Острецов А.В., Бернацкий В.В., Есаков А.Е. Роботизированные коробки передач. Конструкция

11

б)

Рис. 1. Схема системы управления РКП 2-Tronic автомобиля

Citroen C3:

1 – подрулевой переключатель; 2 – селектор; 3 – кнопка включения автоматического режима работы КП; 4 – педаль тормоза; 5 – ЭБУ КП; 6 – актуатор сцепления; 7 – датчик частоты вращения первичного вала КП; 8 – актуатор механизма переключения передач; 9 – дисплей с показаниями режима работы КП и включённой передачи; 10 – шина CAN

-выключение сцепления;

-выбор следующей передачи в КП, синхронизация её включения и включение;

-включение сцепления;

-увеличение передаваемого крутящего момента.

Операции чередуются максимально быстро, обеспечивая минимальный разрыв потока мощности от двигателя к ведущим колёсам автомобиля.

12

Вручном (секвентальном) режиме для переключения передач водитель использует либо селектор 2 КП, либо подрулевые переключатели 1.

Включение передачи заднего хода «R» (при нажатой педали тормоза) и нейтрального положения «N» осуществляется только селектором КП, а автоматический режим – кнопкой 3. Селектор в положении для ручного режима управления «M, +/-» занимает среднее положение. Качание его вперед приводит к последовательному переключению передач вверх, а назад – к последовательному переключению их вниз.

Правый подрулевой переключатель переключает передачи только вверх, а левый – только вниз. Подрулевые переключатели не предназначены для включения передачи заднего хода и нейтрального положения.

Вручном режиме при торможении автомобиля в КП автоматически переключаются передачи вниз, вплоть до 1-й (или необходимой),

апри остановке – отключается сцепление. После короткой остановки необходимо только нажать на педаль подачи топлива, чтобы автомобиль тронулся с места на первой передаче.

Кроме того, для обеспечения надежной работы силового агрегата каждый запрос водителя на переключение передачи анализируется ЭБУ КП, который данное действие может принять или отклонить и может даже выбрать подходящую передачу, если частота вращения коленчатого вала двигателя слишком велика или мала (приблизилась к значению холостого хода).

Вавтосеквентальном режиме ЭБУ КП, не выходя из полностью автоматического режима, позволяет короткое время (до 10 с) осуществлять управление автомобилем в ручном режиме переключения передач при помощи подрулевых переключателей. Например, в ручном режиме можно быстрее перейти на низшую передачу при совершении обгона или торможении двигателем, чем в полностью автоматическом режиме.

Вэтом режиме надпись «Auto» с дисплея панели приборов не исчезает, а переключение передач происходит только при соответствующей частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Эксплуатация бюджетных автомобилей с РКП имеет определённые особенности, которые состоят в следующем:

13

-после торможения автомобиля нога водителя должна полностью убираться с педали тормоза, чтобы не изнашивались фрикционные накладки ведомого диска сцепления;

-в автоматическом режиме работы КП для уменьшения толчков при переключениях передач рекомендуется плавно нажимать на педаль подачи топлива, причём, не более чем на половину её хода;

-в автоматическом режиме работы КП не рекомендуется двигаться

сочень низкой скоростью, особенно, на подъём, так как при этом происходят циклические переключения передач (например, 3-2-3- 2-...) и сильное нагревание сцепления, что влечёт остановку автомобиля и необходимость охлаждения сцепления. В подобных случаях целесообразно включение ручного режима работы КП и принудительное фиксирование более низкой передачи;

-при уплотнённом движении транспортных средств (в «пробках») рекомендуется двигаться в ручном режиме работы КП;

-в ручном режиме работы КП непосредственно перед моментом переключения передач необходимо отпустить педаль подачи топлива, тогда переключение происходит без ударов (более плавно);

-если переключения передач в КП стали неэффективными (с рывками и «провалами»), то некоторое время необходимо двигаться по возможности равномерно, поддерживая среднюю частоту вращения коленчатого вала двигателя, обеспечив, таким образом, ЭБУ КП возможность восстановления своих функций.

2. Преселекторные коробки передач (коробки передач с двойным сцеплением)

Преселекторные коробки передач представляют собой второе поколение роботизированных КП. Они как бы объединяют две КП со своими сцеплениями в одном корпусе: одну – для нечётных передач, а другую – для чётных, что обеспечивает передачу крутящего момента от двигателя автомобиля к его ведущим колёсам без разрыва потока мощности.

Преселекторные КП (от preselect – предварительно выбрать) имеют общее название DCT (dual clutch transmission – трансмиссия с двойным сцеплением), но больше известны по товарному знаку КП с двойным сцеплением концерна Volkswagen как DSG (Direct Shift Gearbox или Directschaltgetriebe – коробка прямого включения) [14].

Наиболее известными представителями этого вида КП являются DSG-6 с двойным мокрым сцеплением (производства Borg-Worner) и

14

DSG-7 с двойным сухим сцеплением (производства LuK). Эти КП не имеют унификации ни с МКП, ни с классическими АКП.

В этих трансмиссиях сцепления установлены соосно, и каждое – на первичном валу КП, один из которых проходит внутри другого (рис. 2). Сцепления по конструкции выполняются постоянно разомкнутыми (активно замыкаемыми).

Рис. 2. Схема преселекторной КП с двойным сухим сцеплением:

1 – сцепление I; 2 – сцепление II; 3 – механизмы включения сцепления (актуаторы); 4 – наружный первичный вал КП; 5 – внутренний первичный вал КП; 6 – механизм переключения передач; 7 – вторичный вал КП; 8 – маховик

Первоначально появились преселекторные КП с двойным мокрым многодисковым сцеплением, представляющим собой пакеты фрикционов, работающие в масле. КП имеют полностью гидравлическую систему управления и систему охлаждения. Они эффективно охлаждаются и обеспечивают передачу достаточно большого крутящего момента (например, бюджетная 6-и ступенчатая DSG концерна

15

Borg Warner – до 350 Н·м), но сложные и дорогие в производстве и эксплуатации. Кроме того, из-за имеющегося проскальзывания фрикционов и гидродинамических (насосных) потерь, сопутствующих работе мокрого многодискового сцепления, эффективность передачи мощности КП снижается до 96 %, что приводит к ухудшению топливной экономичности автомобиля. Классические же механические КП и их роботизированные версии, как было отмечено выше, имеют КПД – 98…99 %.

Поэтому чуть позже для автомобилей с двигателями относительно небольшой мощности появились и преселекторные КП с двойными сухими сцеплениями, практически аналогичными сцеплениям классических МКП. Преимуществами сухих сцеплений являются относительная простота конструкции и более низкая стоимость.

Как известно, сухим сцеплениям присущи недостатки, которые связаны с их высокой тепловой нагруженностью и изнашиванием фрикционных накладок вследствие буксования ведомых дисков. Для исключения этих недостатков электронный блок управления контролирует тепловое состояние сцепления и обеспечивает его защиту сначала – путём трогания автомобиля с места со второй передачи, а затем, при необходимости, и отключением работы двигателя для охлаждения сцепления. В связи с этим, концерны ZF и Borg Warner с целью повышения надёжности работы преселекторных КП с сухим сцеплением считают целесообразным их применение на бюджетных автомобилях с двигателями, имеющими незначительный максимальный крутящий момент. Например, 7-и ступенчатая DSG Borg Warner для автомобилей особо малого и малого классов рассчитана на работу с двигателями, имеющими максимальный крутящий момент в пределах

150…250 Н·м.

Таким образом, в ближайшей перспективе для преселекторных КП будут применяться как сухие, так и мокрые многодисковые сцепления. Это связано с тем, что с повышением мощности двигателя автомобиля недостатки КП с мокрыми сцеплениями по сравнению с преимуществами КП с сухими сцеплениями в значительной степени нивелируются.

2.1. Преимущества и недостатки преселекторных коробок передач

Преимуществами преселекторных КП являются:

16

-передача крутящего момента от двигателя автомобиля к его ведущим колёсам без разрыва потока мощности;

-обеспечение удобства и лёгкости управления автомобилем;

-быстрое переключение передач вверх. Время переключения передач занимает 0,1…0,2 с, что обеспечивает автомобилю динамичное ускорение при разгоне;

-достаточно плавная работа (без рывков и «провалов») по сравнению с роботизированными КП бюджетных автомобилей, особенно у КП с мокрыми сцеплениями, что обеспечивает лучшую комфортабельность движения;

-возможность переключения передач в автоматическом или полуавтоматическом (ручном) режимах;

-обеспечение автомобилю лучшей топливной экономичности. Например, установка КП с сухим сцеплением обеспечивает 8…10 % экономии топлива по сравнению с 5-и ступенчатой классической АКП, особенно при движении в городском цикле [8, 20];

-способность передачи большего крутящего момента по сравнению с вариаторами.

Преселекторным КП присущи и недостатки:

-КП дорогие в производстве, в частности, стоимость автомобилей концерна Volkswagen с этими КП выше примерно на 60 тыс. руб., а Porsche – на 140 тыс. руб. по сравнению с МКП;

-масса КП, особенно с мокрым сцеплением, значительно выше, чем у МКП (в 1,7 раза) и приближается к массе классических АКП;

-топливная экономичность автомобилей хуже по сравнению с роботизированными КП;

-плавность работы КП во всём диапазоне переключения передач хуже, чем у вариаторов и классических АКП;

-сложность конструкции и, в связи с этим, высокая трудоёмкость обслуживания и непригодность к ремонту (при отказе требуется замена КП в сборе) [12];

-повышенное энергопотребление КП с мокрым сцеплением (на гидравлические приводы);

-задержки в работе при резком ускорении при движении со средней скоростью, связанные с предварительно выбранной соседней низшей передачей (например, шестой при движении на седьмой). В этом случае, сначала выключается шестая передача, а уже затем включается требуемая, например, четвёртая передача, и время переключения увеличивается до 0,4 с.

17

- «провалы» и рывки при движении в активном режиме с многократными разгонами и торможениями. При таком стиле вождения требуется 0,4…0,6 с на определение передачи, которую необходимо включить следующей.

2.2. Особенности конструкции преселекторной коробки передач с двойным мокрым сцеплением

Особенности конструкции преселекторной КП с двойным мокрым сцеплением рассмотрены на примере 6-и ступенчатой КП с параллельными вторичными валами S-tronic автомобилей Audi [6, 21]. Её общий вид показан на рис. 3 и рис. 4, а схема – на рис. 5.

Рассмотрим работу преселекторной КП на примере её схемы на рис. 5. Крутящий момент от коленчатого вала двигателя через двухмассовый маховик 1, входную ступицу 17 двойного сцепления 16 и одно из сцеплений 2 или 3, передаётся на первичные валы 7 или 11 через главную ступицу 4. Таким образом, оба сцепления 2 и 3 двойного сцепления 16 функционируют автономно.

Первичные валы расположены соосно, причём, наружный первичный вал 7 надет на внутренний 11. Внутренний первичный вал обеспечивает работу нечетных передач и передачи заднего хода, а наружный – четных передач. В результате сцепление 2, замыкаясь, включает нечётные передачи, а сцепление 3 – чётные. Благодаря такому распределению, передачи переключаются без разрыва потока мощности от двигателя к трансмиссии.

Коаксиальное расположение первичных валов 7 и 11 и смешанное распределение чётных и нечётных передач по обоим вторичным валам 8 и 12 обеспечивает достаточно компактную конструкцию КП и небольшую её массу.

Шестерни первичных валов жестко соединены с валами. Шестерни вторичных валов вращаются на валах свободно. При этом шестерни каждого первичного и вторичного валов находятся в постоянном зацеплении. Между шестернями вторичных валов расположены муфты синхронизаторов 14, которые осуществляют включение соответствующих передач. Для выполнения реверсивного движения в КП предусмотрена ось 13 с шестерней заднего хода. На вторичных валах также расположены ведущие шестерни главной передачи 5 и 15. Вторичные валы связаны между собой через зубчатое (ведомое) колесо 6 главной передачи, поэтому постоянно

Рис. 4. Преселекторная КП S-tronic (вид сбоку):

1 – первичные валы; 2 – вторичный вал I; 3 – механизм блокирования трансмиссии на стоянке; 4 – ведомое колесо главной передачи; 5 – вторичный вал II; 6 – ось шестерни заднего хода; 7 – модуль управления КП и сцеплением

Рис. 5. Схема шестиступенчатой преселекторной КП

S-tronic:

1 – двухмассовый маховик;

2 – сцепление I;

3 – сцепление II;

4 – главная ступица сцепления; 5, 15 – ведущие шестерни

главной передачи;

ления