Сервопривод коробки передач что это
Роботизированная коробка передач (РКПП)
Итак, что такое роботизированная коробка передач и какое ее назначение? Роботизированная КПП, как и все предыдущие варианты, имеет следующее предназначение: прием, передача, преобразование крутящего момента с последующей передачей его к ведущим колесам автомобиля. Для человека несведущего, слово роботизированная вносит некую неясность, а именно – как робот переключает передачи. Если ответить с юмором, то в коробке не сидит дядя робот и не переключает своими железными руками рычаг управления передачами. Вместо дяди робота есть умная автоматика управления и необходимое количество исполнительных устройств. Но обо всем по порядку…
Условно РКПП (роботизированная коробка передач) состоит из «простой» механической коробки передач, устройств выжима сцепления и переключения передач (актуаторов), микропроцессорной системы управления и внешних датчиков. Можно ли считать РКПП неким вариантом АКПП? Сразу отметим – нет! Принцип построения «робота» ближе к «механике», с автоматическим управлением. Единственное сходство с автоматической коробкой передач это наличие сцепления в корпусе коробки, а не на маховике как в механике. И в современных коробках находится два сцепления, для чего это нужно расскажем ниже.
Теперь о компонентах и узлах:
РКПП – узел, собранный по принципу МКПП, но имеющий два ведущих вала, которые находятся друг в друге, т.е. внешний вал имеет внутреннюю полость, в который вставляется внутренний первичный вал. На внешнем валу находятся шестерни привода второй, четвертой и шестой передачи, для шести ступенчатой коробки. Соответственно на внутреннем валу имеются шестерни пары первой, третьей, пятой и задней передачи. Каждый из валов имеет свое сцепление.
Актуаторы – это электрические или гидравлические сервоприводы, которые предназначены для механического передвижения синхронизаторов коробки передач и включения\выключения сцеплений. Электрический актуатор представляет собой электродвигатель с редуктором, а гидравлический — это простой гидроцилиндр, у которого шток связан с нужным синхронизатором.
Микропроцессорный блок управления (МБУ) – основной узел сердцем, которого является довольно мощный процессор. К процессору через буферные порты подключены внешние датчики от двигателя внутреннего сгорания, систем ESP, ABS и др. Обычно блок управления коробкой совмещен с бортовым компьютером. Для хранения данных о том, что должна выполнять коробка передач при поступлении той или иной информации от датчиков, применяется ПЗУ, в которое и заливается алгоритм работы, в народе именуемой прошивкой.
Рассмотрим принцип работы. В начале движения, как и у МКПП, должно плавно включиться сцепление. За это отвечает актуатор сцепления, который по команде МБУ медленно вращает редуктор. Сигнал на начало движения дает водитель, включив рычажок переключателя. Включается первое сцепление внутреннего первичного вала, одновременно актуатор синхронизатора подводит его к шестерне первой передачи, далее идет блокировка шестерни на валу, которая приводит в действие шестерню вторичного вала. Автомобиль тронулся с места, но водитель продолжает нажимать педаль акселератора… Сколько нужно времени, что бы включилась вторая передача, не повредив шестерни, синхронизаторы и прочее? Наверное, продолжительное. Именно первые роботы и страдали провалами между переключениями, потому, что электронике так же надо подумать, что бы ни сломать себя. Вот именно для сокращения времени переключения и было введено в конструкцию коробки второе сцепление и второй вал. Весь алгоритм работы сводится к тому, что пока работает первая передача, уже ждет включения вторая и как только МБУ даст команду, включается второе сцепление, внешний первичный вал и вторая передача. Далее по накатанной, – ждет сигнал третья передача и т.д. Время переключения сокращается до минимума, даже водитель не сможет так быстро переключить МКПП
МБУ выдает сигналы, анализируя поступившие данные с внешних датчиков. При уменьшении скорости движения или увеличении нагрузки, например, подъем в гору, МБУ переключает в обратной последовательности передачи.
А как же быть, если нужна только пониженная передача, например, для преодоления препятствий? Для этого на МБУ водитель подает сигнал к отмене дальнейших передач после первой. Для езды задним ходом, так же в блок управления подается команда, при которой актуатор приводит в действие внутренний первичный вал и шестерню заднего хода.
Современные коробки-роботы это концепция, разработанная в 80-х, но с применением новейших разработок улучшающих работу коробки. Каждый производитель старается внести что-то новое и зарегистрировать свой товарный знак.
Например Ricardo на свой Eаsytronic начала устанавливать один многофункциональный актуатор, что поспособствовало уменьшению габаритных размеров робота.
Volkswagen начал массово устанавливать на свои автомобили КПП робот под аббревиатурой S-tronic, (коробка прямого включения), что характерно, были разработаны варианты и для заднеприводных авто.
Свои разработки улучшающие работу коробок-роботов имеются во многих компаниях (Ford, Fiat, Mitsubishi, BMW).
Как работает роботизированная коробка передач
Скоро привычную ( — в русской версии) переключения передач заменит селектор с таким вот пазом в виде буквы «зю». И тренировать левую ногу в автомобиле будет уже нечем.
Чтобы ответить на этот вопрос, придётся вспомнить устройство обычной механической коробки передач. Основу классической «механики» составляют два вала — первичный (ведущий) и вторичный (ведомый). На первичный вал через механизм сцепления передаётся крутящий момент от двигателя. Со вторичного вала преобразованный момент идёт на ведущие колёса. И на первичный, и на вторичный валы посажены шестерни, попарно находящиеся в зацеплении. Но на первичном шестерни закреплены жёстко, а на вторичном — свободно вращаются. В положении «нейтраль» все вторичные шестерни прокручиваются на валу свободно, то есть крутящий момент на колёса не поступает.
Перед включением передачи водитель выжимает сцепление, отсоединяя первичный вал от двигателя. Затем рычагом КПП через систему тяг на вторичном валу перемещаются специальные устройства — синхронизаторы. При подведении муфта синхронизатора жёстко блокирует на валу вторичную шестерню нужной передачи. После включения сцепления крутящий момент с заданным коэффициентом начинает передаваться на вторичный вал, а от него — на главную передачу и колёса. Для сокращения общей длины коробки вторичный вал часто делят на два, распределяя ведомые шестерни между ними.
Принцип действия роботизированных коробок передач абсолютно тот же. Единственное отличие в том, что смыканием/размыканием сцепления и выбором передач в «роботе» занимаются сервоприводы — актуаторы. Чаще всего это шаговый электромотор с редуктором и исполнительным механизмом. Но встречаются и гидравлические актуаторы.
Управляет актуаторами электронный блок. По команде на переключение первый сервопривод выжимает сцепление, второй перемещает синхронизаторы, включая нужную передачу. Затем первый плавно отпускает сцепление. Таким образом, педаль сцепления в салоне больше не нужна — при поступлении команды электроника всё сделает сама. В автоматическом режиме команда на смену передачи поступает от компьютера, учитывающего скорость движения, обороты двигателя, данные ESP, ABS и других систем. А в ручном — приказ на переключение отдаёт водитель при помощи селектора КПП или подрулевых лепестков.
Проблема «робота» — отсутствие обратной связи по сцеплению. Человек чувствует момент смыкания дисков и может переключить скорость быстро и плавно. А электроника вынуждена перестраховываться: чтобы избежать рывков и сохранить сцепление, «робот» надолго разрывает поток мощности от двигателя к колёсам во время переключения. Получаются дискомфортные провалы на разгоне. Единственный способ достичь комфорта при переключениях — сократить их время. А это, увы, означает рост цены всей конструкции.
Революционным решением стала появившаяся в начале трансмиссия с двумя сцеплениями DCT (dual clutch transmission). Рассмотрим её работу на примере коробки DSG концерна Volkswagen. У коробки два вторичных вала с расположенными на них ведомыми шестернями и синхронизаторами — как у шестиступенчатой «механики» Гольфа. Фокус в том, что первичных валов тоже два: они вставлены друг в друга по принципу матрёшки. Каждый из валов соединяется с двигателем через отдельное многодисковое сцепление. На внешнем первичном валу закреплены шестерни второй, четвёртой и шестой передач, на внутреннем — первой, третьей, пятой и заднего хода. Допустим, автомобиль начинает разгон с места. Включается первая передача (муфта блокирует ведомую шестерню первой передачи). Замыкается первое сцепление, и крутящий момент через внутренний первичный вал передаётся на колёса. Поехали! Но одновременно с включением первой передачи умная электроника прогнозирует последующее включение второй — и блокирует её вторичную шестерню. Именно поэтому такие коробки ещё называют преселективными. Таким образом, включены две передачи сразу, но заклинивания не происходит, — ведущая шестерня второй передачи находится на внешнем валу, сцепление которого пока разомкнуто.
Когда машина достаточно разгонится и компьютер решит повысить передачу, размыкается первое сцепление и одновременно замыкается второе. Крутящий момент теперь идёт через внешний первичный вал и пару второй передачи. На внутреннем валу уже выбрана третья. При замедлении те же операции происходят в обратном порядке. Переход происходит практически без разрыва потока мощности и с фантастической скоростью. Серийная коробка Гольфа переключается за восемь миллисекунд. Сравните со 150 мс на Ferrari Enzo!
Коробки с двойным сцеплением экономичнее и быстрее традиционных механических, а также более комфортны, чем «автоматы». Главный их недостаток — высокая цена. Вторую проблему — неспособность передавать большой крутящий момент — решили с появлением DSG фирмы Ricardo на купе Bugatti Veyron. Но пока удел большинства суперкаров — «роботы». Хотя, например, коробка Ferrari 599 GTB Fiorano — не чета опелевскому Изитронику: время переключения у суперробота исчисляется десятками миллисекунд.
Сегодня коробки DCT есть не только у Фольксвагена, но и у компаний BMW, Ford, Mitsubishi и FIAT. Преселективные коробки признали даже инженеры Porsche, которые используют в своих машинах только проверенные технологии. Аналитики прогнозируют, что в будущем наиболее распространёнными трансмиссиями станут DCT и вариаторы. А дни третьей педали, похоже, сочтены — скоро она исчезнет даже из самых драйверских спорткаров. Человечество выбирает то, что удобнее.
Устройство роботизированной коробки передач
Роботизированная коробка передач — технология, которая своей конструкцией чем-то похожа на МКПП, однако такие функции, как отключение сцепления, переключения передач происходит автоматически. Слово «роботизированная» подразумевает то, что коробкой передач управляет электронное устройство. А водитель и дорожные условия создают лишь входные данные.
Роботизированная коробка передач так же удобна, как и автоматическая. Но она совмещает качество и экономию механической коробки. Но «робот» отличается тем, что он имеет меньшую стоимость, чем АКПП. По этой причине множество современных производители автомобилей снабжают свое детище именно роботизированной коробкой передач. Независимо от того премиум это или дешевое транспортное средство.
Устройство
Как бы там ни казалось, устройство роботизированной коробки передач достаточно простое. Это обыкновенная МКПП, которая имеет в своей конструкции дополнительные элементы. Они производят активацию и деактивацию сцепления и меняют передачи безошибочно. А вот принципы работы что у механической, что у «робота» одинаковые.
Но, само собой, существуют отличия. Главным отличием можно считать наличие актуатора (исполнительное устройство). Именно он, при помощи сервоприводов, управляет работой сцепления. В свою очередь электронный блок контролирует актуатор.
Привод сцепления и передач в роботизированных коробках может быть двух видов:
Стоит заметить, что привод, работающий на электронике, имеет относительно невысокую скорость операций (передачи переключаются за 0,6 секунды), но это компенсируется меньшим потреблением энергии.
В приводе на гидравлике необходимо поддерживать постоянное давление. По этой причине энергетические затраты довольно высокие. А вот скорость выполнения операций значительно выше. Поэтому их очень часто устанавливают на спортивные автомобили. Например, у Ламборджини Avendator скорость смены передач составляет 0,04 секунды.
Это значит, что коробки с приводом, работающем на электричестве, ставят на бюджетные автомобили, а вот гидравлические более подходят для дорогих транспортных средств.
Система электронного управления, включающая в себя датчики входа, электронный блок и устройство исполнения, осуществляет контроль за коробкой-роботом. Датчики входа прослеживают главные показатели КП: количество вращений и где расположен селектор. Если это гидравлический привод, то прослеживается температурный режим масла и давление. Все эти данные отправляются к блоку управления.
На основе этой информации управленческий блок контролирует механизмы исполнения, исходя из встроенных алгоритмов. Электронный блок непосредственно работает и влияет на разные системы. Например:
Гидравлический робот коробки передач
В РКПП с приводом гидравлики встроен управленческий блок, главной задачей которого является контроль гидроцилиндров и давления. Конструктивно в нём больше элементов чем в электрическом:
Механизмами исполнения в коробке-роботе являются электродвигатель (в электронном приводе) и клапаны электромагнитов гидроцилиндра (при приводе на гидравлике).
Большинство роботизированных коробок передач имеют гидравлический привод. Электрический привод часто используется в бюджетных автомобилях как наиболее дешёвый вариант.
КП с двумя сцеплениями
Как бы там ни было, но главный недочет роботизированной коробки передач — относительно значительный период смены передач. А это достаточно сильно уменьшает ощущения комфорта от управления автомобилем. Поэтому необходимо было разработать такую систему, при которой скорость переключения была бы максимально быстрой.
И выход был найдет — КП, которое имеет два сцепления. Она меняет передачи без бреши в потоке мощности. По-другому ее называют преселективной коробкой передач. Так как имеется возможность во время уже используемой передачи выбрать последующую и при надобности переключить ее, не допустив небольшой остановки в работе.
Бесспорным плюсом преселективной КП является быстрота смены передач. Она зависит только от того, насколько быстро переключаются муфты. Например, на коробке от Фольксвагена DSG скорость может достигать до 0,1 секунды.
Следует отметить то, что коробки-роботы с двумя сцеплениями очень компактны и это позволяет устанавливать их в «малолитражках». Однако такие коробки потребляют достаточно много энергии. Но это компенсируется тем, что автомобиль с двумя сцеплениями имеет отличную разгонную динамику, а также достаточно экономичен в плане топлива.
На заметку. Даже известная многим Феррари 458 Италия оснащена КП с двойным сцеплением.
Принцип работы
Роботизированная коробка может работать в двух режимах:
Схема работы робота в электрическом исполнении
Развитие роботизированных коробок передач
Развитие коробок-роботов прямо пропорционально появлению новых технологий. Ведь чем лучше устройство, тем больше оно конкурентно способное на рынке и имеет больший спрос.
Почему же «роботы» становятся все популярнее? Ответ прост. Далеко не каждый водитель получает удовольствие от езды на автомате. Ведь в такой коробке часто происходят опоздания при смене скоростей, а это мешает насладиться всей мощью своего транспортного средства.
По этой причине популярные производители пытаются найти решения, которые бы угодили как любителям механики, так и автомата. И выходом стали эти самые коробки-роботы.
В этом пункте узнаем самые удачные роботизированные КП, которые используются во многих автомобилях и являются лидерами рынка. Здесь мы не будем вдаваться в подробные характеристики каждой модели, а просто сделаем краткий обзор особенностей и недостатков.
Робот-коробка от Форд — PowerShift
Впервые появилась в малолитражных автомобилях от Форд, которые производились в Германии. Несмотря на то что эта модель была выпущена недавно, она уже успела завоевать как любовь, так и критику водителей. А это связано с тем, что система работы КП достаточно простая. Поэтому часть аудитории считает ее ненадежной.
Переключение и стиль вождения в этой модели достаточно сильно похож на механику.
Преимущества:
Устройство довольно не привередливое и ему нужно столько же ухода, сколько и МКПП. Но есть существенный минус. Для того чтобы быстро набрать скорость в условиях городских пробок, агрегат придется раскручивать с достаточно большой силой.
DSG от Фольксваген
Всем давно известно, что когда Фольксваген разрабатывает какую-то новинку, то ее можно считать техническим совершенством. Компания производит две роботизированных коробки с 6 и 7 ступенями переключателя.
Это интересно. Более дорогой и технологичной коробкой все же считается 6 ступенчатая DSG. Поэтому она чаще всего устанавливается на автомобили класса премиум.
Из минусов устройства можно выделить ее технологическую сложность. А значит обслуживать коробку могут только на специализированных станциях. И пожалуй это единственный значительный недостаток.
Преимущества:
«Робот» от немцев до сих пор лидирует по своей технологии. Однако у него достаточно узкое применения — только на машинах от Фольксвагена и Шкоды. Сейчас его внедряют в такие модели, как Сеат (Seat). А вот для автомобилей Ауди и Порше созданы отдельные роботизированные устройства.
Toyota предлагает Multimode
Венец творения отдела техники Тойота — Multimode. КП с двумя сцеплениями и очень простым управлением. Коробка от этой компании работает в несколько раз лучше, чем автоматические и механические коробки. При этом Мультимод экономит топливо, улучшает комфортабельность автомобиля и позволяет подбирать необходимые настройки персонально.
Multimode — универсальный робот. Он может использоваться с самыми разнообразными двигателями. Единственное, что пока что не совместимо с роботизированными коробками передач это внедорожники. Недостатков в работе замечено не было, а вот преимуществ достаточно:
Японцы прекрасно настроили свое творение таким образом, чтобы практически при любых условиях его применения, двигатель имеет большую производительность без частых поломок и других неприятных ситуаций.
Для малолитражек — Easytronic от Опель
Компания Opel была первой, кто начал использовать роботизированные технологии. И это были Easytronic. Предполагалась, что представленная коробка заменит обыкновенные и устаревшие АКПП на моделях, которые продаются в Европе и странах СНГ. Но до сих пор КП устанавливается только на машину Corsa. А это подтверждает то, что разработка компании не соответствует ее целям.
Недостатки, не позволяющие ставить Easytronic на остальные модели авто следующие:
Представленная КП не только уменьшает все характеристики двигателя, но и снижает саму мощность. Есть и плюс — снижение расхода топлива.
Этот «робот» полностью лишает водителя свободы движения и позволяет ехать только таким образом, как это позволяет коробка.
Митсубиси и их последняя технология Allshift
Это последняя и одна из самых уникальных разработок японской компании. В настоящее время устройство используется на небольших автомобилях Colt. Allshift предназначена для спокойной езды и размеренной поездки. Но временами можно и переключиться на полноценную отдачу двигателя.
Преимущества:
Благодаря Allshift модель Митсубиси Кольт получила такую широкую популярность. Но к сожалению после этого устройства компания не сделала ничего хорошего.
Преимущества и недостатки
Плюсы и минусы роботизированной коробки передач достаточно разнообразны.
Преимущества:
+ Экономия масла — всего 3 литра. При равных объемах, стандартный автомат потребляет на три или четыре литра больше;
+ Роботизированная трансмиссия достаточно ремонтопригодна. Теоретически любой сервис, изучив строение сможет ее починить;
+ Ресурс сцепления приблизительно на 45 процентов выше, чем у МКПП и АКПП;
+ Возможность сменить режим. То есть водитель сможет управлять авто, как на механики;
+ Главный плюс — экономичность топлива, расход которого примерно равный МКПП.
Недостатки:
— Почти все «роботы» не программируемые. Поэтому для того чтобы сменить прошивку, нужно полностью поменять управленческий блок;
— Необходимость перехода на нижнюю передачу заранее из-за задержки переключения коробки-робота;
— На многих роботизированных КП бывают рывки при смене передач или начале движения.
Приспособиться можно ко всему. «Робот» не исключение. Поэтому не стоит опасаться роботизированных КП. Ведь по отзывам других водителей они совсем нестрашные и огромное количество людей ими пользуется и остаются довольными. Но каждый выбирает то, что ему нравится.
Развитие роботизированной коробки передач достаточно перспективное дело. И может привести к тому, что «роботы» станут идеальным и полностью войдут в нашу «автомобильную» жизнь. Но стоит помнить, что прежде, чем покупать автомобиль с коробкой-роботом необходимо взять его в тест-драйв. Это поможет вам почувствовать транспортное средство и понять, нравится ли вам оно или нет.
Роботизированная коробка передач: устройство, принцип работы, достоинства, недостатки
Роботизированная коробка передач (РКПП, коробка-робот) состоит из почти обычной механической коробки передач, механизмов выбора передач и переключения сцепления, а также автоматической системы управления.
Основное назначение РКПП – принимать, передавать и преобразовывать крутящий момент от двигателя на колеса. РКПП удачно сочетает в себе преимущества АКПП и механической КПП в виде надежности, эффективности управления автомобилем и экономии топлива.
Хотя, на счет надежности, пожалуй, многие владельцы автомобилей с роботизированной коробкой захотят поспорить. Все знают нашумевшую историю с роботизированными коробками передач DSG концерна Volkswagen.
Но такие проблемы, скорее всего, носят временный характер. Роботизированные коробки передач относительно недавно стали разрабатываться для серийных автомобилей и совсем неудивительно, что с этим возникают проблемы.
В целом же они являются очень перспективными, поэтому сейчас производители автомобилей стараются разработать оптимальную конструкцию.
Устройство роботизированной КПП
По своей сути роботизированная коробка передач – это всем нам знакомая механическая коробка, в которой сцеплением и переключением передач управляет электроника и сервоприводы.
Давайте рассмотрим «начинку» роботизированной КПП, другими словами – ее устройство. И разбирать будем коробку с двойным сцеплением, поскольку полагаем, что именно такие коробки имеют будущее, в то время как коробки с одним сцеплением постепенно уйдут в прошлое.
Самый большой недостаток коробок с одним сцеплением – очень большое время переключения передач, что делает езду на автомобиле некомфортной и дерганой.
Роботизированная КПП состоит из следующих механизмов и деталей:
Принцип работы РКПП
Роботизированные КПП могут работать в автоматическом и полуавтоматическом (ручном) режимах. Режим-автомат предполагает управление коробкой передач через электронику на основании полученных данных от внешних датчиков, путем реализации выбранного алгоритма работы через исполнительные механизмы.
Полуавтоматический режим (ручной) предусматривает выбор и переключение передач вручную. Режим вручную позволяет осуществлять плавное переключение с низкой на высокую передачу, используя селекторный рычаг или подрулевые переключатели (лепестки).
Что касается общего принципа работы такой коробки передач, то он достаточно прост. При включении двигателя и выборе передачи включается первая скорость в коробке, затем включается сцепление и начинается движение.
При движении автомобиля на начальной передаче, роботизированная КПП готова включить следующую передачу. Управляющий блок принимает сигнал с последующим переключением на более высокую передачу и вторая передача включается одновременно с первой. В механической передаче такое невозможно, а в роботизированной возможно поскольку в ней две пары валов, если вы еще не забили.
Пока сцепление включено на первой паре, вторая пара, со следующей включенной передачей ждет своей очереди вступить в работу и как только сигнал от системы поступает, сервопривод (актуатор) включает сцепление на второй паре валов, а на первой сцепление отключается и включается третья передача, которая так же будет ждать своей очереди.
На верхней схеме показана работа коробки DSG при включенной первой передаче, а на нижней схеме при включенной второй передаче.
Обратите внимание на отличие от механической коробки передач, в которой сцепление всегда находится во включенном состоянии и для переключения скоростей сцепление выжимается. В роботизированной же коробке сцепление постоянно находится в выключенном состоянии и подключается только в момент, когда необходимо передать момент через определенную пару валов коробки передач.
На сегодняшний день практически каждый автоконцерн имеет в своем автомобильном ряду модели с роботизированной коробкой. Правда, названия у этих коробок разные:
Преимущества и недостатки роботизированной КПП
Как и другие виды трансмиссий, коробка-робот имеет свои преимущества и недостатки, которые надо заметить, проявляются не во всех конструкциях. Очень многие не любят DSG, но ведь при этом Ferrari на свои автомобили ставит именно роботизированную коробку и это заставляет задуматься.
Преимуществ у РКПП достаточно много, и вот самые значимые из них:
Недостатки у коробки-робота также имеются, перечислим основные:
Но опять же эти все недостатки имеют лишь конструктивные причины, которые со временем могут быть решены, а возможно и уже решены, но пока дороговаты для массового потребителя и применяются только на дорогих автомобилях гоночного типа.
Несомненно и то, что несмотря на все имеющиеся на сегодняшний день недостатки, роботизированная КПП считается одной из наиболее перспективных видов трансмиссий будущего наряду с вариатором, в котором так же нужно решить одну важную проблему – ремень, который нужно сделать более долговечным и нерастяжимым.