Компания ZF представила 9-ти ступенчатые коробки передач, позволяющие экономить до 16% топлива в сравнении с 6-ти ступенчатыми аналогами. Пока в серии две модели: 9HP28 и 9HP48, которые отлично сочетают экономичность с высокой производительностью.
Последние два числа в 9HP28 и 9HP48 говорят о том, что эти АКПП могут обрабатывать крутящий момент в диапазоне от 280 до 480 ньютон-метров и передавать его на колеса передней оси. Обе модели 9-ти ступенчатых АКПП можно установить практически на все полноприводные и переднеприводные автомобили с поперечным расположение двигателя. Модульная конструкция позволяет соединить модели ZF с гибридными силовыми установками и системой «стоп-старт» .
Переключать передачи новые автоматы 9HP28 и 9HP48 позволяют быстрее и без снижения оборотов двигателя. Обе модификации поддерживают переключение передач вручную, а также могут быть оснащены системой двойного сцепления типа роботизированных трансмиссий DSG.
9 ступеней против 6 ступеней
При скорости в 120 км/ч на девятой передаче мотор вращается всего со скоростью 19000 об/мин. Тогда как на стандартной шестой передаче движку необходимо уже 2600 об/мин, чтобы обеспечить ту же скорость. За счет этого и достигается экономия топлива.
По сравнению с автомашиной, оснащенной стандартной 6-ти ступенчатой АКПП, «девятки» заметно улучшают ходовые качества автомобиля. Появляется возможность делать двойные и тройные переключения передач без риска испортить автоматику коробки. В целом новое поколение трансмиссии похоже на предшественника, 8-м ступенчатые кпп, но с еще более развитой плавностью и удобством управления.
Особенности 9HP
- Специальный датчик активирует заднюю ось только в нужные моменты в соответствии с алгоритмом управления. Достигается экономия до 5% топлива в сравнении с постоянно работающим полным приводом.
- 9HP может быть использована для гибридных авто, которые завоевывают все большую популярность. В этом случае конструкторы предусмотрели замену гидротрансформатора электрическим двигателем.
- Отдельный электронный блок управления (ЭБУ) облягчает его ремонт электроники акпп .
- Блок гидравлики расположен на верхней части картера АКПП, а датчики находятся внутри трансмиссии. В результате очень легко подключиться к ЭБУ через разъем.
Компания ZF уже активно сотрудничает с производителями автомобилей. Honda объявила, что с 2014 года будет ставить модифицированные АКПП 9HP на ряд моделей. «Крайслер» и Land Rover также планируют перейти на девять ступеней.
Поскольку ZF Friedrichshafen AG ставит свои
8-ми ступенчатые коробки передач на автомобили Audi, Bentley, Chrysler, BMW, Jaguar, можно ожидать появления 9HP28 И 9HP48 и в машинах этих брендов.
9-ти ступенчатые коробки передач считаются наиболее оптимальным видом трансмиссии на сегодняшний день. Многие эксперты полагают, что дальнейшее увеличение числа скоростей не даст ощутимых приростов в экономии топлива и легкости управления. Более того, накручивание диапазонов может даже вызвать негативные факторы. Однако Hyindai, GM и Ford уже заявили, что планируют созать
10-ступенчатую коробку передач. Основная цель разработки - экономия топлива.
На рубеже 90-х, когда в нашу страну массового стали привозить иномарки, за редким исключением, считалось, что автоматическая коробка передач - конструкция, далекая от совершенства. В кругу тех, кто в теме царило мнение: настоящий профессионал ездит на «ручке». Подобное отношение во многом складывалось за счет подпорченного здоровья экземпляров со вторичного рынка и конструктивного несовершенстваагрегатов тех лет.
Авторитет автоматической трансмиссии начал всерьез укрепляться в России с обновлением автопарка и развитием самого агрегата. Со временем автомобили с автоматом стали доступны и на первичном рынке, а сами коробки из четырехступенчатых превратились в пяти, благодаря чему логика их работы повысилась на порядок.
Массовое появление шестиступенчатых автоматов случилось в условиях конкуренции с бесступенчатыми вариаторами CVT и роботизированными коробками с одним или двумя сцеплениями. Именно тогда отношение к традиционным автоматам с гидротрансформатором изменилось коренным образом. Подозрения иссякли. Автоматическая коробка стала восприниматься неоспоримым плюсом. Хотя в отношении роботов и вариаторов недоверие сохранилось.
Европа сошла с ума. Неоспоримая черта Запада XXI века - экология. Она во многом диктует тенденции современного автомобилестроения. Машина нашего времени должна непременного соответствовать экологическим нормам Евро-5, Евро-6, расходовать минимум топлива и практически не выбрасывать в атмосферу CO 2 .
Один из путей достижения этих целей - многоступенчатые коробки передач. Новая эра - девятиступенчатый автомат. Первым, кто всерьез заявил об этом стал немецкий производитель комплектующих ZF, который вместе с инженерной командой Jaguar Land Roverв 2013 году примерилна Range Rover Evoque девятиступенчатый агрегат. Теперь эстафетную палочку перенял Mercedes-Benz, сообщивший недавно о скором запуске в серию трансмиссии 9G-TRONIC, которая раньше всего будет доступна на дизельном E350 CDIBluTEC, а позже распространиться и на остальной «алфавит» марки.
Главная задача нового автомата - совместить динамику, экологию и экономичность. Инженеры всеми силами стремились достичь поставленной цели. Согласно правилам NEFZ (новому европейскому ездовому циклу) E350 CDIBluTECв кузове седан с таким автоматом ест 5.3 литра солярки на 100 км. КПД новой коробки составляет невероятную цифру - 92% (для сравнения этот показатель у 7G-TRONIC составлял 85%), а диапазон передаточных отношений - 9,15. Благодаря этому частота вращения коленвала ощутимо снижается на высоких передачах и скоростях из-за чего улучшается не только экономичность, но и уровень комфорта, что для марки не менее важно, чем низкий расход. На языке обывателей это значит, что при скорости 120 км/ч на девятой передаче частота оборотов будет составлять 1350 об/мин.
Важное требование к инженерам в работе над агрегатом - упаковать изделие в заданные размерные и весовые параметры. В Мерседесе это назвали «Компактные облегченные конструкции».Несмотря на добавление двух передач и возрастание максимального передаваемого крутящего момента до 1000 Нм, новая коробка передач занимает столь же мало места, что и ее предшественница, и обладает при этом меньшей массой. Принцип двухсекционного картера был сохранен: корпус гидротрансформатора изготовлен из легкого алюминия, а картер коробки передач с оптимизированной по массе масляной ванной из легкого алюминия, а картер коробки передач с оптимизированной по массе масляной ванной из полимеров выполняется из еще более легкого магниевого сплава.
И этими подробностями не ограничиваются технические нюансы 9G-TRONIC. Хотя эта информация больше всего интереса инженерам с конкурирующих компаний. Ее актуальность не столь очевидна даже для сервисменов из дилерских центров, не говоря уже о солидных клиентах марки.
Текст: Роман Харитонов
|
|
Хорошо зарекомендовавшие себя семи- и восьмиступенчатые автоматические коробки передач используются в основном на моделях классической компоновки, так как в моторных отсеках переднеприводных машин места для таких агрегатов практически нет. Решить проблему попыталась компания ZF, представив первый в мире “автомат” серии “9HP” на девять ступеней.
Кстати, а почему именно гидромеханическая АКПП, а не, скажем, роботизированная коробка? Ведь использование многоступенчатых “роботов” с двумя сцеплениями сулит больше выгод: издержки на производство сокращаются, так как большинство деталей унифицированы с механическими трансмиссиями, а кроме того, за счет более высокой эффективности таких КПП динамика автомобиля растет, а расход топлива падает.
Однако в ZF уверены, что АКПП и работают более плавно, и в эксплуатации неприхотливы, и с надежностью у них проблем меньше.
Новая коробка была спроектирована в двух версиях: для крупных, мощных переднеприводных машин и для массовых малолитражек. Первый вариант, передающий до 480 Нм тяги, мы будем производить в США. Вторую, более компактную модификацию предложим для европейских моделей. Она выдерживает максимальный крутящий момент до 280 Нм, – рассказывает Бернард Козиара, один из менеджеров ZF. –
При ее создании у нас было два основных приоритета: улучшение плавности хода, а также повышение экономичности. Этим и вызвано столь большое количество передач. Ведь благодаря увеличенному диапазону передаточных чисел двигатель, работающий в паре с “9HP”, практически постоянно трудится в режимах, наиболее благоприятных для экономии топлива. Например, при движении на высшей, девятой передаче при скорости 120 км/ч частота вращения коленчатого вала не превышает 2.170 об/мин, в то время как тот же мотор в паре с прежней шестиступенчатой коробкой имеет частоту 2.890 об/мин.
Перед разработчиками новой АКПП стояла непростая задача: агрегат должен быть не только экономичным, но и компактным. Ради этого четыре комплекта шестерен расположили в шахматном порядке, стандартные многодисковые муфты заменили на кулачковые с гидроприводом, значительно модернизировали гидротрансформатор.
Специально для “9HP” создан новый адаптивный блок управления, который не только анализирует стиль езды и вводит поправки в алгоритм смены передач, но и дает водителю возможность задавать различные режимы движения: от “комфортного” и “экономного” до “спортивного”. Кроме того, благодаря этому блоку “9HP” изначально нацелена на работу с системами “старт/стоп”, а также в составе гибридных силовых установок.
Давид АКОПЯН,
фото ZF
Саарбрюккен - Москва
Будет показан первый серийный легковой автомобиль с девятиступенчатой коробкой передач. Им стал Range Rover Evoque.
Впрочем, честь разработки нового «автомата» принадлежит инженерам не Jaguar land Rover, а компании ZF Friedrichshafen AG.
Немецкая фирма ZF сотрудничает с JLR уже давно. В частности, на Range Rover стоит коробка предыдущего поколения - восьмиступенчатая ZF 8HP.
Новая коробка под названием 9HP заметно отличается от старой. Во-первых, она предназначена для машин с поперечно расположенным двигателем, то есть, в основном, переднеприводных. Во-вторых, в ней немало технических новшеств.
В коробке ZF 9HP четыре планетарных ряда шестерен — столько же было в 8HP, но в новой коробке они расположены в шахматном порядке. Благодаря этому удалось сделать коробку невероятно компактной — 367 мм длины, она всего на 6 миллиметров длиннее шестиступенчатой, стоящей сейчас на «автоматных» Evoque. Мало того — она легче на 7,5 килограмм!
Несмотря на то, что 9HP является настоящим автоматом, а не роботом, у коробки отсутствует гидротрансформатор. На 8HP он был заменен многодисковым гидродинамическим сцеплением, а на 9HP стоит блок из двух кулачковых муфт.
У кулачкового механизма отсутствует момент инерции в разомкнутом состоянии, которым «страдает» мокрое сцепление, а это уменьшает расход топлива.
Основная экономия же достигается тем, что высшая передача имеет передаточное отношение 9,84 (у шестиступки — лишь 6,04), благодаря чему по трассе автомобиль может ехать на оборотах около 1000 об/мин. Кроме того, благодаря большему количеству ступеней электроника получает возможность держать обороты в оптимальном диапазоне.
Наконец, система Start-stop, которой может оснащаться 9HP (подтверждения о наличии ее в «Эвоке» пока нет), работает не благодаря дополнительному насосу, а засчет поршневого пружинного гидроаккумулятора.
Все это в совокупности дает экономию в 16% по сравнению с шестиступенчатой КПП. Разница с восьмиступенчатой КПП могла бы составить, видимо, около 5%, но это не подтвердить экспериментально — 8HP предназначена для машин с продольным расположением двигателя.
Еще одно преимущество новой коробки — очень короткая первая передача, которая в кроссовере будет выполнять роль понижайки.
Коробка может работать как с передним, так и с полным приводом. Причем для полноприводной версии предназначен модуль AWD Disconnect, подключающий заднюю ось по команде электроники — он экономит еще 5% по сравнению с обычной версией.
А на гибридных автомобилях блок кулачковых муфт может быть заменен электродвигателем.
Наконец, вместо модуля «мехатроник» на новой коробке стоит EGS - электронный блок управления. Впервые специалисты ZF написали программу для блока управления самостоятельно. У блока предусмотрен 30-процентный запас по производительности, что в будущем позволит реализовать технологию «shift-by-wire» — электронное управление переключением передач.
Range Rover Evoque с девятиступенчатой КПП появится через несколько месяцев. Вслед за ним новую КПП получит, по всей видимости, Dodge Dart, а затем Honda Pilot.
Напомним также, что в концерне Hyundai-Kia разрабатывают 10-ступенчатую КПП. Боссы ZF уже успели сказать, что «девятиступенчатая КПП - естественный предел развития», а также напомнили, что современная КПП лишь на 11% хуже теоретически идеальной трансмиссии.
Постоянное и неуклонное ужесточение экологических норм вынуждает производителя модернизировать не только двигателя, но и трансмиссии. В результате чего автомобиль становится все сложнее..
Каких-то 80-90 лет назад люди более всего ценили комфорт. Им пришелся по вкусу телефон и, конечно, автомобиль. Следуя моде, автомобили тех лет строили максимально комфортабельным, с мягкой подвеской и легким рулем. Для удобства, конструкторы уменьшили количество передач в КП до трех, а то и до двух. Например, у Бугатти 28, тип 30, КП была трехступенчатая, причем для трогания с места и вообще езды использовалась вторая, прямая передача. На ней же Бугатти разгонялась до 150 км/ч. Первую передачу пускали в ход только при трогании в горку, а на третьей, скоростной, машину можно было разогнать до 200 км/ч. У Гитлера был Хорьх с двумя передачами, причем ездили (и трогались) на второй.
В последние годы тенденция изменилась в корне, сейчас в почете управляемость и экология. Подвески стали жестче, руль — острее, мотор — живее и быстроходнее. Количество же передач в коробках неуклонно растет, есть КП для легковых автомобилей с семью, восемью и даже девятью ступенями. Понятно, что жесткие подвески и острый руль дают автомобилю лучшую управляемость, из-за чего скорость движения по той же дороге увеличивается. Быстроходный оборотистый мотор наделяет автомобиль хорошей динамикой. А зачем нужна многоступенчатая коробка, какой в ней толк?
Дело в том, что коробка передач строится под конкретный двигатель. На старых моторах они были совсем не такими, как на современных — крутящий момент достигал максимума чуть ли не на оборотах холостого хода. За что расплачивались никудышной литровой мощностью, невероятными размерами и весом, вялой динамикой и — зверским аппетитом. Современные моторы в погоне за экономией топлива имеют куда меньшие рабочие объемы, и как следствие — меньший крутящий момент. Для поддержания двигателя в диапазоне рабочих оборотов и были созданы многоступенчатые КП. С увеличением числа передач конструкторы добиваются наиболее эффективной работы двигателя по экономичности и тяговым возможностям, а нормы экологии только подстегивают процесс. В качестве примера приведу две новые коробки, сконструированные одним из мировых лидеров по производству КП — немецким концерном .
Автоматическая 9-ступенчатая коробка 9НР
9НР в разрезе
Именно ZF Friedrichshafen AG разработала первую в мире 9-ступенчатую автоматическую коробку (9НР) . Это АКП для переднеприводных автомобилей с поперечным расположением двигателя. Две модели коробки перекрывают крутящий момент от 200 до 480 Н*м (9НР28 и 9 НР48 соответственно). Интересно, что в коробке предусмотрен апгрейд до гибридной трансмиссии или реализации функции «старт-стоп». Реализуется это просто — достаточно заменить гидротрансформатор стандартным стартер-генератором.
Стоит ли игра свеч, ведь девять передач — не шутка, агрегат получается сложным, и, значит, дорогостоящим? По всей видимости — стоит. По утверждению ZF, по сравнению с обычным 6-ступенчым «автоматом», экономия топлива у автомобиля с новой коробкой доходит аж до 16%. Такая эффективность достигается, прежде всего, благодаря весьма высокому общему передаточному числу коробки — 9,84. То есть большое количество ступеней АКП позволяют очень точно выбрать нужное передаточное отношение, ведь различие между соседними передачами маленькое, а чем меньше это различие — тем точнее можно выбрать передачу для заданного режима работы двигателя. Эта особенность положительно влияет на комфорт при езде и заодно позволяет двигателю работать в более экономичном режиме. Так, при движении на девятой передаче при скорости 120 км/ч частота вращения двигателя 2170 об/мин, а с 6-ступенчатой АКП — 2890 об/мин.
Обороты двигателя при движении 120 км/ч
Раcход топлива, кроме того, минимизируется блокированием гидротрансформатора на довольно низких оборотах, уменьшая тем самым гидравлические потери. При этом не только уменьшается расход топлива, но и растет динамика, поскольку момент от двигателя передается напрямую. Кроме того, этот новый алгоритм работы гасителя крутильных колебаний усиливает чувство слияния с автомобилем — скорость работы элементов системы управления и переключения ниже порога восприятия водителя.
Возможность быстрого переключения передач, в свою очередь, придает новой коробке спортивный характер. Интересно, что настраивать точки и динамику переключения передач, задавая разные режимы, от комфортного и экономного до спортивного, может не только производитель автомобилей, но и водитель, то есть система управления режимами движения коробки весьма гибкая. Система автоматического управления трансмиссией ATSYS включает в себя все устройства управления сцеплением, функцию адаптации, функции защиты коробки передач. Кроме того, система ASIS (алгоритм переключения передач) незаметно для водителя выбирает оптимальную передачу в зависимости от дорожной ситуации.
Алгоритм переключения передач
Соотношение передаваемого момента и веса различных АКП
Одно из важнейших преимуществ новой коробки — модульный принцип, по которому она создана. Например, для привода на все колеса может быть установлена дополнительная раздаточная коробка. Для этого разработан автоматически подключаемый полный привод (по терминологии ZF — AWD Disconnect). Эта система включает привод на задние колеса только при необходимости и экономит до 5% топлива по сравнению с постоянным полным приводом. Кроме того, коробка уже в серийном исполнении приспособлена к работе в режиме «стоп-старт» без вспомогательного масляного насоса. Так как при повторном старте блокируется только фрикционный механизм переключения, время реакции оказывается весьма незначительным. Важно, что коробка совместима и с гибридной версией: в параллельной архитектуре гибридного привода гидротрансформатор заменяется электромотором.
Большое число передач коробка реализует с помощью четырех комплектов шестерен и шести переключающих устройств. Очень сложной задачей была компоновка всех этих узлов в корпусе коробки, так как в легковом автомобиле с поперечным расположением двигателя пространство весьма и весьма ограничено. Выход был найден оригинальный: коробка состоит из двух планетарок с общей солнечной шестерней, а механизм переключения использовали кулачковый, с гидроприводом. У такого механизма высокий КПД и, и он мало влияет на монтажную длину коробки. Если у многодискового механизма переключения в разомкнутом положении действуют моменты инерции, вызывающие потери мощности, то у кулачкового потери очень малы. Это важно именно для коробки с большим числом передач: благодаря точному подбору передач здесь нет таких потерь при передаче потока мощности от двигателя, как в других трансмиссиях.
Основные особенности коробок 9НР
8-ступенчатая АКП 8НР
В отличие от 9-ступенчатой, новая 8-ступенчатая коробка (8НР)
, предназначена для автомобилей с продольным расположением двигателя. Два модельных ряда этой коробки покрывают очень широкий диапазон крутящих моментов — от 300 до 1000 Нм. 8HP — это первый автомат, позволяющий реализовать функцию «старт — стоп» без вспомогательного насоса. Уже сейчас коробка 8HP устанавливается серийно на некоторые модели Alpina, Audi, Bentley, Chrysler, BMW, Jaguar, Lancia, Land Rover, Range Rover и Rolls-Royce.
Широкий охват уровня входного крутящего момента позволяет применять коробку передач в самых разных классах автомобилей и с самыми разными типами двигателей. Это 8-супенчатая коробка снижает расход топлива автомобиля даже по сравнению с 6-ступенчатым автоматом второго поколения, который еще совсем недавно был образцом топливной экономичности.
Устройство коробки 8НР
Техническое решение основывается на концепции с четырьмя планетарными рядами шестерен и пятью элементами переключения. Поскольку на каждой передаче только два элемента переключения находятся в разомкнутом положении, потери тягового усилия из-за моментов инерции внутри коробки существенно снижаются. Кроме того, более высокое общее передаточное число (7,05 по сравнению с 6,04 у предшествующей модели) обеспечивает работу двигателя на более низких оборотах, что снижает расход топлива. Экономит топливо и уровень выбросов CO2 и системы гашения крутильных колебаний в гидротрансформаторе, в частности, быстрой его блокировкой при старте. Как и 9-ступенчатая коробка, новый 8-ступенчатый автомат отличается высокой скоростью переключения — ниже порога восприятия.
Зависимость веса и передаваемого крутящего момента для разных АКП
Гидроаккумулятор (система HIS)
8НР — первая модель ступенчатой трансмиссии, в которой можно реализовать функцию «старт — стоп». Дело в том, что при выключенном ДВС в коробке не будет давления масла, поэтому она не может функционировать. Однако в ней есть особое устройство — гидроаккумулятор, которое создает давление в коробке, и автомобиль может немедленно тронуться. Благодаря этому гидроаккумулятору импульсного действия автомобиль может повторно тронуться с места спустя всего 350 миллисекунд после отключения двигателя. Пружинный поршневой аккумулятор в доли секунды нагнетает гидравлическое масло, необходимое для старта, во внутренние узлы коробки. Режим «старт — стоп» позволяет снизить расход топлива с этой коробкой в общей сложности до 11% по сравнению с прежней 6-ступенчатой.
Экономия топлива с разными модификациями 8НР
Новая коробка может работать и в гибридной и полугибридной (со стартер-генератором) версиях, причем для этого не требуется никаких изменений, простой заменой гидротрансформатора на электромашину. Полугибрид позволяет сэкономить до 15% топлива, а полный гибрид — до 25%.
Коробка может быть дополнена полноприводной версией и другими разными элементами трансмиссии. Например, гидродинамическое сцепление с охлаждением (hydrodynamically cooled clutch — HCC) обеспечивает плавный старт и быстрое переключение передач. При этом в картере сцепления вместо гидротрансформатора устанавливается «мокрая» многодисковая муфта. У такой муфты момент инерции массы меньше, чем у гидротрансформатора, а это позволяет передавать больший крутящий момент, что и делает его привлекательным для спортивных автомобилей. Версий полного привода несколько. Во первых, это классический вариант с «навешиванием» дополнительной раздаточной коробки, как это обычно делается во внедорожниках. Во вторых — интеграция раздаточной коробки с включением привода на переднюю ось, так конструкция получается компактнее, легче, и с лучшим КПД. И в третьих — интегрированная полноприводная версия, в которой кроме раздаточной коробки в корпус автоматической коробки передач встроен еще и дифференциал.
Возможные пусковые элементы для коробки 8НР
Итог прост. Количество передач в коробках неуклонно растет и будет расти, а коробки будут все сложнее и сложнее. И главная причина тому — экологические требования. По всей видимости, и девять ступеней — не предел.
