Автоматическая коробка передач разрабатывалась специально для комфортабельных семейных автомобилей, наделённых двигателями большого объёма. Главной целью здесь ставилась задача исключить физические усилия водителя — управление педалью сцепления и переключение скорости вручную. Соответственно, процесс вождения упрощается благодаря устранению необходимости определять наиболее подходящий момент для переключения и координации действий в разных случаях движения машины.
СТРУКТУРА СТАТЬИ :
Преимущества работы автоматической коробки передач
Кроме непосредственно водителя автомобиля, определённым комфортом обеспечиваются также и пассажиры. Автоматическая коробка передач помогает существенно ограничить рывки (изменение ускорения) транспорта в моменты изменения скорости или старта автомобиля с места. Очевидный момент — организм человека чувствителен к рывкам и толчкам – факторам дискомфорта путешествия на колёсах.
Таким образом, на текущий момент времени автоматическая коробка передач уверенно наращивает долю на рынке малых и спортивных автомобилей, несмотря на ожидания клиентов видеть:
- производительность,
- экономичность,
- управляемость,
против преобладания комфорта. Кроме того, значительно увеличивается теперь внимание вредным выбросам и энергосбережению. Технические решения этих проблем получили широкое распространение, но общепринятое решение ещё не определено.
Автоматическая коробка передач тип исполнения
Рассматривая относительно новые разработки настоящего времени, необходимо отметить, что существуют уже несколько типов автоматических коробок передач:
- Полуавтоматическая.
- Автоматическая.
- Роботизированная.
Первый тип отличает частичное или полное отсутствие одной из автоматических функций. Например, запуск мотора автоматический, но переключение передач ручное. Либо функция включения скорости автоматическая, но решение о наиболее подходящем моменте переключения остаётся за водителем.
Здесь водитель управляет педалью акселератора в координации с работой сцепления, чтобы избежать превышения скорости или остановки двигателя. Этот тип трансмиссии, однако, больше не представляет интереса для конструкторов автомобилей по причине неблагоприятного соотношения цены и качества.
Второй тип устройства отличается тем, что здесь включение скорости и запуск двигателя выполняются автоматически механизмом, специально разработанным для этой цели. Среди различных доступных режимов работы, между тем, есть полуавтоматический режим, где выбор передаточного числа остаётся за водителем. Последовательность же переключений полностью автоматизирована.
Третий тип — роботизированная коробка передач, механизм которой намеренно заимствован из механических систем, включая фрикцион. При этом все функции устройством выполняются автоматически.
Решение использовать роботизированную механическую коробку передач оправданы целями, такими как снижение себестоимости продукции за счёт использования существующих производственных мощностей. Эксплуатационные расходы также снижаются через снижение механических потерь по сравнению с автоматическими коробками передач.
Роботизированный тип трансмиссии оказывает положительное влияние на характеристики спортивных автомобилей. Время включения скорости и старта допустимо сократить, что недостижимо даже профессиональным водителям. Роботизированный тип трансмиссии увеличивают долю на рынке, обещает совершенство в ближайшем будущем.
Конфигурация автоматической коробки передач
Важным аспектом, определяющим конфигурацию автоматической коробки передач, является режим включения скорости. Различают обычное включение скорости или силовое включение передачи.
В первом случае функционал аналогичен механической системе, действующей с помощью синхронизированных или несинхронизированных зубчатых (кулачковых) муфт. В момент включения поток мощности прерывается на время отключения существующей скорости и включения следующей.
Мощность, направленная на организацию движения транспортного средства, в момент этого маневра фактически становится равной нулю. Соответственно, автомобиль замедляет ход. При этом создаваемый рывок транспортного средства получается значительным по силе.
Графики силы тяги и скорости автомобиля в зависимости от времени на переключение передач обычное и силовое представлены на картинке ниже. Очевидно: если маневр транспортного средства происходит без прерывания направленной мощности, вполне допустимо свести рывок к минимуму с последующим разгоном автомобиля.
Такой результат достигается ступенчатыми устройствами, где каждый синхронизатор заменён муфтой, а включения и выключения перекрываются. Последовательность переключения передач предполагает большее рассеивание мощности, чем даёт обычный синхронизатор.
Ступенчатые автоматические коробки передач
Автоматическая коробка передач определяется как ступенчатая, когда доступно ограниченное количество передаточных чисел (ступеней), как в ручных системах. Последние разработки показывают увеличение количества скоростей, несмотря на возросшую механическую сложность с целью снижения расхода топлива. Появились трансмиссии на восемь и девять скоростей.
Рассматривая число скоростей автоматической коробки передач с гидротрансформатором, следует помнить — стартер уже является бесступенчатой трансмиссией. В этом случае высвобождается первая скорость, так как эту функцию выполняет гидротрансформатор от останова до блокировки.
Например, четырёхступенчатую автоматическую коробку передач с гидротрансформатором логично сравнить с пятиступенчатой механической коробкой передач с функцией сцепления. Бесступенчатая трансмиссия (CVT — Continuously Variable Transmission), однако, даёт неограниченное количество передаточных чисел между нижним и верхним пределом.
Трансмиссия на плавно изменяемое передаточное число
Трансмиссия с плавно изменяемым передаточным числом (CVT) или бесступенчатая, отличается тем, что здесь маневры переключения по определению соответствуют типу «powershift» (силовое переключение передач). Учитывая небольшую разницу между предыдущим и последующим передаточными числами, потери энергии при переключении передач минимальны.
Шестерни ступенчатых автоматических коробок передач похожи, как на изделия с фиксированной осью вращения (ручная механика), так и на планетарные (эпициклоидальные) системы другой конфигурации. Таковые совместно с ленточными тормозами или многодисковыми муфтами сцепления дают различные передаточные числа, включая скорость заднего хода.
Первое решение простое, но редко используется в коробках силового переключения передач. Причина – требуется дополнительное место под муфты. Однако рассмотрим примеры синхронизирующих, эпициклоидальных, бесступенчатых редукторов более подробно.
Автоматическая коробка передач с синхронизаторами
Автоматические коробки передач с синхронизаторами, по сути, производные от механических редукторов. Внешние механизмы переключения здесь имеют электрогидравлический сервопривод. Внешний механизм переключения содержит два типа компонентов:
- Компоненты, обеспечивающие выработку, регулирование и распределение гидравлической энергии.
- Набор исполнительных механизмов.
Приводов столько, сколько управляемых движений необходимо выполнить. То есть один привод для сцепления и минимум два привода для коробки передач (выбор и включение). Гидравлический привод (1) включает и выключает сцепление. Сдвоенный привод обеспечивает переключение и поворот вала (2), а также движения включения и переключения. Гидравлическая группа (3) содержит масляный насос, аккумулятор давления, электроприводные клапаны.
Механизм выбора управляется рейкой, поднимающей вал (2) соответствующим пальцем с тремя клапанами выбора (первая и вторая скорость, третья и четвертая скорость, пятая скорость и задняя скорость). Второй исполнительный механизм вращает тот же вал для обеспечения зацепления и расцепления. Имеют место разные положения: включение двух соседних скоростей и промежуточное положение холостого хода.
Существует также своеобразная схема конфигурации двойного сцепления (когда два разных сцепления обеспечивают запуск и переключение под нагрузкой). Схема подходит для автомобилей с передним приводом и поперечным расположением двигателя, но легко адаптируется к различным конфигурациям.
Здесь муфтами зацепляются два соосных вала, один из которых закреплён на входных колёсах нечетных скоростей, тогда как другой — на входных шестернях чётных скоростей. Например, на первой скорости одна муфта включена, а другая муфта выключена. Вал второй шестерни работает вхолостую и не получает крутящего момента.
Схема конфигурации двойного сцепления
При включении втулки второй скорости, внутренний вал начинает движение на холостом ходу. В любой момент сцепление (F1) может быть включено, а сцепление (F2) выключено в соответствии с процедурой переключения под нагрузкой (силовое включение передачи).
Таким же образом доступно отключить первую передачу, чтобы включить третью, с готовностью к следующему переключению. Использование скорости предполагается последовательно. Двойное переключение вверх или вниз невозможно.
Сцепление (F2) также используется для запуска автомобиля. Своеобразная архитектура этой коробки передач отличается уменьшенным количеством фрикционов холостого хода и отсутствием гидротрансформатора. Влияние на механический КПД, безусловно, положительное, но это преимущество компенсируется повышенной сложностью конструкции.
На валу двигателя установлены две муфты (F1 и F2 — пусковое устройство), приводящие в движение валы (А1 и А2). Вал (А1) приводит в действие ведущие шестерни первой, третьей и пятой скоростей, тогда как вал (А2) управляет входными шестернями второй, четвёртой и шестой скоростей.
Два промежуточных вала, (А3 и А4) соответствуют главной ведущей шестерни и закреплены соответственно с ведущими шестернями пятой и шестой передач, первой, второй, третьей и четвёртой передач.
Планетарная (эпициклоидальная) автоматическая коробка передач
В основе большинства автоматических коробок передач лежат планетарные системы с несколькими различными компоновками. Такого рода сцепки всегда изготавливаются с цилиндрическими прямозубыми шестернями, несмотря на разработку в прошлом планетарных систем с коническими шестернями.
Простейшая конфигурация планетарной системы показана ниже. Здесь имеется зубчатое колесо наружного расположения, соосное внешнее зубчатое колесо («солнце»), и ряд шестерён (сателлитов).
Ступицы этих шестерён поддерживаются валами, установленными на вращающейся конструкции соосно по отношению к «солнцу». Обычно имеется три равноудалённых сателлита, соответственно, радиальные составляющие сил зацепления уравновешены.
Система имеет три степени свободы. Для передачи крутящего момента от входного к выходному элементу третий элемент закреплён на корпусе редуктора. Такой сцепкой получают три передаточных отношения, умноженные на два.
К этим шести возможным передаточным отношениям следует добавить ещё одно в виде прямой передачи, зафиксировав входной и выходной валы вместе.
Стандартное передаточное отношение
Стандартное передаточное отношение по мере фиксации ходовой части, соответственно равно:
τ = — Z3/Z1
Таблица: значения передаточного числа простой планетарной передачи с учётом ограничений и обычного передаточного отношения.
| Вход | Выход | Стартер | Передаточное число |
| 1 | 3 | 2 | τ=Ω1/Ω3=τ0 |
| 3 | 1 | 2 | τ=Ω3/Ω1=1/τ0 |
| 1 | 2 | 3 | τ=Ω1/Ω2=1-τ0 |
| 2 | 1 | 3 | τ=Ω2/Ω1=1/(1-τ0) |
| 2 | 3 | 1 | τ=Ω2/Ω3=1/(1-1/τ0) |
| 3 | 2 | 1 | τ=Ω3/Ω2=1-1/τ0 |
Шесть различных значений передаточного числа τ приведены в таблице. Отношение τ0 отрицательное, так как при блокировке ходовой части выходной вал вращается против входного вала. Не все передаточные числа допустимо использовать на одной и той же коробке передач. Причина — имеется один и тот же элемент, работающий как на вход, так и на выход в одном и том же механизме.
Посредством этого механизма на практике получают два передаточных числа (пониженное и прямое). Чтобы получить больше передаточных чисел, необходимо объединить вместе больше планетарных зубчатых передач. Очевидное решение состоит в том, чтобы поставить более простые шестерни последовательно, где каждая даёт одно из требуемых передаточных чисел, отдельно или в сочетании с остальными шестернями.
Второй метод заключается в использовании составных зубчатых передач, когда различные элементы объединены вместе. Этот способ предпочтителен для более старых конфигураций, позволяет упростить конструкцию, но с ограниченной гибкостью в определении передаточных отношений.
Трансмиссия с плавно изменяемым передаточным числом
Этот тип вариаторов, как правило, применяется на автомобилях с передним приводом. Ценность схемы здесь очевидна, поскольку допускает неограниченное количество передаточных чисел, обеспечивая комфорт, производительность, экономию топлива.
Возможные системы, подходящие для вариаторов «CVT», включают трансмиссии:
- электрические,
- гидродинамические,
- гидростатические,
- механические (изменяемая геометрия).
Первые три категории списка канули в прошлом. Такие системы отказались применять на обычных транспортных средствах по причине низкой эффективности трансмиссии. Стальные ременные передачи «Van Doorne» (типа Ван-Дорна) рассматриваются наиболее распространённым техническим решением.
Поперечное сечение вариатора со стальным ремнём «Van Doorne» показано на картинке ниже. Коробка передач здесь исключает гидротрансформатор, поскольку пусковые функции выполняет многодисковая муфта с электронным управлением.
Двигатель соединён с водилом (8) планетарной передачи со сдвоенными сателлитами, используемыми для переднего и заднего хода. Входной вал (1) редуктора прикреплён к шестерне (9). Посредством муфты (4) выполняется сцепка в прямой привод. При включении тормоза (5) кольцо блокируется, вращение шестерни (9) противоположно вращению ходовой части, что даёт обратную скорость.
При такой конструкции при необходимости допустимо изменять передаточное число, как на переднем, так и на заднем приводе. Изменение передаточного числа достигается за счёт двух V-образных шкивов переменного размера, соответствующего ремню.
Степень жёсткости ремня не позволяет менять длину. За счёт смыкания вместе двух ведущих полушкивов основной диаметр ведущего шкива увеличивается, и два ведомых полушкива должны соответственно разделиться, тем самым уменьшая основной диаметр.
Каждый шкив состоит из двух стальных конусов, скользящих в осевом направлении, но при вращении фиксирующихся вместе. Левый входной и правый выходной полушкивы не двигаются в осевом направлении. Два других полушкива имеют свободное скольжение.
Активные поверхности полушкивов перемещаются гидравлическими поршнями. Соответственно, давление масла определяет силу контакта полушкива с ремнём. Контроль этого параметра жизненно важен, так как контактное усилие определяет передачу крутящего момента за счёт трения между шкивами и ремнём.
При помощи информации: AutoHowStuffWorks
