История акпп: история создания и развитие коробки передач

Принцип работы автоматических коробок

Принцип работы всех видов АКПП сводится к изменению передаточного числа для преобразования мощности двигателя. Производители автомобилей подбирают автоматические трансмиссии так, чтобы потенциал силового агрегата был полностью использован. Работа коробки автомат передаёт усилие от мотора к колёсам с минимальными потерями, за счёт отсутствия разрыва сцепления.

Классическая автоматическая коробка передач

Автоматическая коробка включается с запуском двигателя. Приводится в действие маслонасос для создания жидкостного давления в автомате. Насосное колесо гидротрансформатора раскручивается со скоростью коленвала. Турбинное и реакторное колёс в это время неподвижны.

Водитель нажимает педаль газа и переключает селектор автомата. Двигатель раскручивается, а вместе с ним насосное колесо. От лопастей под действием центробежных сил масло отбрасывается к турбине, заставляя ее вращаться. Жидкость отталкивается обратно к насосному колесу, усиливая его вращение.

В некоторых моделях коробки автомат на скорости 20 — 60 км/ч гидротрансформатор блокируется муфтой. Автомат и мотор жёстко сцепляются, и потерь мощности не происходит, но масло быстрее загрязняется от перегрева и износа фрикционной накладки. Крутящий момент от двигателя переходит по выходному валу в планетарную коробку.

Как работает АКПП далее:

В планетарном механизме вращаются шестерни и свободные фрикционные диски. Неподвижные диски сцеплены с корпусом автомата.
Электронный блок определяет скорость автомобиля и нагрузку двигателя по показаниям датчиков. Затем передаёт сигнал в гидроблок, что пора переключать передачу. Масляный насос подаёт рабочее давление в каналы гидроплиты.
Движение масла в АКПП происходит по следующей схеме. От маслонасоса жидкость проходит через фильтр к гидроблоку. Открывается соответствующий соленоид, пропуская масло к планетарному звену. Жидкость давит на поршни, которые сжимают фрикционные диски.
Блокируется элемент планетарного ряда, жёстко связанный с фрикционом, например корона. Теперь крутящий момент передаётся через солнце и водило, при этом меняется передаточное отношение, т.е. скорость вращения и передаваемое усилие выходного вала автомата.
Одновременно разблокируется элемент предыдущей передачи.

Роботизированная КПП

Принцип работы автоматической роботизированной коробки передач (DSG) схож с работой МКПП под управлением электроники. От других трансмиссий робот отличается одновременной работой двумя сцеплениями. Это позволяет переключать скорости быстро, плавно без потери мощности двигателя.

В начале движения в автомате DSG одновременно включаются первая и вторая скорости, но у второй сцепление разомкнуто. Таким образом коробка «готовится» ко включению повышенной передачи. В момент переключения сцепление первой ступени размыкается, а второй смыкается. Для понижения передачи переключения проходят в обратном порядке.

Как и в механической коробке, синхронизаторы переключают скорости, блокируя шестерни, но в автомате муфты действуют под управлением гидравлических цилиндров. Сцепления также работают от гидравлических приводов.

Вариатор

Принцип действия вариаторной АКПП сводится к изменению диаметров ведущего и ведомого валов и ременной передачи между ними. Конические формы на валу синхронно сходятся и расходятся, увеличивая или уменьшая площадь соприкосновения ремня.

Как работает автомат, когда нужно передать максимальное усилие:

По сигналу электронного блока гидравлический или сервопривод раздвигает конусы ведущего вала. Ремень «проваливается» в центр шкива и проходит по малому радиусу.
Конусы ведомого вала в этом случае сдвинуты. Ремень проходит по большему радиусу.
Ведущий вал делает несколько оборотов, чтобы ведомый прошёл 1 круг.

Чтобы создать наименьшее передаточное отношение коробки, нужно изменить радиусы огибания ремнём на противоположные.

Типы автоматических коробок передач

Существует три наиболее распространенных типа автоматических коробок передач, которые устанавливаются в автомобили — это так называемая «классическая» она же гидравлическая, роботизированная (робот, типтроник) и вариативная (вариатор, CVT).

«Классическая» АКПП

Это первый из появившихся типов коробок. Отличается полным отсутствием какой-либо связи между двигателем и колесами. Состоит из гидротрансформатора (ГТ), зубчатых и планетарных передач. Передаточное число меняется изменением давления масла и различного соединения передач между собой. Управляется автоматом.

Существует 5 основных режимов работы этого агрегата:

P — парковочная блокировка ведущих колес, блокировка находится в самой коробке и никоим образом не связана с отдельным стояночным тормозом.
R, в русскоязычном варианте Зх — положение для включения заднего хода. Зачастую существует запрет на включение это режима до полной остановки авто.
N, на русском Н — собственно «нейтралка», включают при кратковременной остановке или коротком расстоянии буксирования.
D, или Д — режим для движения машины вперед, при котором используются все ступени кроме повышенных.
L, или ПП, или Тх — режим пониженной передачи для движения при сложных дорожных условиях.

Справка! Это основные режимы работы, которые в обязательном порядке присутствуют во всех гидравлических АКПП. Кроме них, в зависимости от производителя, существуют дополнительные режимы, облегчающие вождение в разных условиях.

Роботизированная АКПП

Последняя по времени появления разновидность коробки-автомата. По своей сути представляет собой механическую коробку передач под управлением робота, который, в соответствии с заданными алгоритмами, отключает сцепление и переключает передачи. То есть водитель и автомобиль обеспечивают только входящие данные без воздействия на механизм переключения передач.

Роботы для таких коробок используются либо электрические, либо гидравлические. Гидравлические осуществляют работу с помощью гидроцилиндров управляемых электромагнитными клапанами. Они достаточно быстрые, но более энергозатратные. Это основной вид робота для машин спортивного типа.

Электрические роботы более медленные, но более экономичные. Используют в своей работе сервомоторы и различные механизмы. Чаще устанавливаются на бюджетные авто.

Сама же коробка механическая с фрикционным сцеплением. Существуют роботизированные КПП с одинарным и двойным сцеплением.

Справка! Легко отличить робота от «классики» можно по отсутствию у робота знака P, который означает парковочный режим.

Вариатор

Второе название, по которому можно определить тип коробки по документации на автомобиль — CVT (Continuously Variable Transmission). Работает по принципу плавной передачи крутящего момента от двигателя колесам. Как таковые передачи в ней отсутствуют, а передаточное соотношение меняется либо полностью автоматически, в соответствии с заданной программой, либо в ручном режиме.

Наиболее распространены коробки с клиноременным строением вариатора. Изменение передаточного числа в них передается между двумя, состоящими из двух конических частей каждый, шкивами с помощью специального ремня. Так же ремень называют цепью из-за того, что его основная составляющая это металлические полосы. Необходимое для движения цилиндров давление нагнетается масляным насосом, который прокачивает специальную ATF жидкость, которая также выступает в качестве смазки.

Второй тип вариатора — это тороидный. В этом случае усилие передается через тороидные ролики, зажатые между валами и расположенные на одной оси. Используется этот тип достаточно редко.

У этой АКПП есть возможность переключаться на ручной режим управления. В этом случае водитель самостоятельно переключает передачи и это отображается на приборной панели. Но не стоит рассчитывать, что можно будет держать количество оборотов в красной зоне — автоматика просто не дает этого делать, но и заглохнуть при их недостатке невозможно.

Дальнейшее развитие коробки автомат: эволюция гидромеханической АКПП

Перед тем, как переходить к АКПП, нужно упомянуть коробку передач Уильсона. Водитель выбирал передачу при помощи подрулевого переключателя, а включение производилось посредством нажатия на отдельную педаль.

Такая трансмиссия была прообразом преселективной коробки передач, так как водитель заранее выбирал передачу, при этом ее включение осуществлялось только после нажатия на педаль, которая стояла на месте педали сцепления МКПП.

Данное решение облегчало процесс управления ТС, переключения передач требовали минимум времени по сравнению с МКПП, которые в те годы не имели синхронизаторов. При этом значимая роль коробки Уильсона заключается в том, что это первая КПП с переключателем режимов, которая напоминает современные аналоги (режимы P-R-N-D).

Вернемся к АКПП. Итак, полностью автоматическую гидромеханическую коробку передач Hydra-Matic представила General Motors в 1940 году. Данную КПП ставили на модели Cadillac, Pontiac и т.д.

Такая трансмиссия представляла собой гидротрансформатор (гидромуфту) и планетарную коробку передач с автоматическим гидравлическим управлением. Управление было реализовано с учетом скорости движения автомобиля, а также положения дроссельной заслонки.

Коробка Hydra-Matic ставилась как на модели GM, так и на Bentley, Rolls-Royce, Lincoln и т.д. В начале 50-х специалисты Mercedes-Benz взяли данную коробку за основу и разработали собственный аналог, который работал по схожему принципу, однако имел целый ряд отличий в плане конструкции.

Ближе к середине 60-х автоматические гидромеханические коробки передач достигли пика своей популярности. Также появление синтетических смазок на рынке ГСМ позволило удешевить их производство и обслуживание, повысить надежность агрегата. Уже в те годы АКПП не сильно отличались от современных версий.

В 80-х стала прослеживаться тенденция к постоянному увеличению числа передач. В автоматических коробках сначала появилась четвертая передача, то есть повышенная. Одновременно стала использоваться и функция блокировки гидротрансформатора.

Также четырехступенчатые автоматы стали управляться при помощи ЭБУ, что дало возможность избавиться от многих механических элементов управления, заменив их соленоидами.

Например, первыми внедрение электронной системы управления автоматической коробкой передач реализовали специалисты Toyota в 1983 г. Далее Ford в 1987 году также перешел на использование электроники для управления повышающей передачей и блокировочной муфтой ГДТ.

Кстати, сегодня АКПП продолжает эволюционировать. С учетом жестких экологических стандартов и роста цен на топливо производители стремятся повысить КПД трансмиссии, добиться топливной экономичности.

Для этого увеличивается общее количество передач, скорость переключений стала очень высокой. Сегодня можно встретить АКПП, которые имеют 5, 6 и более «скоростей». Основная задача – успешно конкурировать с преселективными роботизированными коробками типа DSG.

Параллельно происходит и постоянное усовершенствование блоков управления АКПП, а также программного обеспечения. Изначально это были системы, которые только определяли момент переключения передачи и отвечали за качество включений.

В дальнейшем в блоки стали «зашивать» программы, которые способны подстраиваться под манеру езды, динамично меняя алгоритмы переключения передач (например, адаптивные АКПП с режимами эконом, спорт).

Позже появилась и возможность ручного управления АКПП (например, Tiptronic), когда водитель может самостоятельно определять моменты переключения передач подобно механической коробке. Дополнительно коробка автомат получила расширенные возможности в плане самодиагностики, контроля температуры трансмиссионной жидкости и т.д.

Автомат против механики

Автоматические коробки передач удобнее, особенно при езде по городским пробкам. С этим трудно поспорить. Однако по сравнению с «механикой» они не лишены ряда недостатков. Например, таких, как повышенный расход топлива и ощутимый проигрыш в динамике. По крайней мере это следует из официальных технических характеристик. А как на самом деле? Действительно ли разница между автомобилями с механической и автоматической трансмиссией в реальной жизни столь же велика, как на бумаге? Мы проверили это.

ДЛЯ СРАВНЕНИЯ взяли два новеньких автомобиля «Ford Focus» с одинаковыми 145-сильными двухлитровыми моторами «Duratec». Но автомобиль N° 1 был оборудован четырехступенчатой автоматической коробкой передач, а автомобиль № 2 — пятиступенчатой «механикой».

Согласно кратким техническим характеристикам, заявленным производителем, до 100 км/ч автомобиль с механической КПП должен разгоняться ровно на 1,5 с быстрее. Но это — теоретически, при условии, что за рулем машины сидит идеально подготовленный испытатель, который каждый раз будет «выкручивать» двигатель строго до оптимальных оборотов (когда достигается максимальная отдача) и молниеносно переключать передачи. Справится ли с такой задачей в реальной жизни обычный водитель, не обладающий навыками спортивного управления автомобилем?

Динамику разгона мы замеряли на прямой пустынной дороге с помощью спутникового GPS-навигатора- Результаты первого заезда синего «Фокуса» несколько озадачили — 11,75 с. Почти 12 — очень много! А где же обещанные производителем девять с чем-то? Еще заезд, потом еще один: 11.5 с. 11.34 с.

Лучший результат, которого удалось добиться после целой серии испытаний — 11.06 с. Столько потребовалось, можно сказать, среднестатистическому водителю, чтобы разогнаться до 100 км/ч. Разница с заявленным идеальным показателем составила без малого две секунды. А какое время покажет машина с «автоматом»?

На автомобиле с АКПП при разгоне от водителя не требуется абсолютно никаких навыков. По сигналу — газ в пол, и ждем, пока не пропищит GPS-навигатор. Заветные 100 км/ч успешно достигнуты за 11,37 с. Причем раз за разом этот результат повторяется с минимальными отклонениями. Что ж. так и запишем: в реальных условиях автомобиль с «автоматом» проигрывает при разгоне до «сотни» всего лишь треть секунды. Но в общем и целом наш опыт подтверждает теорию, согласно которой машина с АКПП разгоняется чуть медленнее.

Для того чтобы выяснить устраиваем парный заезд, машины стартуют одновременно параллельными курса. И что же? В первый момент автомобиль с «автоматом» даже оказывается чуть впереди. Примерно первую треть дистанции (до скорости 50 км/ч) разгоняется немного быстрее. Это объясняется тем, что у четырехступенчатой АКПП первая передача «длиннее», чем у пятиступенчатой «механики», и пока водитель синего автомобиля теряет время, переключаясь на вторую скорость, машина продолжает ускоряться па первой.

Потом расклад сил меняется, и автомобиль с механической КПП вырывается вперед. Он первым достигает 100 км/ч, но в этот момент опережает машину с АКПП всего на полтора корпуса. Таким образом, проигрыш в динамике минимальный. Скажем так, если при старте со светофора вы отстанете от лидера на полтора корпуса, то между вами все равно никто не сможет вклиниться. Даже не попытается — интервал слишком мал. А еще надо учитывать, что при движении по городу, когда чаще всего приходится разгоняться от силы до 70-80 км/ч (а не до 100, как в нашем эксперименте), преимущество «механики» может и вовсе не проявиться.

А КАК ЖЕ с экономичностью? Это мы проверили тоже. Для чего заправили оба автомобиля под завязку и отправились в 100-километровое путешествие по Москве с выездом за МКАД и возвращением обратно в город. Так мы смоделировали своеобразный смешанный (частично городской и частично загородный) цикл. Разумеется, мы не пытались в точности повторить лабораторную методику измерений, которую используют автопроизводители три составлении технических характеристик, нас интересовал расход топлива в реальных условиях.

Машины двигались одна за другой в одинаковом режиме. Измерения мы провели дважды, проехав утром и вечером по одному и тому же маршруту. Усредненные данные говорят о том, что синему автомобилю с»механикой» потребовалось 9.6 л топлива на 100 км, а с «автоматом» — 12.2. Кстати, полученные цифры заметно отличаются от эталонных. Надеюсь, не надо объяснять — почему? Тем не менее в целом теория снова подтверждается: за удобство езды с «автоматом» приходится платить. В среднем — по 2,5 л бензина на каждые 100 км пробега.

Предыстория

Недаром говорят, что лень – двигатель прогресса, вот и желание комфорта и более простой, удобной жизни породило множество интересных вещей и изобретений. В автомобилестроении, таким изобретением можно считать автоматическую коробку переключения передач.

Хотя конструкция АКПП является достаточно сложной и стала популярна лишь в конце 20 века, впервые ее установили в шведский автобус фирмы «Лисхольм-Смит» 1928 года. В серийное же производство, АКПП пришла лишь через 20 лет, а именно, в 1947 году в автомобиле Buick Roadmaster. Основой данной трансмиссии послужило изобретение немецкого профессора Феттингера, запатентовавшего в 1903 году первый гидротрансформатор.

На фотографиях тот самый Buick Roadmaster – первый серийный автомобиль, имеющий АКПП.

В автоматической трансмиссии роль сцепления выполняет гидротрансформатор, который передает крутящий момент к коробке передач от двигателя. Сам гидротрансформатор состоит из центростремительной турбины и центробежного насоса, между которыми расположен направляющий аппарат (реактор). Все они располагаются на одной оси и в одном корпусе, вместе с гидравлической рабочей жидкостью.

Как пользоваться автоматической коробкой передач

Слесари СТО утверждают, что чаще всего поломки АКПП появляются после небрежного использования и несвоевременной замены масла.

Режимы работы

На рычаге расположена кнопка, которую водитель должен нажать, чтобы выбрать нужный режим. На селекторе предусмотрено несколько возможных положений:

паркинг (P) — ведущая ось блокируется вместе с валом коробки, режим принято использовать в условиях продолжительной стоянки либо прогрева;
нейтраль (N) — вал не фиксируется, машину можно аккуратно буксировать;
драйв (D) — движение автотранспорта, передачи подбираются автоматически;
L (D2) — машина передвигается в сложных условиях (бездорожье, крутые спуски, подъемы), максимальная скорость 40 км/ч;
D3 — снижение передачи при небольшом спуске или подъеме;
реверс (R) — задний ход;
овердрайв (O/D) — если кнопка активна, то при наборе большой скорости включается четвертая передача;
PWR — режим «спорт», обеспечивает улучшение динамических показателей за счет повышения передач на высоких оборотах;
normal — плавная и экономичная езда;
manu — передачи включаются непосредственно водителем.

Переключение режимов работы АКПП.

Как заводить машину на автомате

Стабильная работа АКПП зависит от правильного запуска. Чтобы оградить коробку от неграмотного воздействия и последующего ремонта, разработано несколько степеней защиты.

При запуске двигателя рычаг селектора должен располагаться на значении «P» либо «N». Эти положения позволяют защитной системе пропустить сигнал о старте двигателя. Если рычаг будет находиться в другом положении, то водитель не сможет включить зажигание либо же после оборота ключа ничего не произойдет.

Чтобы правильно начать движение, лучше использовать парковочный режим, поскольку при значении «P» у машины блокируются ведущие колеса, что не позволяет ей скатиться. Применение нейтрального режима позволяет осуществить экстренную буксировку транспорта.

Большинство автомобилей с АКПП запускаются не только при правильном положении рычага, но и после выжимания тормозной педали. Эти действия препятствуют случайному откату автомобиля, если рычаг установлен на значении «N».

Как ездить на автоматической КПП и чего нельзя делать

Чтобы добиться длительной службы КПП, надо верно ставить режим в зависимости от текущих условий перемещения. Чтобы правильно эксплуатировать автомат, необходимо соблюдать следующие правила:

дождаться толчка, который оповещает о полном включении передачи, только потом надо начать движение;
при буксовании необходимо переходить на пониженную передачу, а при работе тормозной педалью — следить за тем, чтобы колеса вращались медленно;
использование разных режимов позволяет осуществлять торможение двигателем и ограничивать разгон;
во время буксирования автотранспорта с включенным мотором должен соблюдаться скоростной режим до 50 км/ч, причем максимальное расстояние должно быть менее 50 км;
нельзя буксировать другой автомобиль, если он тяжелее машины с АКПП, при буксировке надо ставить рычаг на «D2» или «L» и ехать не более 40 км/ч.

Чтобы не попасть на дорогостоящий ремонт, водители не должны:

передвигаться в парковочном режиме;
спускаться на нейтральной передаче;
пытаться завести мотор с толчка;
ставить рычаг на «P» или «N», если нужно ненадолго остановиться;
включать задний ход с положения «D» и до полного прекращения движения;
на склоне переключаться в режим парковки до постановки автомашины на ручник.

Как эксплуатировать АКПП зимой

В холодных погодных условиях часто возникают проблемы с машинами. Для сохранения ресурса агрегата в зимние месяцы водителям следует придерживаться таких рекомендаций:

После включения двигателя в течение нескольких минут прогревать коробку, а перед движением — нажать и держать педаль тормоза и попереключать все режимы. Эти действия позволяют трансмиссионному маслу быстрее прогреться.
На протяжении первых 5-10 км не нужно резко разгоняться и буксовать.
Если надо выехать со снежной или ледяной поверхности, то следует включать пониженную передачу. Поочередно надо работать обеими педалями и аккуратно выезжать.
Раскачку делать нельзя, поскольку она пагубно сказывается на гидравлическом трансформаторе.
Сухое дорожное покрытие позволяет переходить на пониженные передачи и включать полуавтоматический режим, чтобы прекращать движение торможением двигателя. Если спуск скользкий, то надо пользоваться педалью тормоза.
На ледяном подъеме запрещается резко нажимать педаль и допускать пробуксовку колес.
Чтобы аккуратно выйти из заноса и стабилизировать машину, рекомендуется кратковременно включать нейтральный режим.

Кто придумал коробку-автомат для автомобилей?

Автоматическая коробка передач

«Механика» — это, конечно, хорошо и многим очень удобно. Однако большинство из нас, женщин, предпочитают коробку-автомат. Это несколько упрощает жизнь, когда рядом сидит карапуз, в голове список покупок, а на дороге черти что. Кто же сделал нашу жизнь хоть немного, но легче?

Идея создания трансмиссии с автоматической коробкой передач, возникла еще в начале прошлого столетия. Впервые ее установили в шведский автобус фирмы «Лисхольм-Смит» 1928 года. В серийное производство коробка-автомат пришла лишь через 20 лет, а именно, в 1947 году в автомобиле Buick Roadmaster. Изобрел ее немецкий профессор Феттингер.

Первопроходцами также стали Mercedes. Они выпустили в 1914 году небольшую партию автомобилей с коробкой передач, которую можно отдаленно назвать автоматической.

В 30-х годах такие фирмы, как Chrysler, Ford и GMC, вплотную подошли к освоению серийного производства автомобилей с автоматической трансмиссией, и первой из них была GMC, которая в 1940 году стала внедрять автоматическую коробку передач.

Дальнейшее развитие автоматических коробок передач, вплоть до начала 80-х годов ХХ века, шло по принципу освоения технологий и улучшения качества АКПП. Каких— либо принципиально новых решений здесь не использовалось.

В то же время гидравлическая система управления АКПП постоянно улучшалась. Ее стремились довести до полного совершенства. Лидерами как всегда были Mercedes.

Начиная с 80-х годов прошлого столетия производители автомобилей стали использовать электронную систему управления автоматической коробкой передач. Впервые это сделала в 1983 году фирма Toyota. Затем Ford и Chrysler, которые представили ультрасовременные удобные модели.

Вариатор

Вариатор — разновидность бесступенчатой трансмиссии. Также может встречаться обозначение CVT. Это аббревиатура от Countinuously Variable Transmission. Селектор коробки-вариатор очень похож на селектор обычной автоматической коробки, и поэтому сразу понять, какая коробка на автомобиле установлена, бывает непросто.

Описать схему работы вариатора простыми словами можно так: это два колеса, между которыми натянут ремень или цепь. Колёса эти раздвигаются и сдвигаются — за счёт этого и изменяется передаточное число.

Главная отличительная особенность вариатора — это отсутствие передач. Ступенчатого переключения передач не происходит — передача изменяется непрерывно. Благодаря этому вариатор обеспечивает автомобилю безупречную плавность хода. Плючс вариатор постоянно автомобиль лучше разгоняется, потому что вариатор постоянно поддерживает пик крутящего момента. Ну а в целом, вариатор обладает следующими преимуществами:

— Маленький расход топлива

— Быстрый и плавный разгон

— Комфорт при движении

— Малый вес

Но вариатор также обладает и недостатками, а именно:

— Повышенный шум при работе

— Малый срок службы (до 200 тыс. км.)

— Высокая стоимость обслуживания и ремонта (плюс некоторые автопроизводители сами заявляют, что их вариаторы неремонтопригодны и даже не выпускают к ним запчасти — только замена)

— Ограничение по мощности двигателя (вариатор не выдержит большого крутящего момента)

— Высокая цена

— Плохо переносит резкое трогание и агрессивную езду