секвентальная коробка передач
🔧 Секвентальная коробка передач
Эволюция механической коробки передач привела к изобретению целого ряда типов трансмиссий, которые в той или иной мере упрощали водителю управление автомобилем. Важным шагом в этом плане стало изобретение автоматической коробки передач, которая впоследствии трансформировалась и совершенствовалась, позволяя водителю вообще не задумываться о том, когда и как нужно переключиться на нужную передачу. Но и механическая трансмиссия не осталась без внимания инженеров – ее тоже постоянно модернизировали и модифицировали, изобретая все новые и новые механизмы переключения передач. Одним из результатов таких изысканий стала секвентальная коробка передач – трансмиссия, отличающаяся тем, что ее передачи можно включать только в строгой последовательности: вверх для повышения передачи, вниз – для понижения.
Принцип работы секвентальной трансмиссии
Этот тип КПП построен на базе обычной механической трансмиссии. Ее основное отличие заключается в том, что вместо косозубых здесь стоят прямозубые шестерни, отсутствует педаль сцепления (эту роль выполняет электронный блок управления), а передачи в этой коробке переключаются при помощи гидравлического механизма. Это в значительной мере (до 150 миллисекунд) сокращает скорость переключения, что наиболее важно для спортивных автомобилей, на которых, кстати, секвентальная КПП устанавливается наиболее часто. Так, именно коробка передач с секвентальным механизмом монтируется на гоночные болиды, участвующие в Формуле 1 и прочих соревнованиях подобного толка. Конструкторы поняли, что коробка передач с таким механизмом будет наиболее удобной для гонщика, ведь при езде на высокой скорости, когда автомобиль подвержен вибрации, достаточно сложно попасть в нужную передачу. А секвентальная коробка передач справляется с этой задачей на пять с плюсом.
Впрочем, уже не один десяток лет секвентальный механизм переключения передач используют и на «гражданских» машинах. В обиходе его называют «ручным» режимом и характерен он для автоматических трансмиссий.
Плюсы и минусы секвентальной коробки передач
Как и у всякого механизма, который работает под нагрузкой, у секвентальной трансмиссии есть свои особенности. К положительным сторонам этого агрегата относится отсутствие педали сцепления, что важно для водителей-новичков (если мы говорим об использовании этого типа трансмиссии на серийных автомобилях). Вторым положительным фактором селективной КПП считается скорость переключения передач, которая выше чем у классических автоматической и механической трансмиссий. Третьим плюсом этой коробки передач является экономичность – благодаря сокращенному времени переключения передач. Четвертый аспект – выбор из двух режимов переключения передач (автоматический либо механический). Для такой коробки характерно наличие подрулевых «лепестков», посредством которых водитель переключает передачи, не отрывая рук от рулевого колеса.
Есть у этой коробки и свои минусы, и кроются они в конструкции самого агрегата. Дело в том, что гидравлический механизм секвентальной КПП неустойчив к износу и при езде под большой нагрузкой склонен к частому выходу из строя. На спортивных автомобилях, где нагрузки весьма высоки, такую коробку зачастую перебирают после каждой второй гонки. Для секвентальных коробок, использующихся на серийных автомобилях (BMW M3, M5, Mercedes-Benz C-Class) характерен более высокий ресурс мощности вследствие того, что они не испытывают перегрузок, подобно гоночным автомобилям. И все же, если эксплуатировать секвентальную коробку неправильно (в ручном режиме важно чувствовать момент и вовремя переключать передачи), то и на серийном автомобиле она долго не прослужит – может выйти из строя гидравлический привод сцепления и прочие узлы и агрегаты этой трансмиссии. А ремонт секвентальной КПП – удовольствие не из дешевых.
Секвентальная коробка передач
Эволюция механической коробки передач привела к изобретению целого ряда типов трансмиссий, которые в той или иной мере упрощали водителю управление автомобилем. Важным шагом в этом плане стало изобретение автоматической коробки передач, которая впоследствии трансформировалась и совершенствовалась, позволяя водителю вообще не задумываться о том, когда и как нужно переключиться на нужную передачу. Но и механическая трансмиссия не осталась без внимания инженеров – ее тоже постоянно модернизировали и модифицировали, изобретая все новые и новые механизмы переключения передач. Одним из результатов таких изысканий стала секвентальная коробка передач – трансмиссия, отличающаяся тем, что ее передачи можно включать только в строгой последовательности: вверх для повышения передачи, вниз – для понижения.
Принцип работы секвентальной трансмиссии
Этот тип КПП построен на базе обычной механической трансмиссии. Ее основное отличие заключается в том, что вместо косозубых здесь стоят прямозубые шестерни, отсутствует педаль сцепления (эту роль выполняет электронный блок управления), а передачи в этой коробке переключаются при помощи гидравлического механизма. Это в значительной мере (до 150 миллисекунд) сокращает скорость переключения, что наиболее важно для спортивных автомобилей, на которых, кстати, секвентальная КПП устанавливается наиболее часто. Так, именно коробка передач с секвентальным механизмом монтируется на гоночные болиды, участвующие в Формуле 1 и прочих соревнованиях подобного толка. Конструкторы поняли, что коробка передач с таким механизмом будет наиболее удобной для гонщика, ведь при езде на высокой скорости, когда автомобиль подвержен вибрации, достаточно сложно попасть в нужную передачу. А секвентальная коробка передач справляется с этой задачей на пять с плюсом.
Впрочем, уже не один десяток лет секвентальный механизм переключения передач используют и на «гражданских» машинах. В обиходе его называют «ручным» режимом и характерен он для автоматических трансмиссий.
Плюсы и минусы секвентальной коробки передач
Как и у всякого механизма, который работает под нагрузкой, у секвентальной трансмиссии есть свои особенности. К положительным сторонам этого агрегата относится отсутствие педали сцепления, что важно для водителей-новичков (если мы говорим об использовании этого типа трансмиссии на серийных автомобилях). Вторым положительным фактором селективной КПП считается скорость переключения передач, которая выше чем у классических автоматической и механической трансмиссий. Третьим плюсом этой коробки передач является экономичность – благодаря сокращенному времени переключения передач. Четвертый аспект – выбор из двух режимов переключения передач (автоматический либо механический). Для такой коробки характерно наличие подрулевых «лепестков», посредством которых водитель переключает передачи, не отрывая рук от рулевого колеса.
Есть у этой коробки и свои минусы, и кроются они в конструкции самого агрегата. Дело в том, что гидравлический механизм секвентальной КПП неустойчив к износу и при езде под большой нагрузкой склонен к частому выходу из строя. На спортивных автомобилях, где нагрузки весьма высоки, такую коробку зачастую перебирают после каждой второй гонки. Для секвентальных коробок, использующихся на серийных автомобилях (BMW M3, M5, Mercedes-Benz C-Class) характерен более высокий ресурс мощности вследствие того, что они не испытывают перегрузок, подобно гоночным автомобилям. И все же, если эксплуатировать секвентальную коробку неправильно (в ручном режиме важно чувствовать момент и вовремя переключать передачи), то и на серийном автомобиле она долго не прослужит – может выйти из строя гидравлический привод сцепления и прочие узлы и агрегаты этой трансмиссии. А ремонт секвентальной КПП – удовольствие не из дешевых.
КУЛАЧКОВАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ(Cеквентальный механизм)
Созданная на основе выпускаемого в Омске комплекта шестерен, такая коробка передач для ВАЗ-2108 имеет несравненно более высокий КПД. Жесткий и безотказный механизм включения, простые шестерни вместо привычных косозубых — в такой КП нет потерь на трение, не «вылетают» передачи. Но главное — в принципе ее действия. После того как автомобиль тронулся с места, оперировать сцеплением для переключения передач вовсе необязательно, достаточно лишь ослабить усилие на педали газа. Само же переключение происходит всего в одной плоскости: рычаг к себе — передача выше, рычаг от себя — передача ниже. А теперь подробнее. Кулачковая коробка отличается от обычной в первую очередь тем что у неё муфты включения передач представляют собой не венец с множеством мелких зубцов, а несколько крупных кулачков (как правило, 5-7) которые входят в зацепление с такими же на шестерне с приличным зазором по ширине (это сделано для возможности мгновенного включения любой передачи) и конечно же никаких синхронизаторов. Этот же принцип используется на большинстве мотоциклетных коробок. Преимущества очевидны — в любой момент можно включить любую передачу даже без сцепления. Недостатки тоже есть — большие ударные нагрузки на двигатель, трансмиссию, привода, гранаты которые часто приводят к поломкам даже тех деталей, о которых раньше и не думали.
Зубья на шестернях делают, как правило, прямые, для того чтобы снять осевые нагрузки с валов. Это так же незначительно повышает КПД коробки (меньше трение в зацеплениях шестерён), а так же проще и дещевле в изготовлении. Как всегда есть и обратная сторона медали — меньшая несущая способность шестерён (у косозубых длиннее зуб и лучшее распределение нагрузок), что приводит к уменьшению передаваемого момента и надёжности. Поэтому их делают как можно мощнее (в хорошем исполнении шестерни выглядят как от коробки ЗИЛ-130). А о звуках, которые издаёт такой агрегат, речь никто даже не ведет.
Очень часто тюнингисты задают вопросы: а может поставить кулачковую коробку на свой автомобиль? Кулачковую коробку надо ставить только для использования в гоночных целях, т.к. те преимущества, которые она дает, не компенсируют её недостатков (при использовании в повседневной езде). К тому же эта коробка требует постоянной профилактики и смен масла из-за довольно быстрого износа и появления металлических частиц в масле, которые ведут к ещё большему износу.
У кулачковых КПП есть два типа механизма переключения: поисковый и секвентальный. При установке поискового механизма можно использовать в основном стандартные детали (пусть даже и доработанные). Секвентальный — это сложный, точный и дорогой механизм, который позволяет переключать передачи только на одну ступень за один раз — вниз или вверх.Cеквентальный механизм позволяет переключать передачи на одну ступень вверх или вниз, как на мотоцикле. Рычаг переключения двигается только вперёд-назад, на дисплей выводится номер включённой передачи.
Вилками переключения передач управляет специальный вал, который имеет борозды волнообразной формы. С каждым толчком рычага он крутится на определённый градус, а форма борозд способствует продвижению вилки в нейтральное положение, или на включение какой либо передачи.
Для переключения передач в секвентальных КПП можно использовать пневмо, или электро-привод рычага, расположив кнопку привода для удобства — на руле, или использовать подрулевой переключатель. Опять-таки это актуально только при гоночной езде когда некогда думать какая передача у тебя включена (у секвентальной коробки на щиток приборов выводится табло, показывающее какая передача в данный момент включена). К тому же в гоночном автомобиле сильно трясёт (а на наших трассах часто колбасит) и просто иногда трудно попасть в нужную передачу (при использовании поискового механизма). Но при обычной езде это не только не нужно, но и просто неудобно, т.к. всё время приходится переключаться через несколько ступеней.
Кулачковые коробки делают многие фирмы, специализирующиеся на гоночном оборудовании. Принципиально они все одинаковые. Различаются качеством ипользуемых материалов, небольщими конструктивными особенностями, тщательностью изготовления и ценой. Из известных и более менее качественных : Sadev, Gemini, Heuwland. Но все они безумно дорогие. Попытки найти компромисс между ценой и качеством часто оборачивается большими потерями (имеется большой опыт).
Три с половиной секунды… Многие водители, которые никуда не торопятся и берегут коробку передач, примерно столько же времени тратят на одно лишь переключение с первой на вторую. При испытаниях, когда переключение производится максимально быстро, почти ударом, но все же так, чтобы не повредить синхронизаторы, оно занимает примерно 0,5-0,6 с. Под временем переключения мы понимаем промежуток от начала выключения сцепления до его обратного включения. А вот спортивная кулачковая коробка передач, в которой синхронизаторов нет, и переключение происходит без выжима сцепления, позволяет сменить передачу почти втрое быстрее — примерно за 0,18-0,20 с. Неудивительно, что кулачковые КПП, несмотря на их малый ресурс и высокую стоимость, так популярны в гонках. Особенно если учесть, что выигрыш на каждом переключении составляет даже не 0,4 с, как можно было бы подумать, а гораздо больше. Ведь чем быстрее происходит переключение, тем меньше падают обороты двигателя, а следовательно, интенсивнее продолжается разгон. Опыт наших замеров показывает, что стоит при разгоне до 100 км/ч допустить малейшую оплошность — например, включить передачу недостаточно быстро — как результат ухудшается сразу на секунду-полторы. Особенно это актуально для турбомоторов, которые работают в узком диапазоне оборотов и за время переключения нередко успевают «свалиться» в турбояму. Преимущества кулачковых КПП очевидны. Но одно обстоятельство затрудняет их применение на дорожных машинах. Отсутствие синхронизаторов требует от водителя очень точных действий при переключениях. Без правильно выполненной перегазовки понижающая передача либо вообще не включится, либо включится с жестким ударом. В общем, нужно обладать твердыми спортивными навыками, чтобы ездить по городу с кулачковой КПП, но и в этом случае вряд ли такая езда доставит много удовольствия.
Понятно, чтобы ездить на „кулачке“, одних только денег мало, нужно еще и уметь ей пользоваться. Да и шумит такая трансмиссия сильно — примерно как серийная без масла. Впрочем, бывают кулачковые коробки, которые не требуют специальных „гоночных“ навыков (правда, на отечественные машины их, к сожалению, не ставят). Подобная система под фирменным названием SGSM разработана московской фирмой „Спортмобиль“ специально для автомобилей Mitsubishi Lanсer Evolution. Создана она на основе хьюландовской секвентальной коробки, которую часто ставят на полноприводные раллийные автомобили. А соль московской конструкции — в хитро организованном управлении двигателем: микропроцессорный „мозг“ фирмы Motec во время переключения передач независимо от водителя регулирует обороты двигателя. Причем делает это таким образом, что включение кулачковых муфт в коробке, несмотря на „замкнутое“ сцепление, происходит безо всяких толчков и ударов.
Знакомство с секвентальной трансмиссией
Длительное время коробка передач была механической, но нетривиальный механизм переключения, присущий данному типу трансмиссии, заставил конструкторов заняться поисками альтернативных способов переключения передач.
И их усилия оказались не напрасными – семейство КПП пополнилось сначала коробками-автоматами, а затем и другими разновидностями – роботизированными, вариативными, секвентальными.
Но так уж получилось, что рядовой автолюбитель с уверенностью может говорить только о механике и автомате. Гораздо меньшее количество автомобилистов в курсе, что такое вариатор или роботизированная трансмиссия. И совсем мало тех, кто знает, как устроена и работает секвентальная коробка. Мы решили восполнить этот пробел автомобильного образования.
Что такое КПП секвентального типа
Классическая механическая коробка, несмотря на некоторые недостатки, по-прежнему занимает доминирующие позиции в сегменте автомобильных трансмиссий. Этому есть объективное объяснение – овладеть навыками переключения достаточно просто, нужна лишь небольшая практика. Но главное – такая КПП предоставляет водителю свободу действий: двигаясь с нужной скоростью, он может переключаться на любую передачу без ограничений. Например, разогнавшись, переключиться с третьей сразу на пятую, тронуться с места со второй и даже третьей, если есть достаточный уклон, резко затормозить и включить вторую передачу после четвёртой.
Разумеется, полной свободой это назвать нельзя – выбранная передача должна соответствовать нагрузке на авто и скорости движения.
Секвентальная КПП этого не позволяет. Её основное отличие от механики – необходимость последовательного включения всех передач, независимо от направления.
Вы спросите, а какой смысл в такой трансмиссии? Ответ будет очень простым: в упрощении управления автомобилем. В этом нет никаких противоречий – машины с секвентальной коробкой не имеют сцепления, поэтому водителю вообще не нужно задумываться о том, какая передача в настоящее время задействована, и какую нужно включать при наборе скорости или, наоборот, при торможении. В результате процесс переключения передач заметно ускоряется, что можно назвать основным достоинством СКПП.
Строго говоря, коробки передач данного типа – неотъемлемая часть мототехники, особенно старых поколений, где переключение осуществляется ножной педалью. Но и сегодня, к примеру, мотоциклы BMW оснащаются именно этим типом трансмиссии, которая со временем тоже эволюционирует, становясь более совершенной, безотказной и удобной. Так, в настоящее время выпускаются семиступенчатые секвентальные коробки передач модели SMG. Первое поколение таких КПП устанавливалось на автомобили BMW Е36 М3 с 1996 года, с 2001 года SMG 2 стала основной трансмиссией Е46 М3, а третье поколение вошло в комплектацию Е60 М5.
Если при использовании МКПП у опытного и умелого водителя на переключение передач тратится порядка 0.6 секунды (среднестатистический показатель заметно выше), то использование современных секвентальных коробок позволяет уменьшить этот временной промежуток примерно втрое, до 0.2 секунд.
Безусловно, для рядового автомобилиста это некритично, а вот для спортсменов такой выигрыш во времени очень даже существенен, учитывая, что во время гонки переключаться приходится очень часто.
Следует считать заблуждением мнение о том, что СКПП устроена сложнее механики. Коробка-автомат – да, это действительно очень сложное устройство, а вот конструкция трансмиссии типа SMG проще, чем у МКПП. Хотя бы потому, что здесь отсутствуют синхронизатора, но об устройстве секвентальных коробок мы поговорим чуть позже.
Таким образом, правильный ответ на вопрос, что значит секвентальная КПП, заключается в следующем: это тип трансмиссии, в котором передачи переключаются исключительно последовательно (1-2-3-4 и т.д.), как вверх, так и вниз, но зато намного быстрее, при этом педаль сцепления отсутствует, а её роль выполняет электроника. По крайней мере, в легковых автомобилях.
Устройство, особенности, принцип работы СКПП
О главной особенности секвентальной трансмиссии вы уже знаете – это невозможность переключения передач в произвольном порядке (вернее, отсутствие возможности свободного выбора). Но в чём смысл такой коробки? Дело в том, что у водителя далеко не всегда имеется возможность включения нужной передачи посредством торможения (при переходе с высшей на низшую передачу) автомобиля. Особенно в случаях, когда количество передач большое (от шести и выше), что характерно для сельскохозяйственной техники, тракторов, большегрузных автомобилей.
Поскольку педаль сцепления (но не само сцепление) отсутствует, это теоретически упрощает управление транспортным средством – необходимость в синхронизации движений левой и правой ноги при переключении скоростей отсутствует. Управление сцеплением осуществляется бортовым компьютером, получающим все необходимые для этого сведения от сенсоров и датчиков, отслеживающих степень нажатия педали акселератора и попытки включения определённой передачи. ЭБУ, анализируя эти данные, посылает соответствующий сигнал на исполнительное устройство – прогрессивный блок СКПП, который и осуществляет корректировку скорости движения автомобиля.
Чтобы иметь представление, как работает секвентальная коробка передач, нужно также знать, что, в отличие от механического аналога, здесь вместо конусных шестерён используются прямозубые. Такой механизм имеет более высокий КПД за счёт снижения потерь на трении, однако при этом снижается крутящий момент. Этот недостаток компенсируют установкой шестерён большего диаметра. Отметим, что уровень шума при работе трансмиссии с прямозубыми шестернями намного выше.
Наконец, ещё одной особенностью секвентальной коробки является использование гидравлических сервоприводов, функция которых – облегчить и ускорить переключение между скоростями. Правда, сервоприводы используются и в роботизированных коробках, но там вместо гидравлики используется электрический привод.
Если на мотоциклах переключение передач осуществляется педалью, то в автомобилях – привычным рычагом или кнопками (которые даже более удобны в использовании, хотя это дело привычки). Место расположения рычага – либо стандартное, на центральной консоли, либо на руле, что характерно для «американцев» и «японцев». Обозначается такая коробка буквой «S» (от слова
Sequence, что с английского переводится как «последовательность», «последовательный»).
В некоторых вариациях секвентальной коробки переключение скоростей может происходить в автоматическом режиме. Обычно такие СКПП могут работать в трёх режимах:
Принцип работы секвентальной коробки передач основан на использовании классической механической трансмиссии, которую модернизировали, оснастив шестернями с прямыми зубьями. Благодаря наличию гидравлического механизма сервоприводов от водителя не требуется высокой точности при изменении режима движения транспортного средства, что ещё больше упрощает управление автомобилем. Всё, о чём ему нужно заботиться – следить за нагрузкой на силовой агрегат, производя последовательное переключение при ускорении и торможении без участия педали сцепления.
Как же достигается заметное снижение времени, затрачиваемого на переключение скоростей? Дело в том. что на механической КПП при переводе рычага из одного положения в другое тяга приводного механизма вначале подтягивается, затем происходит её поворот, и только после этого она нажимается. В секвентальной коробке используется совершенно иной принцип – здесь в работу включаются одновременно две тяги, одна из которых подтягивается, другая – сразу же нажимается. Другими словами, при переходе с третьей скорости на вторую в момент переключения тяга третьей передачи подтягивается, а второй – нажимается. В результате общее время переключения снижается с одной секунды (усреднённый показатель) до 0.12 миллисекунд.
Многие автомобилисты путают секвентальные коробки с кулачковыми. Между ними действительно есть немало общего (прямозубые шестерни увеличенного диаметра и длины, а также наличие торцевых выступов, служащих основой для зацепления с кулачками), благодаря которым и удаётся существенно сократить время переключения. Автомобили с кулачковой трансмиссией более динамичны, но в этом случае от водителя требуется немалый опыт, чтобы осуществлять переключение в нужный момент. У секвентальных трансмиссий такой недостаток отсутствует. Именно по этой причине коробки передач кулачкового типа ставятся исключительно на спортивные авто, хотя никто не запрещает вам выполнить соответствующий тюнинг и на обычном серийном автомобиле. Конструкторы болидов некоторых команд «Формулы 1» совместили достоинства обеих типов трансмиссий в одном устройстве, но, разумеется, сравнивать мастерство вождения гонщиков этой суперсерии с обычными водителями по крайней мере неуместно.
Преимущества и недостатки СКПП
Мы уже рассмотрели на концептуальном уровне основные достоинства секвентальных коробок. Пришло время обсудить преимущества трансмиссии этого типа более детально. Итак, основные плюсы использования такой КПП заключаются в следующем:
У искушённого читателя наверняка возникнет вполне резонный вопрос: если секвентальные коробки столь хороши, почему они до сих пор не получили массового распространения?
Ответ тривиален: наряду с несомненными достоинствами у этого типа трансмиссии присутствуют и столь же очевидные недостатки, в большинстве случаев перевешивающие преимущества. Опишем их:
Расскажем также об основных заблуждениях, связанных с упоминанием коробки передач секвентального типа:
Сфера применения секвентальной АКПП
Изначально такие коробки и в самом деле устанавливались только на автомобили, используемые в разных дисциплинах автоспорта. Впрочем, и сегодня этот тип трансмиссии в автогонках не имеет конкурентов, позволяя осуществлять переключение передач максимально быстро и без промежуточного падения оборотов. Несколько десятых долей секунды (строго говоря – минимум полсекунды) – это очень много там, где победителя от призёра зачастую отделяют сотые доли секунды. Добавьте к этому гидравлический механизм переключения – и получите действительно высокоскоростную трансмиссию, пускай и достаточно дорогую.
Но уже более двух десятилетий СКПП устанавливаются и на серийные авто. Пионером здесь оказался автоконцерн BMW, в настоящее время такой коробкой оснащаются, к примеру, модели M3/M5 от BMW или Mercedes-Benz С-класс. Некоторые путают такую трансмиссию с автоматом, именуя её «ручным» вариантом АКПП, что в принципе неверно, и мы об этом уже говорили. Обладатели авто, оснащённых секвентальной КПП, утверждают, что управление транспортным средством стало намного проще, а точного попадания в передачу в зависимости от режима движения не требуется.
На многие мотоциклы устанавливаются коробки, работающие по принципу последовательного переключения передач, причём такой технологии уже более 50 лет. Обычно это рычаг, переключаемый ногой, имеющий два положения: вперёд и назад. Нейтраль расположена между ними.
Секвентальная коробка передач устанавливается и на машины сельскохозяйственного назначения (трактора, гусеничная техника). Здесь рычаг переключения располагается также под ногами, как у мотоциклов, но может устанавливаться и на руль.
Наконец, СКПП оснащаются многие модели большегрузных грузовиков и другой тяжёлой спецтехники, у которых количество передач может превышать десяток – управлять такой механической коробкой было бы очень сложно.
