«Автомат» или «робот»? (Часть 2)
Преимущества и недостатки автоматических и роботизированных КП

Как исправляют недостатки АМТ. Известны конструкции роботизированных КП, в которых обеспечивается плавное переключение передач и практически незаметный разрыв потока мощности (на десятые доли секунды) за счет сложного электронного управления. При этом порой переключение сопровождается кратковременным снижением мощности за счет изменения угла опережения впрыска, а это лишний расход топлива. Однако усложнение электроники ведет к повышению цены КП, т. е. утрачивается одно из основных преимуществ АМТ перед АКП.

Плавное переключение передач без разрыва потока мощности в некоторых АМТ обеспечено за счет усложнения конструкции механической части: использование двух сцеплений, включающихся попеременно, в КП типа DCT (Dual Clutch Transmission), так называемых преселективных, самая известная из которых Volkswagen DSG). Известны также разработки DCT фирм BMW, Ford, Mitsibishi, FIAT, Ricardo, Hitachi и др. Конечно, из-за усложнения повышается стоимость агрегата.

Переключения передач в DCT выполняются довольно быстро, например, в DSG Volkswagen за 8 мс. В большинстве DCT (но не во всех!) имеется возможность «перескакивать» через несколько ступеней при переключениях на более низкие передачи, например, с 6-й прямо на 3-ю. Следует заметить, что процесс начала движения автомобиля, особенно на слабонесущих грунтах и скользкой поверхности, а также на бездорожье, очевидно, не может быть улучшен лишь быстрым переключением, т. е. в этом преимущество АКП – плавное увеличение мощности сохраняется. На грузовых автомобилях DCT не применяют по причине их дороговизны.

Компания Hitachi, например, предложила конструкцию, в основе которой все та же идея – два сцепления, включающихся попеременно. Специалисты компании утверждают, что их конструкция принципиально отличается от других DCT простотой: АМТ Hitachi может быть создана путем введения в существующую конструкцию механической КП дополнительного сцепления. В момент переключения, например, с 1-й передачи на 2-ю через дополнительное сцепление крутящий момент передается от двигателя на колеса через 5-ю передачу (в 5-ступенчатой КП), тем самым не разрывается поток мощности и движение автомобиля поддерживается крутящим моментом, величина которого рассчитывается системой управления. Система управления устанавливает необходимые обороты и мощность двигателя. В систему входят электрические или электрогидравлические актуаторы и 6 датчиков, по сигналам которых система управления «принимает решение» о переключении передачи. Такая концепция позволяет легко создать компактную и экономичную АМТ, но только для небольших автомобилей.

Иное решение предлагает английская компания Zeroshift. Она разработала АМТ, у которой длительность переключения передач близка к нулю (всего 30 мс, zeroshift – «нулевое переключение»). Благодаря увеличению скорости переключения передач улучшаются динамика (при переключениях нет необходимости уменьшать крутящий момент) и топливная экономичность автомобиля. Как заявляет компания, у этой АМТ более высокий к.п.д., чем у АМТ с двумя сцеплениями (DCT), и выигрывает она в цене по сравнению с автоматической КП. Основное ноу-хау Zeroshift – традиционные синхронизаторы в конструкции КП заменяются парами «ведущих» колец, соединенных втулкой, которые позволяют автоматическим актуаторам переключать передачи без разрыва потока мощности. По оценке специалистов Zeroshift, ценность конструкции в том, что эти кольца могут быть введены в существующие конструкции механических КП и производиться на существующем оборудовании тех же предприятий, что выпускают механические КП. Благодаря усовершенствованной системе управления экономия топлива может составить по сравнению с механической КП 2% и по сравнению с 6-ступенчатой АКП с планетарными передачами 7%. На тяжелых грузовиках, оснащенных пневмосистемой, используются пневматические актуаторы, на более легких автомобилях – электрогидравлические.

Для повышения топливной экономичности и улучшения динамики автомобиля в систему управления вводят различные программы, которые позволяют подобрать алгоритм переключения в зависимости от дорожных и прочих условий движения. Например, инженеры Renault Trucks разработали для грузовых автомобилей роботизированную КП Optitronik (на основе более ранней разработки Optidriver+), в системе управления которой предусмотрено несколько режимов переключения – «экономичный», «маневрирование», «kick-down» и «ручной».

Компания Detroit Diesel разработала для тяжелых грузовиков роботизированную КП AGS (Automated Gear Shift) с блоком управления TCU (Transmission Control Unit). В состав системы входит ряд датчиков, отслеживающих нагрузку на автомобиль, уклон дороги, радиус поворота, проскальзывание колес и др. В AGS имеются режимы ручного и автоматического управления, возможно переключение через несколько передач.

Компания WABCO Holdings Inc. представила на выставке в Ганновере IAA 2008 новую разработку – систему управления АМТ модульной конструкции Modular AMT. Система состоит из трех компонентов – модуль с рычагом переключения и электронным блоком управления в кабине, актуатор переключения, установленный на коробке передач, и актуатор сцепления. Система может работать и в автоматическом режиме, и в режиме ручного управления. К началу 2009 г. WABCO начала поставки этой системы крупной китайской автомобилестроительной компании CNHTC для комплектации грузовиков HOWO. Торговое наименование этой системы в составе продукции CNHTC – SmartShift with WABCO.

Коробки передач для дорожно-строительной техники

Следует подчеркнуть, что на тяжелой дорожно-строительной технике применяются автоматические коробки передач, принципиально не отличающиеся от тех, которыми комплектуют грузовые автомобили. Однако характер движения спецтехники иной, скорости редко превышают 40 км/ч и главные требования к трансмиссии в основном касаются обслуживания навесного оборудования – этим, конечно, отличаются их АКП от АКП грузовиков. В АКП спецтехники больше передач заднего хода, зачастую в конструкции есть «реверс», позволяющий все «передние» передачи сделать «задними». Отличаются передаточные отношения и набор передаваемых моментов, а также программы и алгоритмы управления переключением передач. Видов и типов спецтехники гораздо больше, их многообразие значительно шире, чем у магистрального автотранспорта, поэтому и характеристики АКП приспосабливаются к конкретному виду спецтехники, работающему в конкретных условиях.

Вместо КП или вместе с ними на спецтехнике часто используют гидрообъемный привод, рассматривать который в этой статье мы не станем.

Отдельные специалисты считают, что говорить об автоматических и механических КП правильно только в отношении автомобилей. Рассматривая трансмиссии спецтехники, надо отталкиваться от видов и класса машин. Специалисты Komatsu, например, определяют три вида трансмиссий – гидромеханическую, гидрообъемную и автоматическую. Первые две применяют для экскаваторов и бульдозеров, третью – для самосвалов.

Автоматическая коробка передач Komatsu K-ATOMiCS:

Это модернизированный вариант более ранней разработки АКП Komatsu. Название расшифровывается как Komatsu Advanced Transmission with Optimum Modulation Control System. Эта высокотехнологичная КП при любых условиях движения автоматически выбирает оптимальную передачу в зависимости от скорости машины, частоты вращения двигателя и положения селектора передач. АКП может иметь от 6 до 9 ступеней в зависимости от модификации и устанавливается на ряде карьерных самосвалов Komatsu c жесткой и сочлененной рамой. Режимов работы двигателя два – Power (полная мощность) и экономичный Economy. Одна из особенностей K-ATOMiCS – Skip-shift, функция непоследовательного понижения передачи. При движении машины на подъеме эта функция служит для автоматического выбора передачи в зависимости от уклона дороги и позволяет сократить число включений понижающих передач, обеспечивает более плавное движение.

Выводы

В мире прослеживается отчетливая тенденция – расширяется применение КП обоих типов, и автоматических, и роботизированных. В некоторых странах до 70% магистральных тягачей продают с автоматическими и роботизированными КП. Это обусловлено и проблемой повышения производительности труда водителей, и проблемой квалифицированных кадров, т. е. перевозчики стремятся максимально уменьшить зависимость качества вождения от человеческого фактора. К тому же для водителя нет особой разницы, установлена на машине АКП или АМТ, в любом случае автоматика значительно облегчает его работу.

По мнению некоторых специалистов, роботизированные КП постепенно по мере совершенствования будут внедрены на коммерческом транспорте, везде, где сейчас используются механические коробки передач. Более того, АМТ способны полностью вытеснить АКП (в силу дороговизны последних) на машинах, которые эксплуатируются на дорогах с твердым покрытием, причем не только на магистральных грузовиках, но и на строительных самосвалах.

Основная область применения роботизированных КП, в которой их преимущества реализуются с максимальной отдачей, это магистральные тягачи. С несколько меньшей эффективностью АМТ можно применять и на самоходных кранах, мусоровозах, развозных фургонах и т. д. К тому же АКП и не предназначены для полной замены механических и роботизированных коробок передач. Они должны применяться в областях, где их преимущества наиболее эффективны в отношении экономии топлива и повышения надежности, сокращения времени рабочего цикла, т. е. повышения производительности машины и сокращения времени простоев, например при работах, где нужно часто останавливаться-трогаться, часто выполнять сложные маневры, где требуется высокая проходимость, а начинать движение приходится в сложных условиях – на подъеме, на слабонесущих грунтах, при высоких нагрузках.

Тем не менее, как считают некоторые специалисты, применение АКП будет постепенно расширяться. На строительно-дорожных машинах и прочей внедорожной технике, работающей в тяжелых условиях, уже сейчас используются практически только автоматические КП. Роботизированные КП на тяжелой спецтехнике почти не применяют, и перспектив к применению здесь «роботов» многие специалисты не видят. Например, ни на одной машине Case «роботы» не используются. Имеется одна машина, на которой используют так называемую «полуавтоматическую» КП: обычный «автомат» с ГДТ, в котором передачи переключаются вручную. Такая КП дешевле «полного автомата», поскольку в ней более простое электронное управление. На 30% моделей мини-машин производства США и Японии используются гидромеханические трансмиссии (на остальных – гидрообъемные). К тому же в стоимости строительных машин цена КП составляет небольшую часть.

Как видим, и у АКП, и у АМТ есть как определенные достоинства, так и недостатки. Многие ведущие компании в настоящее время продолжают разработку и АКП, и АМТ, а значит, оба типа КП имеют право на жизнь.

Если говорить о цене АМТ и АКП на российском рынке, то ценовая политика торгующих ими фирм часто далека от себестоимости производства коробок того или другого типа, но разница в доплате при замене механической КП на АМТ или АКП, по некоторым данным, может достигать 7 раз!

Испытания в TRC

Шведский независимый центр транспортных исследований TRC (Transportation Research Center) провел испытания двух грузовиков средней грузоподъемности в одинаковой комплектации, один из которых был оснащен АКП Allison 2200 HS, а другой – близкой по характеристикам АМТ. Испытания проводили на ряде эксплуатационных режимов.

Испытания показали, что самым важным фактором, позволяющим достигнуть максимальной экономии топлива, являются обороты двигателя. При движении со скоростью от 15 до 105 км/ч экономия топлива обеспечивается путем правильного подбора передаточных отношений в КП. Благодаря наличию гидротрансформатора и удачно подобранным передаточным отношениям АКП Allison обеспечивает более низкие обороты двигателя при движении на большинстве скоростей ниже 65 км/ч. Благодаря этому снижается удельный расход топлива. В указанном скоростном диапазоне грузовики средней грузоподъемности движутся большую часть рабочего времени. В более высоком диапазоне скоростей передаточные отношения обеих КП примерно одинаковы, т. е. у обоих грузовиков будут одинаковые частота вращения двигателя и расход топлива. Итак, АКП Allison позволяет грузовику быстрее разгоняться и работать при более высоких средних скоростях, чем автомобили с механической и роботизированной КП. Благодаря более высоким средним скоростям движения грузовик, оснащенный АКП Allison, показывает более высокую производительность, т. е. пройдет больше километров за меньшее время и перевезет больше грузов.