В мире гоночных автомобилей полуавтоматические коробки передач,
такие как секвентальные механические коробки - sequential manual
gearbox (сокращенно SMG), используются уже многие годы. Но в мире
массового производства это относительно новая технология.
В данной статье мы изучим принципы работы автоматический КПП с двойным
сцеплением, сравним ее с другими видами КПП и поймем, почему многие
называют ее трансмиссией будущего.
С руками или без них
Трансмиссия с двумя сцеплениями предлагает в одном агрегате достоинства
двух механических КПП. Чтобы лучше понять, что это означает, повторим,
как работает обычная механика. Когда водитель хочет переключить
передачу в машине с МКПП, он сначала выдавливает сцепление, которое
отсоединяет двигатель от коробки и вызывает прерывание потока крутящего
момента на КПП. Когда водитель передвигает рычаг МКПП, происходит
перемещение зубчатой муфты от одной шестерни к другой шестерни
отличного размера от первой. Устройства, называемые синхронизаторами,
выравнивают скорость вращения муфты со скоростью зацепляемой шестерней
для предотвращения скрежета. Как только новая шестерня выбрана,
водитель отпускает педаль сцепления, которая снова соединяет двигатель
с трансмиссией и посылает крутящий момент на колеса.
Итак, в традиционной механике нет беспрерывного потока мощности от
двигателя до колес. Вместо этого подача мощности изменяется от
включенного до выключенного состояния во время переключения передач,
вызывая явление, известное как "толчок переключения передачи" или
"прерывание крутящего момента". Для неопытного водителя это явление
оборачивается швырянием пассажиров вперед и назад после переключения
передач.
Коробка передач с двойным сцеплением, напротив, использует два
сцепления, но не имеет педали сцепления. Сложная электроника и
гидравлика контролируют сцепления аналогично стандартной автоматической
коробке передач. В коробке передач с двойным сцеплением, однако,
сцепления работают независимо. Одно сцепление контролирует нечетные
передачи (1, 3, 5 и заднюю), другое отвечает за четные передачи (2, 4 и
6). При такой компоновке передачи можно переключать без прерывания
потока мощности от двигателя до трансмиссии. Принцип работы такой:
Комментарии к анимации. 1. нажмите старт, машина едет на второй
передаче и управляется внутренним сцеплением (зеленый цвет), мощность
от двигателя передается через внешний вал на шестерню 2-й передачи.
2. С набором скорости компьютер обнаруживает точку переключения на следующую передачу, и заранее выбирает 3-ю передачу.
3. когда водитель выбирает передачу, внутреннее сцепление освобождается и активизируется внешнее сцепление
4. Крутящий момент от двигателя идет вдоль внутреннего вала к заранее выбранной 3-й передаче. Водители могут также
выбрать полностью автоматизированный режим, который передает все заботы
о переключении передач компьютеру. В этом режиме ощущение от работы
автоматической коробки передач с двойным сцеплением очень напоминает
обычный автомат. Из-за того, что коробка передач с двойным сцеплением
заранее выбирает следующую передачу, уменьшается толчок переключения
передач. Еще важно заметить, что переключение передач происходит под
нагрузкой, что означает постоянный поток мощности от двигателя на
колеса.
Изящная двухвальная конструкция, разделяющая четные и нечетные
передачи, делает это все возможным. Рассмотрим работу этих валов
подробнее.
Валы автоматической коробки передач с двойным сцеплением
Двойной вал – сердце автоматической коробки передач с двойным
сцеплением. В отличие от обычной механики, которая зацепляет все
шестерни на один входной вал, автоматическая коробка передач с двойным
сцеплением размещает четные и нечетные передачи на разных валах. Как
такое возможно? Внешний вал делается полым, что позволяет разместить
внутри него внутренний вал. Внешний полый вал подает мощность от
двигателя на шестерни 2-й и 4-й передач, тогда как внутренний вал
питает 1-ю, 3-ю и 5-ю.
Диаграмма ниже показывает устройство типичной 5-ступенчатой
автоматической коробки передач с двойным сцеплением. Обратите внимание,
что одно сцепление контролирует 2-ю и 4-ю передачи, а другое
независимое сцепление – 1-ю, 3-ю и 5-ю. Это решение позволяет
молниеносно переключать передачи и поддерживать постоянный поток
мощности от двигателя на коробку. Стандартная механика не может этого
делать, потому что она использует один вал для четных и нечетных
передач.
Многодисковые сцепления
Автоматическая коробка передач с двойным сцеплением обходится без
гидротрансформатора. Вместо этого используются мокрые многодисковые
сцепления. "Мокрое" сцепление означает, что оно работает в масляной
ванне для смазки рабочих компонентов с целью снижения трения и
ограничения выделения тепла. Существуют версии сухих сцеплений, но все
производители автоматической коробки передач с двойным сцеплением
используют мокрое решение.
Аналогично гидротрансформатору влажные многодисковые сцепления
используют гидравлическое давление для включения. Когда сцепление
включено, гидравлическое давление внутри поршня разжимает пружины, что
приводит к прижиманию набора дисков сцепления к фиксированной пластине
давления. Фрикционные диски имеют зубцы по внешнему диаметру размером и
формой с пазами внутри барабана сцепления. В свою очередь барабан
сцепления соединен с набором шестерней, который получит крутящий
момент. Автоматическая коробка передач с двойным сцеплением Audi
использует комбинацию витых и диафрагмовых пружин в многодисковых
сцеплениях.
Чтобы отсоединить
сцепление, давление жидкости внутри поршня уменьшают. Это заставляет
пружины поршня сжаться, что ослабляет давление набора дисков и пластины
давления.
Плюсы и минусы автоматической коробки передач с двойным сцеплением.
Вам, надеемся, становится ясно, почему автоматическую коробку передач с
двойным сцеплением определяют как автоматизированную механику. В
принципе автоматическая коробка передач с двойным сцеплением ведет себя
как обыкновенная механика: у нее есть входной и промежуточный валы для
размещения шестерен, синхронизаторы и сцепление. У нее нет только
педали сцепления, потому что компьютер, соленоиды и гидравлика делают
все работу за нее. Даже без педали сцепления водитель может "приказать"
компьютеру, когда переключаться, при помощи лепестков на руле, кнопок
или рычага переключения.
Ощущение езды водителем – еще один плюс автоматической коробки передач
с двойным сцеплением. Передачи вверх происходят менее чем за 8
миллисекунд, что обеспечивает самое динамичное ускорение среди всех
существующих КПП. Она реализует ускорение, исключая толчки при
переключении передач, сопровождающие механические и даже некоторые
автоматические трансмиссии. Самое приятное, что водитель сам может
выбирать, контролировать ли переключение передач или предоставить это
компьютеру.
Audi TT кабриолет, одна из нескольких моделей Audi с автоматической коробки передач с двойным сцеплением
Возможно, самое важное преимущество автоматической коробки передач с
двойным сцеплением – экономия топлива. Непрерывный поток мощности от
двигателя до трансмиссии существенно увеличивает экономичность машины.
6-ступенчатая автоматическая коробка передач с двойным сцеплением
работает до 10% экономичнее обычного 5-ступенчатого автомата.
Многие производители автомобилей заинтересованы в использовании
автоматической коробки передач с двойным сцеплением, но переход на
новую технологию всегда связан с большей себестоимостью продукта, что
может отпугнуть чувствительных к цене клиентов.
Кроме того, разрабатываются другие новые решения. Одним из таких
решений является постоянно изменяющаяся трансмиссия (вариатор) или, CVT
(continuously variable transmission). CVT – это вид автомата,
использующий подвижную систему шкивов и ремень или цепь для реализации
бесконечного множества передаточных соотношений на широком диапазоне
оборотов. Вариаторы CVT тоже уменьшают толчки от переключения и
значительно увеличивают экономичность машины. Однако CVT не могут
справиться с громадными крутящими моментами, возникающими в спортивных
машинах.
Автоматические коробки передач с двойным сцеплением не имеют таких
ограничений и великолепно справляются с любыми требованиями для
спортивных машин. В Европе, где механические коробки передач – выбор
большинства пользователей из-за их спортивности и экономичности, по
мнению экспертов, автоматические коробки передач с двойным сцеплением
вскоре займут более 25 % рынка. При этом лишь 1% машин достанется
вариаторам к 2012 году.
Теперь рассмотрим историю автоматической коробки передач с двойным сцеплением.
Ее изобрел пионер автомобилестроения Adolphe Kégresse, больше известный
из-за изобретения гусениц. В 1939 году Kégresse сформулировал идею
автоматической коробки передач с двойным сцеплением, которую он
надеялся применить в легендарном Citroën "Traction". К сожалению,
неблагоприятные условия бизнеса не позволили завершить задуманное.
Эскиз Kegresse автоматической коробки передач с двойным сцеплением для Citroen
Audi и Porsche вспомнили о концепции автоматической коробки передач с
двойным сцеплением, хотя на этот раз ее использование было ограничено
лишь гоночными машинами. Болиды 956 и 962C комплектовались Porsche Dual
Klutch, или PDK. В 1986 году Porsche 962 выиграл Monza 1000 км World
Sports Prototype Championship race – это был первый успех болида с PDK
(полуавтоматической переключаемой лепестками на руле трансмиссии). Audi
тоже открыла новую страницу истории в 1985 году, когда раллийный Sport
quattro S1 с автоматической коробкой передач с двойным сцеплением
победил в Pikes Peak hill climb, гонке с подъемом по горному серпантину
на высоту 4,300 м.
Коммерческое использование автоматической коробки передач с двойным
сцеплением до недавнего времени было в забвении. Фольксваген стал
пионером в серийном применении автоматической коробки передач с двойным
сцеплением, применив технологию фирмы BorgWarner DualTronic. Сегодня с
этой коробкой ездят Volkswagen Beetle, Golf, Touran, Jetta, а также
Audi TT и A3; Skoda Octavia; Seat Altea, Toledo и Leon.
Ford – второй производитель, планирующий использование новой технологии
при помощи совместного предприятия GETRAG-Ford. Новая 6-ступенчатая
автоматическая коробка передач с двойным сцеплением была впервые
показана в 2005 году на Frankfurt International Motor Show. Однако
запуск в серию коробки Powershift ожидается в 2008 году.
