Почему "роботы" с двумя сцеплениями скоро вытеснят все остальные коробки

Для непосвященных кратко объясним, что DCT — это "робот", то есть конструктивно — механическая коробка с блоком управления и актуаторами, которые вместо водителя переключают передачи. А что такое "два сцепления"? Если вкратце, то, вообще-то, сцепление одно. Просто ведомых дисков у него два — один передает крутящий момент на нечетный ряд передач (1-3-5-7 и т.д.), второй — на четный (2-4-6 и т.д.).

Конструкция собрана таким образом, что диски сцепления сидят на одной оси, а их валы вложены один в другой. Второй вал длиннее первого и проходит насквозь. Каждый из них приводит в движение свой ряд шестерней: четный и нечетный. Между этими дисками находится ведущий диск — маховик, который вращает двигатель.

Включение и выключение дисков сцепления электромеханическое, что ускоряет процесс переключения. Но основная экономия времени при выборе передачи — в так называемом преселективном режиме работы АКПП. Если грубо, то пока включена, допустим, первая передача на нечетном ряду, на четном уже подготовлена к включению вторая — когда это будет необходимо, останется только отсоединить от маховика один диск сцепления и присоединить другой.

Электронный блок управления коробкой предугадывает динамику движения — разгон или торможение, заранее замыкая привод следующей зубчатой пары. Как на передачу вверх, так и вниз. Два процесса, отсоединение одного диска и присоединение другого, происходят одновременно.

Как вы понимаете, конструкция невероятно сложная. Незначительные отклонения в работе коробки на доли секунды и на доли миллиметра быстро приводят к ускоренному износу дисков и нестабильной работе с толчками при движении и т.п. Собственно, сложностями настройки электроники во многом и обусловлены проблемы с фольксвагеновской коробкой DSG.

В целом схема позволяет сократить время на переключение передач до 100-200 миллисекунд, обеспечить ровную тягу при разгоне и снизить расход топлива, экономя до 10%. В случае с Kia заявленная экономия — 5-7%.

История преселективных коробок

Сама по себе идея использования мультидискового сцепления была запатентована французским инженером Адольфом Кегрессом еще в 1935 году. Мсье Кегресс вообще был большим талантом и, помимо патента на то, что в будущем стало DCT, еще сделал первый внедорожник — гусеничный Руссо-Балт, о котором мы когда-нибудь расскажем... Но не будем отвлекаться. Из-за отсутствия технологических возможностей идея коробки с двумя сцеплениями осталась на бумаге.

В 80-х годах инженеры Porsche воплотили задумку в железе и использовали передовую разработку в кольцевых автогонках. Однако значительные габариты, большой вес и низкая надежность оставили коробку на уровне прототипа, и за гоночный трек она не вышла. Подобные попытки предпринимали и раллийные команды Peugeot и Audi, но закончилось все тем же — от использования отказались.

С середины 90-х VW начинает разработку своей версии мультидисковой АКПП под аббревиатурой DSG (Direct Speed Gearbox). Результатом стала серийная коробка, которая с 2003 года устанавливалась на Golf Mk4 R32. Опыт оказался настолько успешным, что им заинтересовались другие автопроизводители, а VW совершенствует эту коробку и по сей день, устанавливая ее практически на все свои серийные автомобили.

На данном этапе такие коробки делятся на два типа — сухие и мокрые. С сухими все понятно по определению. Диски работают, как в обычной механической коробке, на сухом трении. В мокрых диски сцепления погружены в масляную ванну. Сделано это для охлаждения при нагрузке свыше 350 ньютонов на метр. Мокрые "роботы" работают с "моментными" дизелями и высокофорсированными бензиновыми двигателями.

Расскажем о нескольких типичных представителях семейства преселективов.

Audi S-Tronic

Изначально S-tronic разрабатывался под высокие нагрузки: предельные значения 550 Н*м, 9 000 об/мин. Конструкторам пришлось обеспечить два контура смазки. Один отвечает за работу управляющей гидравлики и сцепления, другой обеспечивает смазку шестерней КПП. Причем масло используется разное. Так как плотность гидротрансформаторного масла может меняться при различной температуре, при агрессивных режимах работы масляная помпа имеет дополнительный вакуумный усилитель, способный поднять давление на непродолжительное время.

Другая особенность в том, что выходной вал передает вращение на межосевой дифференциал, расположенный прямо в корпусе самой АКПП. В зависимости от настроек дифференциал может передавать на заднюю ось от 35% до 85% крутящего момента (60% по умолчанию).

Данная коробка может работать как в полностью автоматическом режиме, так и в ручном с использованием подрулевых переключателей вверх/вниз (+/-).

Porsche Doppelkupplung (PDK)

Производитель не забыл своего спортивного опыта и довел разработку до серийного выпуска, воплотив двухдисковый "автомат" в PDK. Впервые коробка появилась в 2012 году на Porsche 911 Carrera и Carrera S. Разработка велась в сотрудничестве с фирмой ZF.

PDK — преселективная 7-ступенчатая двухвальная система с двумя раздельными контурами смазки, как на S-Tronic. Один контур — 3,7 литра трансмиссионного масла, другой — 5,7 литра гидравлического, для сцепления.

На полноприводных автомобилях к выходному валу добавлен фланец, передающий вращение на переднюю ось.

Диски сцепления отличаются по диаметру. Тот, к которому привязан вал с нечетными передачами (1-3-5-7), больше на 1/3. Объясняется это тем, что максимальные нагрузки выше в момент старта с места, на 1-й передаче. Возможность "поехать" со второй заблокирована электроникой. Активация нужной передачи осуществляется муфтой с гидравлическим приводом.

7-я передача в данной коробке служит для экономии топлива на высокой скорости, в то время как максимальную скорость можно набрать на 6-й.

PDK также имеет возможность ручного повышения или понижения передачи через "лепестки" на руле или рычагом селектора АКПП. По весу она получилась на 30 кг тяжелее своего 7-ступенчатого механического аналога.

Ford PowerShift

АКПП разрабатывалась Ford Motor Company совместно с Getrag и LUK. Конструкция 6-ступенчатая, с двумя валами (1-3-5 и 2-4-6). PowerShift выпускается как с мокрым сцеплением и гидравлическими актуаторами, так и с сухим сцеплением и электромеханическим приводом. Если сравнивать эти два варианта между собой, первый работает более плавно и способен передавать больший крутящий момент.

Но, увы, "мокрая" коробка выходит почти золотой по стоимости. По этой причине турбодизельный Форд Фокус III (2 л, 140 л.с.) в России не пошел. Его стоимость была выше моральной психологической отметки для большинства автолюбителей. А 2-литровой бензиновый Фокус III со 150 л.с. и сухой коробкой PowerShift, проигрывая в спринте до 100 км/ч 0,5 с., стоил дешевле.

Работу сухой коробки при этом нельзя было назвать безукоризненной. Многие автовладельцы жаловались на рывки при переключении передач. Форд постоянно работает над созданием новых версий управляющих программ, однако смену прошивок не афиширует.

Коробка серийно производится с 2008 года и, помимо фордовских моделей, ранее ставилась на ряд моделей Volvo, так как шведский бренд до покупки его китайцами какое-то время принадлежал Форду.

А где еще они есть?

Нужно сказать, что идея использования мультидискового сцепления в "роботах" все сильнее захватывает умы производителей. Свои наработки есть у Mercedes: на SLS устанавливается 7-ступенчатая SpeedShift, коробка размещается в "хвосте" автомобиля и связана с двигателем карбоновым карданным валом. BMW в январе 2008-го представила M3 с коробкой производства Getrag, с двойным сцеплением от BorgWarner.

Позднее такая коробка появилась на BMW Z4 и доступна к заказу на купе 335i. FIAT/Chrysler в 2009-2010 году запустил в производство сухую, двухдисковую коробку с индексом С635, с предельной нагрузкой 350 ньютонов на метр. Этот "робот" вживили в AlfaRomeo MiTo. PSA Peugeot Citroën уставливает DCT-коробки на Peugeot 4007 и Mitshubishi Outlander, производства Getrag. Появление многодисковых коробок анонсировали и китайские автопроизводители BYD и QOROS.

Достоинства и недостатки

К бесспорным достоинствам мультидисковых АКПП относятся: быстродействие, минимальная задержка при переключении передач, экономия топлива, непрерывность тяги, возможность осуществления ручного управления.

К недостаткам можно отнести сложность конструкции и, как следствие, высокую стоимость. Для двигателей с тягой более 350 Н*м (+/- 50 Н*м) коробку приходится делать с мокрым картером, то есть со смазкой, что еще сложнее и дороже.

Преселективные коробки достаточно хорошо себя показали при размеренной езде и при ускорении, а вот при движении в городском трафике, из пробки в пробку, плавность переключения может вызывать отдельные вопросы.

Альтернативы

"Робот" с одним сцеплением

Роботизированная коробка передач по сути — обычная механическая коробка, в которой процессом переключения передач руководит электроника. Относительно недорогая коробка дешевле классического "автомата". Плюс тут, пожалуй, один — меньше рычагов управления. По сравнению с "механикой" ниже скорость переключения и выше расход топлива, а по сравнению с "автоматом" плохая плавность хода, то есть переключения обычно сопровождаются ощутимыми толчками.

Классический "автомат" (то, что все привыкли называть АКПП)

Он состоит собственно из гидротрансформатора и набора планетарных передач. Шестерни располагаются по окружности ведущего вала, по типу планет вокруг Солнца, и находятся в постоянном зацеплении. Блокируя ту или иную пару шестерней, можно менять передаточное отношение, скорость вращения выходного вала. Гидротрансформатор выполняет роль сцепления между двигателем и трансмиссией. С той лишь разницей, что отсутствует жесткая кинематическая связь. Передачи переключаются плавно, но и потери мощности на проскальзывании велики, отчего страдает динамика разгона и расход топлива.

Вариатор

Вариатор считается бесступенчатой трансмиссией. В любой коробке передач чем больше пар из ведомых и ведущих шестерней (передач), тем лучше. Это позволяет максимально эффективно использовать возможности двигателя в сочетании с топливной экономичностью. В идеале таких пар должно быть бесконечное множество. Создать бесконечную коробку передач, конечно, невозможно, но есть альтернативное решение.

На фото: вариатор Toyota

А именно — изменять диаметр ведомого и ведущего вала, в зависимости от оборотов. Такая система использует ременную передачу и разрезные шкивы конической формы. В результате имеем практически постоянный момент, вне зависимости от оборотов.

Владельцы автомобилей с первыми серийными вариаторами жаловались на однотонный звук двигателя, который не зависел от оборотов. Пришлось маркетологам вмешаться в процесс. Во втором поколении вариаторов искусственно создали эмуляцию процесса переключения передач. Привычная уху водителей картина вернулась на место, но эффективностью пришлось пожертвовать.

К минусам вариаторов можно отнести дороговизну в обслуживании и неспособность выдерживать большие нагрузки длительное время. Резкие ускорения на светофорных гонках способны в несколько раз сократить ресурс вариатора.

Что в итоге?

Судя по всему, многодисковые преселективные "роботы" рано или поздно должны вытеснить все остальные типы "автоматов", и разве что у вариаторов есть шансы задержаться подольше на дешевых машинах и мототехнике в силу конструктивной простоты. Суть прогресса будет заключаться в усовершенствовании конструкции "роботов", повышения их надежности и плавности хода.

Читайте также: