Більшість водіїв вважають, що вибір автомобіля – це вибір між двома взаємовиключними варіантами. Або ви використовуєте педаль зчеплення та перемикаєте передачі вручну, або дозволяєте автоматичній коробці виконувати основну роботу за допомогою гідротрансформатора та планетарного ряду. Проте є і проміжний варіант. Його часто називають напівавтоматичною, автоматизованою механічною або безмуфтовою ручною коробкою передач. Технічний термін – двохвальна коробка передач (DCT).
Гоночні команди використовують послідовні механічні коробки вже багато років. Щодо серійних автомобілів? Це щодо нове явище. Індустрія визначає цей сегмент за допомогою однієї конкретної моделі: Direct Shift Transmission (DCT). Ми розглянемо, як працюють ці пристрої, як вони порівнюються з традиційними автоматичними та механічними коробками, і чому деякі експерти вважають, що це майбутнє перемикання передач.
Роби сам чи дозволь системі зробити за тебе
DCT за своєю суттю є дві механічні коробки передач, об’єднані в одному корпусі. Щоб зрозуміти її важливість, слід згадати, як працюють звичайні механічні коробки. Натисніть на педаль зчеплення. Це може призвести до від’єднання двигуна від трансмісії, що перериває передачу потужності. Перемістіть важіль, щоб перемістити шестерню на наступну передачу. Синхронізатор з’єднує шестерні, запобігаючи їх заїдання. Відпустіть педаль зчеплення. Потужність відновлюється.
Це створює проміжок. Вимкніть потужність та увімкніть її знову. Таке переривання може викликати ударне навантаження. Професійний водій може навіть вибити пасажирів із сідла під час перемикання.
Двохвальна система використовує два зчеплення, але не потребує педалі. Як і у звичайному автомобілі, складна електроніка та гідравліка керують зчепленням, але кожне зчеплення працює незалежно. Одне зчеплення відповідає за непарні передачі (1-а, 3-я, 5-а та задній хід). Друге управляє парними передачами: 2-й, 4-й та 6-й.
Така конфігурація дозволяє перемикати передачі, не перериваючи передачі потужності. Це відбувається послідовно.
Двохвальна трансмісія
Ця конструкція ґрунтується на двох концентричних валах. Зовнішній вал використовує парні передачі. Внутрішній вал використовує непарні передачі. Вони обертаються незалежно.
Коли ви вмикаєте третю передачу, потужність двигуна передається через перше зчеплення на вал з непарними передачами. Але друге зчеплення вже обирає 4 передачу. Шестерні знаходяться на своїх місцях. Синхронізація працює. Все, що потрібно, – це момент, що крутить.
Коли автомобіль проходить точку перемикання, електроніка замикає друге зчеплення та розмикає перше. Потужність негайно передається з валу непарних передач на вал парних передач. Нема проміжків. Нема ударів.
Саме тому DCT відчувається як швидша. Вона усуває переривання моменту, що крутить, характерні для традиційних механічних коробок. Але справа не лише у швидкості. Йдеться про ефективність. На відміну від рідинної муфти гідротрансформатора автоматичної коробки, вона має прямий механічний зв’язок. Використовуйте ефективність ручної роботи та зручність автоматизації.
Проте вона має свої особливості. Гідравлічна система може бути нестабільною на низьких швидкостях. Увімкнення зчеплення вимагає точної синхронізації. Якщо програмне забезпечення сповільнюється, ви це відчуєте. Це компроміс. Він замінює суто механічний зв’язок важеля складною двоконтурною гідравлічною системою.
В результаті виходить коробка передач, яка перемикається неймовірно швидко і майже грубою ефективністю. Це компроміс між залученням водія та комфортом. Чи складність обслуговування є виправданою — велике питання для сучасних покупців.
Опис архітектури подвійного зчеплення
Стандартний посібник із перемикання передач простий. Це вхідний вал. Відпустіть педаль, вимкніть передачу, перемкніть і знову увімкніть. Це лінійний процес. Все відбувається так, як очікується. Однак це дуже повільно.
Коробка передач із подвійним зчепленням (DCT) оптимізує цей процес, розподіляючи навантаження. Вона використовує два концентричні вали замість одного набору шестерень.
Уявіть собі російську матрьошку. Зовнішній вал порожнистий. Усередині нього знаходиться фіксований внутрішній вал. Вони обертаються незалежно один від одного та керуються окремими зчепленнями.
Розподіл ролей особливий. Зовнішній порожнистий вал відповідає за парні передачі, тобто 2-у та 4-ту. Внутрішній суцільний вал – за непарні (1-у, 3-ю та 5-ту).
Секрет не лише в устаткуванні. Незалежне керування зчепленнями.
Така конструкція дозволяє одному зчепленню використовувати один набір шестерень, тоді як інше зчеплення попередньо вибирає наступну передачу. При перемиканні передач ролі зчеплень змінюються майже миттєво. Втрат потужності немає. Затримок немає. Крутний момент передається безшовно.
Традиційні механічні коробки не можуть відтворити цей процес. Там використовується лише одне зчеплення. Щоб переключити передачу, доводиться вимикати все. DCT залишає половину трансмісії працюючої, в той час як інша половина готується до наступного етапу. Саме тому перемикання відбувається блискавично. Постійна подача потужності. Повна відсутність переривань.
Механізм змін
Оскільки роботизовані коробки передач з двома зчепленнями (DCT) мають ту саму «ДНК», що й традиційні автоматичні коробки передач, можна було б подумати, що для з’єднання двигуна та трансмісії необхідний гідротрансформатор. Це негаразд. Великі гідравлічні з’єднувачі пішли у минуле.
Натомість сучасні роботизовані коробки передач з двома зчепленнями спираються на мокрі багатодискові зчеплення.
Уявіть собі «мокре» зчеплення як бутерброд, просочений олією. Тертя-диски просочені мастильним матеріалом і виконують дві важливі функції: зниження тертя і, що важливіше, контроль інтенсивного тепла, що виникає під час перемикання передач. Це керування температурою дозволяє цим пристроям витримувати жорсткий крутний момент високопродуктивних двигунів, не перетворюючись на шлак.
Хоча деякі інженери експериментували із сухими зчепленнями для систем DCT (імітуючи просту відкриту пластину ручної коробки передач), всі сучасні серійні автомобілі, що наслідують архітектуру DCT, використовують мокрі зчеплення.
Це перевірена формула. Ви могли бачити цю техніку раніше всього двома колесами. Багато високопродуктивних мотоциклів використовують однодискові зчеплення з тих же причин: компактність та відведення тепла. Різниця полягає у масштабі. Автоматична версія призначена для витримування екстремальних навантажень, перемикаючи передачі за мілісекунди, зберігаючи при цьому трансмісію добре охолодженої під час щоденних поїздок на роботу або вихідних маршрутів.
Вибір цієї моделі обумовлений не лише охолодженням. Це питання точності. Мокре зчеплення забезпечує плавне включення на низьких швидкостях і знижує вібрацію, яка мала ранні спроби створення DCT. Для водіїв це означає, що автомобіль відчувається як ретельно налаштований пристрій, а не як робот, який намагається імітувати людину.
Чому воно мокре? Проблема тепла
Основна причина мокрого дизайну проста і ґрунтується на фізиці. Роботизована коробка з двома зчепленнями перемикає передачі, включаючи і вимикаючи зчеплення, поки двигун з’єднаний з колесами. Це створює тертя.
Сухе зчеплення розсіює тепло в повітрі, подібно до звичайної ручної коробки передач Honda Civic. Воно дуже легке. Вони дуже ефективні. Але воно не може витримувати безперервну агресивну їзду та рух у пробках без перегріву.
Мокре зчеплення вирішує цю проблему, використовуючи трансмісійну рідину як охолоджувач. Рідина циркулює навколо дисків, поглинає тепло та переносить його до радіатора охолодження. Це дозволяє DCT:
- Витримувати вищі навантаження крутного моменту
- Служити довше без зносу
- Досягати стабільного стану при старті з місця
Це компроміс. Ви втрачаєте деяку ефективність через опір рідини, але набуваєте довговічності та плавності роботи. Для потужного автомобіля це угода, яку можна прийняти без вагань.
Реальний вплив
То чому це важливо для вас?
Тому що мокре багатодискове зчеплення — це секрет роботизованої коробки з двома зчепленнями, що підходить для повсякденної їзди. Ранні системи з двома зчепленнями, такі як перша генерація Ford Powershift та ранні сухі зчеплення DSG Volkswagen були відомі своїми відмовими. Вони відчувалися дешево. Вони часто виходили з ладу.
З мокрим зчепленням історія змінюється. Це дозволяє таким виробникам, як Porsche, Audi та BMW, оснащувати свої потужні задньопривідні машини DCT. Наприклад, Porsche PDK безперечно є золотим стандартом. Він використовує мокре зчеплення для обробки величезного моменту крутного опозитного шестициліндрового двигуна 911 і перемикає передачі так швидко, що це майже непомітно. це
Механізми включення та відключення зчеплення
Як робоча рідина є «життєвою силою» гідротрансформатора, гідравлічний тиск є «життєвою силою» мокрого багатодискового зчеплення. Однак усередині поршня зчеплення ця рідина виконує особливу роль. При активації системи тиск усередині поршня зростає. Це зусилля впливає на кручену пружину, стискаючи її. Пружина згинається та притискає пакет дисків зчеплення та фрикційні диски до нерухомої натискної пластини.
Тут зустрічаються метал та математика. Фрикційні диски – це не просто плоскі пластини. Внутрішні зубці спроектовані так, щоб входити до паз барабана зчеплення. Якщо геометрія порушена, трансмісія вийде з ладу. Барабан знаходиться на іншому кінці вузла і безпосередньо з’єднаний із коробкою передач. Його функція проста: передавати потужність для обертання шестерень. Audi не просто додала пружини у свою модель із подвійним зчепленням. Вона використовувала комбінацію невеликої кручений пружини і великої мембранної пружини. Чому? Це дозволяє витримувати високі моменти, що крутять, без перегріву або прослизання.
Відключення – це протилежний процес. Зниження тиску робочої рідини. Пружина розтискається. Пакет зчеплення втрачає зусилля притиску. Передача потужності припиняється. Це дуже гарно. Це дуже швидко. Але чи можна цьому довіряти? Ми скоро дізнаємось.
Все більш очевидно, що DCT (коробка передач з двома зчепленнями) технічно є автоматизованою механічною коробкою. По суті це звичайний перемикач передач. У ній є первинний вал, проміжний вал, шестерні, синхронізатори та зчеплення. Відсутня лише педаль. Комп’ютери, соленоїди та гідравлічні системи беруть на себе основну роботу. Однак, ви можете приймати рішення. Перемикач, кнопка або важіль власними силами повідомляють комп’ютеру, коли перемикати передачі.
Справжня перевага тут полягає у відчуттях від водіння.
Швидкість перемикання та контроль з боку водія
Перемикання на підвищену передачу займає близько 8 мілісекунд. Це дуже швидко. Багато водіїв стверджують, що вона забезпечує найдинамічніше прискорення на сьогоднішній день. Перемикання відбувається також дуже плавно. Ви не зазнаєте звичайного жорсткого прискорення або ривків при перемиканні, характерних для традиційних механічних коробок і деяких автоматичних коробок з гідротрансформатором.
Ваш вибір? Ви вибираєте самі.
DCT дає водію свободу вибору: контролювати перемикання передач самостійно або дозволити комп’ютеру виконувати всю роботу.
Чому б не спробувати самостійно знайти такі пристрої? Успіхів. Бажаєте, щоб комп’ютер ухвалював рішення за вас? Він може робити це краще та швидше, ніж більшість людей.
Паливна ефективність та ринкові реалії
Показники паливної ефективності виглядають цікаво. Потік потужності від двигуна до коліс не переривається під час перемикання передач, що значно підвищує ефективність. Експерти припускають, що 6-ступінчаста DCT забезпечує відносне збільшення паливної ефективності на 10% порівняно з традиційною 5-ступінчастою автоматичною коробкою передач. Для спортивного автомобіля це величезна перевага.
Виробники працюють над технологією DCT, але не всі активно займаються її розробкою. Зміна виробничих ліній для випуску таких складних пристроїв коштує дорого. Додаткові витрати можуть збільшити базову ціну, що може злякати покупців, орієнтованих на бюджет, яким просто потрібен надійний транспорт.
Варіанти з варіатором (CVT)
Інші автомобільні виробники також активно інвестують у різні технології. Основними конкурентами є безступінчасті трансмісії (CVT). Вони плавно змінюють передавальні числа за допомогою системи шківів та ременя чи ланцюга. Чітких щаблів немає. Прискорення відбувається дуже плавно.
CVT знижує ривки при перемиканні та значно покращує паливну ефективність. Однак є одна велика вада. Такі трансмісії не здатні витримувати високі моменти, що крутять, характерні для справжніх спортивних автомобілів.
У DCT такого обмеження немає. Вони розроблені для роботи в умовах високих крутних моментів та потужності. У Європі механічні коробки передач домінують з погляду керованості та економічності, при цьому прогнозується, що роботизовані коробки передач з двома зчепленнями можуть зайняти 25% ринку. У той же час, до 2012 року, як очікується, лише близько одного відсотка автомобілів, що випускаються в Західній Європі, буде оснащено варіатором (CVT).
Все змінюється. Ми розглянули механізми та ринкові сили. Далі ми повернемося до історії DCT і подивимося на майбутнє.
Адольф Кегрессе займався не просто перебором шестерень. Він був інженером, який фактично винайшов трансмісію з подвійним зчепленням. Можливо, ви знаєте його найкраще по напівгусеничній всюдиході (Halftrack) – дивному гібриду автомобіля з нескінченними гумовими поверхнями. Він виглядає як танк, але рухається подібно до корабля. Кегрессе використовував ці вантажівки для підкорення бездоріжжя. 1939 року в нього з’явилася нова ідея. Він хотів створити трансмісію з подвійним зчепленням для легендарних автомобілів Citroen «Traction». Політичні інтриги у бізнесі стали на шляху. Проект помер на цьому етапі.
Через десятиліття концепція не зникла. Audi та Porsche побачили потенціал. Вони першими почали використовувати її у гоночних автомобілях.
Переваги Porsche PDK
Porsche Dual Clutch (або PDK) – це назва, вказана в брошурі. Спочатку це була напівавтоматична система перемикання передач за допомогою пелюсток за кермом. Вона була розроблена для швидкості, а чи не для комфорту. Гоночні автомобілі 956 та 962C були оснащені цією технологією.
1986 року автомобіль 962 фінішував першим на 1000 км у Монці в рамках чемпіонату світу серед спортивних прототипів. Це була перша перемога автомобіля, оснащеного PDK. Це більше, ніж просто трофей. Це показує, що концепція подвійного зчеплення працює навіть під тиском.
Перемога Audi на Пайкс-Пік
Audi теж мали свої моменти. У 1985 році ралійний автомобіль Sport Quattro S1 підкорив Пайкс-Пік. Висота гори складає 4300 метрів. Це серйозне випробування для будь-якого двигуна. Цей автомобіль використав трансмісію із подвійним зчепленням для перемоги.
Є два виробники. Дві різні епохи. Однак основна технологія залишається тією самою.
Від вантажівки до міської вулиці
Комерціалізація цієї технології була складною. Донедавна вона не могла застосовуватись у звичайних автомобілях. Volkswagen оптимізував свої процеси. Вони ліцензували технологію DualTronic від Borg Warner. Це зробило обладнання досить доступним та надійним для використання на дорогах загального користування.
Якщо подивитися на європейські автомобілі з DCT, то список виявиться досить довгим. Він є у Volkswagen Beetle. Те саме стосується Golf. Він також використовується в Touran і Jetta. Audi встановлює їх на моделі TT та A3. Skoda оснащує ними Octavia. Seat не забув Altea, Toledo та Leon.
Зміни сталися непомітно. Щоби це помітити, не обов’язково бути механіком. Перемикання відбувається швидше. Найплавніше. Розрив між гоночними технологіями та повсякденною їздою скорочується. Але який дизайн, який стоїть за цим? Він все ще дуже складний. Він все ще зачаровує. І він все ще розвивається.
Ford виходить на ринок подвійних зчеплень
Ford не відступив. Виробник офіційно працює над розробкою технології подвійного зчеплення, використовуючи свої європейські операції та спільне підприємство з компанією GETRAG-Ford (фахівцем з трансмісій) у співвідношенні 50/50. Прототип був представлений на міжнародному Франкфуртському автосалоні 2005 року. Це 6-ступінчаста коробка передач.
Реальність виробництва відстає від рекламних обіцянок. Транспортні засоби першого покоління із системою Powershift з’явилися на ринку приблизно через два роки після їхнього дебюту. Технологія є реальною. Вона просто збільшує часові рамки.
Як працює трансмісія з подвійним зчепленням
Механізм простіше, ніж це представляється у маркетингу. Конфігурація з подвійним зчепленням використовує два окремі зчеплення. Одне керує непарними передачами. Друге – парними.
Ці блоки працюють незалежно. Це означає, що педаль зчеплення не потрібна. Перемикання координуються комп’ютером. Результат? Перемикання займає кілька мілісекунд.
Для водія почуття залишаються плавними. Прискорення стає гладкішим. Крутний момент не переривається під час перемикання передач.
Переваги в порівнянні з традиційними автоматичними пристроями
Навіщо потрібна система з подвійним зчепленням? Головна перевага – ефективність. Вони зазвичай економічніші у плані витрати палива, ніж традиційні автоматичні трансмісії. Це досягається за рахунок відсутності втрат у гідротрансформаторі.
Водіння також було покращене. Перемикання відбуваються швидше та точніше. Це імітує роботу механічної коробки, але не вимагає ручного втручання.
Чи найкраще це стандартною автоматичною трансмісією? Для багатьох людей – так. Поліпшується ефективність палива. Перемикання відбуваються швидше. Це свого роду гібрид.
Автомат чи механіка?
Технічно це механічна коробка передач із комп’ютерним керуванням. Однак функціонально вона є автоматичною. Педаль зчеплення відсутня. Практично не потрібне втручання водія.
То чи є трансмісія з подвійним зчепленням автоматичною чи механічною? Вона займає проміжне положення. Вона використовує логіку вибору передач, характерну для механічної коробки, але робить це автоматично.
Динаміка водіння
Чи можна керувати нею так само, як традиційною автоматичною трансмісією? Не зовсім. Коробка передач вимагає певних звичок водіння, хоча комп’ютер перебирає управління передачами.
Проблеми можуть виникнути, якщо сильно навантажувати систему або надовго застрягати у пробках без належного охолодження. Щоб підтримувати систему у здоровому стані, водій повинен брати участь у процесі перемикання передач. Це не тип «задав і забув», як у автоматичних трансмісій із гідротрансформатором.
“Вам все ще потрібно самостійно перемикати передачі, щоб трансмісія працювала правильно.”
Цей нюанс є важливим. Це більше ніж просто коробка передач. Ця система потребує певної участі водія.
Детальна інформація про DCT
Для більш глибокого розуміння трансмісій та суміжних автомобільних технологій ознайомтеся з нижченаведеними ресурсами. Ринок трансмісій розвивається. Технологія удосконалюється. Рання ставка Ford дозволяє конкурувати на цьому ринку.
