Пятиступенчатые АКП фирмы ZF

Стремление улучшить динамические показатели и топливную экономичность привело к созданию пятиступенчатых планетарных коробок передач. Значительные работы в этом направлении были проведены фирмами ZF и Mercedes-Benz. В какой-то степени создание этих передач явилось ответом на появление шестиступенчатых коробок передач с ручным управлением. Фирма ZF разработала два варианта пятиступенчатых планетарных коробок передач. Первый вариант предусматривал развитие схемы ZF4HP18 (Ровеньё). В кинематическую схему этой четырехступенчатой коробки передач был добавлен дополнительный планетарный ряд, который обеспечил получение еще одной понижающей передачи, при этом был реализован следующий ряд передаточных чисел: 3,67; 2,0; 1,44; 1,00; 0,74 и задний ход: -2,75 . Автоматическая коробка, выполненная по этой схеме, получила индекс ZF 5HP18 (рис.4.11). Для реализации указанных передаточных чисел на первой, второй и третьей передачах включен тормоз дополнительного планетарного ряда, останавливающий солнечную шестерню и реализующий понижающую передачу с передаточным числом 1,41. На четвертой и пятой передачах этот ряд блокируется. К недостаткам этой передачи можно отнести увеличение числа выключенных фрикционных элементов, которые могут создавать дополнительные потери.

Рис. 4.11. Кинематическая схема трансмиссии ZF4HP18

Другой вариант более компактной пятиступенчатой коробки, разработанный фирмой ZF (по схеме Вильсона) показан на рис. 4.12. В нем использовано три планетарных ряда, три муфты сцепления, три дисковых тормоза и муфта свободного хода. Эта автоматическая коробка передач получила индекс 5НР-24. Таблица, в которой показано, какие органы управления включаются для получения той или иной передачи, приведена в таблице. Указанная автоматическая передача устанавливается на автомобилях BMW, AUDI и других.

Рис. 4.12. Кинематическая схема ГМП 5НР-24

Пятиступенчатая ГМП Mercedes-Benz

Фирмой Mercedes-Benz также была разработана новая кинематическая схема пятиступенчатой коробки передач, которой был присвоен индекс 722.6. Эта коробка (рис. 4.13) включает три планетарных ряда, три сцепления, три дисковых тормоза и две муфты свободного хода. К ее особенностям следует отнести уменьшенное число выключенных фрикционных элементов, что способствует снижению дисковых потерь.Порядок включения фрикционных элементов ГМП на передачах и кинематические схемы работы элементов ГМП на передачах приведены на рис. 4.14-4.17.

Рис. 4.13. Гидромеханическая передача MercedesBenz 722.6

Рис. 4.14. Порядок включения фрикционных элементов на передачах

ГМП MercedesBenz 722.6

На первой передаче включены сцепление С₃, тормоза Т₃ и Т₂, а также муфта свободного хода (МСХ1), блокирующая солнечную шестерню первого планетарного ряда с корпусом.

В результате включения указанных элементов в передаче крутящего момента участвуют последовательно три планетарных ряда. При этом крутящий момент передается с ведущего вала на коронную шестерню Ш_к1, которая приводит во вращение водило первого планетарного ряда В_в1 (при этом солнечная шестерня Ш_с1 остановлена). Далее с водила В_в1 крутящий момент передается на коронную шестерню Ш_к3 третьего планетарного ряда. Поскольку солнечная шестерня Ш_с3 остановлена, при помощи сцепления С₃ и муфты свободного хода МСХ₂ (тормоза Т₃), приводится во вращение водило третьего планетарного ряда В_в3, жестко связанное с коронной шестерней второго планетарного ряда Ш_к2. Эта шестерня, обкатывая сателлиты по неподвижной солнечной шестерне Ш_с2, приводит во вращение водило второго планетарного ряда В_в2, которое связано с выходным валом.

На второй передаче включены сцепления С₁ и С₂, тормоз Т₃ (или муфта свободного хода МСХ₂). При этом передний планетарный вал блокируется и вращается как одно целое (муфта свободного хода МСХ₁разблокируется).

Рис. 4.15. Схема работы элементов ГМП MercedesBenz 722.6. на 1 и 2 передачах

На третьей передаче включены сцепления С₁ и С₂. В результате первый и третий планетарные ряды заблокированы, и крутящий момент передается при помощи второго планетарного ряда.

На четвертой передачевключены сцепления С₁,С₂ и С₃. В результате все три планетарных ряда заблокированы и вращаются как одно целое, а передаточное число четвертой передачи равно 1.

Рис. 4.16. Схема работы элементов ГМП MercedesBenz 722.6. на 3 и 4 передачах

На пятой передаче включены сцепления С₁ и С₃, а также включена муфта МСХ₁. В результате в передаче крутящего момента участвуют все три планетарных ряда, которые работают совместно как сложная планетарная передача. Для определения передаточного числа пятой передачи необходимо решить систему уравнений, включающую три уравнения связи, приведенных выше.

Эта коробка позволяет также получить две передачи заднего хода с i_3х= -3,16 и i_3х= -1,93.Для получения передачи заднего хода с i_3х= -3,16 включается сцепление С₁, тормоз Т₁ и тормоз Т₃. Входной вал при остановленной шестерне Ш_с1 приводит во вращение водило В_в1. Поскольку также включен тормоз Т₃, водило В_в3 остановлено, и солнечная шестерня Ш_с3 приходит во вращение. При помощи сцепления С₃ крутящий момент передается на солнечную шестерню Ш_с2, которая обкатывая сателлиты по неподвижной шестерне Ш_к3, приводит во вращение водило В_в2. Это водило начинает вращаться против часовой стрелки, реализуя задний ход. Все планетарные ряды таким образом, работают последовательно.

Основываясь на зависимостях, приведенных выше, можно определить к.п.д. зубчатых зацеплениях планетарных передач, угловые относительные скорости в выключенных фрикционных элементах и ряд других параметров, определяющих к.п.д. 

Рис. 4.17. Схема работы элементов ГМП MercedesBenz 722.6. на 5 передаче и передаче заднего хода

Рассматриваемая планетарная коробка передач одна из наиболее экономичных с точки зрения величины внутренних потерь. Количество выключенных сцеплений, создающих дисковые потери, не более трех, как и в большинстве четырехступенчатых коробок передач, однако при этом реализуется пять передач и достигается более плотный ряд передаточных чисел и увеличенный кинематический диапазон. На передачах в зубчатых механизмах реализуется достаточно высокий к.п.д. Рационально подобранная главная передача позволяет получить экономичную работу двигателя на высших передачах, а три понижающих передачи плюс гидротрансформатор – высокие разгонные качества. Данные, приведенные в ряде публикаций, показывают, что при испытаниях в стандартных загородном и городском циклах топливная экономичность ряда автомобилей Mercedes-Benz (например, седан Е-280) с пятиступенчатой ГМП оказались лучше по сравнению с пяти- и шестиступенчатыми механическими коробками передач. При этом разгонные качества (разгон до 100 км/час) были практически одинаковыми..

Представленные выше кинематические схемы, позволяющие создать автоматические пятиступенчатые планетарные коробки передач, способствовали улучшению тяговых и разгонных характеристик, а также топливной экономичности легковых автомобилей. Однако при этом пришлось ввести третий планетарный ряд, что увеличило длину коробки передач до 500-650 мм. Использовать такие коробки передач оказалось возможным только на автомобилях с задним приводом. Между тем в настоящее время на автомобилях малого и среднего класса в большинстве случаев используется передний привод с поперечным расположением двигателя. Для размещения автоматических планетарных коробок на таких автомобилях их длина не должна превышать 350-400 мм. В связи с этим в конце 90-х годов активизировались работы по созданию пятиступенчатых планетарных коробок, которые имеют более компактную конструкцию и, в частности, уменьшенную длину. В качестве примера такой конструкции можно привести пятиступенчатую планетарную коробку передач японской фирмы JATCO модели JF506E, которая рассматривается ниже.