СемиступенчатаяГМП фирмыMercedes-Benz

Принцип непрерывного изменения передаточного отношения за счет синхронного перемещения конусных половинок ведущего и ведомого шкивов был запатентован в США еще в XIX веке.

Первым серийным автомобилем с вариатором стала голландская малолитражка DAF 600, появившаяся в 1958 году. Этот двухдверный автомобильчик с двухтактным 22-сильным мотором владелец завода, инженер HubvanDoorn, снабдил трансмиссией Variomatic собственной конструкции. Она была автоматической и выполняла одновременно функции бесступенчатой коробки передач и дифференциала, поэтому для передачи крутящего момента в ней использовались две пары шкивов и два резиновых клиновых ремня. И хотя конструктивно вариатор был весьма далек от идеала, Ван Дорн был настолько увлечен идеей его дальнейшего усовершенствования, что в 1965 году продал легковое отделение фирмы DAF шведскому автоконцерну Volvo, а сам основал фирму VDT (VanDoorne'sTransmissie).

Вместе с DAF шведы унаследовали и патент на производство клиноременных вариаторов. После вхождения в состав Volvo легковые автомобили голландской фирмы стали производиться под скандинавской маркой. Новейшей моделью, которую до слияния с Volvo не успел запустить в производство DAF, была малолитражка с заводским индексом 77. В короткие сроки шведские конструкторы помогли довести ее до конвейера, и уже в феврале 1975-го было налажено серийное производство компактного трехдверного заднеприводного хэтчбека, известного нам как модель   Volvo 343. Но очень скоро пошли многочисленные рекламации: из-за спешки конструкция автомобиля оказалась весьма "сырой", в том числе не доведенным был и Variomatic. Ремни трансмиссии пробуксовывали на конических поверхностях, растягивались и рвались, а раздвижные шкивы интенсивно изнашивались, вследствие чего ресурс коробки составлял около 30 тыс. км пробега. В результате ненадежный Variomatic сняли с производства.

В 1971 году на VDT начали работу над изобретенным Ван Дорном стальным толкающим ремнем с повышенной несущей способностью, состоящим из множества нанизанных на две стальные полосы плоских трапециевидных пластин. В конце 80-х голландцы добились-таки успеха: конструкция стала столь же надежной, как и шестерни обычной МКП. (Кстати, это техническое решение применяется до сих пор - все вариаторы, которые с 1987 года и до настоящего времени появлялись на легковых автомобилях Subaru, Fiat, Ford, Nissan, Rover и Honda, оснащались ремнями от VDT.) Что касается злополучного Volvo 3-й серии, то в 1978 году клиноременный вариатор заменили более надежной трансмиссией типа Transmatic.

В 1987году вариаторы с приводом шкивов металлическим ремнем VDT были запущены в массовое производство Ford и Fiat (FordFiesta, FiatUno). В то же время Subaru налаживает производство собственной CVT, которую поставляет и другим автопроизводителям.

Прагматичные немцы предпочли не торопиться с освоением технической новинки и подождать. Например, Audi AG свой первый вариатор Multitronic (между прочим, собственного производства) представила лишь в 1999 году - здесь также используется принцип передачи момента трением. (Для этого используется уникальный многозвенный металлический ремень производства компании Luk). С того же года вариаторы Multitronic начинают устанавливать на переднеприводные автомобили марки Audi взамен традиционных гидромеханических АКП. В настоящее время вариаторную трансмиссию устанавливает на свои автомобили целый ряд ведущих автопроизводителей (GeneralMotors, Audi, Honda, Nissan, Toyota и др.).

Применение в современных автомобилях бесступенчатых АКП позволяет улучшить их топливную экономичность и динамические качества. Преимущества бесступенчатых коробок передач достигается за счет того, что для каждого режима работы автомобиля (скорости υ и сопротивления движению ψ) удается подобрать наиболее эффективный вариант работы силового агрегата. Количество возможных режимов при движении в изменяющихся дорожных условиях бесконечно велико. Поэтому ясно, что идеальная работа силового агрегата может быть достигнута, когда столь же бесконечным будет количество ступеней в коробке передач.

В передачах со ступенчатым изменением передаточного числа, как с механическим, так и с автоматическим переключением, на пути увеличения количества ступеней стоит масса трудноразрешимых проблем. Излишнее увеличение числа ступеней приводит к увеличению массы и габаритов коробки передач, усложнению механизмов и алгоритма переключения передач. Многократно увеличить количество передач, одновременно избежав указанных отрицательных последствий, можно, если использовать бесступенчатые передачи, в которых передаточное число изменяется плавно и непрерывно.

В настоящее время известно много типов бесступенчатых передач. Однако многочисленные попытки их использования в автомобильной технике долгое время были безрезультатны. Причина заключается в специфике требований, предъявляемых к трансмиссии автомобиля.

Так для достаточной конкурентоспособности по сравнению с традиционными передачами бесступенчатые передачи должны удовлетворять следующим основным требованиям:

1. Обеспечить необходимый диапазон регулирования;

2. Иметь высокий к.п.д. в области преобладающих режимов работы.

Кроме того, автомобильная бесступенчатая передача должна проходить по ряду других жестких параметров: массе и габаритам, технологичности и невысокой стоимости в условиях крупносерийного производства, долговечности и надежности, а также ремонтопригодности.

Из возможных типов бесступенчатых передач, как показали исследования, наиболее привлекательными для использования в автомобильной технике оказались различные типы фрикционных вариаторов, которые в зависимости от способа передачи крутящего момента можно разделить на две основные группы:

- вариаторы с непосредственным контактом, в которых изменение угловой скорости происходит в результате относительного перемещения фрикционных элементов;

- вариаторы с гибкой связью.

Вариаторы первой группы (торовые, многодисковые и др.) име-
ют существенные недостатки. Они характеризуются значительными
контактными напряжениями; им свойственны большие давления на
валы и опоры и недостаточная долговечность. В связи с этим указанн-
ые вариаторы применительно к автомобильным силовым передачам практически не вышли из стадии экспериментальных исследований. Из наиболее известных работ следует отметить работы фирм Torotrak, Koyo-Seiko, Nissan, NSK и других с тороидальными вариаторами, которые могут оказаться перспективными.

Вариаторы второй группы (с гибкой связью) имеют достаточно
простую конструкцию, а также позволяют сравнительно легко осуществить автоматическое управление в зависимости от условий движе-
ния автомобиля.

В настоящее время наибольший прогресс достигнут в создании
бесступенчатых вариаторов с гибкой связью как наиболее приспособленных для массового производства. Следует отметить, что имен-
но эти вариаторы в связи с новыми конструкторскими и технологическими решениями переживают интенсивный период дальнейшего
развития. Здесь имеется ввиду появление вариаторов с металлическими гибкими элементами, которые способствовали увеличению долговечности и повышению к.п.д.

Типичным представителем этой группы вариаторов является
клиноременный вариатор, состоящий из двух пар конических дисков
(раздвижных шкивов) и гибкой связи (клинообразного ремня). Кинематическая схема этого механизма достаточно проста.

Регулирование величины передаваемого крутящего момента и чисел оборотов достигается путем сдвигания и раздвигания конических дисков.

При этом передаточное число i_в равно отношению радиусов, по которым происходит контакт ремня , где r_в1 – радиус положения ремня на ведущем валу, а r_в2 - на ведомом валу.

Основным кинематическим параметром вариатора является диапазон регулирования .

Поскольку  и , то    Здесь r₁ и r₂ - минимальные, а R₁ и R₂ - максимальные радиусы окружностей, по которым происходит контакт ремня с конусными дисками (индекс 1 относится к дискам ведущего вала, а индекс 2 – к дискам ведомого вала). Обычно r₁ ≈ r₂ = r, а R₁ ≈R₂ = R(симметричное регулирование). Поэтому , а . Основываясь на этих простых зависимостях, можно определить габаритные размеры в зависимости от Д_к и значений радиусов r и R.

Так, например, межцентровое расстояние вариатора равно:

L_мц = 2R + а, где а = 2-4 мм, R= ,

 при этом i , а i_min= .