Роботизированная коробка переключения передач

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Роботизированная коробка переключения передач (в просторечии робот[1]) — механическая коробка переключения передач со сцеплением, управляемая по командам компьютера гидравлическими или электрическими приводами. Появилась в 1980-е годы в автоспорте.

Существует два основных типа роботизированных коробок[1]:

  • Однодисковые (с одним сцеплением). Обычно представляют собой «механику», к которой присоединены исполнительные механизмы.
  • Двухдисковые (также преселективные) — две параллельных механических коробки с двумя сцеплениями.

Как экзотика, запатентована коробка с тремя сцеплениями[2]. Редко встречается «автомат без гидротрансформатора»[3] — помесь «автомата» и «робота», гидравлическая планетарная коробка со сцеплением. Один из фрикционов («сцепление») используется для трогания, его делают прочнее, прописывают особые алгоритмы управления. Дальнейшее переключение — как на АКПП. Встречаются и вариаторы без гидротрансформатора[4].

Общего для всех производителей торгового названия, вроде MT для ручной, AT для автоматической и CVT для вариатора, у робота нет. Часто употребляется AMT (automated manual transmission). Для двухдискового робота употребляются DCL (dual clutch), DCT (dual clutch transmission). В просторечии робота часто именуют DSG (Direktschaltgetriebe / direct shift gearbox), в честь двухдискового робота Volkswagen AG.

Органы управления[править | править код]

Как и на других видах автоматических трансмиссий, у водителя всего две педали, тормоз и газ. Поведение РКПП на минимальной скорости отличается от АКПП, и РКПП может как эмулировать гидроавтомат (на малых скоростях гидротрансформатор превращается в понижающую передачу и перебарывает тормозное усилие, отсюда — управление педалью тормоза), так и работать совершенно по-другому (например, ехать от лёгкого нажатия газа)[1]. Известен случай: первые версии однодискового робота ВАЗ ехали от лёгкого нажатия газа, но в дальнейших модификациях добавили в прошивку частичную эмуляцию гидро-АКПП[5].

Селектор РКПП имеет режимы:

  • Reverse — задний ход.
  • Neutral — нейтральная передача (например, для буксировки).
  • Drive или Auto — движение вперёд.
  • ±, Manual или Sport — режим «типтроник» с полуавтоматическим переключением.

Режим стоянки Parking есть в коробке DSG производства Volkswagen и отсутствует в РКПП производства ВАЗ. Водитель ВАЗа оставляет машину в режиме N (на нейтральной передаче) или D/R (на первой/задней). Как и с АКПП, режим P дополняет, а не заменяет стояночный тормоз и не удержит автомобиль на склоне.

История[править | править код]

Механическая коробка передач требует тонкой работы педалью сцепления, и для решения этого вопроса конструкторская мысль пошла разными путями. Один из них — сделать совершенно другой механизм, в котором скорость переключается защемлением той или иной части многоступенчатой передачи, а толчки, возникающие при этом, гасятся жидкой средой — так работает традиционная гидромеханическая АКПП. Второй более прямолинейный — заставить автоматику выжимать сцепление. Первый действующий вариант такой коробки — Saxomat — выпущен в 1957 году. Эта коробка только выжимала сцепление, передачи приходилось переключать вручную[6].

Ещё до войны знаменитый Адольф Кегресс описал принципиальную схему коробки с двумя сцеплениями. Неизвестно, воплотил ли кто-то её в металле. В 1980-е годы идею подхватили гоночные инженеры Porsche, сделав первый действующий вариант РКПП с двумя сцеплениями на аналоговой элементной базе[2]. Коробка вышла тяжёлой и ненадёжной, для старта требовалось ножное сцепление, однако начало было положено, Porsche 956 выступал и показывал неплохие результаты, и система продолжала совершенствоваться в гоночных автомобилях[7]. И в 2003 году Volkswagen AG выпустил первый двухдисковый «робот» для дорожных машин.

Одновременно появлялись и однодисковые роботы — они представляют собой проверенную механику, к которой приделали исполнительные механизмы. Маркетинговый и инженерный эксперимент не удался: первые «роботы» переключались как выпускники автошкол, с рывками и толчками[1]. К концу 2010-х жёсткие экологические нормы[2] вынудили европейских производителей массово принять РКПП.

Планетарный полуавтомат без гидротрансформатора появился ещё в 1930-е годы (коробка передач Cotal[8]), переключался он электромагнитами и был экзотикой. Из-за алгоритмических успехов РКПП и не лучшей надёжности[2] электрических приводов к этой схеме вернулись около 2008 года. Современный автомат без гидротрансформатора приводится в действие проверенными гидроцилиндрами, трогание с места как на «роботе», остальная работа — как на «автомате».

Устройство[править | править код]

Однодисковая РКПП представляет собой механическую коробку передач со сцеплением, к которой подсоединены два привода: один отвечает за сцепление, второй за вилки переключения. Приводы могут быть как электрическими, так и гидравлическими.

Если коробка гидравлическая (обычно применяется в дорогих автомобилях), есть также насос, поддерживающий давление в гидросистеме.

Важное ноу-хау автопроизводителей — алгоритмы переключения: робот должен приспосабливаться к естественному износу диска сцепления[9], не мешать водителю неудачными переключениями, исполнять различные приёмы езды на ручном автомобиле. Например, бортовой компьютер может принимать информацию с датчиков АБС и не переключаться, если автомобиль поворачивает[10]. В Lada Vesta реализованы такие народные приёмы вождения, как стоянка на передаче, зимнее трогание со 2-й передачи, запуск двигателя «с толкача», вытаскивание из грязи «враскачку»[11]. В Lamborghini Aventador стоит робот с одним сцеплением, но вилками управляют четыре независимых гидропривода, а соседние передачи (кроме последней пары, 6-7) стоят на разных вилках, что и даёт спорткару время переключения в солидные 50 мс[12]. Грузовая коробка Volvo I-Shift несинхронизированная, синхронность вращения валов достигается программно.

Практически все автомобили с роботами снабжаются автоматическими противооткатными системами (hill assist)[13]. Несрабатывание этой функции может вызвать неудобство, а то и аварию[4].

Двухдисковая (преселективная) РКПП[править | править код]

Примерное устройство двухдисковой РКПП для переднеприводных автомобилей. Чёрная паразитная шестерня — корзина дифференциала. Не показаны задняя передача, вилки и муфты переключения.
Разрезанная коробка Volkswagen DSG6 с двумя масляными многодисковыми сцеплениями. Видны концентрические диски сцеплений.

Двухдисковая РКПП представляет собой две параллельные МКПП с двумя сцеплениями, одна для чётных передач, другая — для нечётных. Когда автомобиль едет на 1-й передаче, на нечётной коробке включены 1-я передача и сцепление, на чётной — только 2-я передача.

Когда возникает потребность переключиться на 2-ю передачу, одно сцепление выключается, другое — включается. Когда компьютер видит, что водитель продолжает разгоняться, он подготавливает на нечётной коробке 3-ю передачу, и когда нужно будет переключиться, нужно будет опять разомкнуть одно сцепление и сомкнуть другое.

Потому коробка называется преселективной («с предварительным выбором») — пока автомобиль едет на 2-й передаче, коробка заранее готовит 3-ю, чтобы потом быстро переключиться на неё. Двухдисковые РКПП переключаются за 0,2 с и даже быстрее[2], но только на ту передачу, которая подготовлена заранее[источник не указан 41 день].

Примечание. Преселективными также назывались механические коробки, в которых указание следующей передачи происходит до включения: при сдвиге селектора взводятся пружины или переключаются пневмоклапаны, при нажатии педали сцепления они срабатывают и автоматически устанавливают передачу. Это никак не связано с РКПП.

Применение[править | править код]

На 2019 год двухдисковая РКПП применяется в самых разных классах автомобилей. На автомобилях недорогого и среднего класса она хвастается сравнимой с «автоматом» ценой и расходом как на МКПП. Так, заявленный расход 122-сильного турбированного Volkswagen Golf — 5,9 л/100 км на «роботе» и 6,3 на ручной[14].

На спортивных автомобилях двухдисковые «роботы» любят за быстрое переключение, а значит, динамичный разгон. Так, 1200-сильный Bugatti Veyron оснащён 7-скоростным «роботом» и разгоняется до 100 км/ч за 2,5 с[15]. 425-сильный BMW M3 с ручной коробкой разгоняется до 100 км/ч за 4,1 с, с «роботом» — за 3,9[16].

В 2014 году Volvo создала двухдисковую версию грузового робота I-Shift. В Европе много гористых стран, где особенно важно быстрое переключение, и новую коробку представили в Андалузских горах — месте со сложными подъёмами и хорошими дорогами[17][18].

Робот неприменим во внедорожниках: на минимальной скорости с большой тягой гидротрансформатор работает лучше[19][4].

Автомат без гидротрансформатора встречается крайне редко, в основном в дорогих представительских машинах (Aurus Senat, спортивные комплектации Mercedes-Benz S-класса[20]). Хотя были предложения оснастить таким автоматом и ВАЗы[3]. Вариатор без гидротрансформатора встречается, например, в кроссовере Subaru Forester.

Однодисковая РКПП в легковых автомобилях на 2019 год из-за дешевизны и принципиальных недостатков (требует времени на переключение, и эти переключения происходят в неконтролируемые моменты) применяется только в недорогих автомобилях (например, Lada Vesta). В модельных рядах крупных марок (Volkswagen, Hyundai, KIA, Ford) на 2019 год нет однодисковых роботов — хотя ранее встречались (например, Citroën C3).

В грузовом транспорте однодисковые роботы продолжают применяться (Volvo I-Shift, Renault Optidriver). У грузовика бывает более десятка передач со сложными схемами переключения (один рычаг выбирает ряд передач, второй — собственно передачу, зачастую один из рычагов является преселектором — переводит передачу, когда водитель выжмет сцепление[21]), и даже полуавтоматическое переключение удобнее, чем полностью ручное. К тому же сложные конструкции не прибавляют грузовику рентабельности. Известный недостаток РКПП, унаследованный от ручных коробок — на минимальных скоростях приходится ездить с проскальзыванием сцепления, и водитель лучше робота видит дорожные условия — решается введением понижающих передач, дающих устойчивое движение на скоростях меньше 1 км/ч[22][23].

Изредка встречаются и спортивные однодисковые роботы (Lamborghini Aventador).

Сравнение[править | править код]

  • MT — ручная коробка, однодисковый робот.
  • DCT — двухдисковый робот.
  • AT — автомат с гидротрансформатором.
  • CVT — цепной вариатор с гидротрансформатором.

Примечание: эксплуатационные особенности наподобие стиля езды, надёжности и доступности автосервиса намеренно опущены, так как трудно поддаются обобщению.

Параметр MT DCT AT CVT Комментарий
Переключение без потери тяги[24] + + + Важно в сложных условиях (скользкая дорога, вязкий грунт, крутые подъёмы, форсирование препятствий с разгона). Но и в простой «гражданской» езде перерывы однодискового робота на переключение могут доставлять неудобства[1].

Примечание: в грузовой и строительной технике и автомат, и робот может разрывать тягу, например, при переключении между рядами передач.

Устойчивая езда на минимальной скорости + + Любая трансмиссия со сцеплением может ездить на минимальной скорости только с пробуксовкой сцепления. Обычно это решается введением понижающих передач, и знаменитый робот DSG7 устойчиво ездит на скорости 6…7 км/ч, а некоторые грузовики — медленнее 1 км/ч.

Любая трансмиссия с гидротрансформатором может ездить сколь угодно медленно, вплоть до удержания на подъёме мощностью двигателя[13].

Близкий к ручной коробке расход топлива + + + На массовых авто заявленный расход роботов и вариаторов близок к ручной коробке, а иногда и меньше. У автоматов — на 0,5…1,5 л/100 км больше.
Поддержка очень мощных моторов[1] + + + На 2010-е вариаторы ограничиваются объёмом двигателя около 3 л. Остальные коробки применяются и в скоростных авто, строительной технике[13].

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 3 4 5 6 https://www.popmech.ru/vehicles/7180-skhvatka-avtomatov-sravnenie-korobok/
  2. 1 2 3 4 5 Дмитрий Лазо. Чёт-нечет: трансмиссии с двумя сцеплениями // АКППро : журнал. — 2018. — Июнь (№ 9). — С. 28–31.
  3. 1 2 https://akppro.com/ru/archive/article/nezamentiy-proriv
  4. 1 2 3 https://www.zr.ru/content/articles/907460-peresazhivaemsya-s-mekhaniki-na-a/
  5. Инструкция по Lada Vesta: последняя (на момент написания) версия, с.20; первая версия, с.78, ключевые слова «Creeping mode».
  6. https://www.hellenicmotormuseum.gr/en/car/auto-union-dkw-f12-roadster-saxomat/
  7. “Powertrain — transmissions: Shift in power to the gearbox” (PDF). AMS. UnofficialBMW.com. September–October 2003. Архивировано (PDF) из оригинала 17 July 2011. Дата обращения 31 October 2009.
  8. ERK Automobielen — голландская мастерская по восстановлению классических авто
  9. https://znanieavto.ru/kpp/easytronic-ot-opel-chto-eto.html
  10. Инструкция по роботу Honda i-Shift
  11. Инструкция по Lada Vesta, с. 22–23
  12. https://web.archive.org/web/20110416021055/http://www.autotechblog.org/lamborghini-aventadors-7-speedl-transmission-oerlikon-graziano
  13. 1 2 3 https://os1.ru/article/7296-preimushchestva-i-nedostatki-avtomaticheskih-i-robotizirovannyh-kp-avtomat-ili-robot-ch-1
  14. https://web.archive.org/web/20101216093140/http://www.volkswagenag.com/vwag/vwcorp/info_center/en/themes/2008/01/the_7speed_dsg.html
  15. Технические характеристики Bugatti Veyron Super Sport
  16. https://www.bmwusa.com/vehicles/m-models/m3/m3-sedan/specifications.html
  17. http://www.gruzovikpress.ru/article/1004-i-shift-dual-clutch-novaya-korobka-peredach-ot-volvo-dvoynoy-vyjim-i-bez-peregazovki/
  18. http://dalnoboi.org/blog/2014/10/23/test-drajv-volvo-fh-s-korobkoj-i-shift-dual-clutch/
  19. https://www.autocentre.ua/opyt/tehnologii/robot-protiv-avtomata-plyusy-i-minusy-korobok-peredach-593107.html
  20. Рекламное видео коробки AMG SpeedShift
  21. Схема переключения на грузовиках КамАЗ с 5-ю передачами и 2-мя рядами
  22. Рекламное видео Volvo I-Shift
  23. http://autoconsulting.ua/article.php?sid=39893
  24. http://autoportal.ua/articles/kaketorabotaet/26209.html