Автомат, вариатор или робот: что лучше для кроссовера?

Бесступенчатая коробка передач (CVT) — вариатор

Новое поколение Honda Accord оснащается вариатором, что позволяет машине динамично набирать скорость, но за это владельцы расплачиваются громким звуком двигателя

Бесступенчатая коробка передач по своей конструкции не похожа не на одну другую трансмиссию. В вариаторе вы не найдете не одной запчасти, которая используется в других видах коробок передач. Бесступенчатая трансмиссия использует две пары металлических конусов, каждый из которых имеет заостренные концы.

Один набор конусов прикреплен к двигателю, а другие два конуса прикреплены к колесам транспортного средства. Между этими парами конусов натянут ремень. Конусы двигаются в направлении друг к другу, как правило, под контролем компьютера.

В современных вариаторах конструкция коробки позволяет с помощью компьютера менять угол ремня, расположенный между двумя конусами, что в итоге позволяет менять передаточные числа передач. 

Это звучит странно, но на самом деле подобная конструкция коробки позволяет постоянно изменять передаточные коэффициенты передач, вместо того чтобы пользоваться фиксированными значениями, установленными на заводе.

Это означает, что передаточные числа могут корректироваться бесконечно, что позволяет работать двигателю более эффективно при наборе скорости. По сути, при наборе скорости не происходит никакого переключения передач, что и создает эффект, что машина разгоняется без задержек.

Но также как и в других типах автоматических коробок передач, в работе вариатора есть и минусы.

К примеру, это раздражающий громкий звук работы двигателя, который постоянно работает на повышенных оборотах. То есть если ваша машина оснащена вариатором, при разгоне обороты двигателя не будут падать, как это происходит, к примеру, на автоматических или механических коробках (при переходе на другую передачу обороты двигателя снижаются). 

Автоматизированная механическая коробка передач

Несмотря что VW Up является небольшим компактным автомобилем при разгоне переключение передач происходит рывками из-за автоматизированной механической коробки передач

С появлением коробки передач с двойным сцеплением, автоматизированные механические коробки передач становятся редкостью на автомобильном мировом рынке, но, тем не менее, некоторые компании пока по-прежнему продолжают устанавливать этот вид трансмиссии на многие автомобили.

В автомобиле, который использует этот тип коробок передач, также как и коробки с двойным сцеплением отсутствует педаль сцепления, но присутствует ручка переключения передач, как на традиционной механике.

Переключая скорость, коробка отключает передачу крутящего момента от двигателя на коробку, переводит передачу крутящего момента на нужный вал, и затем снова включает передачу энергии от двигателя на коробку. И все это без участия водителя.

Может сперва показаться, что этот вид коробок передач имеет преимущество перед обычными автоматическими коробками, многие из которых не позволяют водителями самостоятельно переключать передачи, но на самом деле есть недостатки которые заключаются в работе автоматизированной механической коробки.

Так есть проблемы со скоростью и гладкостью работы трансмиссии. Проблема в том, что таким коробкам передач необходимо время, чтобы для переключения скорости без сцепления сделать необходимые для этого действия в правильном порядке. Поэтому весь процесс происходит слишком медленно, чтобы не вызывать дискомфорт у пассажиров и водителя.

Но, несмотря на это, многие водители часто отмечают, что в автомобили с такими коробками разгоняются очень медленно, что связано с огромными задержками между переключениями скоростей.

Некоторые водители чтобы сгладить процесс переключения чуть приопускают педаль газа перед переходом на другую скорость. Но автомобили с традиционными автоматическими коробками передач и трансмиссиями с двойным сцеплением разгоняют автомобили намного быстрее, а процесс переключения скоростей происходит более гладко.  

Самые известные обозначения автоматизированных механических коробок передач: Неофициально такой тип коробок передач называют полуавтомат, ASG, EGC и ETG.

Виды автоматических коробок

Коробки автомат отличаются от механики методом передачи крутящего момента от коленвала двигателя к трансмиссии. Отличительна особенность АКПП – отсутствие прямого контакта между силовым агрегатом и элементами коробки передач. Момент вращения и мощность передаются через турбины гидротрансформатора АКПП и трансмиссионную жидкость. Такая конструкция называется «гидравлическая автоматическая коробка передач».

Управление автоматом осуществляется, благодаря работе специализированных электронных устройств. Современная коробка автомат получила дополнительные возможности:

• зимний режим;
• спортивный;
• режим экономичной езды;
• переключение передач как в автоматическом, так и в ручном режимах (типтроник);
• адаптация управления под индивидуальный стиль вождения оператора.

В отличие от механики, автомат гидравлического типа потребляет больше топлива, причина – низкий КПД гидротрансформатора. Это является своеобразной платой за комфорт.

Типтроник – одна из разновидностей коробок автомат, в которой, наряду с автоматикой, имеется возможность участвовать человеку в самостоятельном управлении режимами. Автоматическое управление классических АКПП не всегда способно регулировать скорость в следующих случаях:

1. Когда нужно добавить дополнительное ускорение авто (повышение передачи).
2. Понизить передачу на крутых виражах.
3. Тормозить при помощи двигателя и пр.

Без человеческого фактора не обойтись, когда нужно точно установить селектор АКПП в специальную прорезь на кулисном механизме.

Одновременно при этом требуется самостоятельно выбрать знак «+» либо «–». Только после правильного выбора режима, соответствующий сигнал поступает на ЭБУ для дальнейшего запуска алгоритма по переключению передач. В последних разработках новых моделей все чаще стали появляться для этих целей специальные «лепестки» — переключатели, которые размещены под рулевой колонкой.

Список видов коробок автомат можно дополнить названиями Autostick, Steptronic, Geartronic. Это та же коробка автомат Типтроник, которая представлена различными фирмами-автопроизводителями: АУДИ, БМВ, Вольво.

Устройство механической коробки передач

Устройство механической КПП

Конструктивно механическая коробка передач состоит из следующих элементов:

• ведущий или первичный вал;
• ведомый или вторичный вал;
• промежуточный вал (для 3-х вальной МКПП);
• шестерни первичного и вторичного валов;
• механизм выбора передач;
• муфты синхронизаторов (синхронизаторы);
• картер;
• главная передача;
• дифференциал.

При этом устройство и принцип работы двухвальной и трехвальной трансмиссии отличаются друг от друга.

Двухвальная коробка передач: устройство и принцип работы

Схема двухвальной МКПП

Этот тип коробки является наиболее распространенным. Крутящий момент от двигателя через муфту сцепления передается на первичный вал. В зависимости от конструкции конкретной коробки передач часть шестерней на первичном и вторичном валах жестко закреплены на них, а часть свободно вращаются. Также на каждом валу расположен минимум один синхронизатор. Шестерни первичного и вторичного валов находятся в постоянном зацеплении друг с другом. Понять, какие из них зафиксированы, а какие вращаются, очень просто: шестерни возле синхронизаторов всегда вращаются на валу.

Шестерня главной передачи жестко закреплена на ведомом валу. Крутящий момент от вторичного вала к колесам транспортного средства передают главная передача и . Последний обеспечивает вращение колес с разной угловой скоростью.

Механизм выбора передач в двухвальной КПП расположен в корпусе коробки и состоит из вилок и штоков, перемещающих . Механизм оснащен защитой от одновременного включения двух передач.

Принцип работы двухвальной трансмиссии следующий:

1. В нейтральном положении рычага переключения передач крутящий момента от двигателя не передается на ведущие колеса, шестерни на валах свободно прокручиваются.
2. При перемещении рычага водитель перемещает муфту синхронизатора соответствующей вилкой через систему тросиков или тяг.
3. Муфта синхронизирует угловые скорости соответствующей шестерни и вала, на котором расположен синхронизатор.
4. Муфта синхронизатора входит в зацепление с шестерней и крутящий момент начинает передаваться с первичного вала на вторичныый.
5. Происходит передача крутящего момента от двигателя на ведущие колеса с заданным передаточным числом.

Для движения задним ходом используется дополнительный вал с промежуточной шестерней заднего хода.

Схемы передачи крутящего момента на каждой из передач:

Трехвальная КПП: устройство  и принцип работы

Отличие трехвальной механики от двухвальной в том, что здесь используются три вида валов. Помимо ведомого и ведущего также применяется промежуточный вал.

Первичный вал, соединенный со сцеплением, передает крутящий момент на промежуточный. Передача происходит через соответствующую шестерню – таким образом, валы находятся в постоянном зацеплении.

Устройство трехвальной МКПП

Промежуточный вал расположен параллельно первичному, все шестерни на нем жестко зафиксированы.

На одной оси с первичным расположен вторичный вал. За это отвечает упорный подшипник на ведущем валу, в который входит вторичный вал. При этом шестерни ведомого вала могут свободно вращаться и не имеют жесткой фиксации с валом. Шестерни вторичного вала находятся в постоянном зацеплении с шестернями промежуточного вала. Следовательно, в нейтральном положении КПП крутящий момент от первичного вала передается на промежуточный и далее на шестерни вторичного вала. Но поскольку они свободно вращаются на валу, автомобиль не двигается.

Между шестернями вторичного вала находятся синхронизаторы, работа которых заключается в выравнивании угловых скоростей шестерен вторичного вала с угловой скоростью самого вала за счет сил трения.

Синхронизаторы жестко закреплены на вале и за счет шлицевого соединения могут двигаться по нему в осевом направлении.

В отличие от двухвальной КПП, механизм переключения в трехвальной трансмиссии располагается на корпусе коробки и состоит из рычага управления и штоков с вилками. Механизм также оснащен блокирующим устройством для предотвращения одновременного включения двух передач.

Он может также иметь и дистанционное управление. При этом дистанционный механизм переключения обеспечивает кулиса или шарнирные тросы.

Принцип включения передач в трехвальной КПП аналогичен принципу работы двухвальной трансмиссии.

Диагностика, цена ремонта и признаки неисправности

Коробка-автомат – сложный с технической точки зрения механизм, включающий гидравлические и электронные системы. Цена ремонта будет зависеть от возраста АКПП и сложности поломки.

Общая стоимость ремонта зависит от пробега автомобиля и технического состояния коробки. Весом фактор, приведший к неисправности

Если проблема возникла по причине неосторожного использования и пренебрежения основными техническими обстоятельствами, цена будет выше. В зависимости от тяжести поломки, стоимость варьируется в пределах от 1000 до 15000 руб

Полная замена модуля обойдётся ещё дороже.

Если вы хотите приобрести автомобиль с пробегом, то внимательно изучите стыки соединения коробки с мотором. Если АКПП уже снималась для ремонта, то сто раз подумайте, прежде чем покупать такое авто.

Для повышения эксплуатационного ресурса, уменьшения частоты и цены ремонта стоит регулярно проходить технический осмотр с целью обнаружения неисправностей трансмиссии. Игнорирование проблемы быстро приведёт к снижению запаса прочности всех компонентов, и они начнут «лететь» один за другим.

Расскажу немного про основные признаки неисправности, ведь рано или поздно даже сверхнадёжный механизм ломается. А ведь АКПП – это такой механизм, с которым необходимо бережно обращаться.

1. Рывки при переключении, нет переключения с одной передачи на другую.
2. Утечка масла, индикация ошибок на приборной панели.
3. Самопроизвольное переключение из спортивного режима в экономичный.

Принцип работы механической коробки передач

В зависимости от конструкции, рассмотрим принцип работы двухвальных и трехвальных коробок передач. Хочется сразу отметить, что на автомобилях с различным типом приводам используются разные типы КПП:

1. Двухвальная – для переднеприводных
2. Трехвальная – заднеприводных

Механика с тремя валами

Начнем с последней. В такой коробке находится три вала. Первичные и вторичные валы закреплены на одной оси, но не соединены между собой. Третий вал – промежуточный, расположен ниже двух предыдущих валов. На нем жестко закреплен определенный набор звездочек. В большинстве случаев этот вал с шестернями точат целым из одной заготовки.

Ведущий вал короткий. Он имеет одну звездочку, которая находится в постоянном зацеплении с шестернею промежуточного вала. При отпущенной педали сцепления, момент с маховика двигателя через первичный вал постоянно будет передаваться на промежуточный.

Основные действия по переключению передач происходят на вторичном валу. Его конструкция разительно отличается от двух предыдущих. Звездочки передач не насажены жестко на него и могут крутиться свободно, в независимости от скорости вращения вала. В свою очередь они также находятся в постоянном зацеплении с шестернями промежуточного вала.

Когда включена нейтральная передача и работает двигатель, все шестерни крутятся и находятся в постоянном зацеплении друг с другом. Но ведомый вал стоит на месте, а значит, колеса авто тоже не подвижны.

Чтобы передать вращение от звездочек к вторичному валу, нужно их жестко соединить между собой. Для этого применяются муфты соединения, расположенные на этом валу между шестернями.

Муфты насажены на вал, перемещаются по нему при помощи шлицов. Это перемещение происходит за счет вилок – органов управления включением и отключением передачи, они расположены непосредственно на самой муфте. При включении передачи она заходит в зацепление со звездочкой, и момент передается от нее на вал. А затем на колеса.

Более наглядно этот процесс представлен на видео:

Так как скорости вращения шестерней и вторичного вала разные соединить их между собой проблематично. Для этого используются синхронизаторы. Они уравнивают скорости двух элементов, муфта плавно входит в сцепление с шестерней, без ударов. Это обеспечивает надежность и долговечность механической коробки передач.

В зависимости от того, какой крутящий момент нужно передать на колеса автомобиля, выбирается нужная передача. В видеоролике видно, что шестерни для каждой передачи имеют разный диаметр и количество зубчиков. Поэтому для каждой скорости установлено определенной передаточное отношение. В зависимости от него на ведущие колеса передается от двигателя необходимый момент и скорость вращения.

Роботизированная коробка передач

Роботизированная коробка передач (робот) – механическая трансмиссия, в которой функции переключения передач и управления сцеплением автоматизированы. Эту роль здесь выполняют два привода, один из которых отвечает за управление механизмом переключения передач, второй – за включение и выключение сцепления.

Робот призван объединить в себе достоинства механической КПП и автомата. Он сочетает в себе комфорт в управлении (от автомата), а также надежность и экономию топлива (от механики).

Устройство и принцип работы робота

Основными элементами, входящими в состав роботизированной КПП, являются:

• механическая коробка передач;
• сцепление и привод сцепления;
• привод переключения передач;
• блок управления.

Принцип действия робота практически не отличается от функционирования обычной механики. Разница заключается в системе управления. Этим в роботе занимаются гидравлические и электрические приводы. Гидравлические элементы обеспечивают быстрое переключение, но требуют затрат дополнительных ресурсов. В электрических же приводах, наоборот, затраты минимальны, но при этом возможны задержки в их работе.

Устройство роботизированной КПП

Роботизированная трансмиссия может функционировать в двух режимах: автоматическом и полуавтоматическом. В автоматическом режиме электронное управление создает определенную последовательность управления коробкой. За основу процесса берутся сигналы входных датчиков. В полуавтоматическом (ручном) режиме передачи переключаются последовательно с помощью рычага переключения.  В некоторых источниках роботизированную трансмиссию называют “секвентальной коробкой передач” (от лат. sequensum – последовательность).

Преимущества и недостатки робота

В собраны все плюсы автомата и механики. Однако при этом нельзя сказать, что она лишена недостатков. К таким недостаткам относятся:

1. Трудности с адаптацией водителя к КПП и непредсказуемость поведения робота в сложных дорожных условиях.
2. Некомфортное движение по городу (резкие старты, толчки и рывки при переключении передач держат водителя в постоянном напряжении).
3. Возможен и перегрев сцепления (во избежание перегрева сцепления необходимо при остановках включать режим «нейтралка», что, само по себе, также утомляет).
4. «Эффект задумчивости» при переключении передач (кстати, такой же минус у вариатора). Это не только раздражает водителя, но и создает опасную ситуацию при обгоне.
5. Невозможность буксировки, что также присуще и вариатору.
6. Возможность скатывания автомобиля назад на крутом подъеме (при вариаторе это невозможно).

Из вышеперечисленного делаем вывод, что роботизированной КПП еще далеко до комфорта автомата. Переходим к положительным моментам роботизированной трансмиссии:

1. Невысокая стоимость в сравнении с тем же .
2. Экономичный расход топлива (здесь механика даже уступает, а вот вариатор в этом плане лучше: плавное и бесступенчатое переключение позволяет сэкономить больше топлива).
3. Жесткая связь двигателя с ведущими колесами, за счет чего можно «газом» выводить машину из заноса или осуществлять торможение двигателем.

Робот с двумя сцеплениями

В связи с многочисленными минусами, присущими роботизированной КПП, разработчики решили пойти дальше и все-таки реализовать идею создания коробки передач, которая бы объединила в себе все плюсы автомата и механики.

Робот с двумя сцеплениями DSG

Так появился робот с двойным сцеплением, разработанный концерном Volkswagen. Он получил название DSG (Direct Shift Gearbox), что в переводе с английского означает “коробка передач с синхронизированным переключением”. Преселективная трансмиссия – это еще одно название второго поколения роботов.

Коробка оснащена двумя дисками сцепления: один включает четные передачи, другой – нечетные. Обе передачи постоянно включены. Во время движения автомобиля один диск сцепления находится  в постоянной готовности, а другой – в сомкнутом состоянии.  Первый включит свою передачу сразу же, как только второй разомкнется. В результате переключение передач происходит практически мгновенно, а плавность работы сравнима с вариатором.

Коробка с двумя сцеплениями обладает следующими характеристиками:

• она экономичнее автомата;
• более комфортна, чем простая роботизированная коробка;
• передает больший крутящий момент,нежели вариатор;
• обеспечивает такую же жесткую связь колес с двигателем, как и механика.

С другой стороны, стоимость этой коробки будет выше стоимости механики, а расход выше, чем у робота. С точки зрения комфорта, вариатор и автомат все равно выигрывают.

Достоинства и недостатки автоматической коробки передач

Преимущества АКПП:

• идеальный вариант для неопытных водителей, благодаря легкости и простоте в обучении;
• автоматический выбор режима скоростей;
• быстрое привыкание к определенному стилю вождения.

Недостатки АКПП:

Поломку «автомата» невозможно исправить самостоятельным путем. Настроить систему подачи топлива также невозможно, так как этим процессом управляет специальная программа. АКПП по своей надежности значительно уступают МКПП.

АКПП идеально подходит для управления автомобилем в городских условиях, так как именно там ощущается весь комфорт от управления транспортным средством с помощью автоматической коробки передач.

Учитывая большой расход топлива на автомобилях с АКПП, следует внимательно следить за показателями датчиков, особенно при передвижении на большие расстояния. Транспортное средство с «автоматом» имеет меньшую динамику разгона по сравнению с аналогичным транспортом, снабженным МКПП. Следовательно, следует учитывать данную особенность при совершении обгона, особенно на оживленных участках дорог.

Даже несмотря на некоторые недостатки, автомобили с АКПП завоевывают все большую популярность в мире, которая может привести к полному исчезновению транспортных средств с МКПП в самом ближайшем будущем.

Коробки Mercedes

В 80-е и 90-е годы прошлого века Mercedes выпускал чрезвычайно надежные коробки передач 4G Tronic (722.3 и 722.4). Они откалиброваны так, чтобы снизить износ двигателя и собственных компонентов в любых условиях. В большинстве случаев автомобиль стартует со второй передачи, что обеспечивает плавность хода и сокращает количество рывков.

Между ремонтами эти КПП проходят сотни тысяч километров. Коробка передач 722.5 имеет дополнительную пятую передачу с электрическим управлением, считается более долговечной. «Автомат», скрывающийся под обозначением «722.6» (торговое наименование «5G-Tronic»), является более спорным. Он основан на электронном управлении и блокировке гидротрансформатора. Пока трансмиссия устанавливалась на автомобили с не очень мощными двигателями, серьезных проблем не было.

Они появились, когда агрегат начали сочетать с дизелями. Без серьезных доработок коробка устанавливалась на мощные версии S-класса, например ML с 4-литровым дизельным силовым агрегатом. Огромный крутящий момент моторов привел к необходимости проводить ремонт каждые 50 000-100 000 км. Более современные варианты коробок Mercedes – 7-ступенчатая 722,9 и новейший 9G-Tronic, получивший обозначение 725,9.

Эксперты справедливо отмечают высокую надежность «автоматов» немецкой марки, произведенных в 80-е и 90-е годы прошлого столетия. Например, 4G-Tronic устанавливался на модели 190, W124, W126 и сегодня эксплуатируется без проблем. Не отличался капризностью «автомат» 722.6, которым комплектовались модели класса C, E и S до 2013 года. Также он устанавливался на первое поколение ML (W163) и класс G. Здесь и начались проблемы.

Автомат 722.6 можно найти в автомобилях SsangYong, Jaguar (XJ и XK) и даже в Porsche. Следующее поколение 7G устанавливали на все модели немецкого бренда, а также на корейские машины. Новейшим 9-ступенчатым вариантом уже комплектуется модельный ряд Mercedes.

Преселективная автоматическая коробка передач с двойным сцеплением

Эта коробка отличается наличием в конструкции двух независимых сцеплений, благодаря чему обеспечивается невероятная плавность и быстро действенность при переключении. По сути, принцип работы данной системы можно объяснить так: при разгоне средства передвижения на первой ступени, система уже заранее включает вторую и когда приходит время переключения, она просто размыкает первое сцепление и активирует второе. Поэтому при переключения не наблюдается пауз, водитель может наслаждаться впечатляющим комфортом и динамикой. В перспективе, такие коробки могут стать будущим всего автопрома, если инженерам и конструкторам удастся преодолеть их главный недостаток – повысить надежность и устранить «паузу» при старте. Ресурс работы таких АКПП с двойным сцеплением – примерно 200 тысяч километров, что можно считать вполне неплохим показателем. Преимущества: быстродействие и плавность, прекрасные динамические показатели и экономичность в плане расхода топлива, наличие нескольких режимов, которые позволяют настроить автомобиль под себя. Недостатки: высокая стоимость КПП и ее обслуживания, не подходит для эксплуатации в сложных дорожных условиях. Среди лидеров популярности автомобилей с данным видом трансмиссии можно выделить: Audi A3, Volkswagen Polo, Mercedes-Benz B-Class, Volkswagen Passat, Ford Mondeo.

Устройство автоматической коробки передач

Принцип работы основан на использовании планетарной передачи. Планетарный механизм состоит из водила, сателлита и шестерней — солнечной и корончатой. У него есть 2 входа и один выход. При помощи механизма можно получать желаемые скорости на выходе, задавая скорости шестерням. В АКПП вход соединяется с выходом не напрямую, а через промежуточный вал.

Принцип работы автоматической коробки передач

Также частью механизма являются фрикционные диски, предназначенные для остановки и вращения шестерней. Когда диски замыкаются, вход замыкает солнечная шестерня. После замыкания дисков возле входа, корончатая шестерня на выходе замирает в неподвижном состоянии. Таким способом достигается первая передача.

В шестиступенчатой коробке три планетарных ряда. Водило второго ряда соединяется с корончатой шестерней первого. Другими словами, вход первого соединен со входом второго.

Планетарная АКПП

Когда задействуются диски второго ряда, корончатая шестерня неподвижна. В результате начинает вращаться соединенная с шестерней первого ряда. Скорость на выходе увеличивается. Так достигается вторая передача.

Чтобы получить прямой привод или четвертую передачу, используют соединенный с входным валом вращающийся модуль сцепления. При прямом приводе корончатая и солнечная шестерни должны вращаться на одной скорости. То есть, скорости входного и выходного валов должны быть равны.

В этом случае водило второго ряда вращается со скоростью входного вала, а коронная шестерня не двигается. Поэтому солнечная шестерня начинает крутиться в 3 раза быстрее входного вала. На выходе можно получить очень высокую скорость.