Какой «автомат» лучше?

Так уж сложилось, что большинство водителей-украинцев по-прежнему отдают предпочтение механической коробке передач, считая, что автоматическая еще далека от идеала, имеет ряд недостатков, да и просто не соответствует имиджу мужчины. Переубедить желающих делать все своими руками крайне сложно, и статья InfoCar.ua о том, какая коробка передач лучше - «механика» или «автомат» - яркое тому подтверждение. Она вызвала бурную реакцию читателей, но каждая из сторон дискуссии, похоже осталась при своем мнении. Мы же решили пойти дальше и в этот раз поговорить о том, какие бывают автоматические коробки передач, чем они друг от друга отличаются и какие у каждой из них преимущества и недостатки.

Немного истории

Ломать голову над тем, как облегчить работу водителя по переключению передач, инженеры начали еще на заре XX века. Первая из известных нам разработок появилась на легендарном Ford T. Переключение передач двухступенчатой планетарной трансмиссии Ford T осуществлялось с помощью двух ножных педалей: одна переключала низшую и высшую передачи; вторая включала задний ход. Затем, уже в середине 1930-х годов, другие американские компании, Reo и General Motors, представили свои версии полуавтоматических трансмиссий. Разработка GM представляла собой планетарный механизм, работой которого управляла гидравлика. Примерно в то же время за создание АКПП взялся и Chrysler, однако его наработки нашли более или менее реальное применение лишь накануне Второй мировой войны, да и назвать их автоматической трансмиссией в современном понимании было нельзя, хотя гидромуфта в ней уже использовалась.

Hydra-Matic - первая по-настоящему автоматическая коробка передач, внедренная в серийное производство

Обратили внимание, что пионерами в области создания автоматической КПП были американцы и только они? Не до конца понятно почему, но именно янки наиболее фанатично относились и продолжают относиться к «автоматам». Найти в США автомобиль с механической коробкой надо еще постараться. А потому и неудивительно, что первую по-настоящему автоматическую трансмиссию разработали и внедрили в серийное производство инженеры General Motors. Уже в 1940 году она была доступна в качестве опции на автомобилях марки Oldsmobile и носила название Hydra-Matic. Конструктивно она представляла собой комбинацию гидромуфты и 4-ступенчатой планетарной коробки передач с автоматическим гидравлическим управлением. Чтобы понимать, насколько значимым для мирового автомобилестроения было появление Hydra-Matic, достаточно сказать, что эту трансмиссию вскоре стали устанавливать на свои автомобили не только американские, но и европейские производители, включая Bentley и Rolls-Royce. Более того, даже Mercedes-Benz свой первый «автомат» разрабатывал на основе Hydra-Matic!

Естественно, путь АКПП был тернист и сопровождался постоянной борьбой с «детскими болезнями», частыми поломками и относительно небольшим сроком службы. Но инженеры не были бы инженерами, если бы не смогли побороть большую часть недугов. Современные автоматические трансмиссии все еще требуют особого к себе отношения, но стали намного более надежными и долговечными, почти сравнялись по расходу топлива с механическими КПП и расплодились, как грибы после дождя. Причем, не только производителей «автоматов» стало больше, но и разновидностей самих коробок уже не одна, и даже не две.

«Автомат» с гидротрансформатором

Такую автоматическую коробку передач называют классической, поскольку появилась она раньше других и до сегодняшнего дня является наиболее распространенной. Принцип ее работы и прост и сложен одновременно. Состоит она из двух самостоятельных узлов — коробки передач и гидротрансмформатора, то есть последний частью КПП не является, а выполняет, по сути, роль сцепления.

Гидротрансформатор состоит из двух лопастных машин — центробежного насоса и центростремительной турбины. Между ними расположен направляющий аппарат — реактор. Насосное колесо жестко связано с коленчатым валом двигателя, турбинное — с валом коробки передач. Реактор же, в зависимости от режима работы, может свободно вращаться, а может быть заблокирован при помощи обгонной муфты.

Классический автомат с гидротрансформатором - наиболее распространенная на сегодняшний день АКПП

Сама коробка передач очень похожа на обычную «механику», за исключением некоторых принципиально важных деталей, обеспечивающих переключение передач практически без разрыва потока мощности и без участия водителя. Очень важным моментом является и то, что жесткой связи между двигателем и коробкой передач нет. Крутящий момент на КПП передается с помощью трансмиссионного масла, циркулирующего под давлением по замкнутому кругу.

За весь алгоритм работы АКПП с гидротрансформатором следит электроника, считывающая и обрабатывающая информацию со множества датчиков. Она-то и решает, когда и как переключать передачи. Если водитель педалирует мягко, переключение передач будет происходить достаточно быстро, чтобы не раскручивать двигатель до высоких оборотов и экономить, тем самым, энергию (топливо). Однако, как только электроника получит сигнал о резком и интенсивном нажатии на педаль акселератора, она тут же переключится в режим, позволяющий раскрыть весь потенциал двигателя. Впрочем, чтобы не вводить электронику в заблуждение и предоставить водителю наиболее оптимальные характеристики работы коробки передач в конкретных условиях, многие производители дают возможность переключаться между заранее запрограммированными режимами, вроде экономичного, спортивного или зимнего.

Нередко автоматические КПП позволяют переходить и в ручной режим переключения передач, либо селектором, либо подрулевыми «лепестками». Впервые такая «фишка» появилась на автомобилях Porsche и получила название Tiptronic. Причем, Tiptronic — это вовсе не тип АКПП, а лишь торговая марка. У каждого производителя она своя (Steptronic у BMW, Autostick у Chrysler и т. д.), но именно Tiptronic стала именем нарицательным по аналогии с Xerox для копировальных аппаратов. И все же, ручное переключение передач в автоматической коробке является не более, чем дополнительным функционалом, не несущим для подавляющего большинства водителей слишком большого смысла. В конце концов, «автомат» покупают не для того, чтобы переключать передачи вручную, да и электроника, в любом случае, не даст водителю полной свободы действий.

Современные автоматы дают широкие возможности в выборе режимов езды, включая возможность ручного переключения передач

К несомненным достоинствам «автомата» с гидротрансформатором, как и любой другой немеханической КПП, можно отнести комфорт. Кроме того, гидротрансформатор является идеальным демпфером крутильных колебаний и способен гасить сильные толчки, которые передаются от двигателя на трансмиссию и наоборот, что благоприятно сказывается на ресурсе и силового агрегата, и трансмиссии, и ходовой части. С другой же стороны, недостатков у такой коробки тоже хватает. Главные из них — относительно небольшой ресурс и невысокий КПД. Последнее обусловлено тем, что полезная энергия расходуется на перелопачивание и нагрев масла гидротрансформатором. Немало энергии отбирает и насос, создающий давление в управляющих магистралях. Все это приводит к повышенному расходу топлива, хотя за последние несколько лет инженерам удалось добиться определенного прогресса и поумерить аппетиты классического «автомата».

Из прочих недостатков АКПП с гидротрансформатором стоит отметить невозможность завести автомобиль «с толкача» и необходимость внимательно следить за состоянием трансмиссионного масла и своевременно менять его (а оно дороже масла для «механики»). Причем, касается это даже так называемых необслуживаемых коробок, которые это самое обслуживание, рано или поздно, но все равно ждет.

Многие водители жалуются, что АКПП с гидротрансформатором слишком задумчива, особенно 4-ступенчатые, и отчасти это правда. Но здесь важно понимать, что производители, порой, нарочно делают коробки не слишком резвыми, дабы оправдать надежды владельца автомобиля по расходу топлива. Подтверждением тому служит хотя бы тот факт, что в автомобилях, где динамика очень важна, современные 6-, 7- и даже 8-ступенчатые «автоматы» с гидротрансформатором демонстрируют великолепную скорость работы. Чего стоит хотя бы ZF 8HP, которая устанавливается на многие модели Audi, BMW, Land Rover, атакие неординарные автомобили, как Bentley Continental GT V8, Maserati Quattroporte, JaguarXF...

Роботизированная КПП

Чтобы понять, как работает роботизированная коробка передач, нужно представить себе обычную «механику». Единственная разница между ними заключается в том, что смыканием/размыканием сцепления и выбором передач в «роботе» занимаются сервоприводы — актуаторы. Чаще всего это шаговый электромотор с редуктором и исполнительным механизмом, но встречаются и гидравлические актуаторы. Управляет ими электронный блок. По команде электроники на переключение первый сервопривод выжимает сцепление, второй перемещает синхронизаторы, включая нужную передачу. Затем первый плавно отпускает сцепление. Вот, собственно, и все.

Роботизированная коробка передач схожа по конструкции с механикой. На иллюстрации - Opel Easytronic

Идеальная, казалось бы, схема — простая, с высоким КПД и меньшим, по сравнению с гидротрансформатором, расходом топлива. Но есть одна загвоздка: чтобы избежать рывков и не издеваться над сцеплением, во время переключения передач «робот» надолго разрывает связь между двигателем и колесами, из-за чего во время разгона возникают неприятные провалы, избавиться от которых можно только одним способом — сократить время переключения. Но как этого добиться? Оказывается, решение было найдено еще до начала Второй мировой войны, когда француз Адольф Кегресс изобрел для Citroen коробку передач с двумя сцеплениями. До производства, правда, дело тогда не дошло, но уже в начале 1980-х идею француза подхватили американцы и немцы. Ну, а в массы «роботы» с двумя сцеплениями ушли с подачи концерна Volkswagen и ее DSG (Direct Shift Gearbox). На ее примере и рассмотрим принцип работы такой коробки. У Porsche, кстати, она называется PDK, у Ford и Volvo - Powershift, у Audi - S-Tronic, у Mercedes-Benz - Speedshift DCT.

В теории все очень просто: у DSG два вторичных вала, с расположенными на них ведомыми шестернями и синхронизаторами, и два первичных вала, вставленных друг в друга по принципу матрешки. Каждый из валов соединяется с двигателем через отдельное многодисковое сцепление. На внешнем первичном валу закреплены шестерни второй, четвертой и шестой передач, на внутреннем — первой, третьей, пятой и заднего хода. Когда включается первая передача, первое сцепление замыкается, передавая крутящий момент через первичный вал на колеса. Одновременно с тем блокируется вторичная шестерня второй передачи, то есть второе сцепление наполовину готово включиться в работу и ждет лишь, когда электроника подаст соответствующий сигнал. И так далее со следующими передачами. За такой принцип работы подобные коробки называют преселективными.

Основное преимущество преселективных «роботов» - скорость переключения передач. У серийной 6-ступенчатой DSG она равна восьми миллисекундам (0,008 сек). Фантастический результат! А если учесть, что коробки с двойным сцеплением комфортнее классического «автомата» и экономичнее «механики» (электроника выбирает оптимальные передачи и, в отличие от водителя, не ленится их переключать), несложно сделать вывод, что долгосрочный успех им обеспечен. Тем более, что инженеры смогли решить большую часть проблем с надежностью, преследовавших первые образцы преселективных роботизированных КПП.

Преселективный робот DSG стал эталоном среди КПП с двумя сцеплениями

Если говорить конкретно о DSG, то стоит, наверное, упомянуть о некоторых особенностях ее работы, подмеченных во время реальной эксплуатации автомобиля с такой коробкой. Например, в моменты, когда возникает необходимость резко ускориться и искусственный интеллект “робота”, по идее, должен оперативно отреагировать на интенсивное нажатие на акселератор понижением передачи, DSG на некоторое время “зависает”, думает и только потом делает то, что должна. Но еще менее приятные впечатления DSG оставляет в тянучках, когда автомобиль движется с небольшой скоростью и ритм этого движения рваный. В такие моменты “робот” явно подвергается насилию над собой, о чем говорит скрежет из коробки и нервные подергивания автомобиля. Естественно, поломкам в такие минуты DSG подвержена наиболее сильно.

Одно время считалось, что «роботы» с двумя сцеплениями не способны передавать большой крутящий момент, а потому сфера их применения ограничена лишь гражданскими легковыми автомобилями. Однако компания Ricardo доказала обратное, разработав аналог DSG для 1000-сильного купе Bugatti Veyron и сняв тем самым все вопросы.

Вариатор

Хотите верьте, хотите нет, но вариатор – старейшее после колеса изобретение, используемое в автомобиле. Говорят, Леонардо да Винчи нарисовал вариатор еще в 1490 году, однако в реальный механизм, получивший соответствующий патент, бесступенчатая трансмиссия превратилась в конце XIX века.

Оказавшись невостребованной, идея пролежала без дела до 1958 года, пока один из основателей фирмы DAF Хуб Ван Дорн не представил на автомобильной выставке в Амстердаме малолитражку DAF 600 или A-Type, как ее еще называют (не удивляйтесь, в те времена DAF производила не только грузовики, но и легковые автомобили). То был ничем не примечательный малыш, за исключением одного – революционной на то время бесступенчатой трансмиссии CVT (Continuously Variable Transmission). Откровенно говоря, в вариатор тогда мало кто поверил, однако Ван Дорн сдаваться не планировал. Голландец счел, что лучшим способом продемонстрировать скептикам их неправоту будет участие автомобилей с CVT в соревнованиях. Сначала DAF 600 гонялся по раллийным трасам, потом волею случая CVT опробовали на шасси Brabham Формулы-3… Увы, очень скоро выяснилось, что вариатор несовместим с мощными двигателями, а потому путь в большой автоспорт ему был заказан. В 1975 году, правда, сам Энцо Феррари заинтересовался бесступенчатой трансмиссией, но позже принял решение закрыть проект и перебросить силы на разработку двигателя с турбонаддувом. А лебединая песня вариатора в автоспорте прозвучала в 1993 году: после того, как команда Williams Формулы-1 испытала автомобиль с CVT и добилась весьма неплохих результатов, Международная автомобильная федерация строго-настрого запретила использование бесступенчатых трансмиссий в большом спорте.

DAF 600 - первый серийный автомобиль, оснащенный вариатором

Случайно или нет, но именно в 1990-е вариатор начал свое вхождение в массовый автопром и продолжает этот путь по сей день. Более того, инженерам уже частично удалось решить проблему совместимости с мощными двигателями. Во всяком случае, сейчас CVT успешно работает с моторами, отдача которых значительно превышает отметку 200 л. с. То ли еще будет!

Вариаторы бывают разных типов - клиноременные, цепные и даже тороидальные. Наибольшее распространение получил клиноременной, поэтому принцип работы бесступенчатой трансмиссии мы будем рассматривать именно на его примере. А принцип этот предельно прост. Клиноременной вариатор состоит из двух шкивов, между которыми натянут ремень. Каждый из шкивов, в свою очередь, состоит из двух конусов, обращенных острыми концами друг к другу. Конусы могут сдвигаться и раздвигаться, меняя рабочий диаметр по которому движется ремень. При сближении конусов ремень выталкивается, то есть движется по большему диаметру, а при отдалении - по меньшему. В результате выполняется главная задача – плавное изменение передаточного отношения без необходимости каких-либо физических переключений.

В силу особенностей своей конструкции, вариатор не может обеспечить реверсивного движения, поэтому для движения автомобиля задним ходом в CVT применяются дополнительные механизмы. Например, планетарный редуктор.

Теоретически, вариатор - идеальная трансмиссия. На практике же она обладает серьезными недостатками

За то, как работает вариатор, отвечает вездесущая электроника. В ее ведомстве находится и управление передачами. Да-да, есть и такие вариаторы, но, как мы понимаем, передачи эти исключительно виртуальные, запрограммированные инженерами для решения конкретных задач, напрямую связанных с характеристиками двигателя и общим предназначением автомобиля.

Идеальная плавность хода, умеренный аппетит и сопоставимая с классическим «автоматом» цена - вот главные достоинства вариатора. Однако все они поставлены под серьезную угрозу недостатками CVT, которые до сих пор мешают бесступенчатой трансмиссии претендовать на лидерство среди «автоматов». В первую очередь это недешевое обслуживание и ремонт. Вариатор требует замены специального (а потому и дорогого) трансмиссионного масла каждые 40-50 тысяч километров, а каждые 100-150 тысяч километров может требоваться замена ремня. Кроме того, нужно знать, что автомобиль с вариатором можно буксировать только с работающим двигателем (лишь в этом случае создается необходимое давление для обеспечения смазки и надежного зацепления ремня со шкивами), либо методом частичной или полной погрузки.

Впрочем, сложности с буксировкой возникают и у автомобилей с классической АКПП. Если эвакуатор по каким-то причине не приехал, а отбуксировать автомобиль надо, достаточно придерживаться нескольких простых правил:

• буксируйте автомобиль с заведенным двигателем;
• держите скорость не выше 40 км/час;
• за один раз старайтесь не проезжать больше 40-50 км;
• делайте остановки на 15-20 мин после каждых 40 км.

Послесловие

У каждой из автоматических коробок передач есть свои характерные достоинства и недостатки. Впрочем, с течением времени и развитием технологий проблемы с «автоматами» становятся все менее явными. Идеальным не может быть ни один механизм, но приблизиться к заветной цели инженеры стремились всегда и будут стремиться дальше. Кто знает, возможно в будущем появятся альтернативные конструкции АКПП — надежные, экономичные и недорогие — и им будет суждено вытеснить коробки, о которых мы говорили в этой статье.

Какая же из существующих ныне автоматических трансмиссией все-таки лучше? Увы, однозначно ответить на этот вопрос нельзя, но, если проследить за тенденциями в автоиндустрии, несложно заметить, что самыми перспективными производители считают роботизированные КПП с двумя сцеплениями. Вариаторы занимают вторую позицию, а классические «автоматы», судя по всему, свое отживают, а потому и развиваются не очень активно.

Но, мы полагаем, что выбирать трансмиссию следует также исходя из класса автомобиля и того, кто и сколько будет на нем ездить. Если Вы предпочитаете спокойный стиль вождения, то Вас утроит и классический “автомат”, а если любите быструю и агрессивную езду - советуем обратить внимание на преселективные коробки. В спортивном режиме их “скорострельность” может соперничать со скоростью заправского автогонщика. А для малолитражки как раз впору придется обычный “робот” или вариатор.

29 декабря 2012 года. Артем Киселев, специально для InfoCar.ua