То и дело орудуя рычагом коробки передач в городской толчее, каждый водитель, наверное, хотя бы раз задумывался об удобстве автоматического переключения. О том, как появились и развивались различные коробки такого типа, расскажут Борис ШИШМАРЕВ и Антон ЧУЙКИН, исторический экскурс подготовил Сергей КАНУННИКОВ. Основными типами коробок передач еще в начале века стали механические ("ручные") двух-, а позже и трехвальные коробки, подобные сегодняшним, а также планетарные, которые в чистом виде до наших дней не сохранились. (Примером последних служит коробка передач легендарного "Форда-Т".) Уже тогда инженеров будоражила идея как-то упростить процесс переключения, а в идеале - сделать его полностью автоматическим. С высоты нынешнего технического опыта мы, может быть, улыбнемся, увидев предлагавшиеся тогда конструкции. Однако, вдумавшись, заметим - все окружающее нас многообразие, хотя бы в зачаточном состоянии, присутствовало еще тогда!Автоматическая (гидромеханиче екая) коробка передач в разрезе.ИЗ ИСТОРИИ КОРОБКИ ПЕРЕДАЧПо терминологии 30-х годов, коробки передач подразделялись на автоматизированные, полуавтоматические и автоматические. Мы рассмотрим первый из этих классов - потому что подобные конструкции в наше время вновь оказались на острие инженерной мысли. К автоматизированным относились коробки "Майбах", "Вильсон", "Бендикс", "Коталь". На пятиступенчатой "Майбах" была применена сложная система вакуумного переключения. Первая передача, рассчитанная на особо тяжелые условия движения, и задний ход включались обычным рычагом. Остальные - двумя установленными под рулем небольшими рычажками, которые управляли двумя золотниками. В систему входили два рабочих цилиндра, золотники сообщали их с впускным коллектором или атмосферой. Поршни в цилиндрах были соединены со штоками, а те - с переключающей кулачковой муфтой. При сбросе газа под действием пружины, установленной на штоке цилиндра, кулачковая муфта перемещалась сама. На более поздних автомобилях этой марки система дополнялась муфтой свободного хода. Роликовый храповой механизм передавал вращение только от ведущего вала к ведомому. При сбросе газа двигатель и коробка отключались от карданного вала - это давало возможность переключать передачи без отжатия сцепления. В механической автоматизированной коробке передач "Вильсон" (для маленького автомобиля БСА) была применена сложная система тормозов ленточного типа. Они затормаживали венцы планетарных комплектов трех передач. Водитель мог выбрать передачу заранее, переведя в соответствующее положение рычаг. расположенный под рулем. Включение же производилось только тогда, когда он нажимал на педаль сцепления. Электропневматическая коробка передач "Бендикс", появившаяся в 30-х годах на автомобилях "Хадсон" (в СССР их называли "Гудзон"), была близка по конструкции той, что стояла на "Майбахе". Разница заключалась в том, что рычажок под рулем действовал на контактный золотник, от которого подавался ток на соленоид. А тот уже, в свою очередь, управлял вакуумной системой. Переключение происходило, как иу коробки "Вильсон", при нажатии на педаль сцепления. Вакуумный элемент механизма переключения "Майбах".;£=-Нтштшйюпг-ч40З РЛМ 5/97 А УЕ ТЕХНИКАПроще всего оказалось автоматизировать планетарную коробку. Дело в том, что ее шестерни - в постоянном зацеплении, а для переключения передач затормаживают одни комплекты шестерен и освобождают другие. Делают это фрикционы и ленточные тормоза (по сути, разные виды сцепления). Нет необходимости выравнивать скорости деталей - механизмы трения работают сравнительно мягко, поэтому следующая передача включается не моментально. Если коробкой передач управляет сам водитель, он может избежать неприятных рывков. Навык позвопяет ему плавно переводить рычаг в следующее положение (или плавно работать педалями переключения, как на том же "Форде-Т"). Другое дело - "автомат". "Думающих" исполнительных механизмов в ту пору еще не было, поэтому переключение, вне зависимости от условий, происходило одинаково. По достижении определенных оборотов двигателя замыкались электрические контакты (если исполнительный механизм - соленоид), или открывался клапан гидросистемы (и давление сдигало поршень гидравлического исполнительного механизма), или к вакуумному сервоприводу подводилось разрежение из впускного коллектора. Исполнительный механизм задействовал ленточные тормоза и фрикционы, и передача переключалась. Но рывок при этом все же был неизбежен - даже самой сложной механике не под силу учесть все многообразие условий движения. Инженерам оставалось поставить между мотором и коробкой гидромуфту, которая смягчала возникающие рывки и колебания (правда, за счет проскальзывания в муфте), разместить масляный насос и всем другим вариантам предпочесть гидравлические сервомеханизмы - и вотперед нами она, автоматическая гидромеханическая коробка. Десятилетия отшлифовали ее конструкцию, обратим внимание лишь на один элемент - немаленький блок, в разрезе похожий на муравейник. В"Механический автомат" БМВ и рукояткаджойстик'.ФS--ИЗ ИСТОРИИ КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ%Достаточно популярной 8 30-х была и электромагнитная коробка передач "Коталь", по конструкции напоминавшая "Вильсон". Однако торможение того или иного планетарного комплекта здесь осуществлялось не механическими тормозами, а электромагнитным сцеплением. Коробки передач этого типа были достаточно компактны. Их у устанавливали на автомобилях "Деляж", "Пежо", "Салмсон". На дорогих "вуазенах" по схеме "Коталь" работал двухскоростной демультипликатор. На бельгийских переднеприводных автомобилях "Минерва" в одном блоке с двигателем V8 устанавливали сложную механическую коробку (патент Робина ван Роггена). Идея была такова. Вращение коленвала преобразовывалось в качательное движение промежуточной детали 6 сложной формы, которое затем преобразовывапось во вращательное движение ведомого вала 3. Поскольку коробка передач и двигатель находились в одном картере, для управления перекпючением использовался масляный цилиндр 9, работающий от давления штатной системы смазки. "Коробка передач" фирмы "Минерва": 1 - рычаг; 2 - шатун; 3 - ведомый вал; 4, 5 - механизм свободного хода; б - треугольное коромысло; 7 - шатун; 8 - изогнутый рычаг; 9 - управляющий двухступенчатый гидроцилиндр.этом лабиринте каналов, калибоованных отверстий и клапанов как раз и определяется управляющее давление для тех или иных сервоприводов. В выборе передачи участвуют вакуум выпускного коллектора, подводимый сюда по трубочке, позиция педали газа и скорость ее нажатия, передаваемые тросиком от карбюратора, еще некоторые параметры. Можно сказать, этот блок - "механический мозг" коробки. Однако как он ни умен, V коробку передач этого типа всегда можно отличить по хотя бы чуть заметному рывку при перемене передач. Перспективен ли такой "автомат"? Инженеры продолжают его совершенствовать. "Механические мозги" в массовых конструкциях ныне заменяют более надежными электронными: сервоприводы остаются гидравлическими, но распределением жидкости управляют электромагнитные клапаны. Перейдем теперь к истории автоматических аналогов самых распространенных - "обычных" коробок передач. З РЛМ 59 АУЕ /7 41% Посмотрите на схему простейшей из последних. Ведущий вал через сцепление соединен с маховиком. Заодно с ним выполнена шестерня, приводящая промежуточный вал, который всегда вращаетсякакой автоматизации таких коробок не было и речи. Создать механизм, грамотно выполняющий "двойной выжим" или "перегазовку". в 30-х годах казалось чудом. Поэтому полностью синхронизированные "авто-Разрез коробки "Скания". Обратите внимание на сцепление "оттяжного" типа, разработанное специально для системы "Оптикруиз".вместе с ведущим - их шестерни находятся в постоянном зацеплении. Обычно остальные шестерни промежуточного вала закреплены на нем жестко. А вот на ведомом валу шестерни имеют степень свободы, они при включении передачи передвигаются вдоль ведомого вала на шлицах и входят в зацепление с соответствующей шестерней промежуточного вала. Другой, более современный вариант - шестерня свободно вращается на ведомом валу, находясь в постоянном зацеплении с шестерней промежуточного вала. При включении нужной передачи по ведомому валу на шлицах передвигается муфта, "хватает" свою шестерню и фиксирует ее, заставляя вращаться вместе с собой. Конечно, на торцах зубьев шестерен или муфт делают "заходы", но одного этого мало, чтобы быстро, без ударных нагрузок включить нужную передачу. Главное требование - должны / быть равны линейные скорости зубьев сопрягаемых шестерен (в первой схеме) и угловые скорости шестерни и ведомого вала (во второй). Как вы знаете, скорость выравнивают специальные устройства синхронизаторы (ЗР, 1994 , № 2). До тех пор, пока они не получили распространения, ни о 42 ЗРЛМ 59 А УЕ /7менных двигателей стала управлять электроника. Сказалась, кстати, и борьба за эффективность - все-таки КПД гидромеханической коробки сравнительно низок. Представьте себе, что мы можем, исходя из внешних условий, весьма точно задавать количество топлива, поступающего в двигатель, а следовательно, и тяговое усилие, и частоту вращения коленвала. Тогда можно вовсе отказаться от сцепления (кроме случаев троганья и остановки). Каждому, наверное, случалось выключать передачу, не нажимая на левую педаль достаточно лишь поймать газом режим, когда двигатель уже не приводит колеса, но еще и не тормозит. Так же легко можно включать передачи, если мотор "когда надо" сбросит или прибавит обороты, уравняв скорости валов и шестерен в коробке. А ведь в выравнивании этих скоростей, единственном творческом моменте, нет ничего непосильного для управляющего двигателем компьютера. Самое сложное, конечно, создание программы, умеющей не просто переключать передачи, но и знающей, когда это делать. "Электронные" коробки работают только в паре с "умным" двигателем, образуя вместе единую систему. Получая сигналы о скорости и нагрузматы" того времени - довольно дорогие в ке (раздельно - по двигателю и трансмиспроизводстве - были редки. И, казалось, сии), о состоянии сцепления, тормозов, дапогибнуть бы этой идее, однако она возроже - характере водителя, электроника опдилась сейчас, когда большинством совреределяет момент переключения передач иfИЗ ИСТОРИИ КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ еа.Полуавтоматические конструкции достаточно широко применялись и на американских автомобилях 30-х годов. Например, на "Рео" в коробке передач было установлено дополнительное сцепление центробежного типа. Работала коробка следующим образом. Рычагом включалась первая передача. Когда автомобиль достигал скорости около 25 км/ч, водитель на короткое время отпускал педаль газа и вновь нажимал ее. В этот момент включалась вторая - прямая передача. На "Рео" был предусмотрен также второй (нижний) двухскоростной ряд. Переключение на него осуществлялось рычагом, а переход с первой на вторую передачу - автоматически. В конце 30-х годов за доплату в 80 долларов полуавтоматическую коробку устанавливали на "Олдсмобил". Так же, как в "Рео". здесь четыре передачи объединялись в два ряда по две. Управление же было гидравлическим: тормоза планетарных комплектов приводились в действие давлением масла, подаваемым двумя насосами. Переключение происходило в момент нажатия на педаль сцепления. Из необычных конструкций нельзя не упомянуть чрезвычайно сложную автоматическую коробку передач фрикционного ти' * J "^™"^"^, J у_ па "Хейс", которую использовали на некоторых моделях автомобилей "Остин". К концу 30-х годов на тяжелые грузовики и автобусы уже начали ставить гидромеханические коробки передач, конструкция которых близка к современной.Схема фрикционной коробки передач "Хейс": 1 - ведомый вал; 2 - пружина; 3, 6 - ведущие диски; 4 - ролики, изменение их наклона меняет передаточное число; 5 - ведомый диск; 7 - шарики; 8 - фланец с канавками переменной глубины; 9 - ведущий вал. берет бразды правления в свои руки: сбрасывает газ. выключает одну передачу, если надо, перегазовывает, включает другую и плавно увеличивает газ. Водитель при этом даже не меняет положения ног! Еще бы - сцепление-то не срабатывает. Кстати, вот вам еще один плюс - оно и не изнашивается. Как и неработающие синхронизаторы - оставленные на случай отказа системы. Конечно, опытный водитель на машине с обычной механической коробкой разгонится быстрее - все-таки нужно учитывать инерционность деталей двигателя и трансмиссии. Время на переключение можно сократить, поменяв алгоритм работы: оставить нормально работающее сцепление и синхронизаторы. Тогда ювелирной точности при операциях с подачей топлива и выравниванием скоростей валов не нужно - просчеты электроники исправит механика. Однако эта схема работы подойдет легковому автомобилю, в то время как рассмотренная раньше - грузовику. Первому важны удобство и быстро-"Башенка" переключения передач "МерседесаАктрос". ния (ЗР, 1996, № 11). И вновь отметились машины ИВЕКО - в Брюссельском салоне они были выставлены с большой надписью "Евротроник" на борту, обозначающей "электронную" коробку. Различия у всех ныне существующих механических коробок с автоматическим управлением невелики. Водитель наконец избавлен от громоздкого рычага переключения передач и оперирует небольшим джойстиком - оригинальным у каждой фирмы. Наличие ручного режима, когда выбор передачи остается за водителем, и автоматического, когда все делает компьютер, оригинальная убирающаяся педаль сцепления - мелкие штрихи, внесенные каждой фирмой в портрет современной коробки. А вот черты посерьезнее: "Мерседесу" и ИВЕКО в автоматическом режиме вовсе не нужна педаль сцепления - даже при троганье. У ИВЕКО впервые, специально в расчете на электронику, сама коробка (она разработана совместно с ZF) изначально сделана без ненужных синхронизаторов. Наконец. "Скания", кажется, обладает самым удобным на сегодня алгоритмом управления. Мы намеренно не стали рассматривать малоизвестные в Европе удивительные японские конструкции - скажем, с двумя сцеплениями ("до" и "после" коробки передач) - и остановились на наиболее распространенных. О клиноременных ваМеханический режим.риаторах, весьма популярных в последнее время, разговор еще впереди. Быстрое совершенствование подобных конструкций наводит на мысль, что, как бы ни ругались "спортсмены", через некоторое время водитель, вероятно, будет избавлен от рычага переключения передач так же, как в свое время ему пришлось расстаться с ручкой опережения зажигания и педалью стартера.Схема переключения передач коробки "Оптикруиз". та, у второго главенствуют надежность и экономичность. Неспроста ведь на БМВ выбрали "легковую" схему, а на "Скании" "грузовую". Коробку передач БМВ мы уже рассматривали в предыдущем номере ЗР, поэтому остановимся на "грузовых" разработках в этом направлении. Пожалуй, первой в Европе коробкой с электронным управлением может похвастаться ИВЕКО. В конце 80-х - начале 90-х фирма предлагала на заказ свои грузовики с "умной" коробкой "Фуллер" (США). Ближе к нашим дням пальму первенства перехватила "Скания", представив на 4-й серии грузовиков собственную разработку - систему "Оптикруиз" (ЗР, 1996, № 1). Следом был "Мерседес" - у тяжелого "Актроса" электронная коробка под названием "Теллигент" предлагается впервые в качестве стандартного оборудова-г #НОВЕЙШАЯ ИСТОРИЯ КОРОБКИ ПЕРЕДАЧСхема системы "Оптикруиз" фирмы "Скания". Управляет "Оптикруизом" электронный блок 1, работающий вместе с другими "думающими" системами: EDC (Elektronic diesei control), командующей мотором (2), антиблокировочной ABS и противобуксовочной ТС (3), управления ретардером (дополнительным трансмиссионным тормозом-гидромашиной) (4). Водитель передает свои "пожелания" системе с помощью "джойстика" - рычага переключения режимов и передач в коробке (5), кнопки "холмы" (6) (на этом режиме передачи переключаются при повышенной частоте вращения коленвала), педалей тормоза (датчик положения 7), газа (8), при троганье - сцепления (9) и рычага моторного тормоза (10). "Мозг" опрашивает датчики скорости (11), частоты вращения коленвала (12), включенной передачи (13), состояния ретардера (14) и моторного тормоза (15), скорости валов в коробке передач (16), (17), на основании "Водительская" полученных данных корчасть ректирует подачу топлива в двигатель и дает команду исполнительному устройству (19) на включение (выключение) нужной передачи. Для полноты картины упомянем еще возможность расширения системы датчиков (18), а также диагностики, осуществляемой подДатчики системой (20).%З РЛМ 59 АУЕ /7" "43