Раз ступенька, два ступенька...

ТЕХНИКА

/ОБОЗРЕНИЕ

РАЗ СТУПЕНЬКА, ДВА СТУПЕНЬКА...

СЕГОДНЯ К МАКСИМАЛЬНОЙ СКОРОСТИ ПРИХОДИТСЯ ШАГАТЬ ЧЕРЕЗ ШЕСТЬ,

А ТО И... ЧЕРЕЗ 32 СТУПЕНИ

ТЕКСТ / АЛЕКСЕЙ ВОРОБЬЕВ-ОБУХОВ

ПОЧЕМУ РАЗМНОЖАЮТСЯ ПЕРЕДАЧИ?

Восхождение начиналось с простейших коробок передач: всего-то две ступени! Затем количество шестеренок постоянно росло. Уже в 50-е многие легковые машины располагали четырьмя передачами, а еще через двадцать лет их сменили популярные и поныне "пятиступки". Впрочем, на рубеже веков начинают победное шествие шестиступенчатые, а то и вовсе бесступенчатые коробки. Дальше всего ушли магистральные грузовики: 14-16 передач никого сегодня не удивляют, а новейшие коробки "Экосплит" фирмы ZF насчитывают до 32 ступеней.

То, что ящик с шестеренками вообще нужен автомобилю, связано с особенностями двигателей внутреннего сгорания, способными удовлетворительно работать лишь в относительно узком диапазоне оборотов, тогда как скорость должна изменяться от нуля до максимальной. Вот и приходится разбивать весь скоростной диапазон на узкие отрезки, да еще ставить в трансмиссию элемент, способный к пробуксовке - иначе плавно с места не тронуться. И все же - где предел количеству необходимых передач, почему даже пять нас не всегда устраивают? В некоторой степени это связано с ростом максимальной скорости (диапазон расширяется), требованиями к динамике разгона, но не менее важны соображения экономии: попадать в выгодные, но узкие диапазоны оборотов двигателя куда проще с большим количеством передач (см. график).

ЧТОБЫ НЕ БОЛЕЛА ГОЛОВА У ВОДИТЕЛЯ

Когда учишься водить автомобиль, приходится долго запоминать положение рычага переключения для каждой передачи. Неужели к пятой позиции на массовых машинах добавится и шестая? Конструкторы, однако, не садисты и придумали способ, как обойти это препятствие на пути ко все возрастающему числу ступеней.

Собственно, это давно известно гонщикам и мотоциклистам. Суть в том, что элемент управления коробкой все время находится в нейтральном положении и для переключения вверх или вниз достаточно лишь коротко толкнуть его назад или вперед. Включившуюся передачу покажет индикатор на панели приборов, так что работать рычагом-джойстиком можно на ощупь и не слишком задумываясь. (Видимо, не случайно "Форд" назвал свою систему по-русски недвусмысленно "Дюрашифт".) Такие коробки с последовательным переключением получили название секвентальных (ЗР, 2001, №4).

Не надо, однако, думать, что на современные автомобили пришли мотоциклетные агрегаты. Хитрое латинское слово относится, скорее, к способу управления, а конструкция собственно коробки может быть любой. Это, зачастую, обычные автомобильные наборы из валов и шестеренок, но управляемые по-иному: с помощью отдельных исполнительных механизмов, получающих от рычага (или кнопок на руле) лишь команды на включение, предварительно обработанные компьютером. Ну а где компьютер, там и автоматика, поэтому секвентальные коробки почти всегда имеют автоматический режим работы.

Сегодня такие трансмиссии можно найти в "Альфа-Ромео", БМВ, "Феррари", "Смарте", "Фольксвагене-Лупо", ФИАТе, "Мерседес-Бенце", "Форде"... По оценкам, к 2003 году ими оснастят 3% всех новых автомобилей, а к 2005-му намечено довести эту долю до 8%.

ЕСТЬ ПРОБЛЕМЫ...

Если все так хорошо, то почему автопроизводители не торопятся поголовно оснащать свои новинки коробками с последовательным переключением? Как и в каждом новом деле, здесь свои проблемы. Одна из них - быстродействие. Знаете ли вы, что тест-пилоты "За рулем" во время заездов по определению разгонной динамики ухитряются переключать передачи вручную всего за 0,12 с - так показывают бесстрастные самописцы. А в "Смарте", например, пауза, когда крутящий момент не подается к колесам, достигает 0,5-0,8 с!

Вот эту задержку и стараются уменьшить разработчики, пробуя разные версии программного обеспечения, меняя исполнительные механизмы с пневматических на гидравлические или на шаговые электродвигатели. И успехи налицо: "Изитроник" фирмы "ЛуК" переключается за 0,3 секунды; к тому же водитель, если он выбрал ручной режим управления, может "перескакивать" через ненужные передачи, переходя, скажем, сразу с пятой на третью. "Лупо" научился обходиться всего 150 мс, но, пожалуй, на сегодня впереди всех последняя разработка БМВ SMG, занявшая место в купе М3 с июня этого года.

Водитель, не поскупившийся на дополнительные $2800, может выбирать между пятью режимами переключения - от мягкого до жесткого спортивного. В последнем случае все процессы, включая управление сцеплением, протекают за... 0,08 мс! Электронным "мозгам", прямо скажем, есть над чем поработать в эти мгновения. Вот далеко не полный перечень входных сигналов блока управления: состояние стояночного тормоза, положение педали газа, скорость вращения первичного вала коробки передач, температура масла в ней, положение и скорость перемещения управляющего джойстика, положение диска сцепления, давление в гидросистеме, поперечное и продольное ускорение автомобиля, положение педали тормоза, датчики закрытия дверей и капота, замка зажигания, установка темпомата...

Не будем вдаваться в детали программы, гарантирующей плавное, без рывков переключение передач. Посмотрим лишь, зачем коробке знать о дверях и капоте? Оказывается, это так называемая защита от дурака. Например, водитель решил выйти и уступить место за рулем коллеге при уже включенной передаче. Тогда автоматика не даст сцеплению включиться, пока не закроется дверь или не будет нажата педаль газа. В ожидании "смены руководства", однако, сцепление не будет выжато слишком долго. Через некоторое время коробка сама переключится в "нейтраль", а водитель будет извещен об этом световым и звуковым индикаторами. Ну, а капот? Предположим, вы решили поковыряться в моторе при включенной передаче и потянули за тросик газа. Не будь этой блокировки...

БЕСКОНЕЧНАЯ ЛЕСЕНКА

Итак, чем больше передач, тем лучше. В идеале их должно быть бесконечное множество, чтобы двигатель все время работал в экономичном и тяговитом режиме. Поэтому различные вариаторные системы издавна привлекали внимание разработчиков. Первый клиноременный вариатор придумал англичанин Джозеф Аботт, причем очень давно. Теоретически в устройстве нет ничего сложного: два шкива, щеки которых могут сдвигаться и раздвигаться, вытесняя клиновой ремень на больший или меньший диаметр. Передаточное отношение изменяется в достаточно широких пределах совершенно бесступенчато.

Одно плохо: срок службы ремня, особенно при передаче значительного крутящего момента, сравнительно невелик. Поэтому вариаторы долгое время оставались уделом снегоходов или автомобилей-малюток. Сегодня это ограничение постепенно снимается. За примером далеко не пойдем - только до "Ауди": вот серийная А6 с вариатором "Мультитроник", в котором мягкий ремень заменила... цепь.

Конечно, здесь тоже не обошлось без помощи электроники: она следит за необходимым давлением в системе, не допуская слишком сильного сжатия щек шкивов и в то же время не разрешая цепи проскальзывать. Кроме того, появилась возможность организовать виртуальные передачи для водителей, которым надоест "троллейбусная" тяга и захочется насладиться ручным переключением.

Кроме "Ауди", вариаторы можно найти на ФИАТе, "Лянче", "Хонде", "Ниссане", "Ровере", "Субару" или "Фольксвагене". Причем клиновой ремень или цепь вовсе не обязательный атрибут вариатора, существуют и другие системы, пока, впрочем, на уровне прототипов.

СДАЕТСЯ ЛИ "АВТОМАТ"?

Недостатком классических автоматических коробок передач с гидротрансформатором считали большие потери энергии в последнем, что вело к увеличению расхода топлива. В планетарных системах обычно реализовывалось три, иногда четыре фиксированных передаточных отношения, а все остальное брал на себя гидротрансформатор.

И вот немецкая ZF объявила о создании нового класса планетарных автоматических коробок 6НР26 с... шестью фиксированными передачами, которые перекрывают диапазон передаточных отношений от 1 до 6,04 (у вариатора "Мультитроник" - 6,05). Конструкторам удалось сократить количество переключающих элементов (сцеплений, тормозов) до пяти, соответственно, уменьшив массу и габариты новой коробки. Что касается расхода топлива, то его уменьшили в стандартном европейском ездовом цикле на 5-6%.

УСЛОЖНЯЯ... УПРОСТИЛИ

В трансмиссии современного магистрального грузовика часто не меньше полутора десятков ступеней. Такую лесенку не спрячешь в одной коробке, поэтому, например, следом за основной четырехступенчатой ставят еще пару двухступенчатых. Переключение - рычагом и двумя флажками на нем... То есть два-три органа управления трансмиссией, не считая сцепления!

Совершенно естественно, что секвентальные коробки с их до предела простым алгоритмом управления здесь прописались прочно. Тут, где нет места спортивным амбициям, все переключения осуществляет сжатый воздух. Более того - отпадает нужда в синхронизаторах! Вероятно, лишь водители с очень большим стажем помнят такие слова, как "двойной выжим", "перегазовка". Без сложных манипуляций рычагом коробки и педалью сцепления в те давние годы не удавалось выровнять скорости вращения сопрягаемых шестерен и потому переключение, не сопровождаемое "скрежетом зубовным", считалось уделом избранных. В наши дни все эти рутинные процедуры берет на себя автоматика, так что водитель, скажем, "Актроса" или "Скании" даже не подозревает, сколько процессов он запускает легким толчком джойстика. Вообще-то он может его даже и не толкать - в автоматическом режиме последовательная коробка все сделает оптимальным образом, так что ручной режим оставляют, вероятно, как средство борьбы со сном в дальней дороге и для сложных маневров при разгрузке.

* * *

Подводя итог, рискнем предположить, что будущее, скорее всего, за коробками передач с секвентальным управлением и вариаторами. Но - только до тех пор, пока под капотом бьется поршневое сердце ДВС. Если на его место придет, скажем, электродвигатель, коробка передач просто исчезнет как непременный агрегат автомобиля. Так что ее судьба напрямую зависит от спора между... двумя водородными технологиями - сжиганием этого перспективного топлива в камерах сгорания или прямым преобразованием в электрический ток. Поживем - увидим!

Типичные кривые мощности, крутящего момента и удельного расхода топлива двигателя внутреннего сгорания, снятые при полностью открытом дросселе. Чтобы обеспечить резвый разгон автомобиля до высоких скоростей и не сжечь слишком много топлива, надо удержать двигатель в достаточно узком диапазоне - трансмиссии нужны ступеньки!

Секвентальная

коробка "Альфа-

Ромео Селеспид"

управляется вручную джойстиком или кнопками на баранке, а может работать и в автоматическом режиме.

Быстродействие коробки SMG от БМВ обеспечивается очень высоким

(85 атм) давлением

в гидросистеме.

Aвтобус

"Мерседес-

Бенц О404"

Ручки управления разных автомобилей выглядят по-разному, но суть одна - последовательное переключение передач.

"Ауди"

"Унимог"

БМВ

"Форд"

Принцип работы вариатора "Мультитроник" прост, чего не скажешь о технологии его изготовления

Разработчики ZF применили хитроумнейшую планетарную систему Лепельтье, которая и позволила в компактном

блоке реализовать шесть передаточных отношений при минимуме управляющих элементов: 1 - коронная шестерня; 2 и 2а - сателлиты; 3 и 3а - солнечные шестерни; 4 - общее водило сателлитов.