Кто придумал коробку передач. Кто изобрел автоматическую коробку передач

Коробка передач не всегда была такой, как сейчас. У ее развития тоже есть своя история. Ее необходимость остро встала, когда автомобилисты поняли, что необходим какой-то промежуточный механизм, способный менять крутящий момент помимо участия двигателя, так как его возможности ограничены всего лишь ограниченным диапазоном оборотов. Любой понимает, что сначала были созданы механические коробки, а потом автоматические. Но с чего все началось?

Изобретателем механической коробки переключения передач считается знаменитый немецкий инженер Карл Бенц. В 1887 году его супруга Берта тайно отправилась вместе с их сыновьями на первом автомобиле в мире навестить свою мать, на расстояние 80 километров. Путешествие оказалось очень сложным из-за несовершенства автомобильной конструкции. Трудность состояла не только в быстром износе тормозных механизмов, сделанных из кожаных ремней, и топлива, роль которого в те времена исполнял обычный пятновыводитель - средство под названием лигроин. Двигатель этого автомобиля был настолько слабым (его мощность равнялась всего лишь 0,8 лошадиным силам), что он не мог ехать под гору, и его приходилась заталкивать туда вручную. Именно после этого вояжа Бенц решил усовершенствовать автомобиль, установив на него вспомогательную передачу.

Первая МКПП была весьма примитивным устройством. Она представляла собой два шкива различного диаметра, установленные на ведущей оси. С валом мотора их соединял ремень. Рычаги помогали переставлять ремень. Со временем кожаные ремни по причине их низкой выносливости были заменены на цепь, а шкивы - на звездочки. Подобный механизм до сих пор успешно используется в велосипедах. Впоследствии появились синхронизаторы, позволившие частично автоматизировать процесс ручного переключения передач.

А вот автоматические коробки переключения передач впервые фигурировали в 1928 году, о чем мало кто знает. Автором этого детища автомеханики стал опять-таки немец - профессор Феттингер. В 1903 году он запатентовал самый первый гидротрансформатор, который впоследствии лег в основу разработки механизма первой в мире автоматической коробки передач, заменив роль сцепления в ее работе. Их начали использовать впервые на общественном транспорте - автобусах шведского производства. Первой же легковой моделью автомобиля с АКПП стал Бьюик в 1947 году.

В СССР первая гидромуфта была создана в 1929 г. А. П. Кудрявцевым, первый гидротрансформатор - в 1932-1934 гг. в МВТУ им. Н.Э.Баумана. Основоположником отечественных гидродинамических передач является А.П.Кудрявцев (он называл их "гидравлические турбопередачи"). А. П. Кудрявцев занимался всеми вопросами, связанными с проектированием, испытаниями и постройкой гидропередач. Много внимания уделял созданию методов расчета гидротрансформаторов и гидромуфт, выпустил книги:

• "Основы гидродинамического преобразования механической энергии", издание УВМС РККА, 1934 г.;
• "Турбопередачи для дизелей", издание Института военного кораб лестроения (НИВК), 1937 г.;
• "Турбопередачи для судов", издание Оборонгиза СССР, 1939 г.;
• "Проектирование, постройка и испытание гидравлических турбопередач", Машгиз, 1947 г.

БЮРО ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РЕДУКТОРОВ (Ленинград)

В начале 30-х годов в Ленинграде было создано Бюро Гидравлических Редукторов, разрабатывавшее гидродинамические передачи для различных машин. В 1935 г. оно разработало для ЗИЛа (тогда ЗИС автозавод им. И.В.Сталина) два варианта автомобильной гидропередачи (видимо, для автобуса на базе автомобиля ЗИС-5). В первом варианте (рис.1) был применен двухступенчатый четырехколесный гидротрансформатор типа Лисхольм-Смит (насос, первая ступень турбины, реактор, вторая ступень турбины). Во втором варианте (рис.2) использовался трехступенчатый шестиколесный гидротрансформатор Лисхольм-Смит (насос, первая ступень турбины, первый реактор, вторая ступень турбины, второй реактор, третья ступень турбины).

Механическая часть обоих вариантов содержала одну передачу "вперед" и задний ход, т.е. предполагался разгон только на гидротрансформаторе, после чего следовало переключение на механическую прямую передачу.

Через двухдисковое сцепление (см. рис.2) приводится насосное колесо ГДТ. На режиме гидротрансформатора крутящий момент передается с турбинного колеса на входной вал механической части ГМП и далее через зубчатую муфту (на рис.2 она выключена) на выходной вал ГМП. При достижении автобусом определенной скорости переводится влево шлицевая втулка с торцовыми зубьями, сидящая на входном валу механической части ГМП. Втулка входит в зацепление с зубьями на ступице насосного колеса - осуществляется переход на прямую механическую передачу. При этом насосное и турбинное колеса ГДТ начинают вращаться с числом оборотов двигателя. Одновременно расклиниваются муфты свободного хода, на которых сидят реакторы, и реакторы начинают свободно вращаться вместе с другими колесами ГДТ, что позволяет избежать потерь на перемешивание рабочей жидкости. Сведений о реализации этого проекта нет.

АВТОЗАВОД ИМ. И.А.ЛИХАЧЕВА (ЗИЛ) (до 1956 г. - ЗИС)

Большую роль в ознакомлении автомобильной технической общественности с автоматическими коробками передач сыграла книга профессора кафедры "Гидравлические мащины" МВТУ им.Н.Э.Баумана В.Н.Прокофьева "Автомобильные гидропередачи" (Машгиз, 1947 г.). Понимая перспективность таких конструкций, один из руководителей ЗИЛа - главный технолог завода Ф.С.Демьянюк - попросил В.Н.Прокофьева прислать на ЗИЛ на преддипломную практику двух студентов МВТУ с тем, чтобы они сделали дипломные проекты по гидропередачам для автомобилей, выпускаемых заводом, и остались бы на заводе.

Во исполнение этой договоренности летом 1948 г. на ЗИЛ пришли на преддипломную практику студенты МВТУ Д.Б.Брейгин и Ю.И.Чередниченко, которые фактически с этого времени стали работать на заводе по гидропередачам - сначала в бюро автобусов отдела Главного конструктора, а затем в созданном в марте 1949 г. бюро гидравлических агрегтов, для руководства которым был приглашен Е.М. Гоникберг, ранее работавший в технологическом отделе завода. Вскоре в бюро были переведены из других служб завода С.Ф.Румянцев, В.И.Соколовский и Е.З.Брен, которые вместе с Гоникбергом, Чередниченко и Брейгиным составили в первые годы основной костяк КБ гидравлических агрегатов.

Работы по гидропередачам на заводе велись применительно ко всем типам выпускаемых заводом автомобилей - автобусам, легковым автомобилям, грузовым и специальным автомобилям.

ЗИЛ - работы по автобусным ГМП.

В конце Великой Отечественной войны и в первые послевоеннные годы в СССР осуществлялся перевод промышленности, работавшей на военные нужды, на выпуск мирной продукции. Прорабатывались различные варианты. Расчеты показали, в частности, что если принять стоимость автомобиля при производстве его на автомобильном заводе за 1, то стоимость этого автомобиля составит 2,5 при производстве на авиационном заводе и 1,8 при производстве на предприятии артиллерийского ведомства.

Производство автобусов после войны возобновилось на ЗИЛе, который стал выпускать автобус ЗИС-154 с двигателем ЯАЗ-204 и электропередачей (автомобильный двигатель вращал генератор постоянного тока, вырабатываемый ток использовался для вращения колес автобуса тяговым электродвигателем).

Автобус ЗИС-154 с тяжелой и дорогой электрической трансмиссией не мог стать необходимым стране массовым автобусом. Такую роль мог выполнить только автобус, в котором широко применялись бы узлы и детали массового грузового автомобиля. Таким автобусом стал автобус ЗИЛ-155. Гидромеханическую передачу для него (рис.3) спроектировали в 1951 г.

Рис.3. Гидромеханическая передача автобуса ЗИЛ-155

Следует обратить внимание на принципиальную разницу в схеме передачи мощности в конструкциях по рис.2 и рис.3. В ГМП по рис.2 имеется одно двухдисковое сцепление и переключение с ГДТ на прямую передачу осуществляется зубчатой муфтой. В ГМП по рис.3 имеется два однодисковых сцепления и переключение с ГДТ на прямую передачу осуществляется переходом с одного сцепления на другое. Муфта свободного хода, предотвращающая вращение колес ГДТ после перехода на прямую передачу, расположена в середине механической части ГМП. Такая конструкция проще и надежнее конструкции с расположением на муфтах свободного хода реакторов ГДТ.

В процессе отработки конструкции были спроектированы и испытаны ГМП с ГДТ двух размеров - с максимальными диаметрами рабочей полости 325 и 370 мм. В результате дорожных испытаний предпочтенние было отдано диаметру 370 мм.

В ходе испытаний в механическую часть ГМП кроме прямой передачи была введена дополнительная понижающая передача. Она включалась вручную только перед прохождением особо трудных участков местности.

После основательных испытаний первых образцов была построена опытная партия из 6 автобусов ЗИЛ-155 с ГМП. Эти автобусы проходили опытную эксплуатацию в различных городах на различных маршрутах, в различных климатических зонах. Пробеги достигали 50...70 тысяч км. Были уже все основания для рекомендации ГМП в производство, но неожиданно на уровне руководства страны было принято губительное для советского автобусостроения решение, что автобусы для всех стран социалистического лагеря будет делать Венгрия. После этого решения (1959 г.?) производство автобусов на ЗИЛе было прекращено. Прекратились, естественно, и работы по ГМП для автобусов.

В последние годы перед снятием с ЗИЛа производства автобусов возникали проекты вариантов автобусов с задним поперечным расположением двигателя. Это сулило автобусам большие компоновочные преимущества (низкая высота пола и т.д.).

Для такого варианта автобуса была разработана, построена и испытана специальная ГМП (рис.4). Работы по этой ГМП также были прекращены в связи с прекращением производства автобусов.

Рис.4 ГМП автобуса ЗИЛ-129Б

В начале 60-х годов ЗИЛ создал 17-местный автобус ЗИЛ-118К с двигателем ЗИЛ-130 и приспособленной для работы с этим двигателем ГМП легкового автомобиля ЗИЛ. Многолетняя практика эксплуатации этих автобусов показала полную возможность работы ГМП легкового автомобиля ЗИЛ с двигателем, имеющим существенно меньшие максимальные обороты (3200 1/мин вместо 4600).

Выпуск за много лет нескольких десятков автобусов ЗИЛ-118К нельзя считать возрождением производства автобусов на ЗИЛе. В настоящее время, однако, можно говорить о целесообразности продолжения работ по автобусной тематике путем оборудования модификациями ГМП действующего производства 16...22-местных автобусов серии 3250, которые начал выпускать завод. Дизельный двигатель Д-245.12 этих автобусов имеет максимальные обороты 2400 1/мин.

Расчеты Ю.И.Чередниченко показывают, что в этом случае ГМП типа ЗИЛ-4105 удовлетворительно совмещается с характеристикой двигателя Д-245.12. В ГМП должны быть сдвинуты режимы переключения передач и внесены изменения для обеспечения работы без вакуум-корректора. Показатели динамикм варианта с ГМП будут практически такими же, как для варианта с механической коробкой передач ЗИЛ-130.

ЗИЛ - работы по ГМП легковых автомобилей

Первые работы по ГМП для легковых автомобилей ЗИЛ начались в 1949 г. Тогда была спроектирована эксперементальная ГМП Э111 автомобиля ЗИС-110. Передача состояла из одноступенчатого пятиколесного ГДТ и двухступенчатой планетарной коробки передач с гидравлическим управлением. Основной передачей в коробке пердач была прямая, понижающая передача предназначалась только для особо тяжелых условий движения и включалась вручную (могла включаться на ходу).

Прототипом для ГМП Э111 послужила ГМП "Дайнафлоу" автомобиля.

Бюик 70 Родмастер, выпуск которого начался в США в 1947 г. Гидропередача "Дайнафлоу" служила только литературным прототипом - образца на заводе не было, сведения брались из технических журналов.

В 1950 г. был изготовлен и испытан на автомобиле гилротрансформатор (с литыми колесами). Позже был получен автомобиль Бюик с ГМП и были скорректированы чертежи. Однако, работы по этой ГМП развития не получили в связи с появлением ГМП с автоматическим переключением передач.

В 1953-54 гг. в связи с предстоящим началом производства легковых автомобилей ЗИЛ-111 за прототип ГМП была взята ГМП подходящего ЗИЛу по классу легкового автомобиля Крайслер выпуска 1953 г. (модель С-59 "Кроун Империал"). ГМП ЗИЛ-111 была спроектирована весьма близкой к прототипу (точного заимствования не было), несмотря на ощутимую разницу в параметрах автомобилей Крайслер и ЗИЛ (в первую очередь по весу). Основные функциональные узлы ГМП ЗИЛ-111: ГДТ, двухступенчатая планетарная коробка передач, гидравлическая система управления (рис.5 и 6).

Конфигурация лопастной системы, определяющая характеристику ГДТ, была взята точно по ГДТ Крайслер, но размер ГДТ был изменен (при полном сохранении типа лопастной системы) с учетом того, что крутящий момент двигателя ЗИЛ-111 предполагался примерно на 15% большим, чем у двигателя Крайслер (максимальный размер рабочей полости был принят 328 мм вместо 318 мм). Характеристики ГДТ ЗИЛ и Крайслер оказались практически одинаковыми (максимальный коэффициент трансформации К0=2,45 и максимальный КПД на режиме гидротрансформатора 0,88).

Проектировали ГМП ЗИЛ-111 Д.Б.Брейгин, Ю.И.Чередниченко и Е.З.Брен под руководством Е.М.Гоникберга. Дальнейшие работы по ГМП легковых автомобилей ЗИЛ велись под руководством Д.Б.Брейгина, с 19.. г. к этим работам активно подключился Ю.И.Уткин, который затем с 19.. г. возглавлял конструкторские работы вплоть до своего ухода с завода в 19.. г.

Рис.5 ГМП ЗИЛ-111 (расположение характерных узлов)

Рис.6 ГМП ЗИЛ-111 (система питания и управления)

В дальнейшем конструкция ГДТ была упрощена и улучшена. При сохранении прежних преобразующей и нагрузочно-кинематической характеристик далось применить один реактор вместо двух (при этом колеса насоса и турбины остались без изменений). ГДТ, получивший номер 114-1709010, был сделан цельносварным, что уменьшило его размеры, вес и момент инерции деталей, связанных с двигателем (рис.7 и 8). Уменьшение момента инерции положительно сказывается на динамике разгона автомобиля и на улучшении плавности переключений передач.

Рис. 7 ГДТ ЗИЛ-111

Рис.8 ГДТ ЗИЛ-114

При переходе с двухступенчатой ГМП на трехступенчатую, сопровождавшемся увеличением мощности двигателя, было признано целесообразным иметь вариант с уменьшенным с 2,45 до 2,0 максимальным коэффициентом трансформации. Такой ГДТ 114-1709010Д был создан за счет изменения конфигурации лопаток насосного колеса и реактора. Его максимальный КПД при этом увеличился на 1...2 %. Он является сейчас штатным оборудованием автомобиля ЗИЛ-41047 (в продольном разрезе этот ГДТ не отличается от ГДТ ЗИЛ-114 (рис.8).

Механическая часть ГМП ЗИЛ-111 имела передаточные числа 1,72; 1,00; З.Х.-2,39. Управление ГМП осуществлялось тросом с помощью кнопок на панели управления.

ГМП ЗИЛ-111 была штатным оборудованием легковых автомобилей ЗИЛ-111 с самого начала их производства в 1957 г. В процессе доводочных испытаний и в процессе производства этой ГМП до последних дней ее выпуска в апреле 1975 г. было реализовано много мероприятий по повышению надежности ГМП, увеличению долговечности, улучшению качества переключений передач. Было разработано и внедрено новое масло для ГМП (масло А - доныне применяемое).

Вместе с тем, при эксплуатации выявились некоторые недостатки двухступенчатой ГМП, которые не могли быть устранены совершенствованием конструкции ГМП и технологии ее изготовления. К числу их относятся:

• шум шестерен на "нейтрали", вызванный их вращением на этом режиме, чего можно избежать при другой схеме планетарного механизма;
• низкий КПД ГМП на понижающей передаче вследствие циркуляции мощности в планетарном механизме, чего также можно избежать;
• невозможность при передаточном числе первой передачи 1,72 реализовать силу тяги, которую можно было бы иметь, исходя из сцепного веса автомобиля;
• невозможность двигаться на понижающей передаче при передаточном числе 1,72 со скоростью более 105 км/ч, что затрудняет обгон транспортных средств, движущихся со скоростью 100-120 км/ч.

Первые два недостатка могут быть устранены изменением схемы планетарного механизма. Для третьего необходимо увеличение передаточного числа первой передачи. Для четвертого - наличие передачи, передаточное число которой ближе к передаточному числу последней передачи (прямая). Поэтому завод остановился на схеме трехступенчатой ГМП с передаточными числами 2,02; 1,42; 1,00; З.Х.-1,42. Планетарный механизм был выполнен по оригинальной схеме, защищенной авторским свидетельством. В результате ГМП ЗИЛ стала патентно-чистой.

Значение передаточного числа заднего хода оказалось невысоким вынужденно - это неизбежная особенность принятой схемы планетарного механизма.

Работы по этой трехступенчатой ГМП ЗИЛ-114Д начались в 1966 г. Было построено несколько партий опытных ГМП, проведены интенсивные испытания, в том числе дорожные с пробегами до 100 тыс.км.

Выпуск ГМП ЗИЛ-114Д начался в апреле 1975 г. Механическая часть ГМП содержала два планетарных механизма, три сцепления, два ленточных тормоза, муфту свободного хода.

При переходе завода от автомобиля ЗИЛ-114 к автомобилю ЗИЛ-115 (4104), имеющему более мощный двигатель и несколько большую массу, ГМП 4104 была модернизирована. В нее был внесен ряд изменений, в том числе:

• применена новая конструкция муфты свободного хода с увеличенным числом роликов (12 вместо 8);
• изменена схема управления планетарным механизмом, что позволило уменьшить частоты вращения корпусных деталей сцепления и повысить за счет этого надежность системы управления ГМП;
• усилено второе сцепление за счет увеличения площади нажимного поршня;
• в гидравлическую систему управления ГМП введен клапан-распределитель, изменены хода поршней гидроаккумуляторов и жесткость их пружин, что в целом улучшило работу системы.

Перед началом производства ГМП 4104 (1978 г.) эти мероприятия (и ряд других) были проверены испытаниями, в том числе длительными, шести опытных коробок передач.

Развитием конструкции ГМП 4104 стала ГМП 4105 (рис.9), которая была поставлена на производство в 1982 г. В ней нет заднего насоса, существенно упрощен (при одновременном повышении надежности) привод механизма блокировки, введен один дополнительный возможный диапазон движения автомобиля.

Прежде для движения вперед водитель мог включить положение "Д", при котором осуществлялся переход по передачам 1-2-3, или включить положение "2", при котором в зависимости от скорости автомобиля и положения дроссельной заслонки двигателя была включена или 1 или 2 передача. При переходе к ГМП 4105 в систему упления был добавлен диапазон "1", при котором возможна работа только на первой передаче - это создает определенные удобства при движении в особо тяжелых условиях и в горной местности. На диапазоне "2" при этом стал осуществляться автоматический переход 1-2.

При модернизации ГМП 4105, проведенной в 1988 г., после чего она получила номер 4105-01, была существенно изменена конструкция муфты свободногот хода и ряда прилегающих деталей, что увеличило надежность ГМП.

В последующие (девяностые) годы был выполнен еще ряд конструкторских разработок, часть которых была проверена испытаниями. Они ждут активизации работ по ГМП легковых автомобилей ЗИЛ.

Рис. 9 (рис 3.5 ТО 156-95)

ЗИЛ - работы по ГМП грузовых автомобилей

ЗИЛ не производил грузовых автомобилей общего назначения с ГМП, однако опытные работы в этом направлении велись. В первую очередь необходимо отметить ГМП ЗИЛ-153 для автомобиля повышенной проходимости, выполненную по схеме WSK (ГДТ - сцепление - коробка передач, переключаемая вручную). Формально такая конструкция (рис.10 - конструкторы В.И.Соколовский и П.С.Фомин) не может считаться, как уже отмечалось, автоматической коробкой передач из-за отсутствия автоматических переходов передач, но является шагом к ним. В конструкции рис.10 заслуживает внимания узел блокировкм ГДТ, позволяющий на определенных режимах жестко связывать турбинное колесо ГДТ с насосным колесом и обеспечивать этим работу ГМП в режиме механической коробки передач.

Рис. 10. ГМП ЗИЛ-153

При испытаниях автомобиль повышенной проходимости с ГМП ЗИЛ-153 произвел хорошее впечатление, но было признано целесообразным ориентироваться в дальнейшем на трансмиссии с автоматическим переключением передач. Такие ГМП были спроектированы, построены и испытаны. Испытывались конструкции с параллельным расположением валов в механической части (ГМП ЗИЛ-7Э131 и ЗИЛ-7Э131А) и конструкции с механической частью планетарного типа. На рис.11 приведена трехступенчатая вальная ГМП ЗИЛ-7Э131А (конструкторы В.И.Соколовский и П.С.Фомин), на рис.12 - четырехступенчатая планетарная ГМП ЗИЛ-8Э131 (конструктор Д.Б.Брейгин).

Дальнейшего распространения эти работы не получили.

ЗИЛ на протяжении многих лет периодически имел контакты с фирмой Аллисон (США) - крупным и давним производителем ГМП для гражданских и военных автомобилей. В течение примерно 12 лет проводились сравнительные испытания двух тягачей ЗИЛ-130 В1 - один с ГМП, другой со стандартной механической трансмиссией. Выявлено положительное влияние ГМП на долговечность узлов автомобиля. Результаты приведены в предыдущей информации N 1 "Преимущества автомобилей с гидромеханическими передачами". Фирма Аллисон сочла проведенные испытания уникальными и попросила ЗИЛ передать ей ГМП, прошедшую при испытаниях 870 тысяч км, для музея фирмы.

ЗИЛ - работы по ГМП для специальных грузовых автомобилей

В 60-ые годы ЗИЛ совместно с Брянским автомобильным заводом выпускал автомобили ЗИЛ-135, оборудованные ГМП конструкции и производства ЗИЛ. Эти автомобили использовались как шасси для ракетной техники и как поисково-эвакуационные устройства для космических аппаратов. Много лет они были на вооружении Советской Армии.

Внедрение новой для того времени трансмиссии на автомобиле столь ответственного назначения стало возможно благодаря технической смелости Главного конструктора СКБ ЗИЛ В.А.Грачева. ГМП ЗИЛ-135 - шестиступенчатая (конструкторы В.И.Соколовский и С.Ф.Румянцев). Конструктивно она выполнена в виде трехстпенчатой автоматической коробки передач и сочетающегося с ней двухступенчатого демультипликатора (рис.13). ГДТ в ГМП выполнен на базе ГДТ ЗИЛ-111 с увеличенным до 2,7 максимальным коэффициентом трансформации (конструктор А.Н.Нарбут).

Передаточные числа коробки передач: 2,55; 1,47; 1,00; З.Х. -2,26. Передаточные числа демультипликатора: 2,73; 1,00. Чередниченко Харитонов Леонов Лаврентьев Соболев Анохин Схема управления ГМП ЗИЛ-135 приведена на рис.14. За годы производства автомобиля ЗИЛ-135 было выпущено около 300 ГМП.

ЗИЛ - система испытаний и доводки автомобильных ГМП до требуемых функциональных показателей и показателей надежности

Опыта работ по автомобильным ГМП в 1949 г. на ЗИЛе (и в стране) не было. Создание КБ и выпуск технической документации на ГМП было только началом работ. Требовалось создание системы испытаний и доводки ГМП до требуемых функциональных показателей и показателей надежности. Требовалось определить структуру и логическую организацию необходимых работ, разработать методы испытаний и доводки, создать испытательное оборудование, дать сведения для технологических проработок.

Такая система разрабатывалась одновременно с организацией производства ГМП и совершенствовалась в ходе производства. Описание системы испытаний и доводки ГМП - в отдельной информации.

ГОРЬКОВСКИЙ АВТОЗАВОД (ГАЗ)

Начало работам по гидравлическим передачам на ГАЗе было положено оборудованием механической коробки передач автомобиля ЗИМ гидравлической муфтой. Такой комплект никак не может считаться автоматической коробкой передач, но он послужил наглядным примером преимуществ, доставляемых введением в трансмиссию гидравлического элемента, и послужил толчком к работам по автоматическим трансмиссиям - гидромеханическим передачам. Такими передачами стали оборудоваться автомобили ГАЗ-13 "Чайка". Применялись они и на некоторых модификациях автомобилей "Волга".

За прототип ГМП (конструктор Б.Н.Попов) была взята трехступенчатая ГМП, применявшаяся на автомобилях корпорации "Форд".

Активный диаметр ГДТ (рис.15) равен 340 мм, максимальный коэффициент трансформации К0=2,4.

Рис. 15 Гидротрансформатор ГМП автомобиля "Чайка"

Передаточные числа планетарной коробки передач: первая передача - 2,84; вторая - 1,68; третья - 1,00; задний ход - 1,75. Продольный и поперечный разрезы механической части ГМП приведены на рис.16. Выпуск автомобилей "Чайка" начался в 19.. г. и прекращен в 19.. г.

Рис. 16 a) Продольный разрез ГМП автомобиля "Чайка"

Рис. 16 б) Поперечный разрез ГМП автомобиля "Чайка"

ЛЬВОВСКИЙ АВТОБУСНЫЙ ЗАВОД - НАМИ (ЛАЗ - НАМИ)

С 1963 г. Львовскийй автобусный завод (ЛАЗ) начал выпускать спроектированную этим заводом совместно с НАМИ гидромеханическую передачу ЛАЗ-НАМИ-035. Эта ГМП была рассчитана для работы с карбюраторным двигателем мощностью 150-200 л.с. и крутящим моментом 40-50 кГм. С этой ГМП были выпущены десятки тысяч автобусов ЛиАЗ-677.

В ГМП (схема на рис.17) применен удачно спроектированный в НАМИ (С.М.Трусов) ГДТ, послуживший прототипом для многих ГДТ в других ГМП. В ГМП ЛАЗ-НАМИ-035 использовался ГДТ с максимальным коэффициентом трансформации К0=3.2.

ГМП ЛАЗ-НАМИ-035 - двухступенчатая. Передаточное число первой передачи - 1,79; второй передачи - 1,00; заднего хода - 1,71. ГДТ может блокироваться. Конструкция ГМП показана на рис.18.

Конструкция ГМП ЛАЗ-НАМИ-035 послужила базой для ряда модификаций ГМП, в том числе для автобусов с дизельными двигателями.

Имеется и вариант трехступенчатой ГМП.

Рис. 17 Схема гидромеханической передачи ЛАЗ-НАМИ-035

Впервые в практике отечественного автостроения отечественная конструкция послужила прототипом для зарубежной ГМП.

НАМИ совместно с научно-исследовательским институтом автомобилей УВМВ (ЧССР) и заводом "Прага" (ЧССР) разработали гидромеханическую передачу НАМИ-"Прага" 2М-70 для гордских автобусов большой вместимости, снабженных дизельным двигателем мощностью 180-200 л.с. при 2100 1/мин с крутящим моментом 70-80 кГм.

Эта ГМП (рис.19 и 20) выпускалась заводом "Прага" с 1967 г.

Рис. 19 Схема гидромеханической передачи НАМИ-"Прага" 2М-70

БЕЛОРУССКИЕ АВТОМОБИЛЬНЫЕ ЗАВОДЫ

В Белоруссии автомобили с ГМП выпускают Минский автомобильный завод (МАЗ), Белорусский автомобильный завод (БелАЗ) и Могилевский автомобильный завод (МоАЗ). Наиболее известны первые два завода. ГМП МАЗ-530 для автомобиля-самосвала особо большой грузоподъемности (до 45 тонн) рассчитана для работы с двигателем мощностью 450 л.с. с максимальным крутящим моментом 200 кГм. В ГМП имеется повышающий редуктор, позволяющий сдвинуть характеристику двигателя по оборотам для лучшего совмещения ее с характеристикой ГДТ. Активный диаметр круга циркуляции ГДТ равен 466 мм, максимальный коэффициент транформации К0=4. ГМП МАЗ-530 (рис.21) имеет три передачи переднего хода (3,36; 1,83; 1,00) и две передачи заднего хода (2,60 и 1,40).

ГМП БелАЗ-540 (рис.22) также предназначена для автомобилейсамосвалов большой грузоподъемности. Она имеет ускоряющий редуктор, ГДТ с активным диаметром круга циркуляции 466 мм и максимальным коэффициентом трансформации К0=3,6 и редуктор с тремя передачами вперед (передаточные числа 2,6; 1,43; 0,7) и одну перадачу заднего хода (передаточное число 1,6).

КАЗАНСКОЕ МОТОРОСТРОИТЕЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОН ОБЪЕДИНЕНИЕ (АО КМПО)

В последнее время делается попытка организовать производство ГМП для городских автобусов в АО КМПО по лицензии фирмы VOITH.

За основу принята освоенная этой фирмой система DIWA. Особенностью этой системы является разветвление потока мощности на две части - одна идет через механическую часть трансмиссии, другая - через гидравлическую.

Трогание с места осуществляется только через гиравлическую часть, а по мере набирания скорости гидравлическая доля постоянно уменьшается и увеличивается доля механической части.

Осуществляется это с помощью расположения ГДТ между двумя планетарными редукторами (рис.23). В первом редукторе поток мощности разделяется, во втором - объединяется.

Имеются варианты трех- и четырехступенчатых ГМП для двигателей мощностью 185-245 квт с крутящими моментами 90-130 кГм.

Автоматическая коробка передач - АКП, механизм изменения передаточного отношения трансмиссии, работающий без непосредственного участия водителя. Автомобиль, оснащенный АКП, имеет сокращенное количество устройств управления, вместо трех педалей («газа», тормоза и сцепления) в нем установлено две педали («газа» и тормоза, педаль выключения сцепления отсутствует). При этом педаль «газа» служит не для увеличения-уменьшения оборотов двигателя, как в автомобиле с механической КП, а для изменения скорости движения автомобиля. В отличие от механической коробки передач АКП оснащается не рычагом переключения, а селектором выбора режима работы.
По устройству АКП разделяются на обычные двух и трехвальные МКП, дополненные гидротрансформатором (вместо сухого сцепления) и системой автоматического переключения (с электронным, электромеханическим или электропневматическим управлением), и на планетарные , в которых планетарный редуктор работает в паре с гидротрансформатором . Наиболее типичные - планетарные АКП с гидротрансформатором.

Устройство

Планетарная АКП состоит из гидротрансформатора, планетарной КП (планетарных редукторов), барабанов, фрикционных и обгонной муфт, соединительных валов. Барабаны АКП оснащаются ленточными тормозами для их остановки и включения нужной передачи планетарного редуктора.
Гидротрансформатор в автоматической трансмиссии выполняет функции сцепления и устанавливается между коленчатым валом двигателя и КП. Гидротрансформатор состоит из ведущей и ведомой турбин и неподвижно закрепленного относительно двигателя статора (иногда статор выполняется вращающимся, в этом случае он оснащается ленточным тормозом - применение подвижного статора добавляет гидротрансформатору гибкости на малых оборотах двигателя и улучшает его характеристики). Ведущая турбина вращается, как и ведущий диск сцепления, с той же частотой, что и коленчатый вал двигателя. Ведомая турбина вращается за счет гидродинамических сил, возникающих из-за вязкости заполняющей внутреннюю полость гидротрансформатора жидкости. Основное назначение гидротрансформатора - передача вращения коленчатого вала на шестерни планетарной КП с проскальзыванием, что обеспечивает плавное переключение передач и начало движения автомобиля. При больших оборотах двигателя ведомая турбина блокируется и гидротрансформатор выключается, передавая крутящий момент с коленчатого вала на шестерни АКП напрямую (соответственно, потерь).
Планетарная КП или планетарный редуктор - комплекс из большой коронной шестерни (эпицикла), малой солнечной шестерни и связывающих их шестерен-сателлитов, закрепленных на водиле. В разных режимах работы редуктора вращаются разные шестерни, а один из блоков (эпицикл, солнечная шестерня или водило с сателлитами) закреплен неподвижно.

Схема АКП: 1 - турбинное колесо;
2 - насосное колесо;
3 - колесо реактора;
4 - вал реактора;
5 - первичный вал планетарного редуктора;
6 - главный масляный насос;
7 - фрикцион II и III передач:
8 - тормоз I и II передач;
9 - фрикцион III передачи и передачи заднего хода;
10 - муфта свободного хода I передачи;
11 - тормоз заднего хода;
12 - первый промежуточный вал;
13 - второй промежуточный вал;
14 - барабан с зубчатым венцом;
15- центробежный регулятор;
16 - вторичный вал;
17 - механизм переключения передач;
18 - дроссельный клапан;
19 - кулачок

Фрикционные муфты предназначены для переключения передач введением в зацепление (или, наоборот, выведением из зацепления) шестерен планетарного редуктора АКП. Муфта состоит из ступицы (хаба) и барабана. На внешней поверхности ступицы и внутренней барабана расположены прямоугольные зубья (на ступице) и такие же шлицы (внутри барабана), которые по форме соответствуют друг другу, но не зацеплены. Между ступицей и барабаном располагается набор (пакет) кольцеобразных фрикционных дисков. Половина дисков выполнена из металла и оснащена выступами, входящими в шлицы внутренней поверхности барабана. Вторая половина дисков - из пластмассы и имеет вырезы, в которые входят зубья ступицы. Таким образом, механическое сцепление ступицы и барабана происходит через трение металлических и пластмассовых дисков пакета фрикционной муфты.
Сообщение и разобщение ступицы и барабана фрикционной муфты происходит после сжатия пакета дисков кольцеобразным поршнем, установленным внутри ступицы. Поршень имеет гидравлический привод. Жидкость в цилиндр привода подается под давлением через кольцевые канавки в барабане, валах и картере АКП.
Обгонная муфта используется для уменьшения ударных нагрузок на фрикционные муфты при переключении передач и для отключения двигателя при движении автомобиля накатом (при некоторых режимах работы АКП). Обгоная муфта устроена таким образом, что свободно проскальзывает при вращении в одном направлении и заклинивает при обратном (передавая деталям АКП вращающий момент). Она состоит из двух колец - внешнего и внутреннего - и расположенных между ними набора роликов, разделенных сепаратором. После увеличения оборотов двигателя и переключения передачи АКП один из блоков планетарного ряда стремится вращаться в обратную сторону - обгонная муфта заклинивает этот блок, предотвращая обратное вращение.

Принцип работы АКП

Рассмотрим работу четырехступенчатой АКП, оснащенной двумя планетарными редукторами.
Первая передача . Солнечная шестерня первого планетарного ряда не подключена к двигателю, первый ряд не участвует в передаче крутящего момента. Солнечная шестерня второго ряда соединена с коленчатым валом двигателя (добавим - через гидротрансформатор). Водило с сателлитами второго планетарного ряда соединено с выходным валом КП. Эпицикл (самая большая коронная шестерня) второго ряда при низких оборотах двигателя прокручивается через обгонную муфту, крутящий момент на механизмы трансмиссии не передается. Как только обороты двигателя повышаются, обгонная муфта блокирует коронную шестерню - начинается передача крутящего момента через сателлиты и водило. Автомобиль трогается с места и начинает движение.
Вторая передача . Солнечная шестерня первого ряда заблокирована и неподвижна. Водило с сателлитами первого ряда входит в зацепление с эпициклом второго ряда через обгонную муфту. Эпицикл первого ряда входит в зацепление с водилом второго ряда, которое соединено с выходным валом КП. Крутящий момент от двигателя передается через солнечную шестерню второго ряда. В этом режиме работают оба планетарных ряда КП.
Третья передача . Шестерни первого ряда не принимают участия в передаче крутящего момента. Солнечная шестерня второго ряда и эпицикл второго ряда соединены со входным валом, крутящий момент передается водилом на выходной вал. Преобразования крутящего момента не происходит - АКП работает в режиме прямой передачи.
В режимах первой, второй и третьей передач водитель не может тормозить двигателем. Для обеспечения возможности торможения двигателем предусмотрена блокировка обгонной муфты фрикционной муфтой. Тогда при отпускании педали «газа» шестерни коробки не будут разобщать механизмы трансмиссии с двигателем.
Четвертая передача . Это режим ускоряющей передачи, когда передаточное число трансмиссии больше единицы. Солнечная шестерня первого ряда остановлена. Крутящий момент передается на водило с сателлитами первого планетарного ряда. Эпицикл первого ряда входит в зацепление с водилом второго ряда, которое, в свою очередь, передает крутящий момент на механизмы трансмиссии. Солнечная шестерня и эпицикл второго ряда в передаче крутящего момента не участвуют.
Задний ход . Солнечная шестерня первого ряда соединена с коленчатым валом двигателя. Водило второго ряда заблокировано фрикционной муфтой. Эпицикл первого ряда входит в зацеплении с водилом второго ряда, которое, в свою очередь, соединено с выходным валом. Выходной вал вращается в обратную сторону.

Системы управления АКП

Система управления режимами работы АКП выполнена в виде гидравлических приводов, передающих давление масла от гидронасоса к поршням исполнительных механизмов фрикционных муфт и тормозных лент барабанов. Поток масла в маслопроводах перераспределяют золотники, которые управляются либо вручную положением селектора АКП, либо автоматически. Блок автоматического управления АКП может быть гидравлическим или электронным.
«Классическая» АКП управляется гидравлическим механизмом, который состоит из центробежного регулятора давления жидкости, установленного на выходном валу двигателя и датчика давления гидравлического привода педали «газа». Золотники перемещаются под давлением обеих гидроцепей, что позволяет АКП переключать передачи в соответствии с частотой вращения коленчатого вала двигателя и положения педали «газа».
В электронной системе автоматического управления вместо гидравлического привода золотников используется электромеханический - золотники перемещаются соленоидами. Команды на перемещения золотников дает блок электронного управления, в современных автомобилях - центральный бортовой компьютер автомобиля. Этот же компьютер обычно управляет и системой зажигания, и впрыском топлива. Команды на перемещение золотников блок электронного управления получает от датчика частоты вращения выходного вала двигателя и положения педали «газа». Переключать передачи можно и в ручном режиме, перемещая селектор в нужное положение.
В большинстве современных АКП предусмотрено ручное управление коробкой даже после полного выхода из строя электронной системы управления. При этом в любом случае вручную можно включить прямую (третью по описанной выше четырехступенчатой схеме) передачу, а если не повреждена электромеханическая часть системы управления - все передачи ручным переводом селектора.

Селектор АКП

В 50-е годы прошлого века общепринятым стандартом системы управления АКП стал селектор «PRNDL» - по перечислению очередности включения режимов автоматической КП. Именно эта последовательность была признана наиболее безопасной и рациональной с точки зрения конструкции АКП.
Режимы работы АКП - положения селектора переключения .

P - парковочный режим . Двигатель отсоединен от трансмиссии. АКП блокирована внутренним механизмом и соединена с трансмиссией, что обеспечивает блокировку всех механизмов трансмиссии. При этом АКП никак не связана со стояночным тормозом и не отменяет необходимость его использования на стоянках.
R - режим заднего хода . Во всех современных АКП селектор в этом положении дополнен блокировочным механизмом, предотвращающим случайное включение заднего хода при движении автомобиля вперед.
N - нейтральный режим АКП. Задействуется при остановках, движении накатом, буксировке.
D - основной режим работы АКП («Драйв»). Задействованы все ступени АКП (обычно и повышающая передача, которая в противном случае может включаться дополнительным положением рукоятки селектора с обозначением «2» или «D2»).
L - режим пониженной передачи , который используется для движения по бездорожью и на крутых подъемах.
Этот порядок переключения селектора АКП был закреплен в США законодательно в 1964 году. Отступление от этого стандарта считается недопустимым с точки зрения безопасности автомобиля.

Определение

Автоматическая коробка переключения передач (АКПП, автоматическая трансмиссия) - одна из разновидностей КПП, главным отличием от механической коробки переключения передач является то, что в АКПП переключение передач обеспечивается автоматически (т.е. не требуется прямое участия оператора (водителя)). Выбор передаточного числа соответствует текущим условиям движения, а так же зависит и от множества других факторов. Так же, если в традиционных КПП используется механический привод, то в автоматической коробке переключения передач иной принцип движения механической части, а именно, задействован гидромеханический привод или планетарный механизм. Встречаются конструкции, в которых двухвальная или трехвальная коробка передач работает вместе с гидротрансформатором. Такое сочетание использовали на автобусах ЛиАЗ-677 и в продукции компании ZF Friedrichshafen AG.

В последние годы, в обиход пришли автоматизированные механические коробки передач с электронным управлением и электропневматическими или электромеханическими исполнительными устройствами.

Предыстория

Недаром говорят, что лень – двигатель прогресса, вот и желание комфорта и более простой, удобной жизни породило множество интересных вещей и изобретений. В автомобилестроении, таким изобретением можно считать автоматическую коробку переключения передач.

Хотя конструкция АКПП является достаточно сложной и стала популярна лишь в конце 20 века, впервые ее установили в шведский автобус фирмы "Лисхольм-Смит" 1928 года. В серийное же производство, АКПП пришла лишь через 20 лет, а именно, в 1947 году в автомобиле Buick Roadmaster. Основой данной трансмиссии послужило изобретение немецкого профессора Феттингера, запатентовавшего в 1903 году первый гидротрансформатор.

На фотографиях тот самый Buick Roadmaster – первый серийный автомобиль, имеющий АКПП.

В автоматической трансмиссии роль сцепления выполняет гидротрансформатор, который передает крутящий момент к коробке передач от двигателя. Сам гидротрансформатор состоит из центростремительной турбины и центробежного насоса, между которыми расположен направляющий аппарат (реактор). Все они располагаются на одной оси и в одном корпусе, вместе с гидравлической рабочей жидкостью.

Ближе к современности

Середина 60х годов 20 века ознаменовалась окончательным закреплением и утверждением в США - современной схемы переключения АКПП - P-R-N-D-L . Где:

"P" (Parking) – "Стоянка" - Включена нейтральный режим, при котором выходной вал коробки механически заблокирован, благодаря чему автомобиль не движется.

"R" (Reverse) – "Задний ход" – Включение режима заднего хода (задняя передача).

"N" (Neutral) – "Нейтраль" – Связи между выходными валами КПП и входными нет. Но при этом, выходной вал не заблокирован, и автомобиль может перемещаться.

"D" (Drive) – "Основной режим" - Автоматическое переключение по полному кругу.

"L" (Low) – Движение только на 1-й передаче. Используется только 1-я передача. Гидространсформатор заблокирован.

Повышение требований к экономичности автомобилей привело к возвращению в 1980х годах четырехступенчатых трансмиссий, в которых четвертая передача имела передаточное число меньше единицы («овердрайв»). Так же получили распространение и блокирующиеся на большой скорости гидротрансформаторы, которые позволяли увеличить КПД трансмиссии за счет снижения потерь, возникающих в гидравлическом элементе.

В период с 1980-1990 года произошла компьютеризация систем управления двигателем. Аналогичные системы управления применялись и в АКПП. Теперь контроль над потоками гидравлической жидкости регулировался при помощи соленоидов, связанных с компьютером. Вследствие чего, переключение передач стало более плавным и комфортным, а экономичность и эффективность работы опять увеличились. В эти же года появляется возможность ручного управления коробкой передач ("Типтроник" или аналогичные). Изобретена первая пятиступенчатая коробка передач. Отпадает необходимость смены масла в КПП, поскольку ресурс уже залитого в нее сопоставим с ресурсом коробки переключения передач.

Конструкция

Традиционно, автоматические коробки переключения передач состоят из планетарных редукторов, гидротрансформаторов, фрикционных и обгонных муфт, соединительных барабанов и валов. Иногда применяют тормозную ленту, которая замедляет один из барабанов относительно корпуса АКПП при включении одной из передач.

Роль гидротрансформатора заключается в передаче момента с проскальзыванием при трогании с места. На высоких оборотах двигателя (3-4 передача), гидротрансформатор блокируется фрикционной муфтой, которая не дает ему проскальзывать. Конструктивно он устанавливается так же, как и сцепление на трансмиссии с МКПП – между АКПП и собственно двигателем. Корпус гидротрансформатора и ведущая турбина крепится на маховик двигателя, как и корзина сцепления.

Сам гидротрансформатор состоит из трех турбин – статора, входной (составл. корпуса) и выходной. Обычно статор глухо затормаживается на корпус АКПП, однако в некоторых вариантах затормаживание статора включается фрикционной муфтой для максимального использования гидротрансформатора во всем диапазоне оборотов.

Фрикционные муфты ("пакет") соединяя и разъединяя элементы АКПП – выходного и входного валов и элементов планетарных редукторов, и затормаживая их на корпус АКПП, осуществляют переключение передач. Муфта состоит из барабана и хаба. Барабан имеет крупные прямоугольные пазы внутри, а хаб – крупные прямоугольные зубья снаружи. Пространство между барабаном и хабом заполняют кольцеобразные фрикционные диски, часть из которых – пластмассовая с внутренними вырезами, куда входят зубья хаба, а другая часть выполнена из металла и имеет выступы снаружи, входящие в пазы барабана.

Сжимая гидравлически кольцеобразным поршнем пакет дисков, производится сообщение фрикционной муфты. Масло к цилиндру подводится через канавки в валах, корпусе АКПП и барабане.

На первой, слева, фотографии - разрез гидротрансформаторной восьмиступенчатой АКПП автомобиля Lexus, а на второй - разрез шестиступенчатой преселективной АКПП Volkswagen

Обгонная муфта свободно скользит в одном направлении и заклинивает с передачей момента в другом. Традиционно она состоит из внутреннего и внешнего кольца и расположенного между ними сепаратора с роликами. Служит для снижения ударов во фрикционных муфтах при переключении передач, а также для отключения торможения двигателем в некоторых режимах работы АКПП.

В качестве устройства управления АКПП использовали набор золотников, которые управляли потоками масла к поршням фрикционных муфт и тормозных лент. Положение золотников задаются, как вручную механически рукояткой селектора, так и автоматикой. Автоматика бывает электронной или же гидравлической.

Гидравлическая автоматика задействует давление масла от центробежного регулятора, который соединен с выходным валом АКПП, а также давление масла от нажатой водителем педали газа. В результате чего, автоматика получает информацию о скорости автомобиля и положении педали газа, в зависимости от которой переключаются золотники.

Электроника использует соленоиды, перемещающие золотники. Кабели от соленоидов расположены вне пределов АКПП и ведут к блоку управления, который иногда объединен вместе с блоком управления впрыском топлива и зажигания. В зависимости от положения рукоятки селектора, педали газа и скорости автомобиля, электроника принимает решение о перемещении соленоидов.

Иногда, предусмотрена работа АКПП и без электронной автоматики, но только с третьей передачей переднего хода, или же со всеми передачами переднего хода, но с обязательным переключением рукоятки селектора. По вопросам поломки и ремонта КПП вас проконсультируют .

Разрез шестиступенчатой преселективной АКПП Volkswagen Direct-Shift Gearbox.

Автоматическая коробка переключения передач (также автоматическая трансмиссия , АКПП ) - разновидность коробки передач автомобилей, обеспечивающая автоматический (без прямого участия водителя) выбор соответствующего текущим условиям движения передаточного числа, в зависимости от множества факторов.

В последние десятилетия, наряду с классическими гидромеханическими автоматическими трансмиссиями, предлагаются и различные варианты автоматизированных механических коробок передач («роботизированных») с электронным управлением и электромеханическими или электропневматическими исполнительными устройствами.

История

К появлению классической гидромеханической трансмиссии привели три изначально независимые линии разработок, которые были впоследствии объединены в её конструкции.

Наиболее ранней из них можно считать применявшиеся на некоторых ранних конструкциях автомобилей, в том числе - Ford T - планетарные механические трансмиссии. Хотя и всё ещё требующие от водителя определённого навыка для своевременного и плавного включения в работу соответствующей передачи (например, на двухступенчатой планетарной трансмиссии Ford T это осуществлялось при помощи двух ножных педалей, одна переключала низшую и высшую передачу, вторая включала задний ход), они уже позволяли довольно значительно упростить его работу, особенно в сравнении с использовавшимися в те годы коробками передач традиционного типа без синхронизаторов.

Хронологически вторым направлением разработок, приведшим впоследствии к появлению автоматической коробки передач, можно назвать работы по созданию полуавтоматических трансмиссий, в которых была автоматизирована часть действий по переключению передач. Например, в середине 1930-х годов американские фирмы Reo и General Motors практически одновременно представили полуавтоматические трансмиссии собственной разработки. Наиболее интересна была трансмиссия разработки GM: как и появившиеся позднее полностью автоматические коробки передач, она использовала планетарный механизм, работой которого управляла гидравлика в зависимости от скорости автомобиля. Однако эти ранние разработки были недостаточно надёжны, а главное - всё ещё использовали сцепление для временного разобщения двигателя и трансмиссии при переключении передач.

Третьей линией разработок было внедрение в трансмиссию гидравлического элемента. Здесь явным лидером была корпорация Chrysler. Первые разработки относились к 1930-м годам, но массовое распространение такая трансмиссия получила на автомобилях этой фирмы уже в последние предвоенные и послевоенные годы . Помимо введения в конструкцию гидромуфты (позднее заменённой гидротрансформатором), она отличалась тем, что параллельно с двухступенчатой обычной механической коробкой передач в ней работал автоматически включающийся овердрайв (повышающая передача с передаточным числом меньше единицы). Таким образом, хотя с технической точки зрения это была механическая трансмиссия с гидравлическим элементом и овердрайвом, производителем она заявлялась как полуавтоматическая.

Она несла обозначение М4 (на довоенных моделях, коммерческие обозначения - Vacamatic или Simplimatic) и M6 (с 1946 года, коммерческие обозначения - Presto-Matic, Fluidmatic, Tip-Toe Shift, Gyro-Matic и Gyro-Torque) и изначально представляла собой комбинацию трёх агрегатов - гидромуфты, традиционной механической коробки передач с двумя ступенями переднего хода, и автоматически (на М4 вакуумным, на М6 электрическим приводом) включающегося овердрайва.

Каждый блок этой трансмиссии имел своё назначение:

• гидромуфта делала трогание автомобиля с места плавнее, позволяла «бросать сцепление» и останавливаться, не выключая передачи или сцепления. Позднее она была заменена гидротрансформатором, который увеличивал крутящий момент и значительно улучшал динамику автомобиля по сравнению с гидромуфтой (которая несколько ухудшала динамику разгона);
• механическая коробка передач служила для выбора рабочего диапазона трансмиссии в целом. Существовало три рабочих диапазона - нижний (Low), верхний (High) и заднего хода (Reverse). В каждом диапазоне было две передачи;
• овердрайв автоматически включался в работу при превышении автомобилем определённой скорости, таким образом, переключая передачи внутри текущего диапазона.

Переключение диапазонов работы производилось обычным рычагом, расположенным на рулевой колонке. Поздние варианты переключателя имитировали автоматические трансмиссии и имели указатель-квадрант диапазона над рычагом, как у АКПП - хотя сам процесс выбора передач не претерпел изменений. Педаль сцепления имелась, но использовалась только для выбора диапазона и была окрашена в красный цвет.

Трогаться в обычных дорожных условиях рекомендовалось в диапазоне «High», то есть на второй передаче двухступенчатой МКП и третьей передаче трансмиссии в целом, поскольку высокий крутящий момент многолитровых шести- и восьмицилиндровых двигателей Chrysler это вполне позволял. На подъёме и при движении по грязи необходимо было начинать движение с диапазона «Low», то есть с первой передачи. После превышения определённой скорости (варьировалась в зависимости от конкретной модели трансмиссии) происходило переключение на вторую передачу за счёт происходящего автоматически включения овердрайва (сама МКП оставалась при этом на первой передаче). При необходимости водитель переключался на верхний диапазон, при этом включалась в большинстве случаев сразу четвёртая передача (так как овердрайв уже был включён для получения второй передачи) - она имела общее передаточное отношение 1:1. Перебрать все имеющиеся четыре передачи при практическом вождении было почти невозможно, хотя трансмиссия формально считалась четырёхступенчатой. Диапазон задних передач также включал две передачи и включался, как обычно, после полной остановки автомобиля.

Таким образом, для водителя езда на автомобиле с такой трансмиссией очень напоминала езду на машине с двухступенчатой АКПП, с той разницей, что переключение между диапазонами происходило с нажатием сцепления.

Эта трансмиссия ставилась с завода или была доступна как опция на автомобилях всех подразделений корпорации Chrysler 1940-х - начала 1950-х годов. После появления настоящей автоматической двухступенчатой трансмиссии PowerFlite, позднее трёхступенчатой TorqueFlite, полуавтоматические трансмиссии семейства Fluid-Drive были сняты с производства, так как мешали продажам полностью автоматических трансмиссий. Последним годом их установки стал 1954, в этом году они был доступны на самой дешёвой марке корпорации - Plymouth. Фактически такая трансмиссия стала переходным звеном от МКП к гидродинамическим АКПП и служила для «обкатки» технических решений, позднее использовавшихся на них.

Также в начале 1940-х годов существовала трёхступенчатая трансмиссия, обозначавшаяся Slushomatic, у которой первая передача была обычной, а вторая - объединена в единый диапазон с автоматически включающейся третьей.

Однако первую в мире полностью автоматическую трансмиссию создала другая американская фирма - General Motors. В 1940 модельном году таковая стала доступна в виде опции на автомобилях марки Oldsmobile, затем Cadillac, впоследствии - Pontiac. Она несла коммерческое обозначение Hydra-Matic и представляла собой комбинацию гидромуфты и трёхступенчатой планетарной коробки передач с автоматическим гидравлическим управлением. Всего ступеней переднего хода в трансмиссии в целом было четыре (плюс задний ход). Система управления трансмиссией учитывала такие факторы, как скорость автомобиля и положение дроссельной заслонки. Трансмиссия Hydra-Matic использовалась не только на автомобилях всех подразделений GM, но и на автомобилях таких марок, как Bentley, Hudson, Kaiser, Nash и Rolls-Royce, а также некоторых моделях военной техники. С 1950 по 1954 год автомобили Lincoln также снабжались трансмиссией Hydra-Matic. Впоследствии немецкий производитель Mercedes-Benz разработал на её основе весьма похожую по принципу работы четырёхступенчатую трансмиссию, хотя и имеющую значительные конструктивные отличия.

В 1956 году GM представила усовершенствованную автоматическую трансмиссию Jetaway, которая отличалась использованием двух гидромуфт вместо одной у Hydra-Matic. Это позволило сделать переключения передач значительно более плавными, но привело к большому снижению КПД. Кроме того, на ней появился режим парковки (положение селектора «P»), в котором трансмиссия блокировалась специальным стопором. На Hydra-Matic блокировку включал режим заднего хода «R».

C 1948 модельного года на автомобилях Buick (марка, принадлежащая GM) стала доступна двухступенчатая автоматическая трансмиссия Dynaflow, отличавшаяся использованием гидротрансформатора вместо гидромуфты. Впоследствии появились подобные трансмиссии на автомобилях марок Packard (1949) и Chevrolet (1950). По замыслу их создателей, наличие гидротрансформатора, имеющего свойство повышать крутящий момент, компенсировало недостаток третьей передачи.

Уже в начале 1950-х годов появляются трёхступенчатые (правда, первая передача была доступна только в режиме Low, при обычном вождении трогание происходило на второй передаче) автоматические трансмиссии с гидротрансформатором разработки фирмы Borg-Warner. Они и их производные использовались на автомобилях фирм American Motors, Ford, Studebaker и других, как в США, так и за их пределами, например International Harvester, Studebaker, Volvo и Jaguar. В СССР многие из заложенных в её конструкцию идей были использованы при проектировании автоматических трансмиссий Горьковского автозавода, устанавливавшихся на автомобилях «Волга» и «Чайка».

В 1953 году свою двухступенчатую автоматическую трансмиссию PowerFlite представил и Chrysler. С 1956 года в дополнение к ней стала доступна трёхступенчатая TorqueFlite. Из всех ранних разработок автоматических трансмиссий, модели фирмы Chrysler нередко называют наиболее удачными и совершенными.

В середине 1960-х годов окончательно утвердилась и (в США) была законодательно зафиксирована современная схема переключения автоматических трансмиссий - P-R-N-D-L. В прошлое ушли кнопочные переключатели диапазонов и старые образцы трансмиссий без парковочной блокировки.

К середине 1960-х годов ранние образцы двух- и четырёхступенчатых автоматических трансмиссий в США уже практически повсеместно вышли из употребления, уступая место трёхступенчатым с гидротрансформатором. Совершенствовалась и жидкость для автоматических трансмиссий - например, с конца 1960-х годов из её состава была исключена дефицитная китовая ворвань , заменённая синтетическими материалами.

В 1980-е годы повышение требований к экономичности автомобилей привело к появлению (точнее, возвращению) четырёхступенчатых трансмиссий, четвертая передача в которых имела передаточное число меньше единицы («овердрайв»). Кроме того, получают распространение блокирующиеся на большой скорости гидротрансформаторы, позволяющие ощутимо повысить КПД трансмиссии за счёт снижения потерь, возникающих в её гидравлическом элементе.

В конце 1980-1990-е годы происходит компьютеризация систем управления двигателем. Эти же системы, либо аналогичные им, стали применяться и для управления автоматическими трансмиссиями. Если прежние системы управления использовали лишь гидравлику и механические клапаны, то теперь потоками жидкости управляют соленоиды, контролируемые компьютером. Это позволило как сделать переключения более плавными и комфортными, так и улучшить экономичность за счёт повышения эффективности работы трансмиссии. Кроме того, на некоторых автомобилях появляются «спортивные» режимы работы трансмиссии, или возможность вручную управлять коробкой передач («Типтроник » и аналогичные системы). Появляются первые пятиступенчатые автоматические трансмиссии. Совершенствование расходных материалов позволяет на многих АКПП устранить процедуру замены масла, так как ресурс залитого в её картер на заводе масла стал сравним с ресурсом самой коробки передач.

В 2002 году на BMW седьмой серии появляется шестиступенчатая АКПП разработки ZF (ZF 6HP26). В 2003 году Mercedes-Benz создаёт первую семиступенчатую трансмиссию 7G-Tronic. В 2007 году Toyota представила Lexus LS460 с восьмиступенчатой АКПП.

Конструкция

Традиционные АКПП состоят из гидротрансформатора , планетарных редукторов , фрикционных и обгонных муфт , соединительных валов и барабанов. Также иногда применяется тормозная лента, затормаживающая один из барабанов относительно корпуса АКПП при включении той или иной передачи. Исключение - АКПП фирмы Honda , где планетарный редуктор заменён на валы с шестернями (как на МКП).

Гидротрансформатор конструктивно устанавливается так же, как сцепление на трансмиссии с МКП - между двигателем и собственно АКПП. Корпус гидротрансформатора с ведущей турбиной закрепляется на маховике двигателя, как и корзина сцепления. Основная роль гидротрансформатора - передача момента с проскальзыванием при трогании с места. На высоких оборотах двигателя (и обычно на 3-4 передаче) гидротрансформатор обычно блокируется находящейся внутри него фрикционной муфтой, делающей проскальзывание невозможным и ликвидирующей затраты энергии (и расход топлива) на вязкое трение масла в турбинах.

Гидротрансформатор состоит из трех турбин - входной (выполнена заодно с корпусом), выходной и статора. Статор обычно глухо заторможен на корпус АКПП, но в некоторых исполнениях затормаживание статора включается фрикционной муфтой с целью максимально эффективного использования гидротрансформатора во всем диапазоне оборотов.

Также существуют различные автоматизированные «роботизированные коробки передач». В настоящее время имеется два поколения роботизированных коробок. Первое поколение представляет собой компромисс между ручной и автоматической коробкой передач в которой присутствуют традиционные для МКП агрегаты (не органы управления) - сцепление и коробка с механическим приводом, однако управление ими осуществляет электроника. Они не обеспечивают должной плавности переключения передач из-за резкого прерывания крутящего момента и недостаточно совершенной автоматики. Надёжность их также пока не очень высока. Это коробки производства Aisin Seiki: Toyota Multimode и Magneti Marelli : Opel Easytronic, Fiat Dualogic, Citroën Sensodrive, а также Ricardo, устанавливаемые на спортивные машины - Lamborgini, Ferrari, Maserati и др.

На данный момент роботизированные коробки с одним сцеплением (для компактных автомобилей) практически повсеместно сняты с производства. Они еще стоят на некоторых моделях Opel и Fiat и вероятно, с рестайлингом моделей, будут заменены на высокоскоростные 6-ступенчатые планетарные, типа Aisin Seiki AWTF-80SC. Данную коробку уже используют в автомобилях Alfa Romeo, Citroën, Fiat, Ford, Lancia, Land Rover/Range Rover, Lincoln, Mazda, Opel/Vauxhall, Peugeot, Renault, Saab и Volvo. Данная коробка предназначена для переднеприводных автомобилей с крутящим моментом до 400 Н/м (6500 об./мин.), что делает ее удобной для турбированных и дизельных двигателей.

Второе поколение роботизированных коробок передач называется преселективная коробка передач . Наиболее известный представитель этого вида - Volkswagen DSG (разработчик Borg-Warner), она же на Audi S-tronic, а также Getrag Porsche PDK, Mitsubishi SST, DCG, PSG, Ford Dualshift. Особенностью данной коробки передач является то, что имеется два отдельных вала для четных и нечетных передач, каждый из которых управляется своим сцеплением. Это позволяет предварительно переключить зубчатые колеса очередной передачи, после чего почти мгновенно переключить сцепления, при этом разрыва крутящего момента не происходит. Данный вид автоматических коробок передач в настоящее время является наиболее совершенным с точки зрения экономичности и скорости переключения.

Типтроник

«TipTronic» - полуавтоматический режим работы АКПП, впервые реализованный компанией Porsche . В России слово «типтроник» часто применяется для названия всех аналогичных конструкций других производителей, хотя оно и является торговой маркой Porsche (другие производители называют аналогичные конструкции иначе).

В этом режиме выбор передачи осуществляется водителем вручную подталкиванием рычага селектора в направлениях «+» и «–» - переход на следующие передачи вверх и вниз. В канонической конструкции автоматически осуществляется только понижение передачи при падении оборотов двигателя до холостых. Трансмиссии ряда производителей, кроме того, автоматически повышают передачу при достижении предельных оборотов двигателя. Механически коробка передач при этом такая же, как и обычная АКПП, изменен только рычаг селектора и автоматика управления. Признак TipTronic-подобных АКПП - Н-образный вырез для перемещения рычага селектора а так же символы + и –.

Положения селектора АКПП

Виды селекторов

Селектор определяет режим работы АКПП. Расположение рычага селектора может быть различным.

Американский автомобиль с подрулевым селектором АКПП.

На автомобилях американского производства выпуска до 1990-х годов в основной массе селектор был расположен на рулевой колонке, что позволяло посадить на цельном переднем диване трёх человек. Для переключения режимов работы трансмиссии его надо было потянуть на себя и перевести в нужное положение, которое показывала стрелка на специальном указателе - квадранте. Изначально квадрант размещали на кожухе рулевой колонки, позднее его перенесли на большинстве моделей на щиток приборов.

К близкому типу можно отнести и селекторы, расположенные на панели приборов рядом с рулевой колонкой и щитком приборов, как например у некоторых моделей фирмы Chrysler 1950-х годов или Honda CR-V предыдущего поколения.

Типичный селектор современной АКПП

На европейских машинах традиционно было наиболее распространено напольное расположение.

На японских автомобилях встречались оба варианта, в зависимости от целевого рынка - на автомобилях для внутреннего японского и американского рынков и в наше время встречаются подрулевые селекторы АКПП, в то время как для иных рынков практически исключительно используются напольные.

В настоящее время обычно используется напольный селектор.

На минивэнах и коммерческих автомобилях вагонной и полукапотной компоновки, а также некоторых внедорожниках и кроссоверах с высокой посадкой водителя, довольно большое распространение имеет расположение селектора на панели приборов по центру (или высоко на консоли).

Plymouth середины 1950-х годов с кнопочным селектором АКПП (слева на панели приборов).

Существуют системы выбора режимов работы АКПП без рычага, в которых для переключения используются кнопки - например, на автомобилях Chrysler конца 1950-х - начала 1960-х годов, Edsel , отечественной «Чайке» ГАЗ-13 , многих современных автобусах (из известных в России можно назвать городские модели ЛиАЗ, МАЗ с АКПП фирмы Allison, имеющей кнопочный селектор).

Если система имеет рычаг-селектор, выбор нужного режима осуществляется его перемещением в одно из возможных положений.

Для предотвращения случайных переключений режимов используют специальные механизмы защиты. Так, на автомобилях с подрулевым селектором для переключения диапазона трансмиссии надо потянуть рычаг на себя, только после этого его можно перевести в нужное положение. В случае напольного рычага, используется, как правило, блокирующая кнопка, расположенная сбоку под большим пальцем водителя (большинство моделей), сверху (например на Hyundai Sonata V) или впереди (примеры - Mitsubishi Lancer X, Chrysler Sebring, Volga Siber , Ford Focus II) на рычаге. Или для его перемещения необходимо рычаг немного утопить. В других случаях, прорезь для рычага выполняется ступенчатой (многие модели Mercedes-Benz , Hyundai Elantra платформы i30 или Chevrolet Lacetti , на последнем прорезь выполнена ступенчатой, а рычаг надо утопить для перехода между режимами движения (после D и P-R). Также многие современные модели имеют устройство, не дающее переместить рычаг селектора АКП, если не выжата педаль тормоза, что также повышает безопасность обращения с трансмиссией.

Основные режимы работы

Что касается режимов работы, то практически любая АКПП имеет следующие режимы, ставшие стандартными с конца 1950-х годов:

• «Р» (англ. «Park» ) - парковочная блокировка (ведущие колеса заблокированы, блокировка находится внутри самой АКПП и не связана с обычным стояночным тормозом);
• «R» (англ. «Reverse» ; на отечественных моделях - «Зх») - задний ход (недопустимо включать до полной остановки автомобиля, на современных трансмиссиях зачастую существует блокировка);
• «N» (англ. «Neutral» ; на отечественных - «Н») - нейтральный режим (включается при кратковременной стоянке и при буксировке на небольшое расстояние);
• «D» (англ. «Drive» ; на отечественных - «Д») - движение вперёд (как правило, задействуются все ступени, либо все, кроме повышающих передач);
• «L» (англ. «Low» ; на отечественных - «ПП» (принудительно понижающая), или «Тх») - пониженная передача, «тихий ход» (для движения в сложных дорожных условиях).

Начиная с конца 1950-х годов, эти режимы располагают именно в такой последовательности. В 1964 году в США она была закреплена в качестве обязательной для использования американским Сообществом автомобильных инженеров (SAE).

Ранее пытались использовать иные варианты, но это оказывалось неудобным, даже небезопасным. Например, потребители, привыкшие к механическим трансмиссиям тех лет с подрулевым рычагом, у которых для включения первой передачи необходимо было потянуть рычаг на себя и опустить вниз, случайно включали задний ход и попадали в