автоматом, и ее развитию был посвящен предыдущий раздел. Она состоит из планетарной части, которая отвечает за переключение передач, и гидротрансформатора, регулирующего крутящий момент на входном валу коробки и смягчающего толчки при переключении.
  • Роботизированная. По сути, она представляет собой обычную МКПП, только переключение выполняет не водитель, а специальная автоматическая система. Чаще всего коробки такого типа применялись в небольших автомобилях, где использование гидромеханической передачи было нецелесообразно из-за больших потерь мощности. Основное отличие робота состояло в отсутствии гидротрансформатора, что приводило к характерному недостатку в первых моделях таких КПП — не очень плавным переключениям из-за резкого обрыва передачи момента, усугубленным недостаточной точностью управляющих устройств и механизмов. На сегодняшний день роботизированные коробки с одним сцеплением практически полностью сняты с производства.
  • Преселективная (DCT). Усовершенствованная версия робота, снабженная двумя сцеплениями, каждое из которых управляет своим набором передач. Одно сцепление обычно отвечает за четные, а другое — за нечетные. Это позволяет коробке передач заранее подготовить следующую передачу для мгновенного переключения без потери крутящего момента. Это делает преселективные КПП особенно эффективными для спортивных и высокопроизводительных автомобилей, где важны динамичность и экономичность. Трансмиссия Volkswagen DSG является одной из наиболее известных и широко используемых коробок данного типа.
  • Вариатор. Тип трансмиссий, которые не имеют фиксированных передач. Вместо этого они используют постоянно изменяемое передаточное число для обеспечения оптимального соответствия мощности и скорости движения автомобиля. В вариаторной трансмиссии используется пара металлических или резиновых ремней, которые перемещаются по конусным шкивам. Это позволяет изменять передаточное число непрерывно, что дает плавное ускорение. Примерами вариаторов являются CVT от Honda, Lineartronic от Subaru, Xtronic от Nissan.

Дальнейшая эволюция автоматических коробок

С каждым годом автопроизводители удивляют новыми техническими разработками и моделями автомобилей, которые становятся все более мощными и умными. Еще одно направление, которому уделяется огромное внимание при разработке инноваций, — экономичность.

Новые автоматы с 11 скоростями позволяют сократить расход топлива до 5 %. Современные агрегаты должны быть не просто лучше, чем предыдущие модели, но и соответствовать строгим экологическим требованиям без потери производительности двигателя. Жесткие нормы заставляют автопроизводителей переходить на менее емкие двигатели, что иногда приводит к снижению крутящего момента. Для поддержания мотора в оптимальном диапазоне оборотов и повышения тяговых возможностей разрабатываются многоступенчатые трансмиссии с электрическими компонентами.

Относительно недавно шестиступенчатая МКПП считалась передовой, а четырехступенчатый автомат был стандартом. Однако с ростом интереса к топливной экономичности производители, например Mercedes-Benz, предлагают модели с семью и даже девятью передачами. Есть ли предел у этого роста? Для Джима Сентливера из компании Ford 10 скоростей достаточно, чтобы удовлетворить практически любые потребности. Но Даррелл Робинет из Технологического университета Мичигана считает, что будущее за 11-ступенчатой трансмиссией с тройным сцеплением (TCT), разработанной в сотрудничестве с GM.

Следующие поколения КПП будут управляться более интеллектуальными электронными системами. Они обеспечат плавное переключение без потери крутящего момента, не требуя изменений в других частях трансмиссии, смогут оптимально интегрироваться с автопилотом и прочими помощниками. Эксперты видят хорошие перспективы у двух технологий:

  • Высокопроизводительных гибридных систем. Гибриды, например eTwinster от GKN, комбинируют динамику с малым расходом энергии для полноприводных или аккумуляторных систем. Они состоят из электрической задней оси с двумя электрогидравлическими сцеплениями. Система позволяет распределять скорости между осями, улучшая тягу в сложных условиях.
  • Магнитной передачи. Компания Magnomatics представила Magsplit — эффективное решение для разделения мощности в гибридной трансмиссии. Устройство устраняет двухмассовый демпфер маховика, шестерни и генератор. Вместо них используется эффект вращающегося магнитного поля.

Электрификация автотранспорта стимулировала эволюцию трансмиссий, внедрив электродвигатель-генератор в их состав. Теперь коробки могут не только передавать крутящий момент на колеса, но и сохранять энергию в батарее. Например, компания ZF предложила гибридные автоматы, заменившие гидротрансформатор электромотором.

Внешне такие трансмиссии почти неотличимы от традиционных, но их работа существенно отличается. Они практически полностью избегают провалов, характерных для традиционных АКПП при переключении. Главное, они способны собирать энергию через рекуперативное торможение и повышать крутящий момент при необходимости. Гибридные трансмиссии позволяют использовать только электрическую тягу и отключать обычный двигатель. Электрические насосы создают давление в гидросистеме коробки передач.

Трендом ближайших лет будет активный переход автовладельцев с машин, оснащенных ДВС, на электромобили. Коробки передач электрокаров имеют простую конструкцию: чаще всего это обычный одноступенчатый редуктор, снижающий обороты электродвигателя до необходимого для колес значения.

Однако для высокооборотистых электромоторов (с частотой до 20 000 об/мин) потребуется как минимум двухступенчатая автоматическая трансмиссия (например, как у модели Rimac Concept One). В этом спорткаре четыре электродвигателя передают тягу на каждое колесо независимо. На передних колесах установлены односкоростные редукторы, в то время как на задних используются двухступенчатые роботы с двумя сцеплениями. Такая конфигурация трансмиссии с индивидуальными коробками передач на каждой полуоси позволила инженерам избежать необходимости выбирать между динамикой и максимальной скоростью.

Таким образом, несмотря на ускоренную эволюцию автомобилей и массовую электрификацию личного и коммерческого транспорта, автоматические КПП еще долго будут востребованными. А значит, будут актуальны и услуги по ремонту таких трансмиссий. Современные АКПП являются очень сложными агрегатами, которые требуют высококлассного сервиса. Transmission System — специализированный техцентр, который занимается исключительно автоматами. И у каждого нашего мастера за плечами многолетний опыт обслуживания самых разных трансмиссий, включая редкие и раритетные. На все работы и комплектующие даем 2 года гарантии.

Вас могут заинтересовать следующие услуги

Ремонт гидротрансформаторов

Наша компания занимается профессиональным восстановлением всех элементов автоматических трансмиссий, включая гидротрансформаторные узлы.

Смотреть подробнее
Ремонт АКПП

Мы располагаем всем необходимым для проведения самых сложных ремонтов по обслуживанию и диагностике АКПП.

Смотреть подробнее
Диагностика

У нас большой парк дилерского оборудования и четко соблюдаются требования производителя.

Смотреть подробнее
Пинаеф Владимир Николаевич
Автор статьи
Пинаев Владимир Николаевич
Старший технический специалист