SHARE

Новости о выпуске инновационных автомобильных трансмиссий появляются чуть ли не каждый месяц. Вот и BMW недавно анонсировала 7-ступенчатую коробку M DKT с двумя сцеплениями для M3 вместо набившего оскомину «робота» SMG. Мы попытались разобраться во всех этих пугающих аббревиатурах и в том, что за ними скрывается.

Начнем с начала: что, зачем и почему мы должны переключать? Само слово «трансмиссия» подразумевает передачу – в случае с автомобилем имеется в виду передача вращательного движения. Функция трансмиссии состоит в изменении этого движения по направлению и величине. Потребность в этом возникает по ряду причин. Во-первых, машина должна ездить и вперед, и назад. Во-вторых, ей приходится как плестись с небольшой скоростью в пробках, так и «лететь» по магистрали. Ну и, наконец, последняя причина – ограниченный рабочий диапазон двигателей внутреннего сгорания и изменяющиеся с оборотами и нагрузкой показатели тяги и топливной экономичности.
Необходимость установки какого-то механизма, способного изменять передаточные числа трансмиссии, очевидна. Собранный в отдельный агрегат, такой механизм получил вполне логичное название «коробка передач». В первых автомобильных коробках передач использовались ремни, шкивы разного диаметра и «механизмы переброса» – аналогичный принцип действует и по сей день на современных многоскоростных велосипедах.
Но такая конструкция была ненадежна и не могла передавать большую мощность. Решение было найдено во Франции. В 1899 году Луи Рено зарегистрировал патент на первую в мире коробку передач с подвижными зубчатыми колесами и валами. Эта конструкция оказалась настолько совершенна, что используется и по сей день на самых передовых автомобилях. Принцип работы всех современных SMG, DSG, SST и прочих коробок со сложными названиями-аббревиатурами весьма прост, если разобраться для начала в устройстве обыкновенной механической коробки передач.На схеме 1 показано устройство двухступенчатой коробки передач. Зеленый вал передает крутящий момент от двигателя и вращается с его частотой. Жестко закрепленная на нем шестерня передает движение на шестерню промежуточного (красного) вала. Далее на нем так же жестко установлены шестерни разного диаметра, каждая из которых вращается в паре с шестерней выходного желтого вала. Благодаря разнице этих диаметров и получаются разные передаточные отношения или «передачи». Все шестерни желтого вала вращаются на нем независимо и постоянно – так как соединены с шестернями промежуточного вала. Включение передачи происходит благодаря стопорному кольцу (на схеме оно отмечено фиолетовым цветом), которое закреплено на шлицах вала и имеет продольное движение. Заходя в зацепление боковыми зубьями с шестерней, оно тем самым блокирует ее свободное вращение относительного выходного вала и включает нужную передачу. Несложно заметить, что включение возможно только при равных угловых скоростях стопорного кольца и шестерни, иначе будет слышен характерный хруст и сильные ударные нагрузки на зубья кольца и шестерни.
Решить эту проблему позволил синхронизатор (схема 2). Это простейший механизм, принцип работы которого основан на трении. Из схемы видно, что до вступления в контакт боковых зубьев стопорного кольца и шестерни в работу вступает подвижная часть, которая выравнивает угловые скорости за счет трения боковых поверхностей. Таким образом, зубья стыкуются уже в момент, когда угловые скорости шестерни и кольца одинаковы. Это не единственная существующая сегодня схема синхронизаторов, но общий принцип их действия именно такой.
Аналогично этой простейшей КПП работают все механические коробки передач. Увеличивая число шестерен на промежуточном и выходном валу, изменяют количество ступеней. Задний ход обеспечивает паразитная шестерня, изменяющая направление вращения и установленная между шестернями задней передачи на промежуточном и выходном валу. На машинах с мощными двигателями используют трехвальные КПП – уменьшая число шестерен и длину каждого вала, снижают нагрузки и увеличивают ресурс. В основном это актуально для различных тягачей и грузовиков. Более того, до или после самой КПП может стоять дополнительная двух или трехступенчатая коробка передач – такие симбиозы и образуют грузовые трансмиссии с более чем 10 передачами.Важнейшей ступенью эволюции механических коробок передач стала автоматизация процесса переключения. Речь идет не об автоматических трансмиссиях с гидротрансформаторами, а именно о «механике», где переключение обеспечивает не физическая сила водителя, а различные приводы, управляемые электроникой. От человека требуется лишь нажимать на кнопки повышения/понижения передачи. Более того, появилась возможность возложить все обязанности на электронику, тем самым полностью автоматизировав традиционную «механику». Подобные коробки стали устанавливать на самые разные машины – от Opel Corsa (Easytronic) до Ferrari F430 (F1 Superfast). В первом случае это попросту дешевле традиционного «автомата», а во втором – «скорострельнее».
Сегодня в мировой автомобильной промышленности медленно, но верно наступает эра коробок с двумя сцеплениями (те самые DCT – dual clutch transmission; схема 3). Их отличие от обычных механических КПП состоит в наличии двух сцеплений, каждое из которых связано со своим первичным валом. На одном установлены шестерни, отвечающие за четные передачи, на втором – за нечетные. Таким образом, можно держать включенными сразу две «соседние» передачи, а переключение осуществлять моментально – как только выключается одно сцепление, включается второе. Скорость перехода ограничена лишь временем, которое необходимо мотору, чтобы сбросить или набрать нужные обороты. В современных двигателях оно настолько мало, что поток тяги получается почти неразрывным – смена передач происходит всего за восемь (!) миллисекунд. За работу сцеплений отвечает гидравлика, управляемая электроникой.Принципиальная схема работы коробок типа DCT на самом деле отнюдь не нова – ее придумал еще в 1939 году французский инженер Адольф Кегресс. Он разрабатывал систему для Citroen Traction, но не успел, и задумка, казалось, была похоронена. Однако в 80-х годах прошлого века, с появлением достаточно компактных управляющих компьютеров, автомобильные инженеры вновь вернулись к этой идее. Одними из первых за дело взялись специалисты Porsche, создавшие КПП с двумя сцеплениями Porsche Dual Klutch (PDK) сначала для 956 й, а потом и для 962 й модели. Последняя в 1986 году выиграла 1000 километровую гонку в Монце. Раллисты тоже не медлили – Audi Quattro S1 с аналогичной трансмиссией в 1985 году победил в легендарном подъеме по горному серпантину Pikes Peak. После этих выступлений в истории коробок передач с двумя сцеплениями вновь наметилась пауза, но на этот раз она оказалась не такой продолжительной.
В мире массовых автомобилей первопроходцем на этом направлении стал концерн Volkswagen. Коробка DualTronic с двумя сцеплениями компании Borg Warner дебютировала на Audi TT 3.2 DSG (Direct Shift Gearbox). Впоследствии ее начали устанавливать чуть ли не на все передне и полноприводные модели концерна. Единственным ограничением было расположение силового агрегата: DSG компоновалась только с моторами, установленными поперечно, поэтому в основном это были четырехцилиндровые двигатели (исключением был «узкоугольный» 3,2-литровый V6, который на «дебютном» TT и других моделях располагался поперечно). С тех пор много воды утекло, недавно Volkswagen представила семиступенчатую коробку DSG для нового Passat CC, а сама аббревиатура DSG стала достоянием «народного автомобиля», тогда как на Audi аналогичные коробки именуются S tronic.Только за прошлый год Volkswagen продала около 400 тысяч автомобилей с коробками DSG, которые все активнее вытесняют традиционные «автоматы». А буквально на днях шумно отпраздновала выпуск миллионной такой коробки, последняя версия которой стала уже 7-ступенчатой и с «сухими» дисками!
Такие успехи не могли не раззадорить конкурентов. О разработке трансмиссий с двумя сцеплениями заявили концерны Fiat и Ford (такие коробки уже в ближайшем будущем появятся на обновленном Focus, а также на целом ряде моделей Volvo). Mitsubishi подготовила аналогичную коробку Twin Clutch-SST для «десятого» Lancer Evo. И, наконец, BMW, наслушавшись критики в адрес своих роботизированных коробок SMG для «эмок», решила установить на новый M3 трансмиссию с двумя сцеплениями M DKT. Баварцы заказали семиступенчатую коробку у трансмиссионной фирмы Getrag и уже хвастаются тем, что с ней M3 разгоняется до 100 км/ч за 4,6 секунды, то есть на 0,2 с быстрее, чем с шестиступенчатой «ручкой». И это несмотря на дополнительные 20 кг, которые добавила к массе машины сложная трансмиссия.
Разумеется, BMW не была бы BMW, если бы просто купила коробку «на стороне», тем более для такой культовой модели, как M3. Среди оригинальных разработок баварцев фирменная система Drivelogic, позволяющая водителю включать любой из одиннадцати режимов работы трансмиссии. Пять «автоматических» (D) позволяют выбрать обороты двигателя, при которых будет происходить переключение на следующую передачу, и скорость самого переключения (в D5 мотор будет крутиться почти до отсечки, а на D1 можно трогаться со второй передачи). Аналогичная палитра настроек есть и в «механических» режимах. Выбрав самый «скорострельный» режим S6 и удерживая селектор трансмиссии в положении «+», водитель может задействовать знакомую еще по «роботам» SMG функцию Launch Control, которая позволит максимально эффективно использовать всю мощь 4-литрового V8 при старте с места.Список «ноу-хау» продолжает технология, которая не позволит машине срываться с места при скоростях ниже 5 км/ч, что весьма актуально для 420-сильного M3 при езде в пробках и на парковке. А на горных дорогах от лишних переключений избавит система, учитывающая продольный наклон машины и «подтыкающая» нужную передачу. Помимо устранения лишних рывков это также позволит прибегать к торможению двигателем практически как при использовании обычной «ручки».
Таким образом, BMW сделала важный шаг в эволюции трансмиссий с двумя сцеплениями, хотя ничего революционного в коробке M DKT нет. Audi еще в 2006 году представила концепт Roadjet с такой же коробкой и продольно расположенным двигателем. Более того, пресловутый 1001 сильный Bugatti Veyron тоже оснащен подобной коробкой. Разница лишь в производителях. Концерн Volkswagen уже давно производит коробки на собственном трансмиссионном заводе в Касселе в Германии, КПП для Veyron создала британская фирма Ricardo, а ZF готовит свой вариант, который должен в первую очередь достаться Porsche. Та же Getrag помимо сотрудничества с BMW уже создает целую серию DCT для Ford, Volvo и даже Ferrari – автомобилей, разительно различающихся и по компоновке, и по мощности, и по предназначению. По прогнозу компании Borg Wagner, которая когда-то сделала первую массовую коробку DSG для Audi TT, уже к 2015 году 29% европейских автомобилей будут оснащаться трансмиссиями с двумя сцеплениями. Так что из относительной экзотики коробки подобного типа превратятся в самый настоящий мэйнстрим.А что еще?

У механических коробок были, есть и будут достойные альтернативы

Естественно, конструкция коробки передач, предложенная Луи Рено, была не единственной. Кардинально иной принцип избрал Генри Форд для моделей «А» и «Т». В основе заокеанского «ноу-хау» лежит планетарная передача. Благодаря объединению нескольких элементов в одном корпусе и переменному затормаживанию элементов образуются разные передаточные отношения и реверсивный ход. Позднее подобная конструкция получила более широкое применение в традиционных автоматических коробках передач, где планетарные передачи работают вместе с гидромуфтой. Одним из самых технически совершенных «автоматов» на сегодняшний день является 7-ступенчатый 7G Tronic от Mercedes. Плюсами подобных КПП являются плавность работы и простота управления, к минусам же относят большие потери тяги и медленную реакцию.Второй вариант, весьма распространенный сегодня, – вариатор. Его принцип действия основан на изменении рабочих диаметров шкивов, на которых находится ремень. С ростом оборотов конусные диски сходятся и расходятся, тем самым изменяя передаточное отношение. Преимущества подобной схемы очевидны – абсолютно непрерывная передача крутящего момента, которая позволяет быстро и плавно набирать или сбавлять скорость. Более того, это положительно сказывается и на топливной экономичности. Основным же минусом вариаторов является невозможность передачи большого крутящего момента, из-за чего основное применение вариаторы нашли на малолитражках. Но и тут намечаются весьма любопытные подвижки. Компания Audi недавно представила вариатор Multitronic с ремнем, являющимся, по сути, металлической цепью. Это позволяет создать большую прижимную силу между конусами вариатора и тем самым передать больший крутящий момент. Представители компании утверждают, что 280 Нм – далеко не предел для подобной конструкции.
Немаловажным преимуществом вариатора является и то, что с инженерной точки зрения он проще других типов трансмиссий компонуется с гибридными силовыми агрегатами, которые в последнее время появляются на самых разных автомобилях.