Автоматизировать процесс переключения передач человек начал давно. Сегодня есть масса конструкций «автомата», разных по принципу действия и преимуществам-недостаткам, и все они прошли жесткий эволюционный отбор
Утверждают, лень — двигатель прогресса. Может быть, но к автоматическим трансмиссиям это отношения не имеет. Автоматизация процесса управления автомобилем началась одновременно с превращением этого самого автомобиля из «самобеглой коляски» и «экой диковины» в массовое транспортное средство.
Тогда — на заре XX века — органы управления еще предстояло унифицировать, и не только три педали, но и рулевое колесо не казалось единственно возможным решением. Все решали рынок и главенство на нем. И первые десятилетия века автомобилей остались за Генри Фордом и его моделью Т. В том, что принцип управления трансмиссией, реализованный на этой культовой машине (левая педаль — вперед, средняя — назад, правая — тормоз), не стал массовым, нет ничего удивительного. Все-таки постоянно удерживать рычажок дроссельной заслонки между средним и безымянным пальцами явно неудобно. Но свою главную задачу — максимально упростить процесс управления—создатели «Жестянки Лизи» решили.
Что же до трансмиссии Ford T, то автоматической она, конечно, не была. Но родом «автоматическая идеология» оттуда — из начала XX века.
Гидропроцедуры
До наших дней «дожило» несколько механизмов передачи крутящего момента двигателя на колеса автомобиля. Традиционная гидромеханическая АКП, вариатор и, наконец, различные версии «классической механики» с роботизированным приводом фрикционного сцепления — множество вариантов прошло «естественный отбор» на рубеже XIX— XX веков. Чего только не выдумывали инженеры на заре автомобилестроения! Цепная передача, муфты свободного хода, гидравлические передачи... Первые немецкие патенты на использование объемной гидравлической передачи в автомобильной трансмиссии датируются 1897 годом. Уже на первой берлинской автомобильной выставке демонстрировалась машина с такой трансмиссией, а в Первую мировую объемная гидропередача Дженни применялась в танкостроении. Однако схема с соединенными общим контуром поршеньковым насосом и мотором распространения не получила. Причины — сложность, огромные по автомобильным меркам габариты, жесткость характеристик и, главное, дороговизна. Трудно представить, каким путем пошла бы автоматизация коробок передач, если бы не появился гидротрансформатор (ГДТ).
Повысить КПД
Как и многие другие ноу-хау, ГДТ пришел в автомобилестроение «с моря». В конце XIX века судостроители стали отказываться от тихоходных паровых машин в пользу высокооборотистых паровых турбин. Однако возникла проблема с понижением оборотов при передаче вращения турбины на гребные винты — зубчатые передачи с задачей не справлялись. Тогда возникла идея передавать энергию, используя давление жидкости. Первые гидродинамические передачи представляли собой объединенные трубопроводами центробежный насос и гидравлическую турбину с центростремительным колесом. Насос, приводимый в действие паровой турбиной, повышал давление жидкости, которая по трубам попадала в спиральную камеру турбины, заставляя вращаться лопастное колесо. Такая система решала проблему передачи момента, но имела неприлично низкий КПД - всего 50%. То есть половина мощности паровой турбины «оседала» на стенках трубопроводов, спиральной камеры, в подводах и отводах рабочей жидкости.
Выход из положения нашел профессор Фетингер, объединивший в одном корпусе все элементы гидродинамической передачи — оба лопастных колеса и направляющий аппарат (реактор), жестко соединенный с корпусом и «отбирающий» передаваемый жидкостью крутящий момент. Так появился первый гидротрансформатор (патент 1902 года), при мощности паровой турбины 15 000 — 20 000 л.с. обеспечивающий КПД более 90%.
Помимо ГДТ, Фетингер запатентовал и гидромуфту — тот же ГДТ, только без реактора.
Преимущества ГМ (гидромуфты) и ГДТ очевидны — плавное нарастание нагрузки на выходном валу, отсутствие динамических нагрузок. Эти обстоятельства автоконструкторы не оставили без внимания. Так, например, гидромуфты нередко ставили вместо обычного фрикционного сцепления. Однако для постройки полноценной автоматической коробки передач ГДТ пришлось доработать.
Реактор установили на муфте свободного хода, что позволило ему при достижении значения коэффициента трансформации единицы свободно вращаться в рабочей жидкости, переходя в режим гидромуфты. Впервые такой комплексный трансформатор появился в начале 30-х (знаменитый «Трилок») и с тех пор практически не изменился.
Гидромеханические «автоматы» появились еще раньше. Уже в 1925 году Ризелер объединил ГДТ с планетарной коробкой передач, создав прообраз современной АКП. Есть сведения, что уже в 1926 году новинка заняла место под капотом экспериментальной модели Buick.
Серийные образцы, однако, появились гораздо позже — после Второй мировой войны. И тон здесь, конечно, задавали американцы. Неспешный характер переключений и повышенная комфортность как нельзя лучше подходили оснащенным огромными V8 автокрейсерам Америки-победительницы.
Европе жилось не так сытно, и было, строго говоря, не до «автоматов». Тем не менее компания «Renault» с 50-х годов вела разработки собственных ГДТ и коробок на их основе.
Издержки развития
Прогресс - могучая штука, но против гидромеханических «автоматов» оказался практически бессилен. «Автоматы» менялись не качественно, а «количественно»: число диапазонов с двух-трех выросло до пяти-шести (а теперь уже и до семи на Mercedes и даже восьми на Lexus), усовершенствовался механизм блокировки трансформатора (режим жесткой связи между входным и выходным валами, уменьшающий потери), а вся «начинка» АКП поступила под командование электронных блоков управления, научившихся управлению в спортивном, экономном и даже «зимнем» режимах. «Автоматы» стали «понимать» водителя с помощью так называемых адаптивных систем, построенных на измерении перемещений педали акселератора. Стоит «топнуть» посильнее да порезче, и умница-коробка начинает дольше «висеть» на высоких оборотах, позволяя коктейлю из лошадиных сил и ньютон-метров проявить себя в полной мере. А для любителей контролировать все изобрели «ручной» режим. На коробках фирмы «ZanradFabrik» (ZF, устанавливается, например, на Audi и Porsche) он называется Tiptronic. «Ручной» в данном случае означает, что передачи переключаются хоть и по команде водителя, но все той же гидромеханикой под контролем все той же электроники. А «выигрыш в динамике» следует заключить в кавычки по причине его родства с известным в медицине эффектом плацебо.
Самое главное, что отсутствие качественных улучшений АКП не позволяло ничего сделать с врожденными недостатками «автоматов» — повышенным расходом топлива, сложностью в обслуживании и ремонте. Пришлось вернуться в начало века и посмотреть, нет ли чего поинтереснее.
Первым делом вспомнили клиноременный вариатор. В начале XX века схема с двумя парами шкивов «не тянула» в силу слабой механической прочности ремней. Однако идея механически бесступенчато изменять передаточное число оказалась достаточно привлекательной, чтобы подтолкнуть производителей к инвестициям в разработку полимеров, способных выдержать большие нагрузки. Сегодня ременные вариаторы ставятся даже на внедорожники (для Nissan Murano это вообще единственный вариант трансмиссии), а фирма «Luk» для вариатора Multitronic (ставится на моноприводные Audi А4 и А6) и вовсе разработала цепь, способную передавать момент в 310 Нм. В отличие от ремней цепь не растягивается, что на «драйверском» уровне позволяет получить такую же разгонную динамику, как и от классических типов КП. Добавим к этому возможность программировать как фиксированные передаточные числа, так и «экономный» (с плавным изменением передаточного отношения), пониженный (даже по сравнению с «механикой»), расход топлива и - вот она, трансмиссия будущего? И да, и нет. Все-таки 310 Нм — пусть и не низкий, но потолок. То есть для более мощных моторов вариатор — не вариант.
Спорт — в массы
Старая добрая «механика» еще не сказала последнего слова. Опробованные в «Формуле 1» технологии роботизированного переключения передач (выжим сцепления и переключение передач берут на себя исполнительные механизмы) дали толчок развитию разного рода «роботов», именуемых Easy-tronic (Opel), Sequentronic (Mercedes-Benz), SensoDrive (Citroen), Selespeed (Alfa Romeo и Fiat), Cambiocorsa (Ferrari-Maserati) или SMG (BMW). При таком разнообразии только две последних, пожалуй, удовлетворят «продвину- того» водителя. Но и стоят они под стать брэнду.
Особняком в ряду «автороботов» стоит разработка «Volkswagen» - КП DSG (Direct Shift Gearbox), способная переключаться без разрыва-потока мощности. По сути, это две «механики» с двумя сцеплениями; одна отвечает за нечетные передачи, другая - за четные. Пока автомобиль едет на первой, вторая стоит наготове, и процесс переключения занимает ничтожные 0,2 с, что пусть и не рекорд (SMGII «щелкает» за 0,08 с), зато с охранением комфорта.
И что в итоге? Проще всего напророчить гидромеханическому «автомату» скорую кончину. Последнее слово, конечно, за рынком — как автомобилей, так и нефтепродуктов. Но скорее всего «автомат» умрет только вместе с ДВС. Электромоторам, как известно, КП не нужна вовсе.
Автомир 15-2006
