Сравнительный анализ способов реализации роботизированной коробки передач с двойным сцеплением

Массовое производство коробок переключения передач с двойным сцеплением начали компании Volkswagen, Audi, которые устанавливают роботизированные коробки переключения передач DSG и S-Tronic соответственно. Рассмотрим устройство и конструкцию каждой из них.

Роботизированная коробка передач DSG.

Но для начала попробуем проследить историю создания этой трансмиссии. Отцом ее считают француза – Адольфа Кегресса, который, что любопытно, успел поработать личным шофером российского императора Николая II. К сожалению, проект так и не был реализован. Не успев завершить работу, Кегресс скончался. Работающие прототипы начали появиляться лишь в начале 1980-х. Особого успеха эти прототипы не имели. Требовалась тщательная доработка, которую и произвел Porsche, начав ставить первые «преселективные» коробки на свои гоночные автомобили – легендарные Porsche 956 и 962. Подтянулась и компания Audi, оснастив новинкой раллийную Audi Sport Quattro S1.

В свободную продажу автомобили с таким видом трансмиссий не поступали вплоть до 2003 года, когда концерн Volkswagen Group установил первую в мире DSG (Direct-Shift Gearbox - коробка с прямым включением) на самую мощную версию Golf четвертого поколения. Однако на мировую сцену пришла вместе с более эффектным автомобилем, а именно с 3.2-литровой версией стильного купе Audi TT в том же году. Впоследствии многие производители стали выпускать модели с коробками передач аналогичным DSG. Впрочем, наиболее массовым производителем таких трансмиссий считается концерн Volkswagen Group.

Роботизированная коробка передач DSG (английская версия Direct Shift Gearbox, немецкая – DirektSchaltGetriebe) является в настоящее время самой совершенной автоматизированной коробкой, устанавливаемой на массовые модели легковых автомобилей.

Коробка DSG обеспечивает переключение передач без разрыва потока мощности, тем самым значительно повышая ее потребительские качества по сравнению с другими «роботами». К таким качествам относятся лучшая разгонная динамика и топливная экономичность (экономия более 8%).

Передача крутящего момента без разрыва от двигателя к ведущим колесам достигнута за счет использования двойного сцепления. Коробка передач DSG имеет шестиступенчатую и семиступенчатую варианты механической части. Семиступенчатая коробка передач (крутящий момент до 250 нм) устанавливается на легковые автомобили B, C и некоторые модели D класса. Шестиступенчатая коробка передач передает крутящий момент до 350 нм и устанавливается на автомобили с более мощными двигателями.

Конструкция коробки передач DSG включает двухмассовый маховик, двойное сцепление, два ряда передач, главную передачу, дифференциал и автоматическую систему управления. Конструктивные элементы помещены в корпус картер коробки передач, называемый картером.

Двойное сцепление обеспечивает передачу крутящего момента на первый и второй ряды передач. На шестиступенчатой коробке переключения передач сцепление включает ведущий диск, соединенный через входную ступицу с маховиком, и две фрикционные многодисковые муфты, связанные через главную ступицу с рядами передач. Семиступенчатая коробка передач имеет два обычных фрикционных сцепления.

На шестиступенчатой коробке переключения передач используют двойное сцепление «мокрого» типа, т.е. фрикционы постоянно находятся в масле. Масло обеспечивает смазку и одновременное охлаждение дисков, что значительно повышает ресурс сцепления.

Семиступенчатая коробка оборудована сухим сцеплением, что позволяет значительно уменьшить объем заправляемого масла (с 6.5 л до 1.7 л), облегчить конструкцию и повысить топливную экономичность двигателя. С этой же целью на семиступенчатой коробке масляный насос с гидравлическим приводом заменен на более экономичный электрический насос. С другой стороны сухое сцепление подвержено большему износу.

На первом ряду коробки передач расположены нечетные передачи и задний ход, второй ряд отвечает за четные передачи. Каждый из рядов передач представляет собой первичный и вторичный валы с блоками шестерен. Первичные валы расположены соосно, при этом первичный вал второго ряда выполнен полым и первичный вал первого ряда вращается внутри этого первичного вала первого ряда.

Шестерни на первичных валах жестко соединены с валом. Шестерни вторичных валов вращаются на подшипниках свободно. При этом шестерни первичного и вторичного валов находятся в постоянном зацеплении. Между шестернями вторичного вала расположены синхронизаторы, которые осуществляют синхронизацию угловых скоростей и включение конкретной передачи. Для движения задним ходом в коробке передач предусмотрен промежуточный вал с шестерней заднего хода. На вторичных валах также расположены ведущие шестерни главной передачи.

Непосредственное управление сцеплением и переключением передач осуществляет автоматическая система управления. Она включает входные сенсоры, электронный блок управления, который отдает команды на исполнительные механизмы, и электрогидравлический блок в качестве исполнительных механизмов.

Водитель вправе управлять коробкой в ручном режиме или же доверится автоматическому режиму. В автоматическом режиме можно выбрать наиболее подходящую программу, а именно, уравновешенно-комфортную и спортивную программы. В ручном режиме переключение передач происходит при помощи подрулевых лепестков или благодаря рычагу селектора.

Технические возможности данной коробки передач обусловлены тем, что в ней объединяются два ряда передач или две независимые коробки, каждый из которых обладает своим сцеплением. В одном ряду объединены нечетные передачи, в другом – четные, так, что во время разгона авто эти два ряда передач функционируют по очереди. Благодаря этому, и реализуется моментальное переключение передач, без потери мощностных ресурсов, и пока один ряд разгоняет автомобиль, второй уже готовит следующую передачу. При движении авто, одна передача всегда активна, другая же пребывает в полной готовности и в любой момент готова к включению.

Процесс переключения передачи осуществляется так, одно сцепление деактивируется, в то же время второе активируется, при этом временные ресурсы на смену зацепления составляющих коробки передач уже не расходуются. Стоит отметить, что активация второго сцепления происходит не после деактивации первого, а одновременно с ним, крутящий момент начинает передаваться через второе сцепление еще до того, как завершиться передача через первое. Соответственно крутящий момент не прерывается ни на секунду. Так как разрыва в крутящем моменте, а также тяги автомобиля не происходит, то момент переключения передачи не ощущается. Такая бесперебойная передача крутящего момента реализовывает спортивную динамику машины.

Роботизированная коробка передач S-Tronic.

Компания Audi выпустила на рынок новую разновидность DSG, символично называемая S-tronic и вполне пригодная для оснащения полноприводных автомобилей большой мощности с продольным расположением силового агрегата. В названии — отражены успехи раллийного болида S1, двигатель которого тоже располагался вдоль оси симметрии. Новая КПП способна передавать 550 Нм крутящего момента и перемалывать высокие обороты: предел для S-tronic – 9000 об/мин.

S-tronic очень похож на двухвальную КПП, с той лишь разницей, что входной вал «двойной»: цельный первый вал (отвечает за нечетные передачи) вращается внутри второго – полого (четные передачи и задний ход). Каждый из валов подключается к двигателю своим сцеплением. Но если поперечно расположенные трансмиссии DSG по компоновочным соображениям приходилось делать трехвальными, то новая коробка устроена немного проще: шестерни всех передач выстроены в ряд, а вторичный вал только один — это, пожалуй, и есть главное отличие S-tronic от уже давно знакомых потребителям агрегатов.

Переключения в S Tronic осуществляются моментально и без утраты мощности, поэтому данная коробка прекрасно подойдет для “агрессивного” стиля езды.

Прежде всего, передача высоких оборотов и крутящего момента потребовала серьезного подхода к системе смазки. У S-tronic целых два масляных контура: первый (заполненный семью литрами ATF) обслуживает сцепления и управляющую гидравлику. За циркуляцию гидротрансформаторного масла отвечает высокопроизводительная помпа, располагающая собственным «наддувом», – специальный вакуумный «бустер», который способен на некоторое время увеличить ее производительность в особенно тяжелые моменты – например, при стартах, когда от циркуляции масла в трансмиссии зависит температурный режим. Для шестерней КПП используют обычное масло для гипоидных передач.

Крутящий момент с вторичного вала коробки передач передается на межосевой дифференциал, находящийся в одном корпусе с коробкой передач. В обычном режиме на заднюю ось автомобиля передается 60% тяги. При необходимости распределение момента между осями может изменяться от 15/85 (то есть автомобиль становится практически заднеприводным) до 65/35.

Подведя итоги можно сказать, что для более мощных двигателей, расположенных продольно, оптимальным решением будет использование коробки передач S-Tronic, т.к. она способна передать больший крутящий момент. Коробка DSG устанавливают на автомобили с поперечным расположением двигателя. Из-за относительно небольших размеров будет актуальным и для малолитражных автомобилей.