Роботизированные коробки передач: альтернативный или тупиковый путь развития?

Рычаг «робота» ничем не отличается от такового у «автомата». На всех нынешних «преселективах» есть ручной режим. А отличие от тех РКП, которые имеют одно сцепление, лишь в том, что предусмотрен режим Parking

Drom.ru продолжает цикл статей о различных типах современных трансмиссий. Мы уже рассказали об автоматических коробках передач и вариаторах. Сегодня мы исследуем новомодные роботизированные трансмиссии.

Парадоксально — при нынешнем развитии технологий, особенно в области двигателестроения, конструкторы всего мира до сих пор не пришли к единому мнению по поводу трансмиссии. Иначе говоря, не нашли тот идеальный ее вариант, который бы одинаково хорошо отвечал ряду принципиальных требований. Был компактным и не тяжелым. Обладал внушительным силовым диапазоном. Не имел значительных потерь крутящего момента — гидравлических или из-за трения. Экономил топливо, обеспечивал комфорт передвижения, приличную динамику. Наконец, располагал достаточным ресурсом, хотя это качество, по современным меркам, довольно условно. Так вот нет такого агрегата. Но попытки его получить продолжаются, и одна из них привела к созданию роботизированной коробки передач.

Эконом-вариант

Если по-простому описать принцип действия «робота», то это «механика», передачи и сцепление в которой включаются электро- или гидроприводами. Тем не менее, подобное описание, как и определение «робот» — слишком обобщенное. Ведь между какой-нибудь «пятиступкой» Easytronic на Opel и 7-ступенчатым «роботом» Graziano у Ferrari, помимо количества передач, целая пропасть инженерных решений и тонкой электронной настройки. Да что там, и конструкции у них принципиально отличаются, и установка их на автомобили имела различные цели. В общем, надо начинать с простого…

Первые «роботы» на серийных автомобилях появились в начале предыдущего десятилетия. Рецепт их получения был прост. Бралась проверенная «механика» с обычным сцеплением, которую дополняли электроприводами, «выжимавшими» диск и переключавшими передачи. Так у Toyota появилась трансмиссия MultiMode, у Ford Durashift, у концерна PSA 2-Tronic, у Honda i-Shift, не говоря уже об упомянутом Opel. В какой-то момент, когда на рынке дебютировали одновременно сразу несколько моделей, это даже стало напоминать какой-то бум. Чем он был вызван? Ответ напрашивается только один — экономией. Для значительной части потребителей Corolla, 207-х «Пыжиков» и прочих Fusion (среди которых много дам), не желавших ворочать рычаг механической коробки, производители предложили недорогую альтернативу «автомату» и «вариатору». Ведь пара сервоприводов, посаженных на хорошо отработанную основу, дешевле, чем АКП или CVT в «чистом» виде.

У опелевского Easytronic одно преимущество — за цену, несоизмеримую со стоимостью автоматической трансмиссии, он исключает педаль сцепления. Но имитирует АКП коробка плохо — с раздумьями и рывками

Маркетинговый и инженерный эксперимент не удался. Автомобили с «роботами», как оказалось, могут понравиться разве что самым непритязательным водителям, вроде вчерашних выпускников автошкол. Поскольку передвигаются, как эти самые выпускники — с рывками и толчками. Что еще хуже, с задержками при переключениях. Чтобы отсоединить диск от маховика, выбрать передачу и восстановить течение момента «роботам» требуется больше времени, чем нормальному водителю на обычной МКП. Вдобавок РКП могут «дурить» со ступенями. Поэтому рваные режимы движения, завершение обгона на нужной передаче или просто органичное вливание в поток для «робота» — сродни испытанию. К тому же, как выяснилось, эти коробки вовсе небезупречны с точки зрения надежности. И электроника «глючит», и греются, особенно в пробках, и ресурс сцепления иной раз далек от такового у опытного водителя на традиционной «механике» — бывает, 100 тыс. км, бывает, и вдвое меньше или даже вчетверо. Ну а отсутствие же режима Parking — меньший из раздражителей. В итоге сейчас «однодисковые роботы» более-менее активно используют только французы. Тем не менее, столь негативный опыт не оттолкнул производителей от роботизированной коробки. Компании, которые сделали ставку на подобные трансмиссии, лишь кардинально пересмотрели их конструкцию, предварительно копнув историю.

Вариант Doppel

Эволюция «роботов» поставлена с ног на голову. Простейшие агрегаты с одним сцеплением появились только в начале нынешнего столетия. Однако еще за 60 с лишним лет до них сначала Адольф Кегресс (1935 г.) — легендарный отец колесно-гусеничного движителя — а потом фирма ZF (1939 г.) получили патенты на механические коробки с двумя дисками сцепления. Неизвестно, были ли тогда, помимо бумажных, какие-то «наброски» в металле, но, к примеру, французский конструктор предлагал устанавливать такую трансмиссию на Citroen Traction Avant образца 1934 года. Технологически на тот момент это было невыполнимо. Поэтому об идее забыли почти на полвека.

Citroen Traction Avant должен был стать первым автомобилем в истории, оснащенным коробкой с двумя сцеплениями. Но в 1935 году для этого не было ни технологий обработки материалов, ни электроники

Своим возрождением она обязана спортивным инженерам Porsche. Известно, что в 80-е годы фирма активно участвовала в кольцевых гонках на выносливость. Именно под них немецкие конструкторы создали свою Doppelkupplungsgetriebe — коробку с двойным сцеплением. Прототипы с ней выступали несколько лет, показывая неплохие результаты. И все же агрегат оказался несовершенен — тяжел, огромен и недостаточно надежен. От него отказались даже в спорте, а о том, чтобы использовать на серийных автомобилях, тогда не было и речи. Не прижились в массовом автомобилестроении и коробки, которые устанавливались на раллийные Peugeot 205 или Audi Sport Quattro S1. Технологии того времени не позволяли, уложившись в определенный бюджет, довести их до серийного производства. О них снова забыли — на сей раз всего лишь на десятилетие.

Porsche 956 стал первым автомобилем, чья трансмиссия имела два сцепления. Он вышел на трассы в 1982 году

Porsche 962 с Dual Clutch Transmission побеждал в Европе и по другую сторону Атлантики. В итоге от агрегата отказались — был тяжел и сильно нарушал правильную развесовку болида. Серийное использование КП, опять же, было пока недоступно в силу технологической отсталости

Ту коробку, которую мы знаем под названием DSG (Direktschaltgetriebe, коробка с прямым переключением; внутреннее название DQ250) в Volkswagen начали создавать в середине 90-х. В 2003 году она появилась на ряде моделей VAG. Спустя несколько лет аналогичные конструкции начали осваивать конвейеры других производителей, что продолжается до сих пор. Многие компании заинтересовались агрегатом о двух дисках. В результате трансмиссия с Dual Clutch System появилась на самых разнообразных автомобилях — от спорткаров Bugatti Veyron, Ferrari 458 и Nissan GT-R до гражданских Alfa Romeo MiTo и Ford Focus или «китайца» BYD G6. А между ними — Porsche, BMW, Mercedes, Volvo, Renault, Mitsubishi. В чем причина такого повального увлечения роботизированными трансмиссиями с двумя сцеплениями?

Умножаем на два

С точки зрения голой механики все эти коробки построены по принципу МКП — никаких планетарных рядов, фрикционных пакетов, ремней или цепей. Вот только у них два ведущих вала, выполненных один в другом. И у каждого — свое собственное сцепление. А на ведомых валах — привычные шестерни и синхронизаторы. Суть в том, что каждый из ведущих валов вместе со сцеплением отвечает за свои передачи — один за нечетные, второй за четные. Пока автомобиль разгоняется (замедляется) на одной ступени, следующая уже включена, то есть шестерни соединены с синхронизаторами. Пора переходить выше (ниже) — блок управления размыкает первое сцепление и замыкает второе. Поэтому такие коробки и получили собирательное название «преселективные» — с предварительно выбранной передачей.

На левом снимке показано течение момента через нечетные передачи, на правом — через четные. В любом случае в коробке всегда включены две ступени — четная и нечетная

Два сцепления и подобный алгоритм работы обеспечивают феноменальную быстроту смены передач. На ряде автомобилей переключения длятся всего 200 миллисекунд, но у некоторых спорткаров коробки щелкают ступени еще оперативнее — за 100 мс. Это на уровне современных многоступенчатых «автоматов» и намного быстрее обычной «механики», не говоря уже о «роботах» с одним диском. Преселективные коробки легче АКП и не имеют значительных гидравлических потерь крутящего момента. А в сравнении с вариаторами могут переваривать куда больше Ньютоно-метров. Мотор-монстр Veyron, развивающий 1200 л. с. и 1500 Нм, тому доказательство.

У ряда преселективных трансмиссий есть характерная особенность — они не могут, подобно «автоматам», перескакивать сразу через несколько ступеней. Например, при режиме kick down переключения займут несколько больше времени, чем у современных АКП

И все-таки Dual Clutch Transmission небезупречны. Залог хорошего запаса по моменту — жидкость, в которой работает блок сцеплений. Она обладает фрикционными качествами и выполняет охлаждающие функции. Но она же и несколько снижает КПД агрегата. Другой источник расхода энергии — насос, создающий давление в гидроприводах, включающих сцепления и передачи. Для объемных и мощных моторов такие потери не принципиальны. Однако, работая вместе с компактными двигателями, например, от двух литров и менее, роботизированная трансмиссия с «мокрым» сцеплением не дает ощутимых преимуществ в сравнении с «автоматами». Попросту говоря, никакой экономии топлива.

Ох, уж эта погоня за получением наибольшего КПД, за экономией топлива и экологичностью силового агрегата. Если бы не она, автомобили продолжили бы оснащать коробками с пакетом сцеплений в масляной ванне — куда более ресурсным

В 2008 году Volkswagen первым обошел этот недостаток, создав еще одну модель DSG (DQ200). У нее два «сухих» сцепления, электронасос гидроприводов работает только по требованию. Вдобавок, имея семь ступеней против шести у DSG с «мокрым» пакетом, новый агрегат оказался даже легче. А автомобили с ним — экономичнее. Правильность пути, выбранного Volkswagen, позже подтвердили Fiat c Alfa Romeo, Mercedes и Ford. Правда, Mercedes спустя некоторое время отказался от подобной трансмиссии. Известно почему. При всех своих достоинствах сцепления, работающие насухую, имеют один принципиальный недостаток — способны передавать момент не более порядка 250 Нм.

Мокро, но не всегда надежно

Считается, что «роботы» с «мокрыми» сцеплениями более живучи, чем с «сухими». Отчасти и в теории это действительно так. На деле же роль играет доведенность агрегата до ума, то есть отсутствие «детских болезней», конструктивные нюансы и в целом особенность работы узлов коробки. Например, на ранних коробках Volkswagen нередки были поломки блока сцепления. Причем без видимых причин и внешнего воздействия. Оказалось, виновен маховик, чья неудачная конструкция  «приговаривала» диски.

Или вот такая интересная особенность. Мусор, образующийся в процессе работы сцеплений, забивает фильтры, попадает в блок управления коробкой, в мехатроник, выводит из строя соленоиды. Что характерно, больше от этого страдают коробки, установленные на мощных автомобилях. Скажем, DQ500 у Volkswagen или DL501 у Audi. Последняя вообще соседствует с моторами вплоть до 4,0-литрового V8. И тут можно запросто проводить аналогии с современными автоматическими трансмиссиями, где все узлы работают на пределе возможностей. Поэтому к жидкости в «роботах» с «мокрым» сцеплением нужно относиться так же, как к ATF в «автоматах»: менять ее вместе с внешним фильтром через 40-50 тыс. км. Впрочем, даже в этом случае беспроблемная эксплуатация в гарантийный период вовсе не гарантирована.

Porsche Doppelkupplungs, или PDK — еще один пример того, что преселективные коробки вытесняют автоматические. Она 7-ступенчатая, естественно, с «мокрым» пакетом сцеплений, двойными или даже тройными синхронизаторами. И способна перескакивать через несколько передач

А вот DQ250, устанавливающаяся на ряд моделей VAG с моторами объемом от 1,6 до 3,2 л, и 6DCT450, существовавшая на редком у нас турбодизельном Focus III, — вполне надежные агрегаты. Особенно, если первая работает с не самыми заряженными двигателями, а в отношении обеих владельцы исповедуют щадящую эксплуатацию. И, конечно, меняют в срок жидкость.

Сухо, но не всегда комфортно

Увы, DQ250, за некоторыми исключениями («горячие хэтчи», объемные моторы и т. п.), выживаются из производственной линейки. Наиболее массовые модели VAG комплектуются 7-ступенчатыми DQ200 с «сухими» сцеплениями. Помимо меньших потерь КПД, эта модель еще и дешевле, чем DQ250. Но расплата за более низкую себестоимость и лучшую экономичность может прийти уже с первых километров: в виде лязга, доносящегося из корпуса, и дерганий, вибраций на первых двух передачах. Неприятно, однако некритично. Иное дело — жизнь в городском трафике, пробках. Или рваные режимы езды. Постоянные переключения передач перегревают «робот», что сказывается на блоке мехатроники. Последний может попросить замены уже на 30-40 тыс. км. А сцепление, бывало, приходилось менять на 40-50 тыс. км. При этом приобретение запчастей — проблема. К тому же и стоимость велика. Скажем, блок сцеплений, вероятно, удастся приобрести за 25-30 тыс. руб., но «официально» он оценивается в 60-70 тыс. руб. Хотя немцы после модернизации «семиступки» в 2012-13 гг. обещают увеличенный ресурс. Да и гарантия, продленная до пяти лет или 150 тыс. км, вселяет кое-какие надежды. Жаль, что на некоторых моделях (Yeti, Octavia) альтернатива этому «роботу» — только механическая КП.

У DQ250 первых серий были проблемы с маховиком и «мокрыми» сцеплениями, которые устранили. И в целом эта коробка гораздо надежнее DQ200. К сожалению, последняя почти заместила DQ250. Сейчас этот шестиступенчатый «робот» остался на различных GT, RS да Cupra

У Focus III с моторами 1,6 и 2,0 л тоже либо чистая «механика», либо 6-ступенчатая роботизированная 6DCT250 с «сухими» сцеплениями. О ресурсе ее дисков и блока управления говорить, пожалуй, пока рано. Но некоторые наблюдения уже есть. Так, были случаи, когда заклинивало вилку включения сцеплений. Тек сальник первичного вала, масло попадало в корзину, что, в общем-то, не связано с особенностями именно «робота». Наконец, в начале 2012 года коробке меняли прошивку. До этого Focus досаждал рывками и вибрацией — при трогании, переключениях передач или движении на небольшой скорости. Повторимся, пока эксплуатационный опыт мал — автомобили свежи, их пробег не дошел до критических величин. Вместе с тем можно смело утверждать, что, как и DQ200, 6DCT250 не любит дерганой езды и пробок.

 
DQ200 (слева) и 6DCT250 (справа) – агрегаты-близнецы. Только первый разрабатывался Volkswagen совместно с Luk, второй создавался Getrag и предлагается Ford или, к примеру, Renault. Недавно им заинтересовались китайцы из фирмы Qoros. У обеих коробок сухое сцепление, валы, подшипники, шестерни и синхронизаторы смазываются обычной «трансмиссионкой». На DQ она меняется через 90 тыс. км, у DCT рассчитана на весь срок службы

Так есть ли у роботизированных преселективных трансмиссий осязаемые эксплуатационные преимущества? По сравнению даже с «автоматами», и тем более «вариаторами», «роботам», к примеру, не противопоказана длительная езда на высокой скорости. Пожалуй, такие условия для DSG и прочих DCT наиболее органичные. А экономия, экология, скорость переключений… В рамках масштабного перехода с одного типа трансмиссии на другой на уровне компаний или групп компаний наличие «преселективов» представляется выгодным. И одновременно выступает маркетинговым ходом. Все эти цифры — расход топлива, килограммы «снаряженки», сэкономленное «роботом» время переключений — не могут не привлекать клиентов. Или как минимум должны отвлекать потребителей от того, что им придется иметь дело с малознакомым агрегатом. Ведь иметь дело приходится уже вовсю. Хотя, признаться, хочется немного подождать, когда «роботы» станут столь же надежны, как механические коробки. Такое вообще возможно?