Что такое КПП робот в автомобиле?

Все о роботизированной коробке передач, и их разновидности по маркам авто.

Роботизированная коробка передач (обиходное название – коробка-робот) представляет собой механическую коробку передач, в которой функции выключения сцепления и переключения передач автоматизированы. Название «роботизированная коробка передач» свидетельствует о том, что водитель и условия движения формируют только входную информацию для системы управления, а работой коробки передач руководит электронный блок с определенным алгоритмом управления.

Роботизированная коробка передач сочетает в себе комфорт автоматической коробки передач, надежность и топливную экономичность механической коробки передач. При этом «робот» в большинстве своем значительно дешевле классической АКПП. В настоящее время практически все ведущие автопроизводители оснащают свои автомобили роботизированными коробками передач, устанавливая их на всю линейку моделей от малого до премиум класса.

Устройство роботизированной коробки передач

Роботизированные коробки передач различаются по конструкции, вместе с тем, можно выделить следующее общее устройство данного агрегата — механическая коробка передач с системой управления сцеплением и передачами.

В автоматизированных коробках передач используется сцепление фрикционного типа. Это может быть отдельный диск или пакет фрикционных дисков. Прогрессивным в конструкции коробки передач является т.н. двойное сцепление, которое обеспечивает передачу крутящего момента без разрыва потока мощности.

В основу конструкции роботизированной коробки положена механическая коробка передач. При производстве используются, в основном, готовые технические решения. Например, автоматизированная коробка передач Speedshift от Mercedes-Benz построена на базе АКПП 7G-Tronic путем замены гидротрансформатора на фрикционное многодисковое сцепление. В основе коробки SMG от BMW лежит шестиступенчатая «механика», оборудованная электрогидравлическим приводом сцепления.

Коробки-роботы могут иметь электрический или гидравлический привод сцепления и передач. В электрическом приводе исполнительными органами являются сервомеханизмы (электродвигатель и механическая передача). Гидравлический привод осуществляется с помощью гидроцилиндров, которые управляются электромагнитными клапанами. Такой вид привода еще называют электрогидравлическим. В ряде конструкций «роботов» с электрическим приводом (Easytronic от Opel, Durashift EST от Ford) используется гидромеханический блок с электродвигателем для перемещения главного цилиндра привода сцепления.

Электрический привод отличает невысокая скорость работы (время переключения передач 0,3-0,5с) и меньшее энергопотребление. Гидравлический привод предполагает постоянное поддержание давления в системе, а значит большие затраты энергии. Но с другой стороны он более быстрый. Некоторые роботизированные коробки передач с гидравлическим приводом, устанавливаемые на спортивные автомобили, имеют просто впечатляющую скорость переключения передач: Ferrari 599GTO — 0,06c, Lamboghini Aventador – 0,05c!

Эти качества определяют область применения «роботов» с электрическим приводом на бюджетных автомобилях, с гидравлическим приводом – на более дорогих автомобилях.

Электрический привод имеют следующие конструкции коробок передач:

• Allshift от Mitsubishi;
• Dualogic от Fiat;
• Durashift EST от Ford;
• Easytronic от Opel;
• MultiMode от Toyota;
• SensoDrive от Citroen;
• 2-Tronic от Peugeot.

Достаточно большое количество роботизированных коробок оснащены гидравлическим приводом:

• ISR (Independent Shifting Rods) от Lamborghini;
• Quickshift от Renault;
• R-Tronic от Audi;
• Selespeed от Alfa Romeo;
• SMG от BMW.

Управление роботизированной коробкой передач осуществляет электронная система, которая включает входные датчики, электронный блок управления и исполнительные механизмы. Входные датчики отслеживают основные параметры коробки передач: частоту вращения на входе и выходе, положение вилок включения передач, положение селектора, а также давление и температуру масла (для гидравлического привода) и передают их в блок управления.

На основании сигналов датчиков электронный блок управления формирует управляющие воздействия на исполнительные механизмы в соответствии с заложенной программой. В своей работе электронный блок взаимодействует с системой управления двигателем, системой ABS (ESP). В роботизированных коробках с гидравлическим приводом в систему управления дополнительно включен гидравлический блок управления, который обеспечивает непосредственное управление гидроцилиндрами и давлением в системе.

Исполнительными механизмами роботизированной коробки передач в зависимости от вида привода являются электродвигатели (электрический привод), электромагнитные клапаны гидроцилиндров (гидравлический привод).

Коробка передач с двойным сцеплением

Основным недостатком роботизированной коробки передач является сравнительно большое время переключения передач, что приводит к рывкам и провалам в динамике автомобиля и, соответственно, снижает комфорт от управления транспортным средством. Решение указанной проблемы было найдено в применении коробки передач с двумя сцеплениями, обеспечившей переключение передач без разрыва потока мощности.

Двойное сцепление позволяет при включенной передаче выбрать следующую передачу и при необходимости включить ее без перерыва в работе коробки. Поэтому другое название роботизированной коробки передач с двумя сцеплениями — преселективная коробка передач (от preselect — предварительно выбрать).

Другим преимуществом коробки передач с двойным сцеплением является высокая скорость переключение передач, зависящая только от скорости переключения муфт (DSG от Volkswagen — 0,2c, DCT M Drivelogic от BMW – 0,1c). «Робот» с двумя сцепления отличает еще и компактность, что актуально для малолитражных автомобилей. Наряду с этим, можно отметить повышенное энергопотребление коробки (особенно с «мокрым» сцеплением). Сравнительно высокая скорость переключения передач в совокупности с непрерывной передачей крутящего момента позволяют добиться отменной разгонной динамики автомобиля и экономии топлива.

В настоящее время двойное сцепление применяется во многих роботизированных коробках передач:

• DCT M Drivelogic от BMW;
• DSG от Volkswagen;
• PDK от Porsche;
• Powershift от Ford, Volvo;
• Speedshift DCT от Mercedes-Benz;
• S-Tronic от Audi;
• TCT от Alfa Romeo;
• Twin Clutch SST от Mitsubishi.

Даже великолепная Ferrari 458 Italia оборудована Doppelkupplungsgetriebe (коробка передач с двойным сцеплением). Все перечисленные роботизированные коробки передач используют гидравлический привод сцепления и передач. И лишь одна коробка передач на сегодняшний день имеет электрический привод устройств, это EDC (Efficient Dual Clutch) от Renault (время переключения передач 0,29с).

Пионерами массового применения коробки передач с двумя сцеплениями являются Volkswagen и Audi, которые устанавливают роботизированную коробку передач DSG и S-Tronic на свои автомобили с 2003 года. Коробка S-Tronic является аналогом коробки DSG, но в отличие от нее устанавливается продольно оси на задне- и полноприводные автомобили.

На автоматизированной коробке DCT M Drivelogic в системе управления реализуется функция Drivelogic, которая предполагает одиннадцать программ переключения передач. Шесть программ выполняются в режиме ручного переключения, а пять являются автоматизированными программами переключения передач. Данная функция позволяет адаптировать смену передач под стиль вождения конкретного человека. По сути, данная коробка является адаптивной коробкой передач.

Принцип действия роботизированной коробки передач

Работа роботизированной коробки передач может осуществляться в двух режимах: автоматическом и полуавтоматическом. В автоматическом режиме электронный блок управления на основании сигналов входных датчиков реализует определенный алгоритм управления коробкой с помощью исполнительных механизмов.

На всех роботизированных коробках предусмотрен режим ручного (полуавтоматического) переключения передач, аналогичный функции Tiptronic АКПП. Работа в данном режиме позволяет последовательно переключать передачи с низшей на высшую и наоборот с помощью рычага селектора и (или) подрулевых переключателей. Поэтому в ряде источников информации роботизированная трансмиссия называется секвентальной коробкой передач (от sequensum – последовательность).

Как работает роботизированная коробка передач

Скоро привычную ( — в русской версии) переключения передач заменит селектор с таким вот пазом в виде буквы «зю». И тренировать левую ногу в автомобиле будет уже нечем.

Чтобы ответить на этот вопрос, придётся вспомнить устройство обычной механической коробки передач. Основу классической «механики» составляют два вала — первичный (ведущий) и вторичный (ведомый). На первичный вал через механизм сцепления передаётся крутящий момент от двигателя. Со вторичного вала преобразованный момент идёт на ведущие колёса. И на первичный, и на вторичный валы посажены шестерни, попарно находящиеся в зацеплении. Но на первичном шестерни закреплены жёстко, а на вторичном — свободно вращаются. В положении «нейтраль» все вторичные шестерни прокручиваются на валу свободно, то есть крутящий момент на колёса не поступает.

Перед включением передачи водитель выжимает сцепление, отсоединяя первичный вал от двигателя. Затем рычагом КПП через систему тяг на вторичном валу перемещаются специальные устройства — синхронизаторы. При подведении муфта синхронизатора жёстко блокирует на валу вторичную шестерню нужной передачи. После включения сцепления крутящий момент с заданным коэффициентом начинает передаваться на вторичный вал, а от него — на главную передачу и колёса. Для сокращения общей длины коробки вторичный вал часто делят на два, распределяя ведомые шестерни между ними.

Принцип действия роботизированных коробок передач абсолютно тот же. Единственное отличие в том, что смыканием/размыканием сцепления и выбором передач в «роботе» занимаются сервоприводы — актуаторы. Чаще всего это шаговый электромотор с редуктором и исполнительным механизмом. Но встречаются и гидравлические актуаторы.

Управляет актуаторами электронный блок. По команде на переключение первый сервопривод выжимает сцепление, второй перемещает синхронизаторы, включая нужную передачу. Затем первый плавно отпускает сцепление. Таким образом, педаль сцепления в салоне больше не нужна — при поступлении команды электроника всё сделает сама. В автоматическом режиме команда на смену передачи поступает от компьютера, учитывающего скорость движения, обороты двигателя, данные ESP, ABS и других систем. А в ручном — приказ на переключение отдаёт водитель при помощи селектора КПП или подрулевых лепестков.

Проблема «робота» — отсутствие обратной связи по сцеплению. Человек чувствует момент смыкания дисков и может переключить скорость быстро и плавно. А электроника вынуждена перестраховываться: чтобы избежать рывков и сохранить сцепление, «робот» надолго разрывает поток мощности от двигателя к колёсам во время переключения. Получаются дискомфортные провалы на разгоне. Единственный способ достичь комфорта при переключениях — сократить их время. А это, увы, означает рост цены всей конструкции.

Революционным решением стала появившаяся в начале трансмиссия с двумя сцеплениями DCT (dual clutch transmission). Рассмотрим её работу на примере коробки DSG концерна Volkswagen. У коробки два вторичных вала с расположенными на них ведомыми шестернями и синхронизаторами — как у шестиступенчатой «механики» Гольфа. Фокус в том, что первичных валов тоже два: они вставлены друг в друга по принципу матрёшки. Каждый из валов соединяется с двигателем через отдельное многодисковое сцепление. На внешнем первичном валу закреплены шестерни второй, четвёртой и шестой передач, на внутреннем — первой, третьей, пятой и заднего хода. Допустим, автомобиль начинает разгон с места. Включается первая передача (муфта блокирует ведомую шестерню первой передачи). Замыкается первое сцепление, и крутящий момент через внутренний первичный вал передаётся на колёса. Поехали! Но одновременно с включением первой передачи умная электроника прогнозирует последующее включение второй — и блокирует её вторичную шестерню. Именно поэтому такие коробки ещё называют преселективными. Таким образом, включены две передачи сразу, но заклинивания не происходит, — ведущая шестерня второй передачи находится на внешнем валу, сцепление которого пока разомкнуто.

Когда машина достаточно разгонится и компьютер решит повысить передачу, размыкается первое сцепление и одновременно замыкается второе. Крутящий момент теперь идёт через внешний первичный вал и пару второй передачи. На внутреннем валу уже выбрана третья. При замедлении те же операции происходят в обратном порядке. Переход происходит практически без разрыва потока мощности и с фантастической скоростью. Серийная коробка Гольфа переключается за восемь миллисекунд. Сравните со 150 мс на Ferrari Enzo!

Коробки с двойным сцеплением экономичнее и быстрее традиционных механических, а также более комфортны, чем «автоматы». Главный их недостаток — высокая цена. Вторую проблему — неспособность передавать большой крутящий момент — решили с появлением DSG фирмы Ricardo на купе Bugatti Veyron. Но пока удел большинства суперкаров — «роботы». Хотя, например, коробка Ferrari 599 GTB Fiorano — не чета опелевскому Изитронику: время переключения у суперробота исчисляется десятками миллисекунд.

Сегодня коробки DCT есть не только у Фольксвагена, но и у компаний BMW, Ford, Mitsubishi и FIAT. Преселективные коробки признали даже инженеры Porsche, которые используют в своих машинах только проверенные технологии. Аналитики прогнозируют, что в будущем наиболее распространёнными трансмиссиями станут DCT и вариаторы. А дни третьей педали, похоже, сочтены — скоро она исчезнет даже из самых драйверских спорткаров. Человечество выбирает то, что удобнее.

Как ездить на машине с «роботом»: 6 правил, о которых мало кто знает

Роботизированная преселективная коробка передач — это, по сути, механическая коробка с двумя сцеплениями, сервоприводами и управляющим блоком. От простых роботизированных коробок она отличается тем, что может одновременно держать включенными две передачи и позволяет плавно переходить от одной к другой почти без разрыва потока мощности. Самый распространенный вариант — фольксвагеновская DSG и ее аналоги на автомобилях Skoda и Audi. Вариант Kia называется DCT, у Ford — Powershift.

С точки зрения водителя, преселективные коробки работают так же комфортно, как гидромеханические, но обеспечивают более быстрый отклик силового агрегата, мгновенную смену передач и экономию топлива на уровне обычной «механики». Коробка типа DSG не требует от водителя никаких особых знаний и манипуляций.

Роботизированная коробка стоит дешевле «автомата», но не уступает последнему по функционалу, поэтому таких систем на рынке будет все больше и больше. Но эксплуатация такого агрегата требует некоторого внимания со стороны владельца. Важно понимать, что для сохранения нормальной работоспособности преселективной коробки до 200 тыс. км пробега придется выполнять несложные правила.

«Робот» с двумя сцеплениями ставится на многие модели концерна Volkswagen. На сегодня есть два основных вида преселективных коробок — «сухая» семиступенчатая DSG-7 и «мокрая» шестиступенчатая DSG-6, у которой сцепления работают в масляной ванне. В обоих случаях диски сцепления изнашиваются из-за агрессивного стиля езды, резких ускорений, пробуксовок и других неправильных действий. Мы собрали шесть основных правил для владельцев машины с DSG, которые помогут продлить срок службы такой коробки.

Производитель не предусматривает замену или долив масла в преселективной коробке на протяжении всего срока ее службы, причем это касается коробок как с «сухим», так и с «мокрым» сцеплением. Но опытные механики рекомендуют все-таки проводить замену жидкостей, особенно в сложных условиях эксплуатации.

Каждые 60 тыс. км пробега автомобиля рекомендуется менять масло в коробке передач вместе с масляным фильтром, а также масло в блоке управления мехатроникой. Стоимость замены составляет 5–10 тыс. руб. в зависимости от масла и сервиса. Можно заменить масло самостоятельно, но это может сделать только опытный механик с использованием некоторого набора оборудования.

Электроника преселективной коробки передач подстраивается под манеру вождения водителя и начинает чуть заранее включать нужную скорость и в нужный момент включает сцепление. Когда водитель нажимает акселератор, трансмиссия заранее готовит повышенную передачу, а если тормозит — пониженную.

При агрессивной езде с резкими циклами разгона/торможения автоматика путается и не успевает подбирать нужную передачу, переключается максимально быстро, что создает дополнительные нагрузки на диски сцепления. При подобной манере езды лучше управлять коробкой в ручном режиме, хотя принципиально изменить нагрузки это не поможет.

Еще один важный момент, который следует знать владельцам машин с «роботом»: необходимо хорошо нажимать педаль тормоза при остановке и переключении режимов коробки. При слабом нажатии педали тормоза автомобиль находится в режиме трогания с места, диски сцепления не размыкаются до конца, от чего и изнашиваются быстрее.

Селектор коробки рекомендуется переключать плавно, а лучше — с небольшой задержкой. Отсутствие паузы при переходе, например, из «реверса» в «драйв» приведет к неприятному рывку. Кроме того, электронике требуется немного времени на настройку. А при переходе в парковочный режим рекомендуется еще до отпускания педали тормоза поставить автомобиль на «ручник» либо пользоваться режимом автоматической активации стояночного тормоза. После этого действия коробке будет проще при последующем трогании, особенно в гору.

Ради экономии топлива «робот» после трогания с места быстро переключается с первой на вторую передачу. Если потом водитель жмет на тормоз или не разгоняется, автоматика снова переходит на первую. Такой стиль езды, характерный для пробок, увеличивает нагрузку на коробку — из-за частых рывков происходит перегрев сцепления и ускоренный износ мехатроники.

В пробке можно перевести роботизированную коробку в ручной режим и трогаться с места исключительно на первой передаче. Обороты двигателя при этом будут выше, но для коробки передач такой режим работы считается более щадящим. Впрочем, производители подчеркивают, что коробки последних поколений (после 2014 года) не требуют подобных ухищрений, а, как правило, работают в пробке строго на второй передаче.

«Робот» сильно страдает от пробуксовок — быстро перегревается и ломается. Если машина с такой коробкой застряла в снегу или грязи, не стоит пытаться выбраться методом раскачки. Лучше всего перевести коробку в нейтраль и аккуратно вытянуть машину буксиром.

Машину с DSG также не стоит перегружать буксировкой прицепа или иного транспорта. Инструкция по эксплуатации не запрещает буксировку, но нужно иметь в виду, что подобные нагрузки сильнее изнашивают элементы коробки. То же касается и езды на сильно загруженном автомобиле.

Многие «роботы» оснащаются отдельным радиатором для охлаждения масла, который рекомендуется мыть хотя бы пару раз в год. Мелкие соты радиаторов быстро забиваются пылью и грязью, из-за чего эффективность охлаждения масла снижается. Кроме дорожной пыли отверстия забиваются реагентами, тополиным пухом и даже мелкими насекомыми.

Очистка радиатора занимает не много времени и может проводиться самостоятельно — мойку под давлением нетрудно провести и с наружной, и с внутренней стороны. Те, кто эксплуатирует машину на треке или в экстремальных условиях, ставят более производительные радиаторы, но для гражданской езды эта мера является избыточной.

Автомат? Робот? Вариатор? — 5 плюсов и 5 минусов каждого

Сегодня уже практически каждая модель на авторынке оснащается автоматической трансмиссией — классическим гидромеханическим автоматом, вариатором или роботизированной коробкой. Особенности каждого из агрегатов рассмотрели эксперты «За рулем».

Гидромеханический автомат

Главной же особенностью автомата является его выносливость: он может не только передавать большой крутящий момент мощного двигателя на колеса, но и пригоден для езды по бездорожью. Сегодня для легковых автомобилей выпускаются не только 4-ступенчатые автоматы, но и 6-ступенчатые, и даже 10-ступенчатые. Чем больше ступеней, тем миниатюрнее механизм и тем меньше у него запас прочности.

• доведенная до совершенства конструкция
• возможность переключения передач в ручном режиме
• отсутствие боязни пробуксовок
• большой срок службы у большинства агрегатов
• умение адаптироваться под стиль езды водителя

Вариатор

Вариатор отличается плавностью работы — передач здесь нет, а крутящий момент передается через ремень, скользящий по конусам и меняющий соотношение их оборотов. Ресурс вариаторов сопоставим с ресурсом гидромеханических автоматов. Но вариаторы не любят бездорожья и пробуксовок, перегреваются и быстрее выходят из строя. При этом в городе такая коробка незаменима именно благодаря плавности работы из-за отсутствия переключений.

• плавная работа
• двигатель всегда находится на оптимальных оборотах
• простота конструкции и ремонта
• невысокая стоимость агрегата по сравнению с классическим автоматом
• большой ресурс ремня (у некоторых вариаторов до 500 тысяч километров)

• шумность при разгонах (двигатель сразу выводится на максимальные обороты)
• скучное ускорение
• боязнь пробуксовок, бездорожья и долгих поездок на высоких скоростях
• частые замены масла
• высокая стоимость ремонта

Роботизированная коробка передач

Роботы бывают двух типов — с одним сцеплением и с двумя. По сути, это механические коробки, сцеплением и переключениями в которых управляют автоматика и электроника. Робот с одним сцеплением медлителен, а при переключениях автомобиль с ним «клюет носом», если водитель не успевает приотпустить в этот момент педаль газа. Вопреки ожиданиям, некоторые роботы с одним сцеплением не очень надежны. Зато дешевы.

• достаточно надежный агрегат
• ремонтировать и обслуживать так же просто, как и механические коробки
• в теории ресурс сцепления на 40% больше (в зависимости от условий эксплуатации)
• небольшое количество заливаемого масла
• низкая стоимость самой коробки и, в случае необходимости, ее замены

• автомобиль, стоя на подъеме, может откатываться — не рекомендуется убирать ногу с педали тормоза, если не собираешься сразу нажимать на педаль газа
• замедленные реакции подойдут только неторопливому водителю
• клевки при переключениях
• возможно размыкание сцепления в случае перегрева и переход коробки в аварийный режим

Робот с двумя сцеплениями гораздо расторопнее — он всегда держит следующую передачу наготове, из-за чего переключения происходят моментально и незаметно. Есть варианты с мокрым или менее надежным сухим сцеплением. Главная особенность всех роботов — они не любят езду по городу с частыми остановками в пробках и на светофорах.

• молниеносные незаметные переключения
• отсутствие потерь мощности
• экономия топлива
• малый вес агрегата и компактные размеры
• распространенность трансмиссии

• высокая стоимость коробки и ее обслуживания
• спорная надежность из-за сложности агрегата
• дерганое поведение в пробках
• малый ресурс сухого сцепления
• откат автомобиля на наклонной поверхности

Подробности детального сравнения с указанием степени надежности различных коробок, устанавливаемых на популярные в России автомобили Hyundai/Kia, Renault, Nissan, Subaru и Аudi, а также Volkswagen и Lada, — в июньском выпуске журнала «За рулем» (уже в продаже).