Виды автоматических коробок передач

Типы автоматической трансмиссии

1. Полуавтоматическая коробка передач

В этой конструкции инженеры намеревались роботизировать классическую механическую коробку передач, а это означает, что управление «обычным» сцеплением осуществляется электроникой. Кроме того, водитель может переключать передачи с помощью подрулевыx переключателей или «джойстика». Такое решение облегчает вождение, но имеет серьезные недостатки, так как при переключении передач автомобиль резко дергается и реагирует очень инертно, что может создавать неудобства, особенно на городских улицах. Кроме того, затраты на ремонт таких трансмиссий, как правило, высоки. Среди популярных их названий можно упомянуть Selespeed, Sensodrive или Easytronic, а использовались такие трансмиссии, например, в моделях Alfa Romeo 156, а также (что интересно) в BMW 3 Series (E36), Fiat 500, Opel Astra H, Peugeot 208, Renault Twingo, Toyota Corolla или даже в Volkswagen Up!

б) Трансмиссия с гидротрансформатором

Этот тип коробки передач еще не так давно был очень популярен, однако в наши дни производители автомобилей его заменяют более новыми решениями. Трансмиссия с гидротрансформатором состоит из гидрокинетической системы сцепления или гидрокинетической коробки передач вместе с несколькими планетарными передачами. В этой конструкции шестерни в планетарной коробке передач соединяются или блокируются с помощью фрикционных зажимов и многодисковых тормозов.

Такая коробка передач заполнена маслом, что обеспечивает плавную работу ее отдельных элементов. Преемниками гидравлической коробки передач стали гидравлико-электрическая коробка передач и коробка передач с электронным управлением. Недостатком этого решения является его относительно низкая эксплуатационная эффективность, а точнее, огромные потери энергии, что ухудшает ходовые характеристики автомобиля и увеличивает расход топлива. С другой стороны, эта коробка передач отличается исключительной долговечностью и благодаря своей плавной работе гарантирует комфорт вождения. Раньше ее использовали почти все производители автомобилей, в том числе Mercedes, BMW, Audi, Ford, Renault и Volvo (в моделях V70, XC70, S60 и S80).

в) Бесступенчатая трансмиссия

Принцип работы трансмиссии этого типа можно сравнить с переключателями передач на велосипеде, за исключением того, что в автомобильных коробках передач используются не звездочки, а конические шкивы. Они соединены с помощью ремня или цепи, а при переключении передач колеса автомобиля сближаются или отдаляются друг от друга. Нажатие на педаль газа выводит обороты двигателя в минуту на фиксированный уровень, при этом автомобиль набирает скорость, пока педаль газа не будет отпущена. Крутящий момент передается непрерывно, отсутствие рывков и плавное вождение являются отличительными чертами, которые оценят умеренные водители. С другой стороны, пользователи, предпочитающие динамичный стиль вождения, при более высоких оборотах в минуту могут жаловаться на громкую работу двигателя. Эти коробки передач раньше обозначались как CVT или Multitronic и использовались такими компаниями, как Nissan, Honda, Mitsubishi и Audi (в моделях A4 B6,B7, B8, A5, A6 или даже A8).

г) Трансмиссия с двойным сцеплением

Как следует из названия, такая трансмиссия состоит из двух сцеплений, которые поставляются в сухом (для более слабых двигателей) или мокром варианте. Одно из сцеплений предназначено для нечетных передач и заднего хода, а другое — для четных передач. Кроме того, в каждом сцеплении также установлены по два вала сцепления и два главных вала, и все это позволяет переключать передачи за доли секунды. Такая конфигурация приводит к лучшим ходовым характеристикам автомобиля и снижению среднего расхода топлива. Ее недостатками являются ограниченная долговечность и предрасположенность к рывкам при старте. Такие трансмиссии могут называться DSG, S-Tronic, PowerShift, TCT, DCT, а устанавливаются они, среди прочего, в Audi A4, A6, Seat Leon, Skoda Octavia и Superb, Volkswagen Golf и Passat, и даже в правосторонней версии Bugatti Veyron.

Что такое АКПП и ее виды

Автоматическая коробка переключения передач — один из видов трансмиссии, при которой без вмешательства водителя выставляется необходимое передаточное число, подобранное под режим движения и другие факторы.

С технической точки зрения автоматической КПП считается только планетарная часть узла, напрямую связанная с переключением передач, и совместно с гидравлическим трансформатором образовывает единый автоматический агрегат.

К автоматическим коробкам передач принято относить классическую с гидротрансформатором, роботизированную КПП и вариатор.

Классическая автоматическая коробка передач

Гидротрансформаторная КПП является популярной и классической моделью трансмиссии, устанавливаемой на большинстве сходящих с конвейера в настоящее время автомобилях.

Коробка автомат состоит из планетарного редуктора передач, управляющей системы и гидравлического трансформатора, который и дал ей название — гидротрансформаторная КПП. Устанавливается как на легковых автомобилях, так и на грузовых транспортных средствах.

Роботизированная КПП

Коробка робот является своеобразной альтернативой механической КПП, только переключение скоростей происходит автоматизировано посредством электрических механизмов, приводящихся в действие электронным блоком.

Единственным сходством роботизированной КПП с классической автоматической коробкой является наличие сцепления в самом корпусе коробки.

Вариатор

Вариатор — устройство плавной бесступенчатой передачи крутящего момента на колеса.

Обеспечивает уменьшение расхода топлива и улучшает динамические показатели, щадящее состояние работы двигателя автотранспорта по сравнению с АКПП или МКПП.

Вариаторы бывают ременные, цепные и тороидальные. Из вариаторов наиболее распространен с клиновидным ремнем.

Способ взаимодействия и количество валов

В современных коробках передач применяется два основных способа взаимодействия между собой валов – механический и гидравлический. Механический применяется для вариатора, МКПП и АМТ, гидравлический предназначен для АКПП, а также вариатора.

Механический, в свою очередь, реализуется путем использования:

• зубчатой передачи, в преобладающем количестве случаев на основе конических или цилиндрических шестерен;
• планетарной передачи, включает такие элементы как солнечная шестерня (она называется просто – солнце), эпицикл (большое такое колесо, получившее название корона), рычажный механизм (называется водило, он же пространственная вилка) и зубчатые колеса (они же сателлиты);
• фрикционной передачи, самостоятельно практически не устанавливается, только с планетарными рядами или шестернями.

Гидравлический тип взаимодействия валов в чистом виде встречается очень и очень редко. Речь в преобладающем числе случаев идет о гидромеханической схеме, базирующейся на установке гидромуфты или гидротрансформатора, а также планетарной механической передачи.

Следующий важный параметр классификации – количество валов. Самые распространенные схемы три:

• двухвальная;
• трехвальная;
• многовальная.

И для полноты картины четвертая – безвальная МКПП, очень редко используемое решение.

Двухвальная схема основана на установке двух валов, один первичный (ведущий), второй вторичный (ведомый). Классика жанра.

Трехвальная схема сложнее. Вала три, помимо двух вышеобозначенных есть еще и промежуточный. Помимо этого такая схема может быть соосной или несоосной (предполагает установку раздаточной коробки).

Многовальная схема соответствует двухвальной, только ведомых, а иногда и ведущих, валов бывает несколько.

Виды автоматических коробок передач АКПП

Автоматические коробки передач делятся на два вида в зависимости от системы управления и контроля трансмиссии.

1. АКПП с гидравлическим устройством;
2. АКПП с электронным устройством управления;

Еще АКПП могут отличаться по конструктивным особенностям в зависимости от привода автомобиля: передний или задний.

Автоматическая трансмиссия переднеприводных автомобилей оснащена отделением главной передачи — дифференциал.

Принцип работы автоматических коробок передач практически одинаковый и для выполнения своих функций АКПП оснащается гидротрансформатором, механизмом выбора режима движения, узлом управления и контроля.

Основные элементы автоматической трансмиссии

Механизм автоматической коробки передач автомобиля представляет собой систему рычагов и шестеренок, передающих мощность на ведущие колеса, позволяя двигателю работать наиболее эффективно.

Собирается коробка в алюминиевом кожухе, называемом картером. В нем располагаются главные компоненты автоматической трансмиссии:

1. Гидротрансформатор, выполняющий роль сцепления, но не требующий со стороны водителя производить непосредственное им управление.
2. Планетарный ряд, изменяющий передаточное отношение при переключении.
3. Задний, передний фрикционы, тормозная лента, непосредственно осуществляющие переключение передач.
4. Устройство управления.

Роботизированная коробка передач

Роботизированная коробка передач (робот) – механическая трансмиссия, в которой функции переключения передач и управления сцеплением автоматизированы. Эту роль здесь выполняют два привода, один из которых отвечает за управление механизмом переключения передач, второй – за включение и выключение сцепления.

Робот призван объединить в себе достоинства механической КПП и автомата. Он сочетает в себе комфорт в управлении (от автомата), а также надежность и экономию топлива (от механики).

Устройство и принцип работы робота

Основными элементами, входящими в состав роботизированной КПП, являются:

• механическая коробка передач;
• сцепление и привод сцепления;
• привод переключения передач;
• блок управления.

Принцип действия робота практически не отличается от функционирования обычной механики. Разница заключается в системе управления. Этим в роботе занимаются гидравлические и электрические приводы. Гидравлические элементы обеспечивают быстрое переключение, но требуют затрат дополнительных ресурсов. В электрических же приводах, наоборот, затраты минимальны, но при этом возможны задержки в их работе.

Устройство роботизированной КПП

Роботизированная трансмиссия может функционировать в двух режимах: автоматическом и полуавтоматическом. В автоматическом режиме электронное управление создает определенную последовательность управления коробкой. За основу процесса берутся сигналы входных датчиков. В полуавтоматическом (ручном) режиме передачи переключаются последовательно с помощью рычага переключения.  В некоторых источниках роботизированную трансмиссию называют “секвентальной коробкой передач” (от лат. sequensum – последовательность).

Преимущества и недостатки робота

В собраны все плюсы автомата и механики. Однако при этом нельзя сказать, что она лишена недостатков. К таким недостаткам относятся:

1. Трудности с адаптацией водителя к КПП и непредсказуемость поведения робота в сложных дорожных условиях.
2. Некомфортное движение по городу (резкие старты, толчки и рывки при переключении передач держат водителя в постоянном напряжении).
3. Возможен и перегрев сцепления (во избежание перегрева сцепления необходимо при остановках включать режим «нейтралка», что, само по себе, также утомляет).
4. «Эффект задумчивости» при переключении передач (кстати, такой же минус у вариатора). Это не только раздражает водителя, но и создает опасную ситуацию при обгоне.
5. Невозможность буксировки, что также присуще и вариатору.
6. Возможность скатывания автомобиля назад на крутом подъеме (при вариаторе это невозможно).

Из вышеперечисленного делаем вывод, что роботизированной КПП еще далеко до комфорта автомата. Переходим к положительным моментам роботизированной трансмиссии:

1. Невысокая стоимость в сравнении с тем же .
2. Экономичный расход топлива (здесь механика даже уступает, а вот вариатор в этом плане лучше: плавное и бесступенчатое переключение позволяет сэкономить больше топлива).
3. Жесткая связь двигателя с ведущими колесами, за счет чего можно «газом» выводить машину из заноса или осуществлять торможение двигателем.

Робот с двумя сцеплениями

В связи с многочисленными минусами, присущими роботизированной КПП, разработчики решили пойти дальше и все-таки реализовать идею создания коробки передач, которая бы объединила в себе все плюсы автомата и механики.

Робот с двумя сцеплениями DSG

Так появился робот с двойным сцеплением, разработанный концерном Volkswagen. Он получил название DSG (Direct Shift Gearbox), что в переводе с английского означает “коробка передач с синхронизированным переключением”. Преселективная трансмиссия – это еще одно название второго поколения роботов.

Коробка оснащена двумя дисками сцепления: один включает четные передачи, другой – нечетные. Обе передачи постоянно включены. Во время движения автомобиля один диск сцепления находится  в постоянной готовности, а другой – в сомкнутом состоянии.  Первый включит свою передачу сразу же, как только второй разомкнется. В результате переключение передач происходит практически мгновенно, а плавность работы сравнима с вариатором.

Коробка с двумя сцеплениями обладает следующими характеристиками:

• она экономичнее автомата;
• более комфортна, чем простая роботизированная коробка;
• передает больший крутящий момент,нежели вариатор;
• обеспечивает такую же жесткую связь колес с двигателем, как и механика.

С другой стороны, стоимость этой коробки будет выше стоимости механики, а расход выше, чем у робота. С точки зрения комфорта, вариатор и автомат все равно выигрывают.

Классификация

Трансмиссия автомобиля может оборудоваться коробками, которые существенно отличаются по своему принципу действия, способу передачи заданного крутящего момента, конструкционным особенностям, включая способ взаимодействия между собой валов.

Принцип работы и варианты передачи необходимого крутящего момента

По своему принципу действия коробка передач (КПП) бывает ступенчатой и бесступенчатой, третий вариант – комбинированные коробки, используется очень редко.

По способу передачи определенного крутящего момента на легковых машинах применяется несколько основных решений:

• Механическая коробка передач (МКПП, жаргонно механика, на английском МТ (расшифровывается как Manual Transmission));
• Автоматическая коробка передач (АКПП, жаргонно автомат, на английском AT (расшифровывается как Automatic Transmission);
• полуавтоматическая, она же роботизированная коробка передач (РКПП, АМТ, жаргонно робот, на английском MTA (расшифровывается как Manual Transmission Automatically Shifted));
• вариаторная коробка передач (чаще используется название вариатор (CVT), с английского языка расшифровывается как Continuously Variable Transmission).

Механика, робот и автомат это ступенчатые коробки передач, вариатор – бесступенчатая. Есть еще один вид ступенчатых коробок – комбинированная, она же секвентальная, по принципу устройства механика, по способу переключения робот, по способу управления – автомат.

Бесступенчатый вариатор

Как понятно из названия, не имеет фиксированных передач. Во время движения вариатор постоянно изменяет передаточное число, обеспечивая плавный разгон автомобиля. Особенностью машин с такой коробкой является «троллейбусный разгон», когда водитель слышит постоянный ровный звук мотора, без смены передач. Сейчас инженеры пытаются решить эту проблему, путем введения виртуальных передач.

Преимуществами вариатора по сравнению с классическим автоматом, является меньший вес агрегата и меньший расход топлива. Правда из-за особенностей конструкции, где вместо шестерен для передачи мощности используется ремень, в машинах с мощными двигателями вы вариатор не увидите.

Типы трансмиссий

На сегодняшний день в автомобильной промышленности нашли применение 4 типа трансмиссий.

Механическая коробка передач

Самой известной и старейшей является МКПП или механическая коробка передач. В этой трансмиссии вращение передаётся посредством работы шестерёнок, управление над которыми водитель осуществляет вручную.

Сильные стороны МКПП — довольно высокий КПД, хорошая экономия горючего, простота конструкции и надёжность, недорогое обслуживание. Что касается недостатков, то это низкий комфорт управления — современному автолюбителю не по душе каждый раз «дёргать» за ручку. Сегодня это неудобно, учитывая степень загруженности городских дорог и большое количество светофоров.

Несмотря на техническую архаичность, МКПП пока остаётся лидером среди остальных типов трансмиссий, устанавливаемых на автомобили в наши дни. Эксперты объясняют такой расклад низким бюджетом производства механических коробок передач.

Принцип работы «механики» осуществляется в паре со сцеплением. Узел позволяет временно разъединять силовой агрегат от трансмиссии, что даёт возможность быстро переключать передачи без ущерба для коробки и двигателя. Регулируется сцепление водителем из салона, путём нажатия ногой на педаль.

МКПП состоит из шестерёнок и осей валов. Сегодня большей частью применяются шестерни с косым зубом. Они менее шумные и прочные, отличаются максимальным сроком службы. Отдельного внимания заслуживают синхронизаторы, позволяющие обходиться без двойного выжима.

Роботизированная трансмиссия

«Робот» или роботизированная трансмиссия отличается от «механики» способом управления — здесь контролирует электроника, а не водитель. Хотя «робот» способен работать и в режиме полуавтоматическом, когда автомобилист сам переключает ступени, используя селектор или рулевые лепестки.

Плюсом роботизированной коробки можно смело назвать комфортность управления — нет необходимости каждый раз тянуть за рычаг. Что касается минуса, то основным является задержка при переключении, наблюдаемая многими владельцами автомобиля. Известны и другие недостатки — отсутствие плавности хода и резкие рывки.

Автоматическая коробка передач

«Автомат» или автоматизированная коробка передач — по популярности на втором месте после МКПП. Является сложной трансмиссией, состоящей из множества элементов, включая датчики. АКПП работает не со сцеплением, а с гидротрансформатором.

Принцип работы «автомата» схож с «роботом» тем, что переключение ступеней возможно как вручную, так и без помощи водителя. Однако АКПП не имеет характерного недостатка роботизированной коробки передач — резких рывков при переключении скоростей.

Недостатком АКПП по праву названа дороговизна. Её однозначно нельзя назвать и экономичной для автовладельца — расходует много масла. Это наряду с тем, что ремонт «автомата» обходится в большую сумму.

Различают 2 типа АКПП: с гидравликой и электроникой.

1. Гидроавтомат считается самой простой коробкой, работающей в паре с турбинами рабочей жидкости.
2. Электронная АКПП — модернизированный вариант гидроавтомата, позволяющий выбирать режимы Sport, Econom и Winter.

Бесступенчатая трансмиссия

Вариатор — это коробка, не имеющая ступеней переключения. Она так и называется — бесступенчатая КПП. Передача КМ в такой трансмиссии осуществляется цепью или ремнём, а передаточное соотношение регулируется шкивом.

Основные достоинства вариатора: увеличение ресурса автомотора, плавность хода и полное отсутствие рывков при передвижении. Что касается недостатков, то это медленный разгон и дорогое обслуживание.

Устройство

Конструкция МКПП мало изменилась с тех пор, как были сделаны и запатентованы основные ее элементы. Механическая коробка переключения передач состоит из следующих деталей и узлов:

• картер;
• входной, выходной и промежуточный валы;
• синхронизаторы;
• ведущих и ведомых шестерней;
• механизма переключения передач.

Собранные в едином корпусе детали взаимодействуют между собой, обеспечивая передачу крутящего момента. Устройство механической коробки передач зависит от особенностей конструкции и количества валов — по данному признаку они делятся на двух- и трех вальные. Последняя компоновка называется соосной и в технической литературе ее принято называть классической.

Валы и блоки шестерней

В такой конструкции ведущий и ведомый валы размещены картере коробки один за другим. В хвостовике первичного вала установлен подшипник, на который опирается конец вторичного. Отсутствие жесткой связи позволяет им вращаться независимо друг от друга с разной частотой и в разном направлении. Ниже под ними располагается промежуточный вал, передача усилия происходит через блоки шестерней установленных на указанные детали.

С целью снижения шумности редуктора, шестерни в нем делаются косозубые

При изготовлении данных деталей используется жесткая система допусков, и большое внимание уделяется качеству обработки сопрягаемых поверхностей

На ведущем валу классической механической коробки жестко закреплено несколько шестерней разного диаметра и соответственно с разным количеством зубьев. В отдельных случаях узел делается цельным, что обеспечивает ему максимальную прочность.

Шестерни на вторичном валу могут устанавливаться двумя способами:

• подвижно на шлицах;
• фиксировано на ступицах.

Соединение с ведущим валом в первом варианте происходит за счет продольного перемещения ведомой шестерни по шлицам до вхождения в зацепление в ведущей. Такая схема отличается простотой и надежностью и получила достаточно широкое распространение.

В другой конструкции продольное перемещение деталей исключается и соединение происходит при помощи скользящей муфты.

Видео — как происходит передача крутящего момента в МКПП:

https://youtube.com/watch?v=Bb7leiitIo4

Угловые скорости ведущего вала и ведомого уравниваются при помощи специального устройства, который называется синхронизатором. В коробках передач спортивных автомобилей или машин специального назначения вместо данных узлов могут использоваться кулачковые муфты.

Механизмы управления

За всю историю развития автотранспорта было разработано множество оригинальных конструкций. Наибольшее распространение получила компоновка, используемая в современных агрегатах.

Управление механической коробкой передач осуществляется специальной конструкцией, состоящей из следующих элементов:

• рычага;
• приводов;
• ползунов;
• вилки;
• замка;
• муфты переключения передач.

Изменения режимов работы агрегата производится водителем путем перемещения рычага из одного положения в другое. Через приводы задействуются ползуны. Защитой от одновременного включения является специальный блокирующий механизм – замок. В трехходовых коробках он делает невозможным перемещение двух ползунов при движении третьего.

Этот узел приводит в действие вилку переключения передач, которая вызывает смещение муфты. Данная деталь представляет собой толстостенное кольцо со шлицами на внутренней поверхности. Они находятся в постоянном зацеплении с зубчатым венцом ведомого вала, по которому муфта перемещается вдоль него. Аналогичные шлицы имеются и на боковой поверхности ведомой шестерни.

При переключении передач рычаг вначале переводится в нейтраль, из которой производится выбор нужного режима. За это время синхронизатор выравнивает угловые скорости, и шестерня блокируется муфтой. Крутящий момент с первичного вала передается на вторичный и далее через главный редуктор на ведущие колеса.

Синхронизатор обеспечивает безударное переключение, при этом время его срабатывания не превышает нескольких сотых долей секунды.

Видео — устройство сцепления и МКПП, наглядный рассказ от компании Тойота:

Мягкость работы механической коробки передачво многом зависит от общего состояния деталей и, в особенности, данного узла.

Синхронизатор представляет собой бронзовое кольцо с зубчатым венцом на внутренней стороне. При движении муфты она сначала прижимает деталь к конусной поверхности на боковине ведомой шестерни, возникшей при этом силы трения достаточно для выравнивания частоты вращения валов. После синхронизации происходит блокировка зубчатого колеса муфтой переключения.

Назначение коробки переключения передач.

Коробка передач – это агрегат, который передает вращение от двигателя к колесам. Наличие коробки передач обусловлено тем, что вал двигателя вращается с очень высокой скоростью, и передавать такое вращение напрямую к колесам невозможно.

Трансмиссия автомобиля, куда и входит коробка передач, обеспечивает следующее:
— передача вращения от вала двигателя к колесам;
— присоединение и отсоединение двигателя от оси колес;
— оптимальная эксплуатация двигателя на данной скорости движения;

1. Механическая коробка передач

Чтобы понять общий принцип устройства механической коробки передач, вспомните о много скоростном спортивном велосипеде. Конечно же, конструкция КПП автомобиля сложнее, но такая упрощенная аналогия дает новичку понимание, как работает коробка передач.

На МКПП лежит функция изменения скоростей при движении за счет переключения шестерен при использовании водителем управляющего рычага. Разные по размеру шестеренки обеспечиваются разный по значению крутящий момент на колеса.

Первая передача, самая сильная, используется для начала движения автомобиля, при этом работает самая большая шестерня. Затем, про мере увеличения скорости движения, водитель переключает передачу на более высокую, размер шестерен уменьшается с повышением передачи. Так обеспечивается оптимальный расход топлива и бережная эксплуатация двигателя.

2. Автоматическая коробка передач

Автоматическая коробка передач позволяет водителю не переключать передачи на ходу, так как переключением управляет автоматика, а педаль сцепления при этом просто отсутствует. Это обеспечивает максимальный комфорт при управлении автомобилем.

У рычага АКПП есть четыре основных положения: P – стоянка, D – движение вперед, N – нейтраль, R – движение назад. Среди эксплуатационных удобств следует отметить также отсутствие отката автомобиля назад при стоянке под уклоном.

Автоматические коробки передач оснащены электронной системой управления, которая оптимальным образом переключает шестеренки в зависимости от скорости движения автомобиля и оборотов двигателя.

3. Роботизированная коробка передач

Роботизированная коробка это доработанная конструкция механической коробки. В классическую механику включили узлы с электронным управлением, с целью автоматизации управления сцеплением и переключением передач. При этом электроприводы управляют сцеплением и передачами по команде водителя, который выбирает передачу рычагом, в то время как в АКПП выбор скорости и переключение выполняется электронным блоком (компьютером). Проще говоря, электроприводы как бы имитируют работу водителя в части работы педалью сцепления и переключения шестеренок в КПП. Такие коробки получается удобнее механики и дешевле АКПП, но с точки зрения эксплуатации отличаются медленным срабатыванием автоматики.

4. Вариаторная коробка передач

В вариаторной коробке передач отсутствует переключение передачи с одной на другую. Представьте себе шестеренку конусообразной формы, в которой расстояние между зазубринами, за которые цепляется передаточный ремень, увеличивается плавно от одного края к другому. Таким образом вариаторы располагают бесконечным числом передач, и обеспечивают работу двигателя в наиболее выгодных режимах. При езде на вариаторном автомобиле разгон обеспечивается максимально плавно.