Для того, чтобы понять принцип работы роботизированной КПП, необходимо вспомнить, как устроена и функционирует обычная механическая коробка передач. В обзоре - принцип работы коробки робот, минусы и особенности эксплуатации автомобилей с РКПП.
Итак, базируется традиционная МКПП на двух валах, один из которых ведущий, или первичный, а второй – ведомый (вторичный). От двигателя с помощью механизма сцепления происходит передача крутящего момента на ведущий вал. Далее момент преобразуется и с ведомого вала поступает на управляемые колеса. На обоих валах есть шестерни, которые попарно находятся в зацеплении, только на ведущем валу они закреплены плотно, а на ведомом могут вращаться свободно. В нейтральном положении все шестерни вторичного вала свободно прокручиваются на нем, то есть передачи крутящего момента на колеса не происходит.
Чтобы включить передачу, водитель сначала выжимает педаль сцепления. В это время происходит отсоединение первичного вала от двигателя. Далее, при движении рычага коробки передач через систему тяг на ведомом валу начинают перемещаться специальные синхронизаторы. Приблизившись ко вторичной шестерне нужной передачи, муфта синхронизатора жестко фиксирует ее на валу. Когда сцепление включено, крутящий момент определенной величины передается на вторичный вал, от которого потом идет дальше, на главную передачу и на ведущие колеса. Часто для того, чтобы сократить длину коробки, ведомый вал разделяют на две части, между которыми и распределяют все ведомые шестерни.
Роботизированная коробка передач работает по такому же принципу. Особенность принципа работы РКПП только в том, что включение и выключение сцепления, а также выбор и переключение нужной передачи осуществляют специальные актуаторы (сервоприводы). Наиболее распространены электрические шаговые моторы, имеющие редуктор и исполнительный механизм. Но бывают коробки, оборудованные гидравлическими актуаторами.
Управление актуатором осуществляется с помощью электронного блока. После дачи команды на включение или смену передачи, первый актуатор выжимает сцепление, а второй переставляет синхронизаторы на нужную передачу. После этого сцепление плавно отпускается первым актуатором. Как видно, в салоне автомобиля с коробкой роботом даже не нужна педаль сцепления – система делает все сама. При этом команда на переключение передачи может даваться как автоматически (с помощью компьютера, самостоятельно определяющего нужный момент по показаниям приборов и датчиков), так и вручную (водителем при помощи специального селектора или рычага).
Главный минус роботизированной коробки передач в том, что нет обратной связи в сцеплении. Особенность коробки робот заключается в том, как ездить с ее помощью. Управляя обычной механикой, человек способен чувствовать скорость и момент, когда нужно переключить передачу, и делает это быстро, и в то же время плавно. Автоматике же приходится, ради избежания рывков, надолго разъединять передаваемый от двигателя к колесам поток мощности, что вызывает определенные «провалы» при разгоне. Единственным эффективным решением такой проблемы может стать сокращение отрезков времени при переключениях, но это приведет к значительному увеличению стоимости всей системы.
В этом плане переломным решением стало появление в 80-х коробки передач, имеющей два сцепления DCT, что расшифровывается как dual clutch transmission. Принципы, на которых она функционирует, можно рассмотреть на примере 6-скоростной DSG-трансмиссии от Фольксваген.
Этот концерн стал первым, кто начал массово использовать преселективные коробки на передне- и заднеприводных моделях с поперечно и продольно расположенными двигателями. Обозначение DSG — direct shift gearbox, или коробка прямого включения, уже стало использоваться как нарицательное для обозначения коробок, имеющих два сцепления, хотя это всего лишь бренд.
Такая коробка имеет два ведомых вала с находящимися на них шестернями, а также синхронизаторами, всё, как и у механики VW Golf с 6 ступенями. Однако особенность в том, что и ведущих валов у этой коробки тоже два, вдетых друг в друга как матрешки. Каждый из них имеет соединение с двигателем с помощью своего отдельного многодискового сцепления. На том валу, который находится снаружи, закреплены колеса-шестерни четных передач – второй, четвертой и шестой. Соответственно, на внутреннем – шестерни первой, третьей и пятой, а также задней передачи.
Например, автомобиль начинает движение и разгон. Вначале муфтой синхронизатора блокируется шестерня первой передачи, и она включается. Первое сцепление замыкается, происходит передача крутящего момента через внутренний ведущий вал на колеса, и машина начинает ехать.
Одновременно с активизацией первой передачи система начинает прогнозировать переключение на вторую передачу и блокирует ее шестерню. Поэтому такие коробки и носят название преселективных. Получается, что обе передачи включены одновременно. При этом нет никакого заклинивания, потому что шестерня второй передачи расположена на наружном валу, а его сцепление пока выключено.
Когда разгон уже увеличен и система будет повышать передачу, выключается первое сцепление и вместе с тем происходит смыкание второго. Теперь крутящий момент уже передается через наружный ведущий вал и пару второй передачи. В это же время на том валу, что внутри, выбирается третья передача, и так далее.
Когда автомобилю нужно замедлиться, то все это происходит наоборот. При этом все переходы происходят очень быстро и без разрывов мощности. Переключение передач коробки VW Golf происходит всего за 8 миллисекунд. Даже на Ferrari Enzo для этого требуется 150 мс!
Итак, коробки передач с двумя сцеплениями гораздо более экономичны и работают оперативнее, чем механика. Основной минус РКПП – их высокая цена. Еще недостатком можно считать то, что они не способны к передаче большой величины крутящего момента. Но эта проблема была решена, когда появились DSG от компании Ricardo в мощной, быстрой и дорогой модели Bugatti Veyron.
На сегодняшний день роботизированные коробки передач (DCT-коробки) есть не только у моделей Volkswagen, но также у новых моделей Тойота, Пежо, Ситроен, Опель, Форд, БМВ, Фиат, Митсубиси. Преселективные трансмиссии начали использовать даже в Porsche, а уж специалисты этого концерна точно знают толк в качественных технологиях. По прогнозам многих аналитиков, в недалеком будущем трансмиссии DCT и вариаторы станут самыми востребованными, а педаль сцепления вообще исчезнет, потому что человек всегда стремится пользоваться тем, что ему наиболее удобно.