Автоматические коробки передач

Автоматические коробки передач

Автоматические коробки передач — разновидность трансмиссии автомобилей, обеспечивающая автоматический (без прямого участия водителя) выбор соответствующего текущим условиям движения передаточного числа, в зависимости от множества факторов. Исторически название «автоматическая коробка передач» закрепилось лишь за одной разновидностью таких коробок передач — гидромеханической планетарной коробкой передач.

 

Типы автоматических трансмиссий

 

Существуют два типа автоматических транс­миссий (коробок передач), отличаемых по эффективности воздействия на динамику управления автомобилем:

  • полуавтоматические трансмиссии, яв­ляющиеся ручными коробками передач, с помощью которых все управляющие операции выполняются водителем, а пе­реключение передач осуществляется путем электронно-управляемых исполнительных механизмов; с точки зрения динамики автомобиля это означает, что переключение передач всегда связано с прерыванием потока мощности при по­мощи сцепления;
  • полностью автоматические трансмиссии, которые обеспечивают переключение передач при нагрузке, то есть, мощность продолжает передаваться к ведущим ко­лесам во время переключения передач.

Такое отличие в динамике управления автомобилем является важным фактором, определяющим область применения для этих двух видов трансмиссии. Полностью автоматические трансмиссии используются при условиях, когда разъединение силовой передачи приводит к значительному умень­шению комфорта движения (прежде всего, при управлении легковым автомобилем с вы­сокой приемистостью), или когда это недопу­стимо при сложных режимах движения (при управлении внедорожным транспортным средством). Полуавтоматические трансмис­сии находят применение на тяжелых грузо­вых автомобилях, междугородных автобусах, а также небольших легковых автомобилях, гоночных и спортивных легковых автомо­билях.

Полуавтоматические коробки передач

 

Недостаток полуавтоматических коробок передач с ручным выбором передач, применяемых, в основ­ном, на грузовых автомобилях, по отноше­нию к полностью автоматическим заключа­ется в том, что каждое переключение связано с прерыванием потока мощности. (Рис.13 «Полуавтоматическая трансмиссия») Однако, у такой конструкции имеются также важные преимущества, позволяющие:

  • создавать не­большие промежутки между передаточными числами, вплоть до 16 передач;
  • передавать мощность с повышенной эффективностью (к.п. д.);
  • повышать экономичность; исполь­зовать одну и ту же базовую коробку передач для конструкций неавтоматического и авто­матического типов.

Полуавтоматическая трансмиссия

Принцип действия полуавтоматической коробки передач

Центральный клапанный блок коробки пе­редач преобразует электрические сигналы в пневматическое или гидравлическое давле­ние, воздействующее на гидро- или пневмо­цилиндр переключения передач. В зависимо­сти от используемой системы, электрически управляемые сигналы могут непосредст­венно поступать от рычага переключения пе­редач, приводимого в действие водителем, или от электронной системы управления.

Конструктивные особенности полуавтоматической коробки передач

На большинстве полуавтоматических ко­робок передач имеет место дистанционное управление механическим режимом переключения передач. Процедуры переключения передач и выключения сцепления — те же, что и при использовании стандартной не автома­тическипереключаемой коробки передач.

К преимуществам таких коробок передач относятся:

  • уменьшенное усилие, образуемое во время переключения передач;
  • упрощенная схема переключения;
  • защита двигателя от ра­боты на повышенных оборотах без нагрузки.

На полностью автоматических коробках пе­редач, кроме самой коробки, автоматическим является и механизм переключения передач. Управляющее устройство, имеющееся в рас­поряжении водителя, состоит либо из специ­ального рычага переключения, либо из кно­пок +/- с возможностью перехода на режим ручного выбора передач. Сложные системы переключения применяются при управлении коробками передач с большим количеством передаточных чисел. Система, в которой используется включение передач только в со­ответствии с фиксированной программой, далеко не всегда является оптимальной, по­скольку при ее использовании не учитывается весь комплекс условий, связанных с дости­жением оптимального равновесия между уп­равляемостью автомобиля и его топливной экономичностью.

Эта задача возлагается на микрокомпьютерную систему управления. Электронная система управления работой двигателя регулирует открытие дроссельной заслонки (система ЕТС или EGAS), облегчая, таким образом, достижение эффективной синхронизации с процессом переключения передач. К преимуществам такого управления относятся:

  • достижение оптимальной эконо­мии топлива;
  • уменьшение нагрузки на води­теля во время работы;
  • меньше вес и размеры;
  • повышение безопасности для водителя и для автомобиля.



Полностью автоматические коробки передач

 

Выполняют операции по переключению пере­дач без участия водителя. Потери мощности в автоматической коробке передач сущест­венно больше, чем в механической. Однако это компенсируется преимуществами, свя­занными с возможностью поддержания ра­боты двигателя в максимально экономичном режиме. (Рис.14 «8-ступенчатая автоматическая коробка передач легкового автомобиля (ZF 8 HP70)»)

8-ступенчатая автоматическая коробка передач легкового автомобиля (ZF 8 HP70)

Автоматическая коробка передач содержит:

  • гидротрансформатор (всегда использу­ется в коробках передач легковых автомо­билей; на грузовых автомобилях обычно применяется конструкция типа Trilok): предназначен для троганья с места, уве­личения крутящего момента и поглощения крутильных колебаний;
  • в коробках передач легковых автомоби­лей, как правил, и грузовых автомобилей (всегда) гидротрансформатор дополняется блокировочной муфтой;
  • несколько планетарных механизмов;
  • многодисковые фрикционы с гидравличе­ским приводом, дисковые или ленточные тормоза (предназначены для выполнения переключений без разрыва потока мощно­сти);
  • механизмы свободного хода вместе с эле­ментами переключения для оптимального переключения передач;
  • механизм планетарной передачи;
  • систему управления для выбора и плав­ного переключения передач в соответст­вии с программой, устанавливаемой води­телем автомобиля;
  • гидронасос с приводом от двигателя, ко­торый обеспечивает давление, необходи­мое для работы элементов переключения, подает жидкость к гидротрансформатору, обеспечивает смазку и охлаждение ко­робки передач.

Варианты конструкции автоматической коробки

Автоматические коробки передач, устанавли­ваемые на легковых автомобилях, имеют до 8 передач переднего хода.

Принципиальная схема трансмиссии с двойным сцеплениемДиапазон механического преобразования находится в пределах от 3,5 (4-ступенчатая коробка передач) до 5,0 (5-ступенчатый аг­регат), до 6 (6- и 7-ступенчатая коробка), до 7 (8-ступенчатая коробка). Коэффициент трансформации при разгоне изменяется в пределах от 1,7 до 2, 5.

Автоматические коробки передач для гру­зовых автомобилей могут иметь от 3 до 6 передач переднего хода. Диапазон механического преобразования изменяется в пределах от 2 до 8. Эти коробки передач часто имеют встроенные гидродинамические замедли­тели, а также гидронасос, большой поддон для накопления жидкости и охладитель жид­кости.

В качестве альтернативы автоматической коробки передач гидротрансформаторного типа все шире на переднеприводных и спор­тивных автомобилях применяются автомати­ческие трансмиссии с двойным сцеплением или автоматизированные механические коробки передач (рис.16 «7-ступенчатая трансмиссия с двойным сцеплением ZF 7DT50»). Трансмиссии с двойным сцеплением (рис.15 «Принципиальная схема трансмиссии с двойным сцеплением») имеют преимуще­ство над гидротансформаторами в условиях высоких значений частоты вращения колен­чатого вала — от 6500 до 7000 мин-1. Кроме того, благодаря наличию промежуточного вала, трансмиссия с двойным сцеплением может иметь преимущества в конфигурации привода (масса, объем). В настоящее время в серийное производство внедрены 6- и 7-ступенчатые трансмиссии с двойным сцеплением «мокрого» типа. Также серийно выпускаются версии с «сухим» сцеплением и электромеханическим приводом.

7-ступенчатая трансмиссия с двойным сцеплением ZF 7DT50

 

Электронная система управления коробкой передач

 

Системы управления автоматических коро­бок передач, в которых применяется только гидравлика, вытесняются системами, в кото­рых сочетаются элементы электроники и гид­равлики (гидравлический привод сохраня­ется только применительно к фрикционам). К преимуществам применения электроники относятся:

  • возможность устанавливать не­сколько различных программ переключе­ния передач,
  • большая плавность включения передачи,
  • гибкость и приспосабливаемость к различным типам автомобилей,
  • примене­ние упрощенных гидравлических цепей упра­вления и механизмов свободного хода.

Измерительные преобразователи системы определяют нагрузку, положение рычага пере­ключения передач, положение переключателя программ и режима «kick-down», а также час­тоту вращения вала двигателя и ведомого вала коробки передач. Блок управления обрабаты­вает эти данные в соответствии с установлен­ной программой и вырабатывает сигналы уп­равления коробкой передач.

Электродинамические преобразователи об­разуют связь между электронными и гидрав­лическими цепями, в то время как соленоид­ные клапаны приводят в действие фрикционы. Используются аналоговые или цифровые ре­гуляторы давления.

Управление переключением передач

Во время выбора необходимой передачи сис­темой запрашиваются данные о частоте вра­щения ведомого вала коробки передач и дви­гателя, прежде чем сработает соответствующий соленоидный клапан. Водитель может вы­брать из имеющихся требуемую программу переключения передач, например, для обеспе­чения максимальной топливной экономично­сти или максимального скоростного режима. В процесс переключения передач можно также в любой момент вмешаться посредством руч­ного переключения передач рычагом.

Интеллектуальные программы переключе­ния передач оптимизируют управление авто­мобилем, пополняя стандартные данные упра­вления коробкой передач вспомогательными параметрами, такими, как продольное и попе­речное ускорение и скорость перемещения педалей тормоза и подачи топлива. Сложная программа управления позволяет выбирать соответствующую передачу как для текущих условий движения автомобиля, так и для стиля управления. Широкое распространение полу­чили концепции, в которых сочетаются высо­кий уровень «интеллектуальных» (универ­сальных) программ переключения передач со средствами активной адаптации к индивиду­альному управлению автомобилем.

В дополнение к стандартным положениям переключений рычаг переключения передач может переходить ко второй (параллельной) логической схеме, при которой простого лег­кого перемещения рычага толчком доста­точно для того, чтобы немедленно изменить передачу (если при этом не будет превышена частота вращения вала двигателя).



Блокировка гидротрансформатора

Механическая блокировочная муфта может использоваться для повышения эффективно­сти работы коробки передач за счет устранения проскальзывания в гидротрансформаторе. Пе­ременными параметрами, используемыми для определения условий срабатывания блоки­ровки гидротрансформатора, являются на­грузка на двигатель и частота вращения ведо­мого вала коробки передач.

Контроль качества переключения

Точность, с которой давление во фрикцион­ных элементах регулируется в зависимости от величины передаваемого крутящего мо­мента, оказывает решающее влияние на каче­ство переключения; это давление устанавли­вается с помощью специального регулятора. Плавность переключения передач может по­вышаться за счет кратковременного сниже­ния выходной мощности двигателя на период переключения передачи.

Защитные цепи

Предусмотрены для исключения поврежде­ний коробки передач, связанных с ошибкой водителя, при этом система на ошибочные функции в электрической схеме срабатывает посредством возвращения к запасному ре­жиму.

Конечные элементы управления

Элементы электрогидравлического преобра­зования, такие как соленоидные клапаны и регуляторы давления, обеспечивают связь между электронными схемами и гидравличе­скими цепями.

Бесступенчатые коробки передач

 

Бесступенчатые коробки передач позволяют оптимально сочетать характери­стики двигателя с различными режимами эксплуатации автомобиля. (рис.17 «Бесступенчатая коробка передач легкового автомобиля ZF CFT23»)

Бесступенчатая коробка передач легкового автомобиля ZF CFT23

К их преимуществам перед механиче­скими коробками передач с фиксированным количеством передаточных чисел относятся возможности повышения производительно­сти и топливной экономичности с одновре­менным уменьшением выброса токсичных веществ в отработавших газах (посредством обеспечения оптимальных условий работы двигателя). Однако полная реализация пре­имуществ бесступенчатой передачи повлечет за собой уменьшение коэффициента ускоря­ющей передачи до значения φ, равного 0,5 или 1,0.

Бесступенчатые передачи (CVT) могут быть механическими (ременными или фрик­ционными), гидравлическими или электрическими. Наивысший уровень разработок достигнут применительно к механическим бесступенчатым передачам, в которых ис­пользуется стальной гибкий ремень (устана­вливаются на маломощных переднепривод­ных легковых автомобилях с поперечным расположением двигателя).

Диапазон преобразования бесступенча­той передачи находится в пределах 5,5-6,0. Сегодня серийно выпускаются бесступенчатые трансмиссии, у которых передаваемый крутящий момент от двигателя колеблется между 300 и 350 Нм. Основными элементами бесступенчатой коробки передач легкового ав­томобиля являются:

  • механизм включения для начала движения (фрикцион с дисками в масле, электромаг­нитная муфта или гидротрансформатор);
  • первичный и вторичный шкивы с акси­ально перемещаемыми дисками и сталь­ной ремень, предназначенный для пере­дачи мощности;
  • система электронно-гидравлического уп­равления коробкой передач;
  • узел движения задним ходом;
  • главная передача с дифференциалом. Можно ожидать, что бесступенчатые транс­миссии со стальными ремнями в недалеком будущем будут использоваться шире, в част­ности, внедряться на более мощные легковые автомобили.

В настоящее время в производстве автомо­билей пока еще не используются фрикцион­но-роликовые трансмиссии. С точки зрения компоновочной схемы они лучше подходят для транспортных средств с приводом на зад­ние колеса.

На некоторых средствах общественного транспорта применяются электрические трансмиссии. Они могут приводиться от альтернативных источников питания, таких как аккумуляторные батареи, навесные линии электропередач или, в будущем, топливные элементы. К преимуществам электрических трансмиссий, применяемых на автобусах, от­носятся неинтегрированная конструкция си­ловой передачи, одноколесный привод и, в особенности, более простая реализация конструкции транспортного средства с низ­ким уровнем пола.

Гидростатико-механические трансмиссии в настоящее время используются при произ­водстве сельскохозяйственных тракторов. Применение их на транспортных средствах, движущихся по дорогам, нежелательно из-за высоких уровней шума, создаваемых такой трансмиссией.

В следующей статье я расскажу о подвеска автомобиля.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *