Современные гидромеханические коробки передач имеют от восьми до десяти рабочих диапазонов. Зачем так много и не усложняет ли это их конструкцию и не приводит ли к уменьшению ресурса?
Мы живем в мире восьми-, девяти- и 10-ступенчатых автоматических коробок передач. Конечно, электромобили имеют простую односкоростную коробку передач, а ручная коробка передач неизменно остается на пяти-шести скоростях за несколькими исключениями. Но в мире автоматики вам будет трудно найти меньше восьми передач. Почему же так произошло?
Читайте также: Названы модели с самыми проблемными "автоматами"
Чтобы ответить, нам нужно сначала немного больше понять основы конструкции автоматической трансмиссии. Такая коробка использует серию планетарных передач, которые соединены различными механизмами муфтами для обеспечения определенных передаточных чисел. Один планетарный редуктор имеет несколько возможных передаточных чисел, но не все они полезны.
"Для одного планетарного редуктора фактически существует семь возможных передаточных чисел", - объясняет профессор автомобильной отрасли Университета Вебера Джон Келли. "Некоторые из них имеют слишком высокие или низкие передаточные числа, которые были бы непригодными для использования, например передаточное число повышенной передачи 0,2:1, пятикратное передаточное число. Но когда вы комбинируете эти планетарные редукторы в различные комбинации подряд, вы получаете десятки возможных передаточных чисел, поэтому вы можете просто выбирать, которые вам нужны".
Чтобы создать трансмиссию с более пригодными для использования передаточными числами, вам не обязательно нужно больше планетарных передач. Если взглянуть на всю историю автомобилестроения, то можно найти примеры четырехступенчатых автоматов с двумя, тремя или даже четырьмя комплектами шестерен. Популярная восьмиступенчатая коробка передач ZF имеет четыре планетарные передачи, как и 10-ступенчатая коробка передач GM и Ford. Первый имеет пять сцеплений, а второй – шесть, но суть остается в силе. Наличие еще двух пригодных для использования передаточных чисел переднего хода не слишком увеличивает количество компонентов.
"Если бы я посмотрел на восьмиступенчатую коробку передач против 10-ступенчатой, вам было бы трудно отличить их", - говорит Келли.
ZF был первым, кто выпустил на рынок шестиступенчатую автоматическую коробку передач. Ford, Aisin и другие лицензировали дизайн, который использовал два планетарных редуктора, объединенные в один блок под названием Ravigneaux, и один традиционную редуктор. Несмотря на четыре отдельных набора передач для восьмиступенчатой коробки передач, компании удалось вместить все в пакет примерно такого же размера и немного легче в целом.
"С нашей точки зрения, мы нашли очень разумное решение для возможности перейти на восемь скоростей, и сначала все говорили: "Ну, нам не нужны восемь скоростей", - вспоминает д-р Альберт Дик, руководитель проекта ZF, который вел разработку восьмиступенчатой трансмиссии. "Это было на очень ранней стадии разработки, поэтому мы провели несколько демонстраций и обнаружили, что это просто замечательно иметь восемь скоростей".
ZF дебютировала со своей восьмиступенчатой автоматической коробкой передач 8HP в 2009 году, когда автопроизводители начали тенденцию к сокращению. С меньшим двигателем с турбонаддувом вместо большего безнаддувного агрегата полезное рабочее окно двигателя уменьшается. Чтобы получить правильный баланс производительности, отклика и экономии топлива, вам, в целом, нужно больше передач.
"Единственный способ удерживать двигатель в его диапазоне мощности - это иметь передачу, которая, когда [трансмиссия] переключается, не выводит [двигатель] за пределы диапазона мощности", - говорит Келли. "Итак, это позволяет сохранить иллюзию мощного двигателя. Когда, если бы вы взяли тот же двигатель и поставили его с четырехступенчатой коробкой передач, вы бы ненавидели его".
В документе SAE за 2009 год о первом поколении ZF 8HP инженеры компании отметили, что восьмискоростная трансмиссия способствовала 6-процентному увеличению экономии топлива по сравнению с существующей шестискоростной. Во многом это произошло благодаря увеличению форвардного коэффициента (помогли и другие показатели эффективности, найденные в других местах). Первые версии 8HP имели разброс соотношения 7,05, тогда как последние итерации повышают до 8,6 в зависимости от спецификации.
"Автомобили с 8-, 9- и 10-ступенчатой коробкой передач имеют очень низкие передаточные числа первой, второй, третьей передач..., которые действительно дают вам резкое ускорение. Они чувствуют себя невероятно", - говорит Келли. Эта жесткая передача приравнивается к высокому крутящему моменту на колесах, что также способствует буксировочной способности, что в значительной степени объясняет, почему современные пикапы имеют все возрастающие показатели буксировки.
Келли считает это лучшей в мире сделкой. На самом деле бесступенчатая трансмиссия (CVT) является самой эффективной из всех типов трансмиссий, поскольку передаточное число всегда идеально для текущих условий эксплуатации, какими бы они ни были. Но CVT не является самой надежной коробкой передач, и клиентам не нравится ощущение, поэтому традиционная автоматическая трансмиссия работает лучше. С большим количеством передач вы можете приблизиться к эффективности CVT без недостатков.
Однако доктор Дик не видит необходимости в более чем восьми скоростях. (ZF действительно производит девятиступенчатую коробку передач, но это для внедорожных транспортных средств, которые не имеют специальной раздаточной коробки низкого диапазона. Сверхнизкая первая передача имитирует низкий диапазон для бездорожья, но в большинстве в условиях эксплуатации эта коробка ведет себя как восьмиступенчатая.)
"Мне кажется, что это был 2018 год у нас была дискуссия с некоторыми клиентами на тему: "Есть ли смысл добавлять больше передач?" Дик говорит. "Мы четко пришли к общему выводу, что нет смысла переходить на девять или десять скоростей, нам нужно переходить к гибридам, нам нужно переходить к электрификации".
Читайте также: Какие авто с "автоматом" можно купить до 20 тысяч долларов
8HP с самого начала разрабатывался с учетом гибридов, способных поддерживать 48-вольтовый стартер-генератор, установленный на кривошипе, или более крупный 400-вольтовый двигатель в тандеме или вместо гидротрансформатора. ZF также помогает развивать эти гибридные технологии, поэтому есть смысл сосредоточить корпоративные инвестиции именно там. Гибридная система действительно помогает выровнять кривую крутящего момента двигателя, значительно увеличивая его полезный рабочий диапазон.
"Наши клиенты знают, что иногда батареи разряжаются, и тогда вы работаете с двигателем внутреннего сгорания, и тогда вы счастливы, что имеете свою восьмиступенчатую коробку передач", - говорит Дик. "И, конечно, когда вы едете в гибридном режиме, вы даже можете быть намного лучше в эффективности, используя, возможно, избыточный крутящий момент для зарядки аккумулятора".
Кроме того, автопроизводители любят и понимают 8HP, поэтому они не хотят переходить на что-то новое. Разработка коробок передач чрезвычайно дорогая, поэтому Ford и GM объединились над одной, поэтому новые появляются лишь тогда, когда это необходимо. Восьмиступенчатая работает, то зачем ее заменять?