Коробка передач. Общие сведения

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

Коробка передач. Общие сведения

Коробка передач служит для изменения крутящего момента, передаваемого от коленчатого вала двигателя к ведущим колесам, для движения автомобиля задним ходом и длительного разобщения двигателя от трансмиссии во время стоянки автомобиля и при движении его по инерции (накатом).

А теперь с точки зрения новичка давайте разберемся - зачем вообще нужна коробка передач на автомобиле, и для чего нужно переключать передачи? Переключение передач - необходимость, возникшая в связи с неравномерной характеристикой крутящего момента ДВС. Сравним для примера ДВС и электродвигатель.

Рис. 1. - Зависимость тяговых характеристик:

Основное различие между автомобильным и электрическим тяговым двигателем с интересующей нас точки зрения заключается в тяговых характеристиках, то есть в том, как меняется в зависимости от числа оборотов мощность и крутящий момент. У электродвигателя крутящий момент при небольших оборотах довольно велик. По мере раскручивания момент падает. Для транспортной машины такая характеристика наиболее благоприятна: при движении с места и разгоне, когда приходится преодолевать значительные силы инерции, желательно иметь как можно больший крутящий момент.

А для поддержания равномерного движения момент нужен уже намного меньше. Заметим, что мощность электродвигателя на любых оборотах может оставаться близкой к максимальной и на всех режимах используется почти полностью, то есть он отлично приспособлен к дорожным условиям работы. У двигателя внутреннего сгорания все обстоит иначе: мощность при низких оборотах у него значительно понижена, а величина крутящего момента в пределах эксплуатационных чисел оборотов вообще мало изменяется.

График показывает (рис. 1А), что если сопротивление движению увеличилось, и обороты двигателя начинают падать, то:

- у электродвигателя это сопровождается значительным (в несколько раз) увеличением крутящего момента;

- у автомобильного же двигателя момент сначала немного растет, а потом уменьшается - двигатель глохнет.

Как видим, тяговая характеристика двигателя внутреннего сгорания совершенно неудовлетворительна. Но силовая установка с таким мотором по своей легкости, экономичности и другим качествам пока превосходит электромотор.

Поэтому конструкторам пришлось примириться с недостатками ДВС и для их преодоления поставить на автомобиль коробку передач, которая изменяет передаточное отношение между двигателем и ведущими колесами и соответственно крутящий момент на них.

На рис. 1Б показано, как с помощью ступенчатой коробки передач тяговая характеристика ДВС пытается приблизиться к идеальной гиперболе.

Рис. 2. - Схемы передаточных отношений:

А что такое передаточное отношение? Немного углубимся в механику. В шестеренчатой передаче, состоящей из двух шестерен, одна из которых является ведущей, а другая ведомой, их относительные размеры определяют скорость вращения и крутящий момент. Отношение числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей и называется передаточным числом. Если ведущая шестерня меньше ведомой, то скорость вращения ведомой будет меньше, а крутящий момент - больше, и наоборот. То есть, выигрывая в силе, теряем в скорости, и, напротив - выигрывая в скорости, теряем в силе. Если в передаче участвует несколько пар шестерен, то общее передаточное число получается умножением передаточных чисел всех пар шестерен, участвующих в передаче.

Для получения различного по величине крутящего момента, необходимого для работы автомобиля в разных условиях, в коробке передач имеется несколько пар шестерен с различным передаточным числом. Если между ведущей и ведомой шестернями поместить промежуточную, то ведомая шестерня изменит направление вращения на обратное (получим передачу заднего хода).

Таким образом, любая коробка передач, будь то «механика», «автомат» или вариатор, служит для обеспечения оптимального режима работы двигателя в различных условиях движения путем изменения передаточного отношения.

В любой коробке передач выделяют высшие и низшие ступени (передачи).

При движении с места, разгоне, движении на небольшой скорости и по бездорожью - необходим высокий крутящий момент, который достигается при средне - высоких оборотах, но отсутствует необходимость развивать высокую скорость. Для движения в этом режиме служат низшие ступени коробки передач (обычно с первой по третью), имеющие наибольшее передаточное отношение, при этом даже при больших оборотах двигателя автомобиль будет ехать медленно.

Для равномерного движения на высокой скорости необходимо обеспечить большую частоту вращения колёс, поддерживая обороты двигателя в оптимальном диапазоне. Для этого служат высшие передачи (от четвертой и выше), имеющие значительно меньшие передаточные числа по сравнению с низшими. При этом автомобиль будет при тех же оборотах двигателя ехать достаточно быстро, пока не будут достигнуты максимальные рабочие обороты двигателя. Однако на высших передачах автомобиль не может двигаться с небольшой скоростью и, тем более, трогаться с места, так как двигатель не сможет развить крутящего момента, необходимого для того, чтобы сдвинуть автомобиль с места, и заглохнет.

Передача с передаточным отношением, равным 1, называется прямой (как правило, четвертая). Если передаточное число меньше единицы, такая передача называется ускоряющей (от пятой и выше). Ускоряющая передача включается при движении автомобиля в хороших дорожных условиях, когда не требуется большой силы тяги на ведущих колесах. Давая возможность двигателю работать с пониженными оборотами, ускоряющая передача способствует уменьшению износа двигателя и экономии топлива.

С понятием передаточного числа связано выражение «длинная коробка» и «короткая коробка». Речь идёт о разнице в передаточных числах разных передач - в «длинной» коробке она больше. Рассмотрим два автомобиля, одинаковых во всём, кроме коробок передач. Водитель авто с «короткой» коробкой, поддерживая высокие обороты мотора, разгонится быстрее и быстро наберёт максимальную скорость.

Водитель на машине с «длинной» коробкой разгоняться будет дольше, но до более высокой скорости.

Таким образом, выбор коробки зависит от темперамента водителя. С «короткой» коробкой автомобиль более динамичен, но чаще приходится переключаться. С «длинной» - не такой резвый, но диапазон скоростей на одной передаче больше, то есть, можно добраться до высшей передачи и кататься на ней со скоростью от пятидесяти до ста с лишним, изменяя её только газом и тормозом. Любители агрессивного «спортивного» стиля предпочтут «короткую» коробку, люди спокойные - длинную.

Типы КПП.

Современные автомобили могут оснащаться одним из четырех видов КПП - механической, автоматической, роботизированной или вариаторной.

Механическая коробка передач с ручным переключением состоит из набора шестерен. Изменение передаточного числа осуществляется путем введения их в зацепление в различных сочетаниях. К плюсам данной коробки следует отнести высокий КПД, простоту, низкую цену, высокую динамику и наименьший расход топлива по сравнению с остальными коробками. Из недостатков следует отметить неудобство управления, особенно при движении в городе.

Автоматическая КПП - планетарная коробка передач с автоматическим переключением. Планетарная передача состоит из нескольких шестерен, называемых планетарными или сателлитами, вращающихся вокруг центральной (или солнечной) шестерни. Планетарные шестерни фиксируются вместе с помощью водила. Кроме этого, дополнительная внешняя кольцевая шестерня имеет внутреннее зацепление с планетарными шестернями. Сателлиты, вращаются вокруг центральной шестерни (как планеты вокруг Солнца), внешняя шестерня - вокруг сателлитов. Различные передаточные отношения достигаются путем фиксации различных деталей относительно друг друга.

В современных коробках используются несколько планетарных передач для получения большого диапазона передаточных чисел.

К преимуществам автоматической коробки следует отнести, прежде всего, удобство управления и комфорт.

АКПП способны менять передачи на полной мощности двигателя, что практически неосуществимо в МКПП.

В плюсы «автомата» можно добавить плавность хода во время переключения, отсутствие отката при движении с места, защищенность двигателя и деталей трансмиссии от перегрузок и поломок из-за неправильного включения передач, увеличенный ресурс.

К недостаткам АКПП обычно относят более низкий КПД, более высокую цену, а также стоимость ремонта и обслуживания, повышенный расход топлива, ухудшение динамических качеств автомобиля, задержки в переключении передач.

Однако с каждым годом эксплуатационные свойства автоматических коробок улучшаются, а число поклонников АКПП уверенно растет.

Рис. 3. - Схема вариатора:

Вариатор представляет собой бесступенчатую коробку передач. Его главные детали - два раздвижных шкива и соединяющий их ремень, в сечении имеющий трапецеидальную форму. Если половинки ведущего шкива сдвинуть, они вытолкнут ремень наружу - радиус шкива, по которому работает ремень увеличится, следовательно, увеличится и передаточное отношение.

А если половинки ведомого шкива, наоборот, раздвинуть, то ремень провалится внутрь и будет работать по меньшему радиусу - передаточное отношение уменьшится.

Если оба шкива будут в промежуточном положении, то передача станет прямой. Вместо ремня может применяться цепь, набранный из металлических пластин ремень, но принцип от этого не меняется. Для движения автомобиля с места используется обычное сцепление или небольшой гидротрансформатор, который вскоре после начала движения блокируется. Управление дисками шкивов осуществляет электронная система из сервоприводов, блока управления и датчиков.

Главным преимуществом вариатора является то, что двигатель постоянно работает в оптимальном режиме. Как бесспорные плюсы вариатора (по сравнению с АКПП) выступают: экономичность, более плавный ход и динамичный разгон. Вариатор проще по конструкции, чем обычный «автомат». Однако по сравнению с МКПП вариаторы имеют меньшую экономичность и динамику.

Основным минусом вариатора является его несовместимость с мощными моторами из-за слабости и недолговечности ремней. Также ограничивают применение бесступенчатой трансмиссии потребность в дополнительных механизмах для режимов движения и заднего хода, высокая стоимость, дорогое обслуживание и ремонт.

Роботизированная коробка - это обычная механическая коробка передач. Для передачи крутящего момента от двигателя к трансмиссии также используется стандартное «сухое» однодисковое сцепление. Отличие состоит в том, что процессы включения-выключения сцепления и переключения передач автоматизированы. Такая коробка облегчает процесс управления автомобилем, освобождая от необходимости переключать передачи вручную и задумываться о том, какую именно передачу включить в данный момент. К преимуществам коробки-робота можно отнести небольшой вес, невысокую стоимость и экономичность.

Этот тип коробки имеет и несколько существенных недостатков. В первую очередь это касается плавности его работы, которая оставляет желать лучшего. Передачи переключаются с заметной задержкой, а в режиме «газ в пол» появляются толчки и рывки при переключениях. Не спасает и ручной режим, сцеплением ведь все равно управляет электроника. В четкости переключений «робот» уступает даже простому «автомату». К тому же, «роботу» свойственен небольшой откат при начале движения. Такой тип коробки обычно ставят на недорогие модели.

Более совершенной является роботизированная коробка с двойным сцеплением. В такой коробке одно сцепление включает нечетные передачи, а другое - четные. Во время езды крутящий момент передается по одному сцеплению, то есть диск сомкнут. В то же время диск второго сцепления разомкнут, но в самой коробке следующая передача уже включена. Когда электроника «чувствует», что надо переключаться на другую передачу, то первый диск просто размыкается, а второй синхронно смыкается. Это позволяет избавиться от рывков при переключениях и обеспечивает непрерывный поток мощности от двигателя к колёсам, что недостижимо для обычной механической коробки с одним сцеплением. Режим переключения - как ручной, так и автоматический. Технически это довольно сложный вид коробки (а значит, и недешевый), но по динамике и экономии топлива он превосходит даже простую механику.

Коробка передач Audi TT 3.2 Quattro.

У Audi накоплены богатые традиции в разработке новых технологий в области трансмиссии и их использовании в серийных автомобилях и коробка передач Direct-Shift - еще одна веха в истории серийных автомобилей Audi.

Принцип работы DSG уже использовался Audi в автоспорте. Еще в 1985 году Audi применила ее для легендарного Audi Sport quattro Вальтера Рорля. На своем раллийном болиде Audi Sport quattro S1 гонщик одержал множество побед на различных соревнованиях, включая легендарную гонку Pikes Peak Hill Climb.

В революционной коробке передач Direct-Shift (DSG) преимущества традиционной 6-ступенчатой механической коробки передач соединены с возможностями современного "автомата". Несмотря на компактные размеры новой коробки передач, этот агрегат рассчитан на передачу крутящего момента до 350 Нм.

Встроенное логическое устройство управления позволяет оптимально выбирать передачи для их молниеносного переключения, которое, тем не менее, происходит плавно и почти неощутимо. При желании водитель может переключать передачи и определять временной интервал их переключения при помощи обычного селектора или, как на гоночном болиде, посредством под рулевых переключателей.

Коробка переключает передачи вовремя и обдуманно, как будто ею управляет сам водитель. Электронное управление подачей топлива в ручном режиме и режиме Sport усиливает впечатление сверхбыстрого переключения передач.

Новая коробка передач DSG с переключением без разрыва потока мощности, установлена на 250-сильном полноприводном Audi TT 3.2 quattro - лучшем из всех серийных Audi TT.

Автомобили, как люди, проживают свою жизнь по-разному. Кто-то приходит в мир без шума, живет серой мышкой и так же незаметно уходит. Кто-то сначала громко заявляет о себе, но потом быстро сдувается. Кто-то сразу становится классиком.

У Audi TT интересная судьба. Задуманный как недорогой молодежный спорткар на основе гольф-платформы четвертого поколения, этот автомобиль со временем становится все лучше и лучше. Он взрослеет и, как хорошее вино, набирает вкус.

Помните наши первые тесты Audi TT? Вроде бы все замечательно - дизайн великолепен, интерьер бесподобен, турбомоторы 1.8Т достаточно мощны и экономичны. Но лоска в настройках шасси не было. А вот просчеты были - и в подвеске, и в аэродинамике. Из-за отсутствия спойлера на красивом покатом «хвосте» на задние колеса ТТ действовала слишком высокая подъемная сила, которая вкупе со склонностью к заносу приводила к авариям на скоростных автобанах.

Спойлер добавили, подвеску перенастроили. Но все равно каждый раз, когда мы садились за руль ТТ, казалось - еще бы чуть-чуть лошадиных сил, еще бы немного четкости реакций.

Шестицилиндровый Audi TT 3.2 quattro - цельная натура. Наконец-то все на высочайшем уровне!

Даже аэродинамика у шестицилиндровой версии иная - передний обвес с эффектными «жабрами» у колесных арок и более развитый задний спойлер снизили коэффициент сопротивления Сх с 0,34 до 0,32 и, по заверениям Ингольштадта, уменьшили подъемную силу. Классная тяга с ярким подхватом после 4000 об/мин, великолепный «породистый» звук мотора. Шасси почти идеально подходит для 250-сильного двигателя. Более жесткие стабилизаторы, пружины и амортизаторы, увеличенные передние тормозные диски, классно настроенная система ESP, которая быстро корректирует снос наружу поворота без потери скорости.

Руль тугой при парковке, но зато усилие нарастает абсолютно адекватно повороту баранки - во всяком случае, при любых маневрах на скорости до двухсот. При этом на руле чувствуешь все нюансы - покрытие под колесами, уровень боковых перегрузок, профиль асфальта. Последний компонент «приходит» на кожаный обод исключительно в виде отфильтрованных и смягченных небольших вибраций - только как информация, не более. И звук мотора даже на максимальных оборотах совершенно не раздражает.

Плюс полный привод. Берегись, Porsche Boxster!

А ведь у Audi TT 3.2 quattro есть и еще один фирменный козырь. Нет, не дизайн, хотя с этим у ТТ все в порядке. Директшальтгетрибе! В этом слове - металлический лязг шестерен, щелканье якорей электромагнитов и затворов управляющих гидроклапанов. Директшальтгетрибе - магическое заклинание, которое наделяет коробку передач DSG свойствами лучших «автоматов», сохраняя все преимущества «механики». Или, во всяком случае, почти все.

В первом приближении DSG - это модная нынче автоматизированная механическая коробка: сервоприводы выжимают сцепление и переключают передачи за водителя. Такие коробки нам хорошо известны - это BMW SMG, Alfa Romeo Selespeed, Mercedes-Benz Sequentronic, Opel Easytronic...

Но трансмиссия DSG в корне отличается от всех этих «троников». В ней словно объединены две такие коробки, причем каждая - со своим сцеплением. Одна «коробка» отвечает за включение нечетных передач (первой, третьей и пятой), другая - четных: второй, четвертой и шестой. Что это дает? Очень просто - возможность включить две передачи одновременно!

Такая коробка - преселективная. Пока идет разгон на первой передаче, шестерни второй уже находятся в зацеплении, но вращаются вхолостую. Когда компьютер определяет время переключения (разработчики называют этот момент kiss point, «точка поцелуя»), два гидропривода одновременно отпускают первое сцепление и замыкают второе, передавая момент от двигателя «из рук в руки» от первой передачи ко второй. Теперь активна уже вторая передача - и коробка заранее вводит в зацепление шестерни следующей, третьей передачи.

Как только настанет следующий kiss point, электроника отдаст необходимые команды - и коробка, синхронно манипулируя двумя сцеплениями, плавно «передаст» крутящий момент от второй к третьей. И так далее - до шестой. Причем одновременно с шестой коробка тут же включит и пятую передачу - на тот случай, если обороты двигателя упадут и понадобится больше тяги. Нажатие на газ - и за 0,2 секунды синхронный танец двух сцеплений перебросит тягу обратно, с шестой на пятую.

Правда, 0,2 с. - отнюдь не рекордное время. Опытный водитель тратит на быстрое переключение примерно столько же, а обычная автоматизированная коробка SMG II на BMW M3 может «передергивать» передачи вообще за 0,08 с.! Но «экстремальная» трансмиссия BMW SMG II - это, как говорится, особая статья. А вот все остальные «троники» безоговорочно уступают коробке DSG - и по быстродействию, и по удобству пользования.

Свежий пример - Citroen C3 с коробкой SensoDrive, о работе которой вы можете прочесть в этом же номере Авторевю. Главная претензия - в автоматическом режиме сцепление размыкается в непредсказуемые для водителя моменты, вызывая неприятные и неожиданные клевки. С DSG такое невозможно в принципе - ведь с двумя сцеплениями переключения происходят без разрыва потока мощности от двигателя к колесам, как в «автоматах»!

Если стильный селектор коробки DSG на Audi TT 3.2 quattro стоит в позиции D (Drive), то коробка и впрямь напоминает хороший «автомат». Переключения мягкие, практически незаметные, без толчков и рывков. Разве что иногда из-под днища раздается щелканье актуаторов коробки - точно такие же звуки издает и альфовский Selespeed. Но стоит перевести рычаг в спортивный режим S, как TT преображается. Только что автомобиль в «драйве» катил на шестой передаче с приятным басовитым урчанием - и вдруг коробка переходит сразу на вторую! Переключения становятся короче, каждая передача «держится» практически до максимальных 7000 об/мин.

Одновременно с торможением коробка активно перещелкивается «вниз», сопровождая все это короткими эффектными перегазовками.

И чем быстрее ты едешь, тем адекватнее работает Директшальтгетрибе!

Коробка начинает постоянно «щелкать» передачи вверх-вниз, удерживая стрелку тахометра возле 5000-6000 об/мин. Езда в таком спортивном стиле - одна из самых простых задач для компьютера DSG: знай себе переключай передачи одну за другой, последовательно. А вот предугадать, какую из передач нужно включить заранее при движении в рваном темпе, гораздо сложнее. Что впереди - поворот, перед которым четвертую нужно сменить на третью? Обгон, для которого понадобится вторая передача? Или прямик, где можно спокойно перейти на пятую и, следом, на шестую?

В прогнозах преселекции передач компьютеру DSG помогают адаптивные алгоритмы с использованием принципов так называемой нечеткой логики.

Молодцы программисты - коробка «тормозит» очень редко. В самом худшем случае (это смена передач одного сцепления - с четной на четную или с нечетной на нечетную) переключение занимает 0,9 с.

Но и тогда ситуацию спасает непрерывность потока - переключение происходит через «промежуточную» нечетную передачу, и внезапной потери тяги или тормозного момента от двигателя не возникает!

Режим S, кстати, настолько хорош при активной езде, что я практически не пользовался ручным переключением - ни рычагом, ни клавишами за ободом руля, как на Audi RS6. Неужели коробка DSG действительно заслуживает титула лучшей автоматизированной «механики»?

Увы, есть одна незадача - заминка при старте. Предположим, Audi TT стоит на светофоре. Зеленый. Водитель нажимает на газ - и пока не сработает сцепление, пока двигатель не раскрутится с самого «низа», мощного ускорения не последует. Целая секунда стартовой вялости!

Правда, есть один способ - можно активировать систему быстрого старта, которая, по аналогии с Формулой-1, носит название launch control. Это требует трех действий: перевести селектор в режим S, нажатием крупной кнопки на панели отключить ESP и утопить в пол одновременно обе педали - газ и тормоз. тяговый двигатель автомобиль

Стрелка тахометра прыгнет вверх, но тут же «зависнет» на отметке 3200 об/мин - на оборотах максимального крутящего момента. Теперь нужно отпустить тормоз - и TT рванет с места. Несмотря на все 320 Нм крутящего момента - практически без пробуксовки. Полный привод!

Но в таком варианте launch control хорош разве что для любителей пустить пыль в глаза резким стартом со светофора. Или для ненавистников Берни Экклстоуна. Ведь Audi TT 3.2 quattro с функцией launch control начнут продавать в Европе в середине лета - аккурат в то время, когда по решению Экклстоуна в Формуле-1 запретят «стартовую помощь» электроники

Размещено на Allbest.ru