Главная
Статьи
Форум
Мирный автомат. Прогнозы сбываются?

По материалам сайта http://abs.msk.ru/

Виктор Раскин, технический директор ЦАТ МАИ / Сергей Самохин

С 2000-го по 2002-й в журнале публиковался цикл статей «Мирный автомат», посвященный различным аспектам применения на автомобилях автоматических трансмиссий. В завершающих статьях цикла на основании анализа теории, текущей ситуации и намечавшихся тенденций высказывался ряд предположений об их ближайшем будущем. С тех пор минуло уже три года. Что нового произошло за это время в царстве «мирных автоматов» и сбываются ли прогнозы трехлетней давности?

Три года - срок, одновременно, и маленький, и большой. Маленький, чтобы кардинально изменить «расстановку сил» в данной области техники. По-прежнему основными конкурентами коробок с ручным переключением передач остаются гидромеханические автоматы со ступенчатым изменением передаточного отношения (АКПП) и бесступенчатые трансмиссии на основе вариаторов (БСТ). И срок достаточно большой, чтобы при сумасшедших темпах развития современной техники, можно было ожидать заметной эволюции коробок-автоматов. Итак, …

Что нового?

Вначале о «классике жанра». Развитие традиционных АКПП, как и предполагалось, идет по теоретически обоснованному пути. Он заключается в расширении силового диапазона (отношения передаточных чисел высшей и низшей передач) за счет увеличения количества ступеней. Согласно теории, силовой диапазон трансмиссии легкового автомобиля с ДВС должен быть порядка 6. Такое значение соответствует эффективному преобразованию крутящего момента двигателя на всех режимах движения, что оборачивается наилучшим соотношением динамики и экономичности автомобиля. Другие теоретические постулаты говорят о том, что в коробках с дискретным изменением передаточного отношения для обеспечения указанного силового диапазона оптимальное количество ступеней (передач) также должно равняться 6. При этом достигается необходимая и достаточная плотность ряда передаточных чисел соседних передач. Таким образом, «формулу» идеальной ступенчатой трансмиссии можно отобразить как 6/6.

В настоящее время 4-ступенчатые автоматы уходят в прошлое. Их можно изредка встретить лишь на некоторых рестайлинговых моделях автомобилей. В секторе АКПП превалируют 5-ступенчатые агрегаты. Практически каждая новая модель автомобиля с АКПП, начиная с 2000 года выпуска, оснащается трансмиссией с 5-ступенчатым редуктором. Выпуск 5-ступенчатых АКПП в версиях для заднеприводных и переднеприводных автомобилей освоен всеми производителями автоматических трансмиссий. Силовой диапазон таких коробок равен примерно 5 и лишь в некоторых моделях достигает 5,5, что позволяет записать их формулу в виде 5/5. Видно, что АКПП дня сегодняшнего пусть незначительно, но не дотягивают до идеала.

Между тем, уже появились АКПП с идеальной формулой. Первый образец такой коробки был разработан в Германии фирмой ZF. Модель 6HP 26, о которой мы писали, предназначена для «автоматизации» заднеприводных автомобилей. Она имеет шесть ступеней изменения передаточного отношения и суммарный диапазон регулирования 6,04. Оптимальные параметры коробки, по заявлению разработчиков, должны были увеличить динамику автомобилей на 1-5% и на 5-7% сократить потребление топлива в сравнении с пятиступенчатыми версиями. Способная передавать максимальный крутящий момент 600 Н•м, идеальная АКПП должна была занять место в силовых агрегатах новых моделей BMW-7 с объемом двигателя 3,5 и 4,5 л. Помимо этого в планы фирмы ZF входило освоение целой серии 6-ступенчатых трансмиссий. Наряду с 6HP 26 в нее должны были войти модели 6HP 19 для двигателей объемом до 3,0 л и 6HP 32. Последняя предназначена для совместной работы с 12-цилиндровыми моторами предельного объема, вплоть до 6,5 л.
За прошедшие три года завод ZF реализовал намеченные планы, в том числе совместные проекты с концерном BMW. Сегодня 6-ступенчатыми автоматами оснащаются все «баварцы» 7-й серии и частично - модели BMW-5, BMW-6 и Х5. Объем двигателей, обслуживаемых идеальными АКПП, колеблется от 2,5 до 6,0 л. Область применения 6-ступенчатых коробок ZF расширилась не только за счет BMW. К настоящему моменту их можно встретить в комплектации автомобилей Jaguar (S-Type, XJ и XK), где они агрегатируются с моторами объемом от 2,5 до 4,2 л.

На базе коробок серии 6HP были разработаны модификации, предназначенные для использования в переднеприводных схемах с продольным расположением двигателя. Нетрудно догадаться, что они предназначались для «Audi-мобилей». В результате в программе известного концерна появилось немало моделей с 6-ступенчатыми АКПП: практически все семейство А8, существенная часть серий А6 и Allroad, а также несколько модификаций A4 и S4.

Вслед за ZF производство АКПП с формулой 6/6 освоил японский завод Aisin Warner, входящий в состав концерна Toyota. Японские конструкторы отличились тем, что разработали две версии «трансмиссионного идеала» - не только для заднеприводных, но и переднеприводных автомобилей с поперечным расположением двигателя. Это немаловажное событие доказывает, что увеличение количества ступеней и связанное с этим усложнение конструкции АКПП не являются непреодолимыми препятствиями на пути создания достаточно компактного агрегата. Специалисты Aisin решили задачу сокращения продольного габарита коробки оригинальным способом. Они «разделили» планетарный редуктор пополам и разместили половины параллельно друг другу.

Любопытно, что Toyota Motor проявляет свойственную ей осторожность в оснащении своих автомобилей трансмиссионными новинками. Шестиступенчатые автоматы пока можно увидеть только на представительских заднеприводных седанах Crown. В то же время лукавые японцы активно отрабатывают новые конструкции на изделиях других автопроизводителей. Например, 6-ступенчатая АКПП производства Aisin Warner применяется на новых полноразмерных седанах концерна Ford с трехлитровыми моторами (Ford 500 и Ford Fusion). Аналогичным образом «японская кровь» была подмешана многим рысакам европейских автозаводчиков как с передним, так и с полным приводом. С коробками Aisin выпускаются новые модели Opel Vectra, Volvo XC90 и многочисленные представители семейства VW (Golf V, Touran и Touareg). Вот такие «гримасы капитализма».

Не менее интересным событием в мире классических автоматов стало появление «суперкоробки» 7G-Tronic, разработанной заводом концерна Mercedes-Benz. Коробка с заводским индексом W7A 700 обеспечивает семь ступеней изменения крутящего момента двигателя! Таким сильным ходом «звездный» концерн, безусловно, затмил конкурентов, но одновременно поставил под сомнение теоретические основы «коробкостроения». Что же получается: оптимум не шесть, а семь ступеней? Но ведь само понятие оптимум означает, что отклонения в любую сторону, как меньшую, так и большую, приводят к худшим результатам. Не мы первые, у кого возникли подобные вопросы. Ими задаются многие автомобильные специалисты. Чтобы найти этому разумное объяснение, предлагаем ближе познакомиться с конструкцией и техническими характеристиками «сверхидеальной» АКПП.
При ближайшем рассмотрении конструкции W7A 700 видно, что ее прототипом является прежняя, 5-ступенчатая АКПП, которая была на вооружении концерна с 1995 года. Увеличение количества передач достигнуто применением в редукторе коробки дополнительного, третьего планетарного ряда. Естественно, пришлось увеличить количество управляющих элементов. Вместо шести их стало семь. Теперь переключение передач происходит с помощью четырех фрикционных тормозов и трех сцеплений. Их работу контролирует электронный блок управления, который расположен внутри коробки, на плите управления. Такие изменения не могли не привести к росту массогабаритных показателей. Чтобы его компенсировать, все детали картера пришлось изготовить из магниевого сплава. Какие преимущества достигнуты усложнением конструкции редуктора и системы управления? Проанализируем данные, приведенные в таблице. В ней указаны значения передаточных чисел редуктора и их соотношения для соседних передач. Последний параметр характеризует «плотность» ряда передач.

Поделив передаточное отношение первой и последней передач, можно убедиться в том, что суммарный силовой диапазон W7A 700 равен теоретически оптимальной величине - 6. То есть коробка имеет «формулу» 6/7. В то же время бросается в глаза неравномерность плотности ряда. Если в диапазоне от 1 до 5 передачи она примерно одинакова, то в интервале от 5 по 7 величина «ступенек» резко уменьшается, плотность ряда возрастает. Всякие излишества вредны. Это правила справедливо и в отношении излишней плотности. При слишком плотно расположенных передачах переход на более высокую передачу сопровождается настолько незначительным падением оборотов двигателя, что не достигается ощутимой экономии топлива. А если нет эффекта, зачем вообще прилагать усилия? В случае АКПП близко расположенные передачи могут приводить к неоправданному росту потерь на управление.

Напомним, что система управления осуществляет переключение передач, анализируя такие параметры, как частота вращения двигателя и степень открытия дроссельной заслонки. При излишне плотных передачах малейшее изменение условий движения автомобиля (выбоина на дороге, небольшой обратный уклон или порыв встречного ветра), сопровождающееся изменением параметров управления, будет приводить к переходу на низшую передачу и обратно. Возникает так называемый эффект цикличности. Поэтому нормальным считается отношение передаточных чисел соседних передач на уровне 1,30-1,35.

В общем, ряд передач, реализованный в «суперкоробке», нельзя назвать гармоничным. Из него можно легко «извлечь», например, 6-ю передачу. С точки зрения теории, то, что получится, будет смотреться даже выгоднее. То же можно сказать и о второй передаче заднего хода. Не совсем понятно, в чем заключается ее функция. Впрочем, какими бы соображениями ни руководствовались инженеры Mercedes-Benz, нельзя не признать, что явление 7-ступенчатой АКПП - мощный маркетинговый прием. Пока такие критики как мы ломают голову над целесообразностью семи ступеней, концерн Mercedes-Benz устанавливает «суперкоробку» на ряд моделей и успешно их продает. Среди них: спортивные купе серий SLK, CL и CLS, представительские седаны S-класса и седаны бизнес-класса Е. И все же мы будем считать, что появление седьмой ступени - скорее случайность, чем закономерность.

Кстати, вернемся к закономерностям. Приведенная информация убедительно доказывает, что за короткий срок 6-ступенчатые АКПП превратились из экзотики в реальность, завоевав значительную долю рынка. Это закономерно, если учесть их заявляемые и теоретически обоснованные преимущества перед 5-ступенчатыми предшественницами в экономичности и динамике. Закономерно и то, что вторжение новых ступенчатых трансмиссий начинается с сектора автомобилей высших классов. Большие моторы с высоким крутящим моментом, повышенные требования к плавности троганья с места и переключения передач - область, в которой гидромеханические автоматы пока вне конкуренции.

За плавное троганье автомобиля с АКПП отвечает гидротрансформатор. Пока ни одно другое устройство не может с ним в этом сравниться. Поэтому ГДТ, обязательно блокируемый, остается непременным атрибутом АКПП. Усложнение систем управления коробками, наделение их способностью адаптировать алгоритмы управления к степени износа механизмов и стилю вождения приводит к тому, что электронный блок управления становится частью коробки. В трансмиссиях нового поколения он, как правило, располагается внутри корпуса.

Таковы основные итоги трехлетней эволюции гидромеханических АКПП со ступенчатым изменением передаточного отношения. Столь же интенсивно развивались и бесступенчатые трансмиссии.


Следуя традиции, обратимся к теории. Она уже давно указала, что поиск идеальной автомобильной трансмиссии нужно вести в направлении создания агрегатов с бесступенчатым изменением передаточного отношения. Только в этом случае каждому из бесконечного числа возможных режимов работы двигателя можно точно подобрать оптимальный коэффициент трансформации крутящего момента, обеспечивающий экономичную и, одновременно, динамичную езду. Таким образом, формулу идеальной трансмиссии можно условно отобразить в виде 6/?. Она показывает, что внутри силового диапазона редуктора, равного шести, должно быть предусмотрено бесконечное число возможных передаточных отношений. Сегодня лишь один тип трансмиссий из числа применяемых в автомобилестроении отвечает таким требованиям. Это бесступенчатые трансмиссии (БСТ).

Для тех, кто «не в теме»

Напомним, что в современных автомобильных трансмиссиях с плавным изменением передаточного отношения используются вариаторные передачи с гибкой связью. Вариаторы такого типа привлекательны своей компактностью, относительно простой конструкцией и несложным способом регулирования передаточного отношения, хорошо поддающимся автоматизации. Благодаря применению в их конструкции металлических гибких элементов вариаторы позволяют передавать большой крутящий момент с достаточно высоким КПД, обладают большим ресурсом и неплохо приспособлены для массового изготовления.

Сегодня в массовом масштабе выпускаются два типа вариаторных БСТ, которые принципиально отличаются только конструкцией гибкого элемента. В одних используется так называемый «толкающий ремень». Технология его производства была разработана голландской фирмой Van Doorne Transmissie (VDT). «Ремень» сформирован из тонких стальных пластин трапециевидной формы, прочно стянутых в замкнутый пакет двумя многослойными металлическими лентами. Судьба изобретения фирмы VDT пока складывается удачно. Его используют в своих разработках практически все известные производители автоматических трансмиссий: ZF и Mercedes - в Европе, Aisin Warner, JATCO и Honda - в Японии.

Альтернативой толкающему ремню является многорядная металлическая цепь с малым шагом. Такой гибкий элемент на протяжении многих лет применяла в своих вариаторных передачах немецкая фирма PIV Drives, выпускающая промышленные редукторы. Несмотря на то что по ряду параметров (КПД, технологичность и др.) цепные вариаторы PIV выглядят несколько предпочтительнее голландских конкурентов, они не получили широкого распространения в автомобилестроении. Пока ставку на них делает лишь концерн VAG. Совместно с фирмой LUK он разработал серию БСТ Multitronic, предназначенную для оснащения моделей семейства Audi с продольным расположением двигателя.

Когда мы в последний раз обращались к теме бесступенчатых трансмиссий, ситуация в этой области автотехники складывалась следующим образом. Различные модели БСТ с вариатором VDT в небольших количествах применялись в основном на автомобилях малого класса. Они работали в паре с двигателями, мощность которых была чуть выше сотни лошадиных сил. Сказывалось ограничение по максимальному крутящему моменту, который на то время были способны передавать вариаторы с металлическим ремнем. Трансмиссия Multitronic и вовсе существовала в единственном экземпляре. Правда, она агрегатировалась с 6-цилиндровым мотором мощностью без малого двести «лошадок» и крутящим моментом 280 Н•м! Помимо этого уже были озвучены ближайшие планы концерна VAG по выпуску аналогичных трансмиссий для моторов как меньшего, так и большего объема. Как изменилась картина за прошедшие три года?

Бесступенчатая картина

Изучение действующих каталогов продукции автопроизводителей однозначно показывает, что изменения произошли, причем как количественные, так и качественные. В программе многих автоконцернов расширился перечень моделей, в обозначении которых фигурирует аббревиатура CVT (Continuously Variable Transmission), то есть трансмиссия с плавным изменением передаточного отношения. По-прежнему в борьбе за «плавную автоматизацию» легковых автомобилей лидируют БСТ с толкающим ремнем VDT. Одна из причин лидерства, по-видимому, заключается в том, что промышленность уже сегодня готова предложить производителям БСТ такую специфическую деталь вариатора, как толкающий ремень в достаточно большом ассортименте и количестве. Его производство монополизировано концерном Bosch, который несколько лет тому назад приобрел завод VDT в Голландии и провел его модернизацию. По неофициальным сведениям теперь его годовая программа может составлять до 3 млн. металлических ремней.

Большую часть продукции Bosch потребляют «коробкостроители» Японии. Прежде всего, это два японских «кита» - JATCO, трансмиссионное подразделение Nissan, и Aisin Warner, входящая в состав концерна Toyota. Существенная доля производимых ими БСТ предназначается для автоматизации продукции, идущей на внутренний рынок (известно, что 95% всех автомобилей в Японии оборудуется коробками-автоматами). Но и внешнему достается немало. Известно, что Nissan планирует к 2007 году увеличить выпуск автомобилей с CVT примерно в четыре раза, что составит цифру более миллиона. Помимо прочего это означает, что в настоящее время порядка четверти миллиона автомобилей этой марки оборудуются бесступенчатыми трансмиссиями, получившими фирменное обозначение XTRONIC.

Nissan является лидером «CVT-зации» не только с количественной точки зрения. Это пока единственный автопроизводитель, который выпускает широкую гамму автомобилей, оснащаемых БСТ с металлическим ремнем - от компактных до полноразмерных. В 1992 году Nissan представил модель Micra (March) с силовой установкой в составе CVT и двигателя с рабочим объемом один литр. Она применялась на этих моделях вплоть до недавнего времени. Сейчас в списке моделей Nissan, которые оснащаются CVT XTRONIC, присутствуют: универсал Cube, седан и хэтчбек Tiida с 1,5-литровыми моторами, хэтчбек и вагон Primera, минивэн Lafesta с двигателями объемом 2,0 л, а также кое-что еще, о чем стоит сказать подробнее.

В 2003 году JATCO приступила к производству БСТ, которая предназначена для трансформации крутящего момента двигателя VQ 35 DE. Это V-образный 6-цилиндровый мотор объемом 3,5 л с максимальными выходными параметрами 234 л.с./318 Н•м. Такими моторами комплектуются кроссовер Murano, полноразмерный седан Teana и семиместный минивэн Presage. Трансмиссия, получившая название XTRONIC-М6, на сегодняшний день является рекордсменом среди БСТ с толкающим ремнем по части максимального передаваемого крутящего момента. Ее разработчики отмечают, что основной проблемой, с которой они столкнулись, было обеспечение большого усилия сжатия конических дисков. Для этого потребовалось создать мощный насос высокого давления.

Довольно активно внедряет бесступенчатые автоматы Toyota. Сегодня в ее программе несколько CVT-моделей передне- и полноприводных автомобилей с двигателями объемом 1,0, 1,5 и 2,0 литра. Названия моделей известны лишь ценителям автомобилей с правым рулем, поскольку они предназначены для внутреннего рынка: компактный хэтчбек Vitz, минивэны Sienta, Wish, Isis, вагон Opa и седан Premio.

Японским «грандам» не уступает Honda. На своем заводе она производит БСТ, которыми автоматизируются: хэтчбеки Jazz и Civic, SUV HRV, минивэны Mobilo и Odyssey. Последний имеет наиболее мощный двигатель (200 л.с./232 Н•м), что также хорошо демонстрирует возможности вариаторных трансмиссий. Опыт Honda интересен тем, что она агрегатирует БСТ с гибридными силовыми установками. Такие силовые агрегаты применяются на моделях Civic IMA и небольшом трехдверном купе Insight. CVT-зированные автомобили также есть и у Mitsubishi, и у Subaru. Интересно, что Subaru установила своеобразный «рекорд наоборот», оснастив БСТ «микрохэтчбеки» R1 и R2 с двигателем объемом 0,658 литра.

Так обстоят дела в Японии, известной своей восприимчивостью в отношении технических новаций. Что происходит в консервативной Европе? Здесь выпуск автоматов с гибким элементом VDT освоен двумя немецкими производителями. Известное предприятие ZF разработало серию таких трансмиссий, получивших название Ecotronic. Семейство Ecotronic включает три базовые модели в исполнении для переднеприводных автомобилей с поперечным расположением двигателя. Модели отличаются величиной передаваемого крутящего момента. В «младшей» она может доходить до 175 Н•м, в «старшей» - до 310 Н•м. Специалисты ZF готовы адаптировать их конструкцию для использования в автомобилях с любым типом привода и любой компоновкой силового агрегата.

Завод ZF, производящий CVT Ecotronic, расположен в Бельгии. Он имеет довольно скромный производственный потенциал (несколько десятков тысяч БСТ в год). На сегодняшний день основными потребителями продукции завода являются островитяне: «натуральный британец» MG Rover и «баварский британец» Mini. Rover устанавливает CVT Ecotronic на переднеприводные модели с двигателями объемом 1,6 и 1,8 л: Rover 25 (ZR 120, Streetwise) и Rover 45, а также на родстер TF 120 с центрально расположенным силовым агрегатом и приводом на задние колеса. Mini применяет БСТ на всех своих моделях. Как известно, их всего две - One и Cooper. CVT Ecotronic устанавливается на модификации с двигателем 1,6 литра.

Европейское отделение концерна Ford использует трансмиссию Ecotronic для оснащения модели Focus C-Max, где она работает в паре с 1,6-литровым турбодизелем. Одна из разработок ZF шагнула через океан. Тот же Ford, но уже американский предлагает свои новые автомобили, седан Ford 500 (Five Hundred) и кроссовер Freestyle с бесступенчатыми автоматами. В этих моделях они агрегатируются с мощной V-образной 3-литровой «шестеркой» (203 л.с./271 Н•м). Правда, эти трансмиссии изготавливаются не в Европе, а на американском заводе ZF-Batavia.

Как это ни странно, вторым европейским производителем БСТ с металлическим ремнем является концерн Mercedes-Benz. Странно потому, что МВ имеет репутацию традиционалиста и даже консерватора и известен своим сдержанным отношением к техническим новациям. Тем не менее, специалисты концерна разработали собственную конструкцию БСТ все с тем же толкающим ремнем. Трансмиссия, получившая название Autotronic, производится заводом МВ для собственных нужд – оснащения моделей класса А: А 150, A 170, A 180 CDI и A 200 CDI.

Что касается БСТ с цепным вариатором (Multitronic), ее единственным приверженцем, по-прежнему, остается VAG. За прошедшее время, как и планировалось, линейка «мультитроников» расширилось. Правда, она все так же включает коробки для использования только в переднеприводных автомобилях с продольным расположением двигателя. Соответственно, областью их применения остается плодовитое семейство Audi. В каталоге автомобилей этой марки можно обнаружить большое количество моделей, в обозначении которых фигурирует название Multitronic. Это автомобили серий A4 и A4 Avant, A6 и A6 Avant, а также A8 с моторами объемом от 1,8 до 3,2 литра. О способности цепного вариатора передавать большой крутящий момент свидетельствуют впечатляющие предельные характеристики нового двигателя 3,2 V6 24V FSI - 255 л.с./330 Н•м. Еще одно подтверждение этому - уже озвученные намерения немецких инженеров разработать коробку для двигателя 4,2 V8. А это значит, что «мультитроникам» скоро покорится рубеж в 430 Н•м! Так что и на этом бесступенчатом направлении успехи впечатляющие.

Бесступенчатость как она есть

Если говорить об «облике» современных БСТ, то он практически не изменился. Конструкция трансмиссии включает: вариаторную передачу, механизм заднего хода в виде простого планетарного ряда, главную передачу (дифференциал) и устройства управления. В качестве узла сцепления с двигателем в большинстве случаев используется гидротрансформатор. Реже для этой цели применяется многодисковое «мокрое» сцепление. Такой механизм более компактен, но с задачей плавного троганья автомобиля справляется значительно хуже. Поэтому его чаще можно увидеть в БСТ, предназначенных для автоматизации автомобилей малого класса. Мокрым сцеплением также традиционно оснащаются БСТ Multitronic.

Суммарный силовой диапазон вариаторных передач в своем большинстве равен идеальному значению - 6. Если посмотреть на крайние значения передаточных отношений трансмиссии, то можно увидеть, что они принципиально отличаются от аналогичных параметров ступенчатых редукторов. Наглядный пример - трансмиссии, применяемые на автомобиле Ford 500. В 6-ступенчатой гидромеханической АКПП производства Aisin Warner передаточные числа изменяются от 4,15 (первая передача) до 0,69 (шестая передача). В отличие от нее CVT ZF-Batavia обеспечивает диапазон изменения передаточных чисел от 2,47 до 0,41. Такие цифры характерны для обоих типов трансмиссий. Чем вызвано различие?

Чтобы это понять, нужно вспомнить устройство и принцип работы вариатора. В нем текущее передаточное число определяется отношением рабочих радиусов ремня на ведущем и ведомом дисках. Прямой «передаче» соответствует ситуация, когда рабочие радиусы там и здесь равны и составляют примерно половину радиуса конических дисков. «Крайние» значения диапазона получаются, когда ремень на одном из дисков работает по наименьшему радиусу, а на другом - по наибольшему. Вследствие этого минимальное и максимальное передаточные числа вариатора всегда оказываются примерно «симметричными» относительно единицы. Такая особенность диапазона передаточных отношений БСТ приводит к тому, что он оказывается вынужденно «сдвинутым» в область меньших передаточных чисел относительно диапазона ступенчатых редукторов. Чтобы компенсировать недостаток коэффициента трансформации крутящего момента, увеличивают передаточное число главной передачи. Так, в рассматриваемом случае у CVT оно равно величине 4,98 против 3,46 у АКПП-6.

«Мозги» современной БСТ обычно находятся внутри корпуса и «прошиты» с учетом ее индивидуальных особенностей. Как упоминалось, регулирование вариаторов легко поддается автоматизации. Это позволяет наделять систему управления различными специальными возможностями как полезными, так и излишними. К полезным можно отнести способность алгоритма управления адаптироваться к стилю вождения. Анализируя темп нажатия на педаль акселератора, система управления модифицирует режим работы трансмиссии. В зависимости от «пожеланий» водителя, которые он «высказывает» правой ногой, коробка подстраивается под динамичную, либо экономичную езду.

Следующую особенность системы управления едва ли можно оценить как полезную. Впрочем, судите сами. Практически все модели БСТ умеют работать в режиме «симуляции» ступенчатого изменения передаточного отношения с ручным переключением ступеней («передач»). Например, в обозначении упоминавшейся рекордсменки от Nissan (XTRONIC-М6) два последних знака как раз обозначают, что коробка может «косить» под 6-ступенчатую «механику». Есть CVT, способные «симулировать» даже 7-ступенчатый режим. Тут впору задать вопрос: за что, собственно, боролись? Боролись, помнится, за идеальную бесступенчатость и - на тебе! Ведь мы уже выяснили, что ступенчатый режим работы трансмиссии не может обеспечить ни лучшей динамики, ни лучшей экономичности. Впрочем, что это мы раскипятились? Никто насильно не заставляет пользоваться «квазиступенчатым» режимом. Просто он есть. Возможно, на тот случай, когда вспомнится «босоногое детство» и захочется беззаботно поиграть в дороге.

Еще одна «примочка», применяемая в системах управления БСТ, также не относится к числу объективно необходимых, а является следствием «тараканов в голове». В голове автовладельцев, которые не привыкли к особенностям работы силового агрегата с БСТ. Речь идет о коррекции работы двигателя при ускорении автомобиля в мощностном режиме (с полностью открытой дроссельной заслонкой). В таком случае в идеале силовая установка работает следующим образом. Обороты двигателя быстро достигают значения, соответствующего максимальной мощности, и далее поддерживаются практически неизменными. Активный разгон автомобиля достигается плавным изменением передаточного отношения трансмиссии. При этом основное приращение скорости происходит в начальной фазе движения, после чего она изменяется плавно.

Но вот ведь беда - из-за того, что двигатель привычно не набирает обороты, а работает «на одной ноте», возникает субъективное ощущение, что машина «туповата», мотор «не тянет». Оказалось, что прочих субъективных и объективных факторов (силы вжатия в кресло, свиста ветра, мелькания объектов за окном и, наконец, показаний спидометра и тахометра) недостаточно, чтобы компенсировать слуховую иллюзию. Проблему решили, введя корректировку в алгоритм управления двигателем. На этапе повышения оборотов его «придушивают» с тем, чтобы растянуть выход на режим предельных оборотов по времени. Утверждается, что динамика автомобиля от этого не страдает. Мол, то, что теряется вначале, наверстывается потом (с трудом в это верится). Зато теперь при разгоне водитель слышит привычное «вж-ж-ж-и-ии-иии…».

Несколько слов об опыте ремонта БСТ. Он показывает, что причина большинства обращений владельцев CVT-мобилей в сервис - нарушение плавности работы трансмиссии, появление рывков. Чаще в этом оказываются виноваты электроника или исполнительные механизмы системы управления. При больших пробегах автомобилей (порядка 150-200 тыс. км) в вариаторах VDT отмечается износ гибкого элемента. Ленты, стягивающие пакет пластин, растягиваются, набор начинает «люфтить», появляется пробуксовка, приводящая к образованию задиров на поверхности дисков. В таком случае лечение заключается в замене металлического ремня, восстановительном ремонте или замене дисков и перенастройке системы управления. Такая неисправность, как обрыв ремня - явление уникальное и встречается крайне редко.

При ремонте БСТ одна из основных проблем заключается в недоступности запчастей к изделиям ряда производителей. Яркий пример - Nissan и Honda. Кстати, то же касается и новых ступенчатых АКПП. В трансмиссионных каталогах чаще, чем какую-либо запчасть, можно встретить пометку «not for service». Типа: «господа, у вас два пути - купить новую коробку или отправить неисправную в ремонт на завод-изготовитель и получить взамен восстановленную». Вот так. Не исключено, что в недалеком будущем ремонт автомобилей будет сведен к замене расходных компонентов и вышедших из строя комплектных агрегатов.

Некоторые комментарии

Что можно сказать с уверенностью? Прежде всего, что за три года случился нешуточный прирост количества автомобилей с вариаторными трансмиссиями. В этом сделанные ранее прогнозы полностью оправдались. Так же, как оказались верны предположения о расширении области применения БСТ за счет автомобилей с более мощными двигателями. В то же время очевидно, что мы недооценили темпы экспансии «бесступенчатых». В самых смелых мечтах нельзя было представить, что уже через три года появятся не одна, а несколько моделей БСТ, способных составить пару двигателям мощностью 250 «лошадей». Что вариатор можно будет увидеть не только на среднеразмерном автомобиле, но и на внедорожнике и даже на представительском лимузине! Тем не менее, это уже свершившиеся факты. Поначалу они внушили такой оптимизм, что повествование так и подмывало завершить «языком плаката». Фразами вроде «уверенной поступью БСТ идут на смену …» или «вариатор - светлое будущее мирового автопрома». Однако более внимательный анализ ситуации показал, что «бить в барабаны» преждевременно.

То, что происходит, пока больше напоминает не расширение области применения БСТ, а ее смещение. Насколько быстро растет число CVT-автомобилей с двигателями средней мощности, настолько незначителен их прирост в секторе автомобилей малого класса с моторами, мощность которых не превышает 90 л.с. То есть там, где их применение недавно казалось наиболее обоснованным. Если судить по европейским автопроизводителям, можно даже говорить о сокращении количества таких моделей. Помимо того, что их по-прежнему нет, например, у Opel, Smart (Daimler/Chrysler) и ни у одного из французских автозаводов, они исчезли из программы концернов Fiat и Ford. В этом секторе автопрома их место занимают 4-ступенчатые автоматы и механические коробки с автоматизированным переключением передач.

Тому может быть несколько причин. Во-первых, есть сведения, что пока производство БСТ обходится достаточно дорого. Дороже, чем давно отлаженное изготовление традиционных АКПП и, тем более, дороже автоматизированных КПП. Фактор стоимости агрегатов особенно важен для автомобилей малого класса, где на фоне невысокой цены автомобиля «лишние десять баксов» могут и «помешать». Во-вторых, далеко не всегда БСТ могут конкурировать с противниками по массогабаритным показателям. Например, известно, что упоминавшийся «малыш» Subaru R1/R2 в версии с CVT-трансмиссией весит аж на 30 кг больше аналога с «механикой». Уменьшение габаритов БСТ ограничено как минимум диаметром конических дисков, который определяет силовой диапазон вариатора.

Впрочем, и с большей стоимостью, и с большими массой и габаритами можно мириться, если эти недостатки компенсируются другими преимуществами, а именно – экономией топлива и лучшей динамикой автомобиля. Теория полагает, что такие преимущества у БСТ есть. А что по этому поводу говорит практика?


После подведения итогов трехлетней эволюции автоматических трансмиссий со ступенчатым и плавным изменением передаточного отношения осталось ответить на один вопрос. Удалось ли коробкам-автоматам одержать долгожданную «викторию» в принципиальном состязании с трансмиссиями, управляемыми вручную?

Обзор сложившейся к настоящему моменту «трансмиссионной ситуации» показал, что, как и прогнозировалось, коробки-автоматы медленно, но верно теснят своих механических конкурентов «на всех участках фронта». Автомобили с автоматическими трансмиссиями становятся все более востребованными. В этом нет ничего удивительного. В условиях больших городов с их, мягко говоря, затрудненным трафиком дружелюбие автоматов по отношению к водителю все чаще становится решающим аргументом при выборе автомобиля.

Преимущества «автоматизированных» автомобилей были бы еще более убедительными, если бы не одно (точнее, два) «но». Они всегда уступали автомобилям с механическими КПП по топливной экономичности и динамике. Больший расход топлива и худшая динамика были расплатой за комфортное вождение. По мере совершенствования коробок-автоматов размер «платы» постепенно уменьшался и с появлением 5-ступенчатых АКПП и бесступенчатых вариаторных трансмиссий сократился до минимума. Ожидалось, что последний небольшой шаг, который осталось сделать автоматам на пути к достижению идеальных значений силового диапазона и количества ступеней (для ступенчатых АКПП), станет решающим и разрушит главные аргументы апологетов «механики».

Как мы выяснили, этот шаг сделан. Появились 6- и даже 7-ступенчатые АКПП, а также вариаторные трансмиссии с идеальным силовым диапазоном, что сулит наилучшую эффективность трансформации крутящего момента двигателя на всех режимах его работы. Удалось ли автоматам, наконец, одержать верх над механикой в части топливной экономичности и динамики? Чтобы ответить на этот вопрос, был проведен сравнительный анализ данных автопроизводителей по расходу топлива и времени разгона до 100 км/ч для различных моделей автомобилей. Для сравнения выбирались модели, имеющие модификации, отличающиеся типом трансмиссии. В качестве первоисточника использовался швейцарский каталог Automobil Revue за 2006 год.

Сразу оговоримся, что такую методику нельзя считать до конца корректной. Безусловно, более правильным было бы провести прямой эксперимент - взять автомобиль, последовательно установить на него все три типа КПП, в каждом случае привести автомобиль «к общему знаменателю» по массе и «потерзать» по единой методике и с одним и тем же «драйвером». К сожалению, такой вариант по силам разве что журналу «Топ Гир» с его бюджетом, собственным полигоном и загадочным Стигом. Но, как говорится, кесарю - кесарево, а нам - швейцарский каталог.

В процессе работы обнаружился ряд трудностей. Во-первых, удалось найти не так много моделей, которые бы одновременно оснащались интересующими нас типами КПП. Во-вторых, по некоторым моделям данные по динамике и расходу топлива были неполными или вовсе отсутствовали. К примеру, модели, которая бы существовала в трех версиях, с механикой, 6-ступенчатым автоматом и вариатором, не нашлось ни одной. Поэтому вопрос «кто кого» разрешался в дуэльной ситуации: механика против автомата и она же но против вариатора. Тем не менее, удалось набрать статистику, достаточную для предварительного анализа. Результаты «прочесывания» каталога представлены в двух таблицах.

Табличные данные были обработаны. На их основании для каждой модели автомобиля в процентах рассчитывались: относительная экономичность ? = 1-qa/qm (qa - расход топлива автомобиля с автоматической трансмиссией в городском цикле по стандарту ECE; qm - аналогичный параметр для версии с механикой) и относительная динамика ? = 1-ta/tm (ta - время разгона до скорости 100 км/ч автоматизированного автомобиля; tm - то же для модификации с механической коробкой). В результате обработки каждой из таблиц получилось два точечных графика. Один отражает успехи автоматов в состязании с механикой по экономичности, другой - по динамике для двигателей различной мощности. Анализировать их довольно просто. Точки, лежащие выше оси абсцисс, означают победу трансмиссий, управляемых автоматикой, точки, расположенные в отрицательной области, - поражение.

Даже беглого взгляда на графики достаточно, чтобы понять, что повышение эффективности автоматических трансмиссий, как ступенчатых, так и бесступенчатых, к решительной «виктории» не привело. Подавив разочарование, посмотрим на результаты более внимательно. Начнем со ступенчатых АКПП. В части экономичности они проиграли механике со счетом 1:11. Лучшие результаты показали модели с двигателями, мощность которых лежит в интервале от 200 до 300 л.с. Таковых оказалось половина, и все они уложились в диапазон до 7%. Большую часть фаворитов составляют модели Mercedes-Benz, оснащенные 7-ступенчатой трансмиссией 7G-Tronic. В их числе и единственный победитель, который отыграл у модели с механической КПП аж 8,4%. «Первой ласточкой» оказалось спортивное купе MB SLK 350. Аутсайдеры состязания - автомобили с моторами мощностью от 100 до 150 л.с. Они уступили «механизированным» модификациям довольно много - «…надцать» процентов. В эту группу попали переднеприводные автомобили VW и Audi с поперечным расположением силовых агрегатов.

Результаты дуэли по динамике вызывают гораздо больше оптимизма. Здесь также хорошо заметно деление автоматизированных претендентов на две группы. Если «первая сборная», составленная из автомобилей MB и BMW, сыграла, можно сказать, вничью, то вторая однозначно проиграла. Правда, проиграла незначительно, от 5 до 10%.

Если посмотреть оставшиеся два графика, отражающие «успехи» автомобилей с БСТ, можно заметить примерно те же закономерности. Лучшие показатели по экономичности и динамике демонстрируют версии с двигателями мощностью от 130 л.с. и выше. Большую их часть составляют модели Audi с цепным вариатором Multitronic. Причем, некоторые представители этой группы не просто борются с механическими соперниками на равных, но и одерживают победу. С уменьшением мощности двигателя вариаторные автомобили показывают худшие результаты. Здесь сконцентрировались автомобили, оснащенные БСТ с металлическим ремнем VDT. Аутсайдеры этой группы - модели Rover и Mini, которые в экономичности проигрывают механике более 20%. Их динамика также не впечатляет.

Полученные результаты помимо прочего дают основание сделать вывод о том, что на настоящий момент времени оба типа автоматических трансмиссий, ступенчатые и бесступенчатые, имеют примерно одинаковые характеристики по динамике и экономичности. Это становится хорошо заметным, если исключить из рассмотрения явно «вываливающиеся» из общей картины показатели вариаторных автомобилей из Британии. В подтверждение этого вывода можно привести еще один аргумент. В предыдущих статьях мы упоминали об американской модели Ford 500 (Five Hundred), переднеприводном автомобиле с 3-литровым двигателем V6. Этот автомобиль оказался единственным, где «лицом к лицу» встретились две автоматических КПП - 6-ступенчатая коробка Aisin Warner и вариаторная трансмиссия ZF Ecotronic. К сожалению, данных по времени разгона до 100 км/ч найти не удалось, а вот по расходу топлива для обеих модификаций автомобиля автопроизводитель указывает одинаковые цифры (11,2 л/100 км, городской цикл, американский стандарт EPA).

Обидно, что коробкам-автоматам, на стороне которых наши симпатии, не удалось одержать безоговорочную победу. Выскажем несколько соображений, почему не оправдались наши оптимистические прогнозы, сделанные три года тому назад. Прежде всего, стоит напомнить, что предположения о скорой победе автоматов основывались на сравнении их характеристик с 5-ступенчатыми механическими трансмиссиями, которых в то время было большинство. Шестиступенчатые коробки применялись очень редко, в основном на «горячих» моделях автомобилей со спортивным характером. Считалось, и не без оснований, что дальнейшее увеличение количества ступеней на механике не имеет смысла. Среднестатистическому водителю «справиться» с управлением таким агрегатом довольно сложно. Помимо того, что переключаться приходится чаще, сложнее в каждый момент времени подобрать нужную передачу. Тем не менее, за последние 2-3 года произошло резкое увеличение количества моделей автомобилей с 6-ступенчатыми МКПП. Это хорошо видно из приведенных в таблицах данных. Сегодня автоматам в большинстве случаев противостоят механические коробки с шестью прямыми передачами.

Увеличение количества ступеней в МКПП происходит аналогично повышению ступенчатости автоматов и преследует те же цели. У 6-ступенчатых коробок несколько расширяется силовой диапазон и уплотняется ряд передаточных чисел. Теоретически при этом повышается эффективность преобразования крутящего момента двигателя, что соответствующим образом отражается на топливной экономичности и динамике. Как только автоматы начали «дышать в спину» своим конкурентам, те спешно рванули вперед и вновь несколько выровняли ситуацию.

Также не стоит забывать о том, что силовой диапазон (и количество ступеней для ступенчатых КПП) - не единственные характеристики трансмиссии, влияющие на потребление топлива и резвость автомобиля. Эти параметры в большой степени зависят от величины потерь в агрегатах трансмиссии, то есть от ее механического КПД. Как известно, механические коробки имеют наибольший КПД, примерно равный 95%. Пять процентов мощности расходуется на преодоление трения в зацеплении шестерен и в подшипниках и на барботаж масла в картере.

У ступенчатых автоматов этот показатель ниже. Несмотря на то, что КПД зацеплений в планетарных рядах выше (более 98%), картину портят дополнительные потери. Привод масляного насоса гидравлической системы отбирает 2-3% мощности, 1-2% составляют, так называемые, дисковые потери, возникающие из-за трения в выключенных сцеплениях. На нижних передачах к ним добавляются гидравлические потери в разблокированном гидротрансформаторе. Вследствие этого КПД ступенчатых АКПП в лучшем случае составляет 92-93%. Лучший случай - это вариант АКПП для автомобиля с задним приводом.

Да, оказывается компоновка автомобиля также оказывает влияние на величину механических потерь в автомате. Дело в том, что планетарный редуктор имеет принципиально осесимметричную структуру с соосно расположенными первичным и выходным валами. Поэтому в случае компоновки автомата с поперечно расположенным двигателем на переднеприводном автомобиле его конструкция усложняется. Для того чтобы сместить «поток мощности» с оси вращения коленчатого вала на ось вращения колес, его нужно развернуть на 1800, перевести на параллельный вал и изменить направление вращения. Все это требует устройства дополнительных зубчатых передач и, естественно, оборачивается увеличением потерь. В результате КПД коробок-автоматов для переднеприводной компоновки уменьшается до величины 88-89%. То, что ступенчатые автоматы лучше себя чувствуют на машинах с задним приводом, иллюстрируется полученными нами результатами. Обратите внимание, что лидирующая группа составлена из автомобилей MB и BMW. Худшие результаты других моделей, по-видимому, обусловлены меньшим КПД автоматов в условиях переднеприводной компоновки и меньших мощностей.

БСТ также проигрывают механике в КПД, причем вариаторы с различной конструкцией гибкого элемента уступают ей в разной степени. В отличие от ступенчатой АКПП «беда» вариатора заключается в излишней несоосности ведущего и ведомого валов. По этой причине БСТ плохо вписывается в заднеприводную компоновку и лучше стыкуется с поперечно расположенным двигателем и приводом на передние колеса. Меры по компенсации излишней несоосности валов (обычно, использование двух дополнительных пар шестерен) приводят к тому, что КПД БСТ уменьшается до 95%. Дополнительные «минусы» дают потери на привод масляного насоса и потери в самой вариаторной передаче. Потери в вариаторе с металлическим ремнем идут на преодоление трения в многослойных лентах и их изгиба по рабочему радиусу. В результате КПД вариатора Ван Дорна не превышает 96%, причем эта величина довольно резко уменьшается при отклонении передаточного отношения в обе стороны от единицы.

У цепного вариатора PIV аналогичные характеристики выше (до 98%) и меньше зависят от величины передаточного отношения. Потери здесь обусловлены в основном деформацией поверхности шкивов в месте их контакта с полусферическими головками пальцев, соединяющих звенья цепи. По этой причине БСТ Multitronic производства Audi/LUK по КПД превосходит вариаторные трансмиссии с металлическим ремнем. Это также хорошо заметно по полученным результатам. Все модели Audi Multitronic вошли в группу фаворитов команды «бесступенчатых». И это несмотря на то, что компоновка вариатора с продольно расположенным мотором и приводом на передние колеса - далеко не самый лучший вариант. Таким образом, у автоматов еще остаются потенциальные резервы для улучшения динамических и экономических показателей. Они кроются в совершенствовании конструкции КПП и ее узлов, а также в использовании оптимальных компоновочных решений.

Выскажем еще одно соображение в защиту автоматов. Мы проводили сравнение на основании данных автопроизводителей. Это парадные показатели, являющиеся «лицом» товара. Естественно стремление автозаводов к тому, чтобы это лицо было как можно более привлекательным для покупателя. Это стремление приводит к тому, что «выжимаемые» ими из своей продукции характеристики в большинстве случаев имеют мало отношения к реальной эксплуатации автомобилей. Взять, например, испытания на динамику. В случае автомобиля с механической КПП они проводятся примерно так. С выжатым сцеплением двигатель раскручивается до оборотов порядка 3 000мин-1. Далее следует бросок сцепления, сопровождающийся визгом горящей резины. Опытный испытатель «с хрустом» переключает передачи практически без выжима сцепления, не заботясь ни о его судьбе, ни о целостности синхронизаторов. Пара таких заездов – и коробка летит на помойку. Так «привозят» секунды, которые затем появляются в справочниках. Естественно, что впоследствии ни автовладельцам, ни даже тест-пилотам автомобильных изданий и независимых организаций не удается повторить их. С этой точки зрения данные по динамике автоматизированных автомобилей более реальны и воспроизводимы. Здесь все проще: от водителя требуется лишь быстро перевести автомат в режим кик-даун. Далее все сделает автоматика коробки, дружественная не только водителю, но и автомобильным агрегатам.

То же касается тестов на экономичность. Их результаты, конечно, более объективны, так как проводятся на стенде по строго соблюдаемой методике, но столь же далеки от реальной жизни. Каким бы опытным ни был водитель, он не в состоянии постоянно выбирать из шести передач такую, чтобы расход топлива был минимальным. Зато с этой задачей легко справляется электроника, мгновенно анализируя множество параметров. Поэтому результаты анализа не должны огорчать поклонников автомобилей с автоматами. Ведь жизнь показывает, что со светофора такие машины уходят первыми, вне зависимости от того, кто сидит за рулем - седой матерый «драйвер» или молоденькая девушка в туфлях на шпильке.



Более 2000 руководств
по ремонту и техническому обслуживанию
автомобилей различных марок
 








Рейтинг@Mail.ru