Необходимость использования всевозможных коробок передач и сцеплений в автомобилях обусловлена эксплуатационными характеристиками двигателя внутреннего сгорания. Его особенности включают узкий диапазон частот вращения, при котором двигатель обеспечивает удовлетворительный крутящий момент, и необходимость работы двигателя на холостом ходу.
Другими словами, когда нам не нужна мощность двигателя, он все равно должен крутиться, работать, например, когда мы стоим на светофоре. Именно с помощью сцепления мы отключаем двигатель от системы привода автомобиля, чтобы он продолжал работать, а автомобиль оставался на месте.
Коробка передач позволяет вам переключать передачи для увеличения мощности.
Оглавление
2 типа коробок
Двигатель всегда был доступен в широком диапазоне оборотов. В истории автомобилестроения было разработано несколько типов сцеплений и коробок передач, из которых возникли два самых популярных решения:
- Первое решение — это механическая коробка передач с ручным приводом сцепления, что мы знаем по большинству автомобилей, особенно предыдущих десятилетий и практически по всему российскому автопрому. В этом типе решения было принято использовать однодисковое сухое сцепление и ряд одноступенчатых цилиндрических шестерен в качестве коробки передач.
- Второе решение — это автоматическая коробка передач, состоящая из преобразователя крутящего момента, который в некотором смысле действует как сцепление, и планетарных передач. Эти решения преобладали на протяжении десятилетий.
У каждого из них есть свои достоинства и недостатки.
Исторический взгляд на двойную трансмиссию
Трудно сказать, когда и где родилась идея коробок передач с двойным сцеплением. Сама концепция проста, но проблема заключается в технологической сложности, способе управления и других сложностях, которые являются синонимом высоких затрат.
Первой автомобильной компанией, которая решила эти проблемы, была Porsche, которая использовала этот тип коробки передач на 962. Автомобиль был гоночным автомобилем, участвовавшим в Ле-Мане и других подобных гонках на выносливость.
Porsche назвал свой PDK в честь немецкого Porsche Doppelkupplung, или двойного сцепления. В мире гонок всегда автомобили выше и сложнее технологически своих дорожных собратьев. Однако в 1980-х годах Porsche предлагала частным покупателям невероятно современный 959-й.
Этот автомобиль навсегда вошел в автомобильную историю как самый совершенный автомобиль своего времени. В 1986 году на Porsche 959 состоялась мировая премьера трансмиссии с двойным сцеплением на дороге, что стало одним из доказательств того, что автомобиль опередил свое время.
Автомобиль выпускался до 1989 года, всего было выпущено 337 экземпляров, которые были очень дорогими и уникальными. После прекращения производства 959 автомобильный мир на несколько лет забыл о трансмиссиях с двойным сцеплением. Однако только годы спустя настоящим популяризатором этого типа коробки передач стал концерн VW, который первым смог создать коробку передач DSG с двойным сцеплением, доступную рядовому водителю. Эта шестиступенчатая трансмиссия появилась в 2003 году в VW Golf четвертого поколения в версии R32.
Вскоре после Golf появилась Audi TT 3.2 с такой же трансмиссией. Характерными особенностями являются два соосных многодисковых мокрых сцепления, способных передавать крутящий момент двигателя до 350 Нм.
Позже концерн VW представил несколько других версий трансмиссий DSG, которые отличались друг от друга типом используемых сцеплений и способом установки в автомобиль.
За действиями VW следила вся автомобильная промышленность, которая с большим скептицизмом подошла к этой смелой идее. После многих лет эксплуатации выяснилось, что этот тип решения работает хорошо, и весь остальной автомобильный мир начал работать над своими собственными решениями. В последние несколько лет большинство ведущих производителей внедрили эти типы трансмиссий. В настоящее время они в основном доступны как опции за дополнительную плату, но все указывает на то, что через какое-то время они будут полностью доминировать на рынке.
Принцип действия двойного сцепления
Упрощенно можно сказать, что коробка передач с двойным сцеплением состоит из двух коробок передач и двух сцеплений, встроенных в один корпус. В каждой из этих коробок передач задействована одна передача. В одном из них используется передача, на которой мы сейчас едем, а в другом — передача, которая будет выбрана следующей.
Wikipedia
двойное сцепление Представляет собой две параллельные коробки передач, каждая со своим сцеплением. На первой нечётные передачи (1, 3, 5, 7), на второй — чётные (2, 4, 6, R). Предположим, автомобиль едет на первой передаче — на нечётной полукоробке включены 1-я передача и сцепление, на чётной — только 2-я передача. Когда нужно переключиться на 2-ю передачу, одно сцепление выключается, второе включается. Если блок управления видит, что разгон продолжается, на нечётной полукоробке включается 3-я передача. Когда настанет пора переключиться, снова потребуется выключить одно сцепление и включить другое. Такие роботы переключаются за 0,2 с и даже быстрее, но только на ту передачу, которая подготовлена заранее.
Ключ к быстрому переключению передач — это ранее выбранная передача на «холостом ходу». Если мы начнем на первой передаче, очевидно, что вторая коробка передач автоматически переключается на вторую передачу. Переключение на 2ю приводит к отключению сцепления, соединенного с коробкой передач, в которой находится первая передача, и включению сцепления, соединенного со второй передачей. Аналогично переключение высших передач.
Чтобы все работало правильно — нужен также некий алгоритм управления, который распознает, переключит ли водитель передачу на более высокую или наоборот — пониженную. Упрощенно можно сказать, что если водитель «дает газ», то готовится более высокая передача, если тормоз — то трансмиссия готовит более низкую передачу. Современные системы управления очень хорошо разработаны, поэтому коробка передач всегда готова следовать пожеланиям водителя. Благодаря этому мы получаем чрезвычайно короткое время переключения передач без необходимости синхронизации, что позволяет двигателю работать почти непрерывно.
Секрет конструкции коробки передач с двойным сцеплением состоит в том, что она имеет два соосных вала, один полый, а другой проходящий через него. Каждый из этих валов соединен с одним из сцеплений, которые взаимодействуют с двигателем внутреннего сгорания. На одном валу установлены шестерни нечетного передаточного числа, то есть шестерни 1, 3, 5, а иногда и 7. На другом валу — четные шестерни 2, 4, 6. В зависимости от конструкции используются разные муфты. В настоящее время для систем, передающих относительно низкие крутящие моменты, используются два сухих однодисковых сцепления, которые размещены одно в другом и по своей конструкции напоминают классические сцепления. В решениях, передающих более высокие крутящие моменты, используются многодисковые мокрые муфты аналогичного диаметра.
В группе VW эти типы сцеплений передают крутящий момент до 650 Нм. Подробнее о крутящем моменте тут).
В доступных в настоящее время коробках передач сцепления управляются автоматически, поэтому в автомобиле нет педали сцепления, и автомобиль трогается с места, как с обычной автоматической коробкой передач.
Стиль работы коробки передач различается в зависимости от типа автомобиля. В спортивных автомобилях время переключения будет сокращено до абсолютного минимума, что даст очевидно меньший комфорт (т.к. допустимы рывки) и это ведет к более быстрому износу. Для автомобилей, ориентированных на комфорт, это время будет больше, в результате чего переключение передач будет более плавным и менее напряженным для системы привода. Трогание с места также будет похоже на работу автоматической коробки передач.
Преимущества и недостатки
Трансмиссии с двойным сцеплением сложны. Источником вдохновения для разработки первого в своем роде автомобиля Porsche послужило желание дать очень короткое время переключения передач, измеряемое в миллисекундах, недостижимое для механических коробок передач конкурентов. Кроме того, благодаря своей конструкции коробки с двойным сцеплением могут сразу работать в автоматическом режиме и они делают это лучше, чем классические автоматические трансмиссии, потому что исключается использование низкоэффективного преобразователя крутящего момента. Благодаря этому мы получаем коробку передач, которая позволяет нам ускоряться быстрее, чем механическая коробка передач, и, если мы захотим комфорт — она даст нам комфорт автоматической коробки передач. К тому же такая коробка немного снижает расход топлива.
Поклонники автоспорта также оценят возможность переключения передач аналогично автомобилям Формулы 1 или WRC, например, с помощью подрулевых переключателей за рулем. К минусам, безусловно, можно отнести сложность конструкции и как следствие вероятность поломки и итоговую цену. Кроме того, в автомобилях супер-люкс классические автоматические трансмиссии еще некоторое время будут лидировать благодаря своей бесспорной «мягкости» при трогании с места и переключении передач.
Популяризация коробок передач с двойным сцеплением
Сегодня Porsche предлагает коробки передач PDK в супер-лимузине Panamera. Используемая коробка передач имеет целых 7 передаточных чисел, что позволяет добиться высокой динамики разгона и максимальной скорости, достигаемой на 6-й передаче.
Gear 7 — это повышающая передача для снижения расхода топлива и шума при движении на высоких скоростях. Двигатель соединен с коробкой передач с помощью многодискового мокрого сцепления, которое позволяет ему передавать до 700 Нм самого мощного двигателя, доступного в Panamera.
VW использует коробки передач DSG во всех популярных брендах своего концерна, то есть Audi, VW, Seat и Skoda.
Bugatti Veyron, также принадлежащий VW, также имеет коробку передач с двойным сцеплением. Однако это не имеет ничего общего с трансмиссиями DSG, используемыми в легковых автомобилях.
Mercedes также использует этот тип трансмиссии в своей спортивной модели SLS AMG.
Спортивные особенности этого типа коробок подтверждены компанией Mitsubishi, предлагающей Lancer Evo X с технологией TC-SST (Twin Clutch Sportronic Shift Transmission).
Есть все основания полагать, что эта технология навсегда останется в популярных автомобилях или, по крайней мере, завоюет значительную часть рынка. Вестниками этого являются другие бренды, следующие по пути VW, такие как Ford Mondeo с трансмиссией PowerShift.