Коробка-автомат, вариатор и робот: плюсы, минусы, отличия

Чем отличается робот от автомата

Чтобы понять, чем отличается коробка автомат от робота, стоит разобраться с принципом работы каждой из указанных трансмиссий и устройством системы в целом.

Устройство и принцип работы АКПП

В основе автоматики система управления, гидротрансформатор и сама КПП планетарного типа с конкретными шестернями и фрикционами. Благодаря подобной конструкции скорости переключаются в автономном режиме без участия водителя. Ориентиром в данном случае являются такие параметры, как режим движения, нагрузка и обороты двигателя.

Что такое вариаторная коробка передач и каковы её особенности? Узнайте об этом из материала нашего специалиста.

Актуальность установки автомата наблюдается на грузовых и легковых машинах, а также автобусах. Если автомобиль переднеприводный, конструкция АКПП дополняется дифференциалом и главной передачей.

Устройство и принцип работы РКПП

Первое, чем отличается робот от автомата — особая конструкция, сочетающая в себе возможности механической и автоматической КПП. По сути, механика в данном случае дополнена автоматическим управлением с исполнительными механизмами, которые отвечают за переключение передач и работы сцепления. Переключение происходит аналогичным образом, как в случае с механической трансмиссией, но водитель в этом не участвует.

Первостепенной целью создания роботизированной КПП являлось снижение стоимости трансмиссии и одновременное слияние всех преимуществ механики и автомата. Речь идёт об удобстве управления и комфорте. В результате существует несколько вариантов устройства системы.

1. На примере автомобилей BMW серии M можно рассмотреть наиболее качественную и известную РКПП под названием Sequental M Gearbox (SMG). Коробка передач 6-ступенчатая, механическая, при этом электронная управляемая гидравлика отвечает за переключение скоростей и отключение сцепления. Передачи переключаются за 0,08 сек.
2. На примере Mercedes-Benz A-класса можно рассмотреть другой принцип, где электрогидравлический привод сцепления установлен на базе механики. В переключении скоростей водитель участвует, но педалей здесь только две. Электрический привод самостоятельно отслеживает положение рычага и педали газа, поэтому сцепление в данном случае отсутствует и отключается в автоматическом режиме. Цифры на ABS и датчиках двигателя помогают электронике в расчеёах, чтобы избежать рывков при переключении и резкого прекращения работы двигателя.
3. На примере автомобилей Ford и Opel можно рассмотреть третий принцип, где гидронасосы заменены шаговыми двигателями. Несмотря на бюджетность такого варианта, на практике он получился не слишком удачным, что выражается в задержке переключения скоростей и сильных рывках. Тем не менее на Toyota Corolla установлена аналогичная трансмиссия, и упомянутые недостатки здесь отсутствуют.

Основные отличия АКПП от РКПП

Итак, коробка робот и автомат: в чём разница между этими двумя трансмиссиями?

1. Первое отличие в конструкции. В случае с роботом это механика с блоком управления, устройство автоматики совсем другое.
2. Плавность и скорость переключений у автоматики лучше.
3. Почти все АКПП лишены функции ручного переключения, тогда как у роботизированной трансмиссии данная функция присутствует.
4. Еще одно отличие робота от автомата заключается в бюджетном ремонте и обслуживании первого.
5. Экономия также выражается в том, что робот потребляет меньше масла и топлива.

Классический автомат

Казалось бы, будущее «гидротрансформаторных автоматов» предрешено, тем не менее, «старая гвардия» не спешит сдавать свои позиции.

Во-первых, развитие таких трансмиссий также не стоит на месте. Хотя у многих автолюбителей «классическая» АКП ассоциируется с морально устаревшими четырехступенчатыми «автоматами», которые не спешат переключать скорости и не особо заботятся об экономии топлива.

На самом деле такие коробки передач встречаются сейчас только на бюджетных моделях, да и то довольно редко. Подавляющая часть «автоматов» сегодня имеют минимум шесть скоростей и предлагают функцию ручной смены передач.

Более такого, производители активно увеличивают количество ступеней в таких КП, чтобы добиться лучшей экономичности. На автомобилях стоимостью выше среднего все чаще появляются восьми- и даже девятидиапазонные трансмиссии, а некоторые бренды, например Ford, уже завлекают клиентов «автоматами» на 10 (!) ступеней.

Большинство «роботов» не могут справиться с большим крутящим моментом мощных двигателей. Конечно, можно привести пример нескольких суперкаров с роботизированными КП, включая 1000-сильный Bugatti Veyron, но это скорее исключения, подтверждающие правило, тем более, что владельцы спортивных авто не особо беспокоятся о длительности ресурса таких КП.

Также роботизированными трансмиссиями не оснащаются полноценные внедорожники, потому что на сроке службе «роботов» негативно сказываются продолжительные пробуксовки на бездорожье и рывки из-за изменения сцепных свойств при контакте четырех колес с дорогой. Все это по большому счету не очень полезно и для обычных АКП.

Роботизированная коробка передач

Работает по такому же принципу, что и механическая, имеет схожую конструкцию с шестеренками. Но разобщение коленвала мотора с силовой передачей транспортного средства и переключение шестерен в коробке осуществляется автоматизированно. Устройством управляет электроника, а автолюбитель лишь подает информацию на вход.

Роботизированная коробка передач

Управление осуществляется электронным блоком с сервоприводами или актуаторами, которые бывают двух видов — гидравлические и электромоторы. Когда исполняющим механизмам дается команда для переключения, один актуатор выжимает сцепление. Другой — включает необходимую скорость, перемещая синхронизаторы.

Гидравлический привод стоит дороже, и устанавливают его только на автомобили представительского класса или спортивные болиды. Эксплуатация предполагает использование тормозной жидкости. Она находится под давлением и ускоряет процесс переключения до 0,05 сек. Поэтому гидравлику выбирают гонщики и стритрейсеры. Электропривод применяется чаще, так как стоит дешевле. Но задержка переключения составляет десятые доли секунды, что ощущается в момент разгона.

Слева — гибравлический привод, справа — электропривод

Есть два рабочих режима коробки — автоматический и ручной. В первом случае компьютер посылает приказ сменить передачи на основе собранных данных различных систем. Сюда относится скорость движения, количество оборотов двигателя и прочие показатели. Если активирован ручной режим, человек подает команды, используя рычаги управления — лепестки под рулем и селектор КПП. Автолюбитель сам производит регулировку селектора и устанавливает ограничение на смену передач роботом.

Подрулевой лепесток для переключения скоростей

Чтобы до конца понять, как работает роботизированная коробка, стоит рассмотреть ее конструкцию. Устройство идентично МКПП. Она состоит из корпуса, называемого картером. Внутри находятся валы, расположенные параллельно друг другу. На них крепятся шестеренки, попарно находящиеся в зацеплении. Коробка бывает двухвальной либо трехвальной.

Устройство роботизированной коробки передач

Крутящий момент передается от мотора на первичный, также называемый ведущим, вал. Преобразованный момент направляется на ведущие колеса со вторичного — ведомого. Разница между валами заключается в том, что на вторичном шестерни могут свободно вращаться, а на ведущем крепятся жестко. Часто ведомый делят на два, чтобы уменьшить его длину и соответственно, размеры коробки. Чтобы крутящий момент не подавался на колеса, выбирают положение «нейтраль». В таком режиме на ведомом вале свободно прокручиваются шестерни.

При использовании МКПП перед сменой передачи требуется нажать на педаль сцепления. В противном случае первичный вал не отсоединится от двигателя автомобиля. Электроника, встроенная в роботизированные модификации, снимает лишнюю нагрузку с водителя. Поэтому во время вождения человеку не нужно нажимать ногой на педаль сцепления.

После срабатывания сцепления, при помощи рычага коробки передач водитель перемещает синхронизаторы. Они представляют собой особые механизмы, выравнивающие частоту вращения ведомого вала и активируемой шестерни. Когда срабатывает сцепление, вращающий момент с нужным коэффициентом переносится на ведомый вал. Далее он подается на главную передачу и колеса.

Автоматическая коробка передач

Это довольно сложная, но как показало время достаточно надежная конструкция. Отличаясь от механики, при этом устройстве водителю можно педаль сцепления постоянно не использовать, а передачи менять рычагом: автоматика сама всё сделает. АККП сегодня применяется повсеместно.

Секреты конструкции АКПП

В основе такой коробки находятся два основных модуля:

1. Гидротрансформатор. Это аналог известного сцепления, как на механике. От него исходит размеренность, тонкость переключения без лишних рывков. В систему поступает сигнал, сколько оборотов двигателя совершено, какой режим движения и степень нагрузки. Затем, основываясь на полученные данные, переключается скорость.
2. Редуктор. Благодаря ему осуществляется передача усилий, запускающая разные вариации, позволяющих зацеплять шестеренки. Количество таких ступеней бывает в пределах 4-6. Иногда и больше в некоторых новейших моделях.

В процессе переключения помощь водителя не нужна. Оно происходит само, когда число оборотов в моторе дотягивает до необходимого уровня, и давление нагнетается в данной масляной системе.

Плюсы и минусы

АКПП с искусственным интеллектом имеет некую удивительную особенность – умение приспосабливаться к манере вождения каждого сидящего за рулем. Если надавливать на газ спокойно, медленно, то и двигатель не выводится контроллером на резкий мощный режим поэтому топливо, естественно, расходуется скромнее.

При возбуждении человека за рулем и усиленном вдавливании педали, автоматика просто вынуждена реагировать намного резче. Компьютер сам без вмешательства извне настраивает коробку на спорт-режим. Когда всё нормализуется, и педаль возвращается к плавной работе, то умная коробка тоже переключает двигатель и возвращается к нормальному состоянию.

Инженеры продолжают усовершенствовать автоматические коробки. Предел гениальности безграничен, поэтому модели седьмой и восьмой ступеней сдержаннее тратят бензин, выбирают нужный режим движения.

Интересна одна из последних новинок, когда реально переключить «Тип-троник», вернувшись к ручному воздействию.

К преимуществам АКПП относится:

• Замедленно-плавное движение.
• Легкость и простота эксплуатации.
• Пониженная нагрузка на ходовую и двигатель.
• Риска перегрева нет.
• Пассивная подстраховочная система безопасности, контролирующая движение авто под уклоном.
• Долгие сроки работы (с условием соответствующего обслуживания).

Минусами можно считать:

• Прежде всего, высокая стоимость.
• Нет возможности использовать динамические настройки, что влечет к пониженному КПД двигателя.
• Приходится постоянно следить за трансмиссионной жидкостью, и менять её через 50 тыс.км.

Об истории создания и совершенствования АКПП

Идея автоматизировать переключение передач, избавив водителя от необходимости часто выжимать педаль сцепления и «работать» рычагом переключения скоростей, не нова. Она начала внедряться и оттачиваться ещё на заре автомобильной эпохи: в начале ХХ века. Причём нельзя назвать какого-либо определённого человека или фирму единственным создателем автоматической коробки передач: к появлению классической, получившей сейчас всеобщее распространение гидромеханической АКПП привели три изначально независимые линии разработок, которые в итоге объединились в единой конструкции.

Один из основных механизмов коробки-автомата – это планетарный ряд. Первая серийная автомашина, оснащённая планетарной коробкой передач, была выпущена ещё в 1908 году, и это был «Форд Т». Хотя в целом та коробка переключения передач ещё не была полностью автоматической (от водителя «Форда Т» требовалось нажимать две ножных педали, первая из которых переводила с низшей на высшую передачу, а вторая включала задний ход), она уже позволяла значительно упростить управление, по сравнению с обычными КПП тех лет, без синхронизаторов.

Второй важный момент в становлении технологии будущих АКПП – это перевод управления сцеплением с водителя на сервопривод, воплощённый в 30-х годах ХХ века фирмой «Дженерал Моторс». Эти коробки переключения передач назывались полуавтоматическими. Первой полностью автоматической КПП стала внедрённая в производство в 30-х годах ХХ века планетарная электромеханическая коробка «Коталь». Она устанавливалась на французские автомобили забытых ныне марок «Деляж» и «Делайе» (существовали до 1953 и 1954 г. соответственно).

Автомобиль «Деляж D8» – премиум-класс довоенной эпохи.

Другие автопромышленники в Европе также разрабатывали похожие системы фрикционов и тормозных лент. Вскоре подобные АКПП были реализованы в автомобилях ещё нескольких немецких и британских марок, известной и ныне здравствующей из которых является «Майбах».

Специалисты другой известной фирмы – американской «Крайслер» продвинулись далее других автопроизводителей, внедрив гидравлические элементы в конструкцию КПП, которые заменили сервоприводы и электромеханические элементы управления. Инженеры «Крайслера» разработали первые в истории гидротрансформатор и гидромуфту, которые имеются теперь в конструкции каждой автоматической коробки передач. А первая в истории гидромеханическая коробка-автомат, похожая по конструкции на современную, на серийных автомобилях была внедрена корпорацией «Дженерал Моторс».

Автоматические коробки передач тех лет были очень дорогими и технически сложными механизмами. К тому же, не всегда отличавшимися надёжной и долговечной работой. Они могли выигрышно выглядеть только в эпоху несинхронизированных механических коробок передач, управление автомобилем с которыми было достаточно тяжёлым трудом, требующим от водителя хорошо отработанного навыка. Когда широко распространились механические КПП с синхронизаторами, то по удобству и комфорту АКПП того уровня были ненамного лучше них. В то время как МКПП с синхронизаторами обладали гораздо меньшей сложностью и дороговизной.

В конце 1980/1990-х годах у всех крупных автопроизводителей происходила компьютеризация систем управления двигателем. Аналогичные им системы стали применять и для управления переключением скоростей. Если прежние решения использовали только гидравлику и механические клапаны, то теперь потоками жидкости стали управлять соленоиды, контролируемые компьютером. Это сделало переключения плавнее и комфортнее, улучшило экономичность и повысило эффективность работы трансмиссии.

Кроме того, на некоторых автомобилях были внедрены «спортивные» и другие дополнительные режимы работы, возможность вручную управлять коробкой передач («Tiptronic» и т.п. системы). Появились первые пяти- и более ступенчатые АКПП. Совершенствование расходных материалов позволило на многих коробках-автоматах отменить процедуру замены масла в процессе эксплуатации автомобиля, поскольку ресурс залитого в её картер на заводе масла стал сравнимым с ресурсом самой коробки передач.

В поисках компромисса

На самом деле вопрос в стиле «что лучше?» заранее обречен на то, чтобы быть слишком поверхностным. Лучше в каком смысле? В плане комфорта, динамики, топливной экономичности, надежности или стоимости обслуживания или ремонта? Увы, лучшего во всех отношениях варианта не существует, а значит, придется искать компромисс из возможных вариаций. То есть выбор типа коробки зависит от того, какие качества на первом месте, а какими можно пожертвовать.

Так, классический гидромеханический «автомат» по-прежнему считается лучшим в плане комфорта: самые мягкие переключения и отсутствие рывков в любом диапазоне скоростей и в любом режиме движения и ускорения. При этом современные коробки по части «скорострельности» приближаются к преселективным «роботам». По большому счету пенять можно разве что на топливную экономичность: несмотря на явный прогресс, в этом плане гидромеханические коробки все равно «расточительнее» остальных типов автоматических трансмиссий.

То ли дело «роботы»! Конструктивно они близки к механическим коробкам, но — с автоматическим управлением, что обеспечивает эффективность. Некоторые «роботы» демонстрируют даже лучшую топливную экономичность, чем «механика», обыгрывая усредненного водителя просто за счет заложенных алгоритмов работы. Преселективные коробки с двумя сцеплениями, кроме того, обеспечивают необычайную скорость: разрыва потока мощности при переключениях практически нет.

Однако по части комфорта «роботы» пусть немного, но уступают «автоматам». Особенно коробки с сухими сцеплениями, особенно в городских условиях, когда используется «ползущий» режим — редкая коробка обходится без подергиваний в эти моменты. Переключения хоть и быстрые, но не такие мягкие, как у «автомата». Активный водитель этого, возможно, и не заметит, но спокойный и ценящий комфорт наверняка отметит для себя этот недостаток.

А ведь есть еще и простенькие «роботы» с одним сцеплением. Вот это уже чистая «механика» с актуаторами — и пока еще ни одному из производителей (а брались многие!) не удалось приблизить эту коробку к «автомату» по части как комфорта, так и «скорострельности». В итоге сейчас такие «роботы» используются лишь на недорогих моделях, а к их преимуществам помимо экономичности можно отнести разве что небольшую стоимость.

Главной «фишкой» вариатора является возможность беспрерывно изменять передаточные числа: ведущий шкив увеличивает свой радиус, ведомый параллельно его уменьшает. Автомобиль разгоняется, а двигатель постоянно «поет» на одних оборотах, приближенных к максимальному крутящему моменту. Это и обеспечивает высокую эффективность вариатора. А когда надо ехать на установившейся скорости, коробка выставляет уже оптимальное для данного режима соотношение.

Но со временем от такого «троллейбусного» характера отказались в пользу фиксированных передач, как на «автоматах» и «роботах», — и тем самым лишили вариатор одного из преимуществ. А вот по части комфорта и топливной экономичности CVT располагается где-то между «автоматами» и «роботами».

Впрочем, приведенные выше преимущества и недостатки разных типов трансмиссий следует считать условными. Во-первых, конструкции продолжают совершенствоваться, что изменяет их потребительские качества. Во-вторых, один тип коробок включает в себя множество самых разных моделей со своими особенностями (как минимум настройками), так что все относительно.

Принцип работы «автоматов»

Коробка автомат АКПП изготовлена из двух частей (гидротрансформатор, редуктор), о чём уже было сказано ранее. Теперь рассмотрим устройство и принцип работы коробки. Редуктор производит передачу усилия посредством системы шестерёнок, находящихся в зацеплении друг с другом в разных вариациях. Именно благодаря такому их положению изменяется усилие. Гидротрансформатор ответственен за плавность переключения одной скорости на другую, он также отвечает за выполнение функций, подобных сцеплению на механике.

Автоматическая коробка существенно облегчает управление, позволяя водителю не обращаться к педали сцепления в постоянном режиме. Водителю не приходится переключать передачи рычагом и контролировать плавное движение, так как автоматика всё делает за него. Благодаря этому у владельца авто появляется масса способов всецело контролировать любую ситуацию на дороге (это то, чем АКПП отличается от РКПП). Гидротрансформатор в качестве узла здесь гораздо надёжнее, в отличие от КПП механической. Практически невозможно сломать его по причине неопытности. За счёт этой детали снижается нагрузка на ходовую часть и силовой агрегат.

Ресурсы двигателя лучше сохраняются за счёт переключения скоростей с приемлемыми оборотами. Топливо расходуется более экономно за счёт большого количества ступеней у передаточного числа. Автомобиль никогда не покатится самостоятельно, стоя на уклоне, так как установлен пассивный режим системы безопасности.

Помимо явных достоинств даже такой вариант управления имеет недостатки. Автомат от робота отличается тем, что динамика увеличения скорости меньше в процессе езды. Менее экономный расход топлива относительно большого числа ступеней передач. У агрегата КПД значительно ниже из-за поглощающего часть мощности гидротрансформатора. Высокая стоимость агрегата оказывает влияние на общую цену всего изделия. Обслуживание, замена деталей, ремонт дороже.

Механическая коробка передач

Начнем с «механики». В случае механической коробки передач, под капотом имеем двигатель, «черный ящик» коробки, со всеми её валами, шестеренками, синхронизаторами и включающими муфтами. А между двигателем и коробкой узел сцепления. На педаль сцепления нажали – двигатель и коробку полностью разъединили. Пока вы удерживаете педаль сцепления нажатой, силовой агрегат и коробка передач ничем не связаны и вы можете включить любую передачу, исходя из условий движения. Вот это и является основным плюсом «механики», особенно для «продвинутого» водителя, который знает и умеет применять приемы активного управления автомобилем. Например, в случае переднеприводного авто, «упереться» двигателем в колеса передней оси перед маневром. А в случае заднего привода, «довинтить» машину в вираж, перейти на более крутую траекторию. Но как часто случается, недостатки являются продолжением достоинств. Активно «драйвануть», конечно, это приятно, а вот орудовать педалью сцепления и рычагом переключения в бесконечных пробках мегаполисов – не самое приятное занятие. Вот это и есть минус.

 

Особенности роботизированной коробки

Данный тип коробок делится на два подвида. В первом это практически механическая коробка, в которой установлено автоматическое управление. Контроль за переключениями выполняется электроникой. Следовательно, привычного сцепления тоже нет. Передачи могут переключаться автоматически и вручную, как на механике. В этих коробках крутящий момент прерывается, и при переключениях бывают провалы.

Второй тип отличается большим совершенством в сравнении с предыдущим. Его устанавливают на спортивных машинах, принимающих участие в гонках. Их технические особенности заключены в двух системах сцепления, отвечающих за разные передачи. Благодаря этому, скорость переключения очень быстрая.

В данном типе КПП много слабых сторон, но при этом отмечается относительно малый расход топлива, который можно сравнить с механическими трансмиссиями. Такая коробка более дешевая не только сама по себе, но и при обслуживании, а также потребляет меньше расходных материалов. Ее вес уступает автоматическим коробкам. Она имеет хорошую динамику и удобные кнопки переключения, расположенные на руле.

Минусы такой трансмиссии заключаются в ее прерывистости работы, которые слышны при переключениях, а также существует задержка после включения самой передачи. При остановке рычаг КПП необходимо переводить на нейтральное положение. Все пробуксовки движения уменьшают ее ресурс, поэтому автомобиль с такой коробкой желательно использовать на хороших дорогах.

Автоматическая коробка передач

Коробка автомат – сложная, но в то же время надёжная, проверенная временем конструкция. В отличие от механики, такое устройство коробки позволяет водителю не использовать в постоянном режиме педаль сцепления и переключать передачи рычагом: всё это вместо него контролирует автоматика. АКПП в настоящее время оснащают легковые и грузовые ТС, применима такая коробка и в автобусах.

Присутствие положения «P» на рычаге переключения передачи говорит о том, что перед нами «чистокровный автомат»

Конструкция АКПП

В основе автоматической коробки расположены два главных модуля:

1. Редуктор. Осуществляет передачу усилия через систему различных вариаций зацепления шестерёнок. Количество ступеней в коробках различных вариаций от 4 до 6. В последних моделях авто возможно и большее количество ступеней.
2. Гидротрансформатор. Аналог сцепления на механической коробке. Обеспечивает плавность переключения передач без ударов и рывков. Система получает сигнал о количестве оборотов двигателя, режиме движения и нагрузке и, на основе анализа этих сведений, переключает скорость.

Переключение передач в АКПП происходит, когда мотор достигает определённого количества оборотов, и в масляной системе нагнетается давление. Участия водителя во время переключения не требуется.

Аналогом сцепления в АКПП является гидротрансформатор, передающий крутящий момент от двигателя к трансмиссии

Главное отличие АКПП от привычных механических – переключение передач без разрыва мощности. При выключении одной скорости одновременно включается другая, исключая рывки. Гасит рывки при переключении скоростей гидротрансформатор. Не могут похвастаться плавным переключением скоростей модели спортивного класса. Толчки при переключениях в них присутствуют, и объясняются они очень быстрой сменой передач, что способствует ускоренному разгону.

Преимущества и недостатки

Особенность искусственного интеллекта АКПП – способность «подстраиваться» под манеру вождения конкретного автомобилиста. Если водитель давит на газ плавно, размеренно, контроллер не выводит двигатель на мощностной режим работы и экономно расходует топливо. Нервозность водителя и учащённое давление на педаль газа заставляет автоматику работать резвее. Компьютер самостоятельно переключает коробку на спортивный режим. Как только педаль газа вновь начинает работать медленно и плавно, умная коробка переводит двигатель в штатный режим работы.

Конструкторы постоянно проводят работу над усовершенствованием автоматических коробок. Новые модели с 7-ю и 8-ю ступенями позволяют экономить бензин, выбирать режим движения: «Спорт», «Зима» и др.

Одна из новинок – возможность переключения в режим ручного управления «Тип-троник». Можно также выделить следующие преимущества АКПП:

• Удобство и простота эксплуатации.
• Отсутствие риска перегрева при неумелом использовании;
• Плавность движения.
• Сниженная нагрузка на двигатель и ходовую часть.
• Наличие пассивной системы безопасности, предотвращающей движение при остановке машины под уклоном.
• Долговечность работы при правильном обслуживании и грамотной эксплуатации.

Минусами АКПП считаются высокая стоимость самого автомобиля и его техобслуживания, низкий КПД двигателя из-за невозможности использования динамических настроек. Существенным минусом АКПП является необходимость постоянно отслеживать уровень, состояние и качество трансмиссионной жидкости, а также менять её каждые 50-60 тысяч километров.