Что такое трансмиссия автомобиля: объяснение простыми словами

Физические принципы работы

По способу передачи момента возможны различные варианты исполнения.

Механическая трансмиссия. Представляет собой набор валов и шестерёнчатых передач. Гидроавтоматические коробки также относятся к данной группе, поскольку гидравлика и электроника там используются только для управления процессом переключения передач.

Гидравлическая трансмиссия. Практически не применяется на автомобилях, хотя есть примеры её использования в мототехнике. Базовым принципом является использование гидронасоса высокого давления с одной стороны и гидромоторов в качестве исполнительных механизмов. Между ними расположена напорная магистраль с гибкими шлангами.

Электрическая трансмиссия. Выглядит самой простой и эффективной, видимо за ней будущее. К двигателю подсоединён генератор, вырабатывающий ток большой мощности, которым легко управлять и передавать его к исполнительным устройствам. В их роли применяются электромоторы. Мотор можно устанавливать на каждое ведущее колесо, реализуя любой алгоритм управления. В случае чистого электроавтомобиля в качестве источника энергии используется не генератор, а аккумуляторная тяговая батарея. Применяется реверсирование при реализации режима рекуперации энергии для подзаряда батареи при торможениях.

Гибридные схемы. Например, совместное использование механической передачи на одну ось и электрической – на другую. По такому принципу уже построены некоторые серийные автомобили.

Какая коробка передач лучше

Каждая из рассмотренных коробок передач имеет как преимущества, так и недостатки.

Отличия основных типов КП

Основные отличия автомобильных трансмиссий:

1. Механическая коробка на легковой машине может иметь до 6-7 передач переднего хода, обслуживание заключается в замене масла в соответствии с регламентом и проведении ремонта (в случае появления посторонних шумов). Ресурс агрегатов доходит до 600-700 тыс. км, что превышает срок эксплуатации мотора до капитального ремонта.
2. Классическая автоматическая трансмиссия может иметь до 8 передач (например, коробки Aisin, используемые на автомобилях Skoda Karoq или Octavia A8). Агрегат снижает нагрузку на водителя при движении в пробках, а дополнительные ступени позволяют снизить расход топлива.
3. Робот бюджетного класса представляет собой симбиоз автоматической и ручной коробок, число ступеней не — более 5. Владельцу придется смириться с рыками при переключении передач и не всегда корректному алгоритму выбора скоростей.
4. Трансмиссии с 2 сцеплениями используются некоторыми производителями на машинах бюджетного класса B (например, Volkswagen Polo или Skoda Rapid с моторами объемом 1,4 л). В зависимости от модели, коробки имеют 6 или 7 передач, встречаются агрегаты с сухим или мокрым сцеплением (отличаются максимально допустимым крутящим моментом).
5. Вариатор бесступенчатого типа позволяет изменять передаточное число в диапазоне значений, ограниченном механической прочностью конусов и ремня. Поскольку кинематическая схема не позволяет реализовать реверс, то в конструкцию входят гидравлический трансформатор и планетарная передача. Вариатор не предназначен для передачи высокого крутящего момента при старте с места, поэтому в конструкцию вводят стартовую передачу (например, коробка Direct-Shift CVT от Toyota).

Преимущества и недостатки

Механическая коробка отличается простотой конструкции, что положительно сказывается на себестоимости узла и цене машины. Преимуществом является простота обслуживания и ремонта, агрегат позволяет снизить расход топлива. При покупке машины с МКПП следует учесть, что ручное переключение утомительно при движении в пробках. При переключении ступеней происходит разрыв потока мощности, что вызывает пробуксовку ведущих колес при движении по рыхлому грунту или заболоченной местности.

Классическая автоматическая коробка упрощает процесс управления автомобилем, самые надежные модели способны пройти без среднего ремонта до 350-400 тыс. км. Трансмиссия нуждается в периодическом обслуживании (замене масла и фильтра) и негативно влияет на топливную экономичность (за исключением агрегатов с 6 и более скоростями, которые позволяют снизить затраты горючего по сравнению с техникой, оборудованной механической коробкой). Дополнительным недостатком является замедленное переключение ступеней (даже при включении спортивного режима).

Роботизированные трансмиссии с двойным сцеплением обеспечивают мягкое переключение скоростей и снижают расход топлива на 5-10% по сравнению с классической ручной КПП (при одинаковом силовом агрегате). Коробки DSG поддерживают проведение компьютерной диагностики, показывающей степень износа фрикционов и время работы под разными нагрузками, что позволяет оценить состояние агрегата на подержанном автомобиле.

Покупатель может выбрать машину с вариатором, обеспечивающим плавный разгон и поддерживающим работу двигателя в диапазоне с минимальным расходом горючего. Трансмиссия позволяет буксировать прицепы и другие транспортные средства, но владельцу необходимо соблюдать рекомендации изготовителя по обслуживанию агрегата. При неаккуратной эксплуатации происходит образование стружки, выводящей из строя подшипники и ускоряющей износ многорядной цепи и поверхностей конусов.

Немного о синхронизаторе МКПП

Синхронизатор служит для безударного включения передач за счет выравнивания угловых скоростей вала и шестерни. Конструктивно синхронизатор состоит из муфты, двух блокировочных колец, трех сухарей и двух проволочных колец.

В процессе включения передачи вилка передвигает муфту к нужной шестерне, куда вначале перемещается блокировочное кольцо. Возникающая сила трения за счет разности угловых скоростей элементов поворачивает блокировочное кольцо до упора. Дальнейшее движение муфты синхронизатора и зацепление происходит только после выравнивания угловых скоростей. Более подробно почитать про синхронизатор можно в нашей статье Устройство и принцип работы синхронизатора КПП.

Трансмиссии заднеприводных автомобилей

Трансмиссия автомобиля с задним приводом состоит из следующих узлов:

• коробка передач,
• сцепление,
• карданная передача,
• главная передача,
• дифференциал,
• полуоси.

Благодаря тому, что производители устанавливают КПП в автомобилях с задними ведущими колесами на более мягкие опоры, в них заметно снижается уровень вибрации, что приносит дополнительный комфорт при поездках. Данный вариант трансмиссионной системы имеет более простую конструкцию и предусматривает установку коробки передач таким образом, что она присоединяется к заднему мосту вместе со сцеплением при помощи карданного вала. Такая схема крепления определяет концентрацию центра масс на переднюю ось.

Электронно-пневматическая система переключения передач (EPS)

Для облегчения переключения передач и вы­бора правильной передачи на грузовых ав­томобилях специалистами Mercedes-Benz была разработана система EPS (Elektronisch Pneumatische Schaltung). Она используется в 16-ступенчатых коробках передач, представляю­щих собой блок из четырех основных передач с подключенными передним и задним делителем. Конкуренты тоже не дремали, и сегодня автомати­зированные механические коробки передач есть в арсенале у всех производителей автомобилей промышленного назначения. Среди них такие из­вестные компании, как Scania (Opticruise) и Volvo (i-Shift). Iveco, MAN и Renault делают ставку на коробки передач производства ZF (Zahnradfabrik Friedrichshafen) — AS-Tronic. Эта коробка пере­дач работает без синхронизации, а синхронное вращение валов обеспечивается исключительно электронным блоком двигателя.

На рисунке 58 «Схематическое изображение электронно-пневматической системы переключения передач EPS»  наглядно показано, какие агрегаты относятся к системе EPS.

Процесс переключения передач

Блок управления анализирует входные дан­ные, такие, как команды на переключение пере­дач, частота вращения вторичного вала коробки передач, положение рычага переключения пере­дач. После этого блок управления активизирует соответствующие электромагнитные клапаны с помощью рабочих цилиндров, выполняющих переключения в основном пневматическим спо­собом. При переключении на более высшую или более низшую передачу переключение выполня­ется только на одном уровне (по одному ходу ры­чага переключения) и только при нажатой педали сцепления. Как правило, рычаг переключения передач в электронно-пневматической системе всегда находится в среднем положении, даже при включенной передаче. Чтобы выполнить пере­ключение на более высшую или более низшую передачу, необходимо при нажатой педали сце­пления переместить рычаг переключения пере­дач вперед или назад. При перемещении рычага влево включается нейтральное положение. Рычаг переключения передач должен сначала двигаться в соответствующем направлении до возникнове­ния ощутимого сопротивления. Когда сопротив­ление возрастает настолько, что рычаг не может двигаться дальше, это означает, что передача включена. После этого можно отпустить педаль сцепления и рычаг переключения передач. Номер включенной передачи отображается на дисплее. Если при переключении на более низшую пере­дачу раздается предупреждающий звуковой сиг­нал, передача не переключается, чтобы избежать превышения максимально допустимой частоты вращения коленчатого вала двигателя.

На рычаге переключения передач, кроме двух­позиционного переключателя групп переднего делителя, находится так называемая функцио­нальная кнопка. Если при переключении на более высшую или более низшую передачу одновремен­но нажать на эту кнопку, система «перепрыгнет» через одну передачу. При включении передачи за­днего хода (что возможно только из нейтрального положения на стоящем автомобиле), необходимо в любом случае нажать функциональную кнопку. В случае включения передачи из нейтрально­го положения во время движения, электронный блок сам выберет передачу, соответствующую скорости движения или частоте вращения ко­ленчатого вала двигателя. Переключение групп переднего делителя осуществляется с помощью двухпозиционного переключателя («медленная группа» (L)/«быстрая группа» (S)) через сцепле­ние, которое необходимо выжать тотчас после нажатия на переключатель. Кроме этого, преду­смотрен аварийный выключатель (вращающийся регулятор). В случае отказа электронного блока с помощью пневматического привода можно при­нудительно выбрать нейтральное положение ры­чага, включить вторую или четвертую передачи, а также передачу заднего хода.

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:

Как ездить на автоматической КПП и чего нельзя делать?

Чтобы правильно эксплуатировать коробку передач надо знать и учитывать основные правила:

• заводить авто только при нажатии педаль тормоза;
• дожидаться толчка, указывающего на полноценный запуск и лишь после этого жать на газ;
• при буксировании делать переход на сниженную передачу;
• при буксировке с запущенным мотором, скорость автомобиля должна быть не больше 50 км\ч, максимальное расстояние – 40 км, после чего надо дать остыть агрегату. В ином случае система продолжит работать «на сухую», что приведёт к быстрому износу деталей;
• при буксировании надо выбрать режим D2 либо L, регулируя при помощи педали тормоза вращение колёс.

Категорически запрещено:

• движение при парковочном положении рычага;
• спуск при нейтральной передаче;
• завод с толкача. В ином случае коробка может не прослужить и половину своего ресурса;
• установка рычага в положении «Р» и «N» при длительном простое;
• включение заднего хода, не дожидаясь полного прекращения езды в режиме движения впёрёд;
• включать режим «D» без полной остановки авто после режима заднего хода;
• переключение в режим «Р» до постановки на ручник;
• нельзя буксировать машину, если её вес больше другого ТС;
• применять режим «N» при обычной езде. Этот режим нужен только для эвакуации авто. Если его применять в других случаях, то может произойти гидравлический удар и быстрый износ коробки передач. В пробке можно и нужно применять режим «D» при нажатой педали тормоза столько, сколько это необходимо;
• переходить в режим нейтралки на ходу из режима «D». В этом случае автомобиль может заглохнуть и стать неуправляемым;
• при остановке на пригорке нельзя устанавливать режим паркинга. Правильнее – поставить авто на ручник, а только затем селектором выбрать режим «P». Для начала езды надо нажать на педаль тормоза, затем убрать ручной тормоз и только потом выбрать режим для движения.

Автомобилист должен изучить перечисленные правила перед началом использования АКПП. Их несоблюдение может стать причиной серьёзных неисправностей.

Вот стандартный порядок действий при трогании с места на авто на «автомате»:

1. Вставьте ключ в замок зажигания. До запуска стартера подождите несколько секунд, чтобы сработал бензонасос.
2. Нажмите педаль тормоза. Проверьте, чтобы на селекторе был выбран режим «P».
3. Не отпуская педаль тормоза, заведите автомобиль.
4. Не убирая ногу с тормоза, установите режим «D».
5. Уберите ногу с педали тормоза, сразу после этого авто начнёт двигаться впёрёд со скоростью 5 км/ч.
6. Чтобы увеличить скорость движения, следует нажать на «газ». Чем сильнее нажатие, тем выше разгон и передача.
7. Если понадобится остановить автомобиль, надо убрать ногу с педали газа и этой же ногой нажать на педаль тормоза.
8. Для кратковременной остановки установите селектор в режим «P», не отпуская педаль тормоза. При езде в пробке в режим паркинга переходить не надо. Чтобы продолжить движение, надо убрать ногу с педали тормоза и нажать педаль газа.

Отмечу, что современные автоматические коробки передач обладают кнопками «+» и «-», которыми можно повышать или понижать передачу вручную, так же как на механике. Когда следует переходить на режим «M»:

• При езде по грунтовке или бездорожье по низкой передаче.
• Для активной езды и манёвров.
• При съезде накатом с горки, с торможением двигателем. Если в этом случае применить режим нейтралки, то это со временем может повредить АКПП, а если применять режим «D», то скорость со временем будет возрастать.

Виды АКПП и их отличие друг от друга

Принцип работы всех видов АКПП сводится к перемене передаточного числа, которая обеспечивает преобразование мощности двигателя. Производители современных машин устанавливают трансмиссию таким образом, чтобы потенциал можно было использовать полностью. За счёт работы коробки передач, усилие передаётся от мотора к колёсам автомобиля с самыми маленькими потерями. Достигается это за счёт отсутствия разрыва сцепления.

Работа коробки запускается сразу после пуска мотора. В движение приходит маслонасос, нагнетающий давление жидкости. Колесо гидротрансформатора раскручивается в соответствии со скоростью вращения коленвала. Реакторные и турбинные остаются неподвижными.

Водитель за счёт нажима на педаль газа переключает передачи. Двигатель при этом раскручивается, провоцируя на движение насосное колесо. От лопастей под влиянием центробежной силы моторное масло переходит к турбине, обеспечивается вращение. Жидкость в результате переходит обратно к насосному колесу.

В отдельных коробках передач, при скорости 20-60 км/ч происходит автоматическая блокировка гидротрансформатора муфтой. Автомат при этом жёстко сцепляется с мотором, потому потеря мощности не прослеживается. Интересно, что при эксплуатации в таких условиях, масло быстрее приходит в негодность из-за перегрева и износа фрикционной накладки. Крутящий момент от двигателя переходит по выходному валу в АКПП.

Автоматическая система занимает передовое место среди числа всех известных вариантов. Новые системы постоянно разрабатываются и совершенствуются. Из общих списков можно выделить вариаторные, роботизированные и классические типы.

Классическая автоматическая коробка передач

Гидротрансформаторный модуль популярен до сих пор, несмотря на наличие других, более совершенных вариантов. Такая трансмиссия используется и сейчас. Её устанавливают на авто, сходящие с конвейера.

Стандартная АКПП

Коробка автомат включает планетарный редуктор, управляющую систему и гидравлический трансформатор. Последний элемент механизма является самым значимым, отсюда и название конструкции. Модуль активно используют на легковых и грузовых транспортных средствах.

Кому подойдёт автомобиль с АКПП сказать довольно трудно. Управлять автоматом после механики бывает достаточно сложно. Многим владельцам, несмотря на видимое упрощение режима эксплуатации, бывает тяжело перестроиться.

Роботизированная

Роботизированная коробка является достойной и более современной альтернативой для классического варианта АКПП. Переключение скоростей в ней обеспечивается за счёт взаимосвязи электрических механизмов, проявляющих активность за счёт электронного блока. Главное сходство этой системы с классической – наличие сцепления в корпусе КПП.

Роботизированная АКПП

Вариатор

Это устройство плановой бесступенчатой передачи, обеспечивающее передачу крутящего момента на колёса. Такая конструкция производит уменьшенный расход топлива при условии сохранения или приумножения динамических показателей.

Вариатор

При правильном использовании, вариатор помогает бережно эксплуатировать мотор транспортного средства. Модуль бывает цепным, ремённым, тороидальным.

Отличная статья в тему: Вариатор или автомат: что лучше и надежнее, плюсы и минусы, чем отличаются коробки передач, в чем разница

DSG

DSG это тоже роботизированная система, обеспечивающая автоматическое включение первой и второй скорости, при разомкнутости сцепления. Так модуль начинает подготовку ко включению повышенной передачи. При переключении сцепление первой ступени размыкается, а второй смыкается, действие происходит и в обратном порядке.

DSG-7

Сходство с механикой в том, что синхронизаторы способны переключать скорость при блокировки шестерни. Работа муфт обеспечивается с помощью движения цилиндров. Сцепление работает за счёт гидропривода.

Многовальные коробки прямого переключения

Такие коробки передач используют в спорткарах. Например, в Koenigsegg Jesko применяют КПП с 3-мя валами, 9 передачами и 7-ю фрикционами. Автомобиль моментально может переходить в спортивный режим, так и в экономичный городской. Регулируется это при помощи кнопки: полунажатие левой кнопки снижает передачу, полное нажатие – включает спортивный режим. Если полунажать на правую – передача повысится, если нажать до конца – включится экономичный режим.

А в некоторых спортивных Mercedes есть АКПП со сцеплением, который по стиля езды похож на вышеуказанный, но имеющий совсем другие внутренние составляющие.

Трехвальная 6-ступенчатая коробка передач Mercedes-Benz C-class sport coupe

Устройство механической коробки передач

Устройство механической КПП

Конструктивно механическая коробка передач состоит из следующих элементов:

• ведущий или первичный вал;
• ведомый или вторичный вал;
• промежуточный вал (для 3-х вальной МКПП);
• шестерни первичного и вторичного валов;
• механизм выбора передач;
• муфты синхронизаторов (синхронизаторы);
• картер;
• главная передача;
• дифференциал.

При этом устройство и принцип работы двухвальной и трехвальной трансмиссии отличаются друг от друга.

Двухвальная коробка передач: устройство и принцип работы

Схема двухвальной МКПП

Этот тип коробки является наиболее распространенным. Крутящий момент от двигателя через муфту сцепления передается на первичный вал. В зависимости от конструкции конкретной коробки передач часть шестерней на первичном и вторичном валах жестко закреплены на них, а часть свободно вращаются. Также на каждом валу расположен минимум один синхронизатор. Шестерни первичного и вторичного валов находятся в постоянном зацеплении друг с другом. Понять, какие из них зафиксированы, а какие вращаются, очень просто: шестерни возле синхронизаторов всегда вращаются на валу.

Шестерня главной передачи жестко закреплена на ведомом валу. Крутящий момент от вторичного вала к колесам транспортного средства передают главная передача и дифференциал. Последний обеспечивает вращение колес с разной угловой скоростью.

Механизм выбора передач в двухвальной КПП расположен в корпусе коробки и состоит из вилок и штоков, перемещающих муфты синхронизаторов. Механизм оснащен защитой от одновременного включения двух передач.

Принцип работы двухвальной трансмиссии следующий:

1. В нейтральном положении рычага переключения передач крутящий момента от двигателя не передается на ведущие колеса, шестерни на валах свободно прокручиваются.
2. При перемещении рычага водитель перемещает муфту синхронизатора соответствующей вилкой через систему тросиков или тяг.
3. Муфта синхронизирует угловые скорости соответствующей шестерни и вала, на котором расположен синхронизатор.
4. Муфта синхронизатора входит в зацепление с шестерней и крутящий момент начинает передаваться с первичного вала на вторичныый.
5. Происходит передача крутящего момента от двигателя на ведущие колеса с заданным передаточным числом.

Для движения задним ходом используется дополнительный вал с промежуточной шестерней заднего хода.

Схемы передачи крутящего момента на каждой из передач:

Нейтральное положение

1-я передача

2-я передача

3-я передача

4-я передача

5-я передача

Задний ход

Трехвальная КПП: устройство  и принцип работы

Отличие трехвальной механики от двухвальной в том, что здесь используются три вида валов. Помимо ведомого и ведущего также применяется промежуточный вал.

Первичный вал, соединенный со сцеплением, передает крутящий момент на промежуточный. Передача происходит через соответствующую шестерню — таким образом, валы находятся в постоянном зацеплении.

Устройство трехвальной МКПП

Промежуточный вал расположен параллельно первичному, все шестерни на нем жестко зафиксированы.

На одной оси с первичным расположен вторичный вал. За это отвечает упорный подшипник на ведущем валу, в который входит вторичный вал. При этом шестерни ведомого вала могут свободно вращаться и не имеют жесткой фиксации с валом. Шестерни вторичного вала находятся в постоянном зацеплении с шестернями промежуточного вала. Следовательно, в нейтральном положении КПП крутящий момент от первичного вала передается на промежуточный и далее на шестерни вторичного вала. Но поскольку они свободно вращаются на валу, автомобиль не двигается.

Между шестернями вторичного вала находятся синхронизаторы, работа которых заключается в выравнивании угловых скоростей шестерен вторичного вала с угловой скоростью самого вала за счет сил трения.

Синхронизаторы жестко закреплены на вале и за счет шлицевого соединения могут двигаться по нему в осевом направлении.

В отличие от двухвальной КПП, механизм переключения в трехвальной трансмиссии располагается на корпусе коробки и состоит из рычага управления и штоков с вилками. Механизм также оснащен блокирующим устройством для предотвращения одновременного включения двух передач.

Он может также иметь и дистанционное управление. При этом дистанционный механизм переключения обеспечивает кулиса или шарнирные тросы.

Принцип включения передач в трехвальной КПП аналогичен принципу работы двухвальной трансмиссии.

Устройство трансмиссии типа вариатор

Вариатор, или CVT (Continuously Variable Transmission), это разновидность бесступенчатой автомобильной трансмиссии. Вариатор способен плавно изменять коэффициент передачи во всем диапазоне скоростей и тяговых усилий, поэтому в процессе работы такой трансмиссии не наблюдается характерных толчков при переключении передач, свойственных другим видам трансмиссии.

На современных автомобилях самым распространенным видом является вариатор, основанный на работе клиноременной передачи. В нем передаточное число передается от ведущего шкива, соединенного с мотором, к ведомому, связанного с приводами колес. Между собой валы соединяются ремнем.

Принцип работы вариатора основан на изменении диаметра ведомого и ведущего шкивов при уменьшении или увеличении частоты оборотов двигателя. При трогании автомобиля, когда необходимо максимальное тяговое усилие, диаметр ведущего шкива минимален, ведомого максимален, что повышает коэффициент передачи. С набором скорости и увеличением оборотов силового агрегата диаметр ведущего шкива возрастает, а ведомого — падает, что уменьшает коэффициент передачи. Таким образом регулируется тяговое усилие, передаваемое на приводы колес. Как и на любых современных автомобилях, за регуляцию диаметра шкивов отвечает электроника, получающая команды из электронного блока управления.

Второй вариант бесступенчатой трансмиссии — тороидальный вариатор, встречающийся гораздо реже клиноременной схемы. При таком варианте передача крутящего момента регулируется роликами тороидальной формы, зажатыми между валами. Изменение передаточного числа осуществляется за счет увеличения или уменьшения площади контактных поверхностей соприкосновения роликов и валов. Для максимальной тяги роликовые зажимы поворачиваются в сторону ведомого вала, что увеличивает площадь соприкосновения и трение между ведомым валом и роликом. При увеличении скорости ролики поворачиваются в обратную сторону. Тороидные вариаторы более надежны и износостойки, однако дороже в производстве.

Плюсы бесступенчатой трансмиссии типа вариатор очевидны: она более динамична и эффективна, чем автомат, полностью отсутствуют рывки, выигрывает она и в экономичности по сравнению с автоматом. Однако и минусы вариатора также ярко выражены: ненадежность, относительно малый ресурс, дорогостоящий ремонт и необходимость дополнительного обслуживания (нужно покупать специальное трансмиссионное масло).