СТАТЬИ
Автоматические коробки передач широко используются в автомобильной индустрии по всему миру. На сегодняшний день существует множество различных технических решений в этой области, имеющих преобладающие тенденции в том или ином регионе мира. Но какие технологии — если таковые имеются — будут доминировать на мировом рынке в будущем?
Традиционная автоматическая коробка передач (AT) была впервые установлена на легковые автомобили в Северной Америке более 60 лет. Самая ранняя акпп имела всего три скорости, коробки с четырьмя скоростями стали распространенными в 1980-х годах. В настоящее время выпускаются 6-ти и 8-ми ступенчатые автоматические коробки передач. Принцип работы автоматической коробки передач основан на сочетании гидродинамического преобразователя крутящего момента и набора планетарных (epicyclic gear sets) шестерней. Гидротрансформатор состоит из трех основных компонентов: рабочее колесо с приводом от двигателя, турбины, связанные с передачей, и статор, который помогает при умножении крутящего момента. Компановка набора планетарных шестерней позволила увеличить возможное число скоростей в акпп.
В современных автоматических коробках передач также есть энергосберегающие функции, такие как гидротрансформатор с механической блокировкой и система контроля которая отключает двигатель от коробки передач когда транспортное средство находится на стоянке. Комплекс электронного контроля сцепления и тормоза в передаче также способствует повышению эффективности. В настоящее время наиболее распространенным типом акпп является 8-ми ступенчатая коробка, однако в этом году ZF объявила о начале выпуска новой девяти ступенчатой автоматической коробки передач для переднеприводных автомобилей.
Коробки передач с двойным сцеплением (Dual Clutch Transmissions / DCTs) стали широко использоваться только в последние 10 лет, хотя первый автомобиль с такой коробкой был представлен еще в 1980 году. DCT напоминает, по сути, две концентрически расположенных коробки передач, одна из них передает крутящий момент нечетных значений (первая, третья, пятая и, возможно, седьмая передачи), а другая — при четных значениях. Процессор контролируемого предварительного отбора синхронизаторы Для каждой последующей передачи производится точный контроль переключения между двумя сцеплениями в режиме реального времени.
Отличная управляемость автомобилей с коробкой передач с двойным сцеплением и отсутствие прерывания крутящего момента, делают Dual Clutch Transmission очень привлекательным вариантом трансмиссии. Причиной значительной задержки между изобретением DCT и ее широким распространением являлась отсутствие необходимых технических решений в конструкции самих коробок передач. С появлением новых разработок в этой области, проблема была решена.
Другой популярной альтернативой традиционным АКПП является вариаторная трансмиссия (CVT), впервые введенная голландской фирмой V an Doorne в 1950-х годах. Вариаторная коробка V an Doorne-типа состоит из двух шкивов соединенных стальным ремнем. Первоначально такие коробки были относительно неэффективны, особенно при высоких скоростях, из-за расхода энергии на прижимную силу. Однако, современные CVT, благодаря новым техническим разработкам, лишены этого недостатка. Особенно эффективно вариаторные коробки передач функционируют в условиях постоянного колебания скорости. Jatco и ее материнская компания Nissan часто рассматриваются как лидеры CVT технологии.
У АКПП, DCTs и вариаторов есть свои сильные и слабые стороны, все они являются объектом дальнейшего технического развития и имеют специфические географические сегменты рынка, где они пользуются популярностью. Поэтому маловероятно, что какая-то одна из технологий автоматических коробок передач будет доминировать на мировом рынке, даже в долгосрочной перспективе. В отсутствие широкой электрификации или других форм перехода от жидкого топлива и двигателей внутреннего сгорания в качестве источника питания для легковых автомобилей, традиционные автоматические коробки, скорее всего, будут преобладать в США и соседних странах. Европейские рынки сделают выбор в пользу DCT, а азиатские, в пользу CVT-решений. Это всего лишь предпочтения, впрочем, все три технологии автоматической передачи, скорее всего, будут предлагаться различными автопроизводителями по всему миру.
Почему "роботы" с двумя сцеплениями скоро вытеснят все остальные коробки
Случилось то, что давно должно было произойти. На грядущем Женевском автосалоне Kia представит первый серийный автомобиль с преселективным роботом DCT с двумя сцеплениями. Корейским первенцем стал Kia сee’d GT Line с 1-литровым мотором T-GDI, выдающим 120 л.с. и 172 ньютонов на метр. Таким образом Kia вместе с родственным Hyundai вслед за Volkswagen, Ford и еще некоторыми производителями встала на путь «роботизации». Разберемся в конструкции перспективной коробки.
Как устроена новая коробка Kia
DCT расшифровывается как Dual Clutch Transmission, то есть трансмиссия с двумя сцеплениями. Это первая многодисковая коробка — собственная разработка компании Kia Motors из Центра Исследований и Разработок в Намьянге.
Как вы уже могли догадаться, DCT — это в определенном смысле аналог знаменитой коробки DSG от Volkswagen, которая сначала радовала покупателей резвостью и экономичностью, потом досаждала поломками в своем 7-ступенчатом исполнении, а к 2014 году наконец лишилась явных конструктивных дефектов после доброго десятка доработок.
Для непосвященных кратко объясним, что DCT — это «робот», то есть конструктивно — механическая коробка с блоком управления и актуаторами, которые вместо водителя переключают передачи. А что такое «два сцепления»? Если вкратце, то, вообще-то, сцепление одно. Просто ведомых дисков у него два — один передает крутящий момент на нечетный ряд передач (1-3-5-7 и т.д.), второй — на четный (2-4-6 и т.д.).
Конструкция собрана таким образом, что диски сцепления сидят на одной оси, а их валы вложены один в другой. Второй вал длиннее первого и проходит насквозь. Каждый из них приводит в движение свой ряд шестерней: четный и нечетный. Между этими дисками находится ведущий диск — маховик, который вращает двигатель.
Включение и выключение дисков сцепления электромеханическое, что ускоряет процесс переключения. Но основная экономия времени при выборе передачи — в так называемом преселективном режиме работы АКПП. Если грубо, то пока включена, допустим, первая передача на нечетном ряду, на четном уже подготовлена к включению вторая — когда это будет необходимо, останется только отсоединить от маховика один диск сцепления и присоединить другой.
Электронный блок управления коробкой предугадывает динамику движения — разгон или торможение, заранее замыкая привод следующей зубчатой пары. Как на передачу вверх, так и вниз. Два процесса, отсоединение одного диска и присоединение другого, происходят одновременно.
Как вы понимаете, конструкция невероятно сложная. Незначительные отклонения в работе коробки на доли секунды и на доли миллиметра быстро приводят к ускоренному износу дисков и нестабильной работе с толчками при движении и т.п. Собственно, сложностями настройки электроники во многом и обусловлены проблемы с фольксвагеновской коробкой DSG.
В целом схема позволяет сократить время на переключение передач до 100-200 миллисекунд, обеспечить ровную тягу при разгоне и снизить расход топлива, экономя до 10%. В случае с Kia заявленная экономия — 5-7%.
История преселективных коробок
Сама по себе идея использования мультидискового сцепления была запатентована французским инженером Адольфом Кегрессом еще в 1935 году. Мсье Кегресс вообще был большим талантом и, помимо патента на то, что в будущем стало DCT, еще сделал первый внедорожник — гусеничный Руссо-Балт, о котором мы когда-нибудь расскажем. Но не будем отвлекаться. Из-за отсутствия технологических возможностей идея коробки с двумя сцеплениями осталась на бумаге.
В 80-х годах инженеры Porsche воплотили задумку в железе и использовали передовую разработку в кольцевых автогонках. Однако значительные габариты, большой вес и низкая надежность оставили коробку на уровне прототипа, и за гоночный трек она не вышла. Подобные попытки предпринимали и раллийные команды Peugeot и Audi, но закончилось все тем же — от использования отказались.
С середины 90-х VW начинает разработку своей версии мультидисковой АКПП под аббревиатурой DSG (Direct Speed Gearbox). Результатом стала серийная коробка, которая с 2003 года устанавливалась на Golf Mk4 R32. Опыт оказался настолько успешным, что им заинтересовались другие автопроизводители, а VW совершенствует эту коробку и по сей день, устанавливая ее практически на все свои серийные автомобили.
На данном этапе такие коробки делятся на два типа — сухие и мокрые. С сухими все понятно по определению. Диски работают, как в обычной механической коробке, на сухом трении. В мокрых диски сцепления погружены в масляную ванну. Сделано это для охлаждения при нагрузке свыше 350 ньютонов на метр. Мокрые «роботы» работают с «моментными» дизелями и высокофорсированными бензиновыми двигателями.
Расскажем о нескольких типичных представителях семейства преселективов.
Audi S-Tronic
Изначально S-tronic разрабатывался под высокие нагрузки: предельные значения 550 Н*м, 9 000 об/мин. Конструкторам пришлось обеспечить два контура смазки. Один отвечает за работу управляющей гидравлики и сцепления, другой обеспечивает смазку шестерней КПП. Причем масло используется разное. Так как плотность гидротрансформаторного масла может меняться при различной температуре, при агрессивных режимах работы масляная помпа имеет дополнительный вакуумный усилитель, способный поднять давление на непродолжительное время.
Другая особенность в том, что выходной вал передает вращение на межосевой дифференциал, расположенный прямо в корпусе самой АКПП. В зависимости от настроек дифференциал может передавать на заднюю ось от 35% до 85% крутящего момента (60% по умолчанию).
Данная коробка может работать как в полностью автоматическом режиме, так и в ручном с использованием подрулевых переключателей вверх/вниз (+/-).
Что лучше робот или вариатор? Отличия, какую трансмиссию выбрать
Михаил Когут
Р обот и вариатор по конструкции относятся к двум разным типам коробок передач, первая к механической, вторая к автоматической. Но обе трансмиссии позволяют передачам переключатся автоматически и это их объединяет.
Что лучше вариатор или робот, какие их преимущества и недостатки, отличительные конструктивные особенности будет рассмотрено в этой статье.
Вариатор, устройство и принцип работы
Вариатор (CVT, или Continuously Variable Transmission) — это тип автоматической коробки передач, который обеспечивает бесступенчатое изменение передаточных отношений, позволяя двигателю работать в оптимальном диапазоне оборотов.
Вариаторы обеспечивают плавное и эффективное управление мощностью, что делает их популярным выбором для современных автомобилей.
Основные компоненты этого типа трансмиссии:
- Ременная передача: в большинстве CVT используется металлический ремень или цепь, который передает крутящий момент между двумя коническими шкивами. Один шкив связан с двигателем (первичный), а другой — с колесами автомобиля (вторичный).
- Шкивы: первичный и вторичный имеют переменную геометрию. Это позволяет им изменять свои радиусы в зависимости от положения ремня или цепи. Шкивы состоят из двух половинок, которые могут сближаться или раздвигаться, изменяя тем самым передаточное отношение.
- Гидравлическая система: контролирует положение шкивов и, следовательно, передаточное отношение. Она определяет, как быстро и насколько сильно шкивы должны сближаться или раздвигаться для управления передачей.
- Электронный блок управления (ECU): собирает информацию от различных датчиков, таких как датчики скорости, положения дроссельной заслонки и оборотов двигателя. На основе этих данных, ECU определяет оптимальное передаточное отношение и регулирует гидравлическую систему для достижения этого результата.
Существующие виды
Вариаторы могут быть классифицированы по разным критериям, но основные виды включают:
CVT vs DCT vs Automatic — What's the difference and which is better?
Automatic transmissions have come a long way since the dawn of the first torque converters. Driving with only two pedals was once considered a luxury in the mid to late 20th century. However, as technology progressed and manufacturing got more efficient and precise, automatic transmissions became more reliable and in some cases, better than the traditional manual transmission.
Over time as well, the options that manufacturers can use to outfit their automobiles have grown. Apart from the traditional torque converter, there are now dual-clutch transmissions (DCT), and Continuously Variable Transmissions (CVT), and even – the less common – Automated Manual Transmission (AMT) that populate spec sheets of many different automobiles. However, which of these options are the best, and should it make or break your purchase?
Torque converters
Between the three, torque converters are among the most common and oldest design for an automatic transmission. Most modern cars have at least 4 gears. Torque converters can also be affordable or highly-engineered. From the most basic like in the 4-speeds found in the Toyota Rush and Wigo to high-performance ZF transmission as found in the Toyota Supra. Torque converters are among the most versatile automatic transmission types, and they are also among the most durable often lasting long stints without needing service, but of course, your mileage may vary, and if you do need a service, there are a lot of mechanics that can work on a torque converter due to its familiar and tenured design in the automotive industry.
Some of the cons of the torque converter have been addressed in modern cars. Back then, these transmissions didn’t get you the best fuel economy, but with some clever engineering and some modern enhancements, torque converters can be some of the most economical transmissions provided the engine it is mated to is equally geared to be economical. The likes of the Suzuki Ertiga prove that you don’t need a fancy transmission to get great fuel economy figures, however, the ratios are fixed, so if you are running a lower-powered car with a 4-speed automatic, then you may find that it takes quite a while to get up to speed due to the tall gear ratios meant to keep engine revs down, and fuel economy figures up.
Dual Clutch Transmission (DCT)
More common among high-performance cars, the DCT is known for quite a few things. A good DCT locks into place and holds the power and torque coming from the engine securely, all while delivering razor-sharp shifts. Brands like Porsche, are known for their PDK system, which many enthusiasts swear is like a bolt-action rifle. Crisp and snappy shifts are a trademark feature of a DCT provided it’s been engineered properly.
However, at slower speeds, a DCT could fumble quite a bit especially if you are dealing with stop-and-go traffic. The transmission could even feel numb and not as responsive in traffic especially in economy cars where everything is built to a price point. Though the transmission should be engineered to take the abuse, you may find that some systems aren’t as tuned or geared for life in the city. Some dry DCTs from some brands are known to wear out prematurely when exposed to hellish city traffic. You also want the right kind of DCT for your car, with a wet DCT being more desirable than a dry system.
An example of a car with a wet DCT is the Geely Coolray. With up to 7 speeds to play with and an oil-bathed transmission, you can expect it to be durable if not more durable than a dry DCT. Shifting is also slightly smoother thanks to the lubricant in the system. There are a few exceptions, but if a DCT is not on a high-performance vehicle more often than not it won’t shift lightning-quick, or have the crispness of a bolt-action rifle. It’ll all boil down to the manufacturer’s design and how aggressive they want the DCT to shift and lock in the gears.
Continuously-Variable-Transmission
Moving on to the gearless option in the lineup, we have the CVT. Comprising a belt and two pulleys, the CVT is the best transmission in theory. Minus the torque limitations and power limitations of the transmission type, the CVT is the fastest and most efficient transmission that you can put in your car. The reason is, it keeps your car at the optimal powerband to achieve the fastest and most efficient acceleration possible. Most gasoline engines achieve peak power around 80% of the way to redline, and the CVT is geared to keep the engine revving where the most power is made. You usually see CVTs in smaller cars with smaller engines, however, even turbocharged models are seeing this transmission like in the Honda Civic RS Turbo with its 1.5-liter inline-4 turbo motor. If you’re more traditional, the CVT will also allow you to have simulated gear ratios if there are paddle shifters or a manual mode on the lever. This feature locks the transmission and gives the driver the feeling of banging up and down gears, which are good in theory if you want to induce engine brake or control your engine speed like a normal automatic gearbox.
Although, that’s not the case because most CVTs have a tendency to feel rubbery. While you can get a good throttle response, if you wring out the engine you won’t get that surge of torque, instead, you’ll get a very linear and predictable pull which isn’t the most exciting in a low-displacement passenger car. However, where the CVT does show its worth is in fuel economy in the city. It’s also good to use in stop-and-go traffic because the response is similar to that of a torque converter, but you won’t get that nice locked-in feel when you’re at speed like a DCT. Another con of a CVT is that it might not handle torque all too well. That’s why diesel engines don’t use it because the amount of torque produced by a diesel motor could make the transmission slip. Older CVTs are also known to be brittle, using a belt instead of a chain like most modern CVTs. While the chain is a good improvement over the old belt-driven units, the chain is still prone to slippage, and can even damage components inside the transmission. Failure-rate for the CVTs is now few and far between unless the engine is tuned to produce more horsepower and torque, beyond that of the CVT’s durability ratings.
Special mention: Automated Manual Transmission (AMT)
If you want the durability of a manual transmission but with the convenience of an automatic, then you could opt for a car with an automated manual transmission. Good luck finding one though, as these transmissions are a bit costlier to produce and a bit on the rare side. One of the only models in the market to come with an AMT is the Suzuki Dzire, but under Suzuki’s nomenclature, it’s dubbed the Auto Gear-Shift Transmission or AGS. Essentially, it’s a manual transmission with a machine doing the gear changes for you.
The downside is that some of these transmissions can get quite complex, so finding a person that can fix a transmission like this will be half easy and half hard. We say half easy because the manual part of the transmission is easily worked on with a clutch assembly being easy to source. However, the automated part of the transmission might be harder to fix because complexity means repair difficulty. Also, don’t expect these types of transmissions to be smooth. In our experience we had to drive the Suzuki Dzire like we were driving a regular manual transmission car, letting off the gas between gear shifts or suffering through some jerky motions.
Which is best?
That really depends on the car you want the transmission on. There are applications where a hardier transmission is necessary like on a diesel pickup truck hauling a lot of cargo. If smoothness is needed, then a more refined torque converter or a CVT will do the job better than an AMT, or DCT, but here’s a quick rundown of our findings in dealing with these different types of transmissions.
In terms of fuel economy, it really depends on the engine if the fuel economy figures of the car could stand to be better mated to the right transmission. In theory, a CVT is the most fuel-efficient among the three, and in our testing, we’ve seen torque converters do well with fuel economy.
For durability, the best transmission is the torque converter or the traditional automatic. CVTs have fewer moving parts, but the chain drive is not as durable as hard gears. When exposed to more power, the transmission tends to slip or get damaged. Meanwhile, DCTs and AMTs have a lot of moving parts, which means a lot of things can go wrong, and there are wear components in these types of transmissions that need to be replaced once worn out.
For more spirited drives, the best-performing types are the DCTs and torque converters. however, smoothness is another factor that you have to consider, and DCTs don’t fit the bill and can be a little jerky to use. Meanwhile, CVTs and Torque converters are known to be rather smooth with the former being the smoothest-accelerating among the selection of transmissions here, plus CVTs help maximize the power in economy cars. You can expect more performance out of a smaller engine and a CVT than a smaller engine and a 4-speed automatic. The reason being is that the engine can be in its optimal powerband at any point that the driver chooses to bury the throttle. So it depends on what you are looking for.
So what’s the best all-around automatic transmission? It has to be the torque converter automatic transmission. It’s durable, it holds power pretty well, and it can even shift quickly if it is engineered well and designed for performance. You will run into some cons with this type of transmission if you do get a smaller-displacement engine with less power. In that case, a CVT would be a better choice if you had a 1.5-liter engine without much torque or horsepower. In that case, a good small-displacement transmission would be the CVT. A lot of manufacturers like Toyota and Honda have outfitted some of their best-selling subcompact sedans and hatchbacks with CVTs. For example, the Honda City used to come with a torque converter, but a CVT is now standard throughout the range. The same goes for the Toyota Vios. From a 4-speed automatic, the sedan went with a CVT as standard in the later generations.
So that leaves the two other transmissions out of the top 2, DCTs and AMTs. In truth, these transmissions can get really good, however, they could be expensive to repair and are quite jerky in stop-and-go traffic. At least in the Philippines, a DCT isn’t the most optimal of choices, however, once you are out of traffic, driving a car with such a transmission can be very enjoyable. So it goes to preference and what compromises you are willing to make, however the most versatile among the transmissions listed are the Torque converters, whether affordable or expensive.