Механические коробки с разрывом крутящего момента при переключении передач

Развитие электронных средств управления и соответствующего программного обеспечения предоставляет широкие перспективы для совершенствования как механических, так и ступенчатых и бесступенчатых автоматических коробок передач. Основное внимание при создании "электронных помощников водителя" уделяется разработке оптимальных алгоритмов стратегии переключения передач. Существующие конструкции коробок, снабженные соответствующими датчиками и исполнительными устройствами, могут программироваться совершенно индивидуально, в зависимости от желания изготовителя и характеристик используемого двигателя. Каждый производитель автомобилей по-своему может придать сочетанию двигатель/коробка передач более спортивный, комфортабельный или компромиссный характер.

Дискуссии в среде производителей коробок передач главным образом ведутся по поводу разработок программного обеспечения. Оно является ключом для будущих приложений (использования на автомобиле) и существенно при конкурентной борьбе за будущие заказы. Такие программные продукты сегодня имеет значительно большее число автомобилей, чем раньше. Отдельные производители автомобилей, понимая важность этих технологий, стремятся разрабатывать эти программы для своих машин самостоятельно, покупая "только" автоматические коробки передач.

В последнее время, производители автомобилей предлагают автоматизированные ступенчатые коробки передач не только на автомобилях экономического класса («Audi А2 3L», «OpelCorsaEasytronic», «VWLupo 3L»), но и на легковых автомобилях спортивного стиля («AlfaRomeo 147/156 'Selespeed», «FiatStilo», «BMW 3-й серии МЗ SMG», «Mercedes-Benz С CoupeSequentronic»), мощных спортивных автомобилях («AstonMartinVanquish», «Ferrrari 360 Modena/Spider»»), а также легких грузовых автомобилях («FordTransit», «Mercedes-BenzSprinter). Примерами таких конструкций служат аналогичные, по принципу, трансмиссии тяжелых грузовиков, эксплуатирующихся уже длительное время. Целью этих усилий является доводка времени переключения передач до минимальных значениях для обеспечения высоких показателей динамики разгона.

Так, например, КПП с управлением подобного типа SMGIIBMW, которая устанавливается на модель «BMW МЗ» в "спортивном режиме" обеспечивает переключение передач серийной 6-ступенчатой синхронизированной коробки передач со временем переключения 80 мс, чего может добиться далеко не каждый опытный водитель. Устройство подобных систем и на VWLupo 3L, и на AstonMartinVanquish, в основном, аналогично.

В этих конструкциях имеются включающие устройства (актуаторы) для сцепления и механизма переключения передач (электрические или гидравлические), средства воздействия на электронную систему управления двигателем, а также средства ручного переключения.

Рис.2.1. Конструкция коробки передач с автоматизированным переключением          автомобиля ВАЗ-2109 (разработка НАМИ, вариант для инвалидного автомобиля)

В общем виде системы автоматического управления механической коробки передач имеют следующие компоненты:

- следящий привод сцепления (гидравлический, электровакуумный, электрический или пневмоэлектрический);

- устройство управления подачей топлива в двигатель;

- устройство избирания передач переднего и заднего хода;

- устройство включения передачи;

- контроллер;

- электрические датчики и концевые переключатели;

- электронный блок системы управления.

Конструкция коробки передач с автоматизированным переключением может быть достаточно сложной. Так система SMGII (рис.2.2), устанавливаемая на автомобиле BMW 3 серии, имеет гидравлический привод с рабочим давлением в системе до 85 бар и использует сложную компонентную базу и электронику (рис. 2.3 – 2.4).

Рис 2.2. Конструкция коробки передач с автоматизированным переключением  SMGII автомобиля BMW 3 серии

Количество датчиков, связь с другими электронными системами автомобиля (например, контроля устойчивости и тяги), величина давления в гидравлической системе переключения передач, а также программирование и скорость вычислений (быстродействие процессора) - все это, хотя и отличается от дорогих устройств автомобилей, аналогичных машинам Формулы-1, но схожи по архитектуре и алгоритму. Количество возможных функций также различно. Система SMGII, например, обеспечивает дополнительную помощь при подъемах, "спортивное трогание автомобиля с места" при максимальном крутящем моменте и пробуксовке ведущих колесах, индикацию переключения на шкале тахометра и т.п. Разработчики подобных систем, считают, что примерно через 5 - 7 лет механизмов сцепления, включаемых непосредственно водителем, уже не будет.

Рис.2.3. Компоненты системы SMGII:

1- электронный блок управления (ЭБУ) системы SMG; 2- ЭБУ системы ABS;               3- индикатор включенной передачи и программы (в тахометре); 4- ЭБУ индикатора включенной передачи и программы; 5- переключатель программы движения                 (в центральной консоли); 6-индикатор положения рычага управления (в центральной консоли); 7- шестиступенчатая коробка передач SMG с исполнительным узлом;             8 -механизм переключения передач SMG; 9-приводной насос; 10-исполнительный цилиндр гидропривода сцепления; 11-сцепление (не изображено); 12 -гидравлический

блок; 13-бачок главного цилиндра; 14-ЭБУ системы DME

Рис.2.4. Датчики системы SMGII:

1- потенциометр главного цилиндра гидропривода сцепления, 4-выключатель индикатора давления масла в гидравлическом блоке, 11-выключатель зажигания и стартера,          12-датчики поперечного и продольного ускорения, 17-переключатель программ движения (экономическая, автоматическая и зимняя программы), 18-потенциометр положения рычага управления и 5-микровыключателей положения рычага управления,               20-выключатель стоп сигналов, 21-потенциометр исполнительных цилиндров рычага переключения передач, 22-датчик частоты вращения валов коробки передач, 23- датчик температуры коробки передач, 24-потенциометр педали акселератора, 31-выключатель режима максимального ускорения

Другой принцип действия заложен в конструкции коробки передач с системой SensoDrive, которые устанавливаются на автомобилиCitroёnC3 и CitroenGrandC4 Picasso (рис. 2.5) . Система SensoDrive - это обычная коробка передач, но оснащенная двумя электромеханическими исполнительными устройствами - актуаторами. Один выжимает сцепление, а другой переключает передачи. Здесь нет ни тяг, ни тросов, связывающих рычаг переключения передач с коробкой, водитель лишь посылает команды на исполнительные устройства. Педаль сцепления не нужна (ее здесь и нет), а на месте традиционного рычага переключения передач - «джойстик». Толкнул его вперед - включил следующую передачу, толкнул назад - перешел на ступень ниже. Сдвинул «джойстик» вправо — это «нейтраль», а вправо и назад - задняя передача. Причем фиксированных положений нет - «джойстик» всегда возвращается в исходное состояние.

Рис.2.5. Коробка передач с системой SensoDrive

Фирма «Ford» разработала и устанавливает на своих автомобилях «FordFusion» автоматизированную механическую коробку Durashift EST. (рис.2.6). По данным эксплуатации эта коробка не вызывает нареканий у владельцев, что является редкостью. Дело в том, что у роботизированных коробок есть серьезная трудность - обеспечение оптимального времени переключения передач в разнообразных дорожных условиях. Это обеспечивается сервоприводами — именно они выжимают сцепление и передергивают вилки смены передач. Специалисты фирмы «Ford»  поручили исполнять эту функцию электродвигателям с понижающими редукторами. При этом за счет электроники получили более широкую возможность управления процессом переключения передач для обеспечения плавности, надежности и долговечности.

Рис 2.6. Автоматизированная механическая коробка Durashift EST

Применение автоматизированных механических коробок передач с одной стороны, это идеальное решение — и жесткая связь колес с мотором есть, и комфорт, как у «автомата». Ведь команду на смену передач может подавать как водитель, так и автоматика. Но тут есть проблема, и научное имя ей — «разрыв потока мощности». Сцепление при переключении передач размыкается и связь между двигателем и колесами на это время прерывается.

С обычной «механикой» водитель всегда знает, когда подсбросить газ, чтобы не дергать машину при переключениях. Во всяком случае, это знание приходит с опытом — большинство водителей синхронизирует действия правой руки, переключающей передачу, и обеих ног на педалях сцепления и газа автоматически, не задумываясь. Но человек всегда хозяин своих рук и ног. Только что он перешел с третьей на четвертую плавно — и тут же передумал, решил рвануть вперед, резко передернув рычаг на вторую.

А каким образом электронике решать, какое нужно переключение — «быстрое» или «комфортное»? Вопрос. Не говоря уже о том, что сделать достаточно быстродействующий и при этом недорогой «робот» переключения передач и плавного замыкания сцепления очень сложно.

FordDurashift EST, увы, тоже не свободен от врожденных недостатков. Но «вылечить» их фордовцы все же попытались. Во всяком случае, «Fusion» с «автоматизированной» коробкой оказался весьма адаптивным. Он может сам переключиться «вниз» сразу на три передачи и очень редко ошибается с выбором ступеней.

По расчетам специалистов, будущие обычные как автоматические, так и механические коробки передач коробки смогут иметь максимум семь ступеней. Требующийся темп переключений передач и относительно небольшие интервалы передаточных чисел можно реализовать при этом без значительного увеличения массы и габаритов изделия.

Развитие компьютерных средств управления и соответствующего программного обеспечения предоставляет широкие перспективы для совершенствования как механических, так и ступенчатых и бесступенчатых автоматических коробок передач. Основное внимание при создании "электронных помощников водителя" уделяется разработке оптимальных алгоритмов стратегии переключения передач. Существующие конструкции коробок, снабженные соответствующими датчиками и исполнительными устройствами, могут программироваться совершенно индивидуально, в зависимости от желания изготовителя и характеристик используемого двигателя. Каждый производитель автомобилей по-своему может придать сочетанию двигатель/коробка передач более спортивный, комфортабельный или компромиссный характер.