Роботизированная коробка переключения передач

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

Роботизированная коробка переключения передач (в просторечии робот[1]) —коробка переключения передач со сцеплением, управляемая по командам компьютера гидравлическими или электрическими приводами.

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].

Прообраз робота, полуавтоматическая коробка, появился в 1980-е годы в автоспорте. Это робот, не умеющий либо автоматически переключаться, либо трогаться с места (тогда сцепление дополнительно управляется рычагом или педалью). Правилами автогонок запрещено то и другое — так, в «Формуле-1» переключаться можно только по команде гонщика, а сцепление управляется автоматически для переключения передач, защиты от ошибок водителя, поиска точки схватывания сцепления при нажатом тормозе, а также при подключенном гаражном оборудовании[5].

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 роботаruen 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[6] (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[7].

Селектор РКПП имеет режимы:

  • Reverse — задний ход.
  • Neutral — нейтральная передача (например, для буксировки).
  • Drive или Auto — движение вперёд.
  • ± или Manual — 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[8].

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[9]. Оказалось, впрочем, что конструкции с одним сцеплением, сделанные из современных материалов, тоже достаточно быстро переключают. Современная коробка гоночных болидов высоких серий, в том числе «Формулы-1» — полуавтомат с одним сцеплением (для простоты последовательный кулачковый, что вполне приемлемо в гонках).

Около 2000 года в «Формуле-1» распространился лаунч-контроль, автоматическое управление сцеплением для максимального разгона. Впоследствии эту практику запретили.

В 2003 году Volkswagen AG выпустил первый двухдисковый «робот» для дорожных машин. И сегодня Volkswagen DSG — самый известный и распространённый из роботов с двумя сцеплениями, а мехатроник — прозвище исполнительного механизма любого робота (так он называется у Volkswagen). Если робот с двумя масляными сцеплениями Volkswagen DSG6 DQ250 мало отличался по статистике отказов от других коробок, то «младший брат» Volkswagen DSG7 DQ200 с двумя сухими сцеплениями оказался довольно неудачным[10]. Производитель сказал: это очень перспективная коробка и он не будет от неё отказываться, взамен он даёт гарантию на 5 лет или 150 тыс. км пробега. С 2014 года коробку признали достаточно надёжной и отказались от такой гарантии.

Одновременно с двухдисковыми появлялись и однодисковые роботы — ничего общего с гоночными конструкциями они не имели, это была проверенная механика, 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[11]), 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, и гидроплита (пути для масла и посадочные места для клапанов, сделанные в большой металлической плите). Интересно поступили в двухдисковой коробке DSG7 DQ200, устанавливаемой в маломощных авто Volkswagen: она электрогидравлическая, с маломощным электрическим насосом, не способным поддерживать давление, если начнётся расход жидкости. Давление поддерживает гидроаккумулятор — сосуд с газом под давлением 24 атм[12]. Если в автомате селектор — несколько клапанов на общем штоке, то селектор робота — чисто электрический выключатель, обработкой режимов занимается процессор.

Важное ноу-хау автопроизводителей — алгоритмы переключения: робот должен приспосабливаться к естественному износу диска сцепления[13], 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. 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»[14]. 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[15]. Грузовая коробка Volvo I-Shift несинхронизированная, синхронность вращения валов достигается программно.

Практически все автомобили с роботами снабжаются автоматическими противооткатными системами (hill assist)[16][6]. Несрабатывание этой функции может вызвать неудобство, а то и аварию[4].

Для переключения робот берёт информацию из самых разных систем автомобиля, и при отказе этих датчиков возможны ошибки. Очень многие роботы перестают нормально работать при отказе стоп-сигнала[13].

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 настанет пора переключиться, он снова разомкнёт одно сцепление и сомкнёт 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], не разрывая тягу, но только на ту передачу, которая подготовлена заранее[6]. Ошибки в предсказании (например, резкое ускорение из экономичного режима, а значит, срочный спуск на две-три передачи) приводят к задержке[6].

Главные достоинства двухдисковых роботов — плавное переключение и экономия топлива. Недостатки — та самая задержка при разгоне[6], цена на уровне автомата, не лучшее поведение на низких скоростях и плохо отработанный (на 2018) ремонт[17] — так, Volkswagen AG при большинстве проблем просто меняет блок сцеплений или мехатроник[10].

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[18].

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[19]. 425-сильный BMW M3 с ручной коробкой разгоняется до 100 км/ч за 4,1 с, с «роботом» — за 3,9[20].

Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corporation первой оснастила грузовик двухдисковым роботом в 2011 году[21]. Впоследствии идею подхватили другие производители (John Deere — 2012, Volvo — 2014), но на 2019 такие грузовики остаются экзотикой: сложные конструкции не прибавляют грузовику рентабельности[16].

Робот неприменим во внедорожниках, строительной технике: на минимальной скорости с большой тягой гидротрансформатор работает лучше[22][4][16].

Автомат без гидротрансформатора встречается крайне редко, в основном в дорогих представительских машинах (Aurus Senat, спортивные комплектации Mercedes-Benz S-класса[23]). 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[24]), и даже полуавтоматическое переключение удобнее, чем полностью ручное. К тому же многие такие роботы частично унифицированы с ручными коробками. 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[25][26]. Считается[16], что из всей грузовой техники лучше всех выигрывает от робота магистральный тягач — а не мусоровоз или развозной грузовик.

Однодисковые полуавтоматы часто применяются в автогонках. Иногда наработки гоночных инженеров проникают в спорткары, превращаясь в полноценные роботы (Lamborghini Aventador).

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 3 4 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. Технический регламент Формулы-1 2019 — с.55, п.9.2.5 (случаи, когда сцепление может управляться автоматически), с.57. п.9.8.3 (алгоритмы переключения)
  6. 1 2 3 4 5 Архивированная копия. Дата обращения 27 марта 2009. Архивировано 27 марта 2009 года.
  7. Инструкция по Lada Vesta: последняя (на момент написания) версия, с.20; первая версия, с.78, ключевые слова «Creeping mode».
  8. https://www.hellenicmotormuseum.gr/en/car/auto-union-dkw-f12-roadster-saxomat/
  9. Powertrain — transmissions: Shift in power to the gearbox (англ.) // AMS : magazine. — UnofficialBMW.com. Архивировано 17 июля 2011 года.
  10. 1 2 http://uzr.com.ua/avtoservis/pochemu-umirayut-korobki-dsg/
  11. ERK Automobielen — голландская мастерская по восстановлению классических авто
  12. https://www.drive2.ru/l/538064158067787579/
  13. 1 2 https://znanieavto.ru/kpp/easytronic-ot-opel-chto-eto.html
  14. Инструкция по Lada Vesta, с. 22–23
  15. https://web.archive.org/web/20110416021055/http://www.autotechblog.org/lamborghini-aventadors-7-speedl-transmission-oerlikon-graziano
  16. 1 2 3 4 https://os1.ru/article/7296-preimushchestva-i-nedostatki-avtomaticheskih-i-robotizirovannyh-kp-avtomat-ili-robot-ch-1
  17. https://avtopulsar.ru/korobka-dsg-plyusy-i-minusy-silnye-i-slabye-storony-dsg/ — «Починить неисправную DSG будет стоить недешево, более того далеко не все СТО берутся за такую работу»
  18. https://web.archive.org/web/20101216093140/http://www.volkswagenag.com/vwag/vwcorp/info_center/en/themes/2008/01/the_7speed_dsg.html
  19. Технические характеристики Bugatti Veyron Super Sport
  20. https://www.bmwusa.com/vehicles/m-models/m3/m3-sedan/specifications.html
  21. https://web.archive.org/web/20111004064335/http://media.daimler.com/dcmedia/0-921-854990-1-1316186-1-0-0-0-0-1-11701-614240-0-1-0-0-0-0-0.html
  22. https://www.autocentre.ua/opyt/tehnologii/robot-protiv-avtomata-plyusy-i-minusy-korobok-peredach-593107.html
  23. Рекламное видео коробки AMG SpeedShift
  24. Схема переключения на грузовиках КамАЗ с 5-ю передачами и 2-мя рядами
  25. Рекламное видео Volvo I-Shift
  26. http://autoconsulting.ua/article.php?sid=39893