Как работает АКПП

[Toman]

В течение уже некоторого времени постепенно изучаю вопрос, что за зверь такой автомобильная АКПП и как на ней ездят. Потому как собираюсь менять машину, и в т.ч. рассматриваю вариант установки на машину коробки-автомата. Хотя бы из соображений минимизации вреда для здоровья от езды по пробкам, не говоря уж о комфорте. Но сам я ещё никогда не пробовал ездить на машине с АКПП. (Но некоторые из знакомых уже некоторое время назад пересели на японские машины с "автоматом", что, пожалуй, убедило меня в том, что на "автомате" ездить по крайней мере можно, что бы ни утверждали некоторые принципиальные сторонники "механики"). И вот по ходу ознакомления с темой вижу всякие удивительные, неожиданные вещи, касающиеся в основном алгоритмов переключения.

Как известно, если рассматривать историю коробок-автоматов, вначале они имели чисто гидравлическую систему управления с небольшим числом передач (поначалу 2, затем, в самом классическом варианте, 3, затем и 4, также добавилась и блокировка гидротрансформатора), а режимы, переключаемые положением селектора (а также в части случаев кнопкой овердрайва), ограничивались практически только ограничением на номер высшей доступной передачи (в некоторых случаях было и ограничение с нижней стороны). Затем стали появляться коробки с различными дополнительными переключениями режимов - вроде "спорт", "экономия", "зима" и т.п., с действием кнопки овердрайва и на переключения между всеми другими передачами, а не только запретом высшей. Что в принципе также может быть реализовано гидравлически, но в реальности пошла тенденция на электрическое и электронное управление для реализации этих режимов. Одновременно продолжалась тенденция к увеличению числа ступеней передачи, а также при электронном управлении стали появляться режимы с условным ручным переключением (в русском разговорном языке часто называемые "типтроник"). Наконец, в самых новых АКПП вместо явно переключаемых "подстроечных" режимов стали применять некую адаптивную самонастройку коробки в соответствии с какими-то представлениями о том, что хочет пользователь. Ну и всё это управление, кроме того, как-то интегрируется с управлением двигателем.

К сожалению, вся эта картина создаёт впечатление некого концептуального провала именно по алгоритмам переключений, затыкаемого по очереди разными костыльными решениями. Очевидно, что автомобильные АКПП создавались (а начало их разработки - это уже более 80 лет назад) с целью упрощения работы водителя, повышения комфорта, безопасности, а в ряде случаев и проходимости. Также достаточно очевидным представляется некий идеал интерфейса коробки передач: водителю не должно быть нужно делать ничего кроме того, чтобы, задав предварительно желаемое направление движения (вперёд или назад) и, опционально, ограничение скорости движения, оперативно задавать при помощи педали газа желаемую силу тяги относительно доступной на данной скорости движения, а также (при помощи какого-то ещё удобного органа управления) усиливать торможение двигателем и/или дополнительным замедлителем (если есть) относительно минимума, реализуемого по умолчанию просто при полном сбросе газа. При этом, вообще говоря, совершенно ни к чему совершать какие-то дополнительные манипуляции, чтобы указать на своё желание экономить топливо (вообще-то этого хотят все нормальные пользователи и всегда) или на желание ускориться настолько быстро, насколько возможно (об этом, казалось бы, очевидно говорит нажатая до упора педаль газа). Автоматическая адаптация современных коробок к манере вождения пользователя далеко не всегда правильно соответствует его реальным желаниям и потребностям (в частности, из-за непонимания глупой системой дорожных условий, которые могут заставлять пользователя ехать именно сейчас вот так, а не иначе, даже если это резко противоречит его обычным предпочтениям), и часто только раздражает, заставляя пользователя постоянно применять какие-то свои контрадаптации против этих постоянно меняющихся повадок коробки и двигателя (если их управление как-то интегрировано), либо вообще поневоле переключаться в "условно-ручной" режим.

Получается, что АКПП, хоть и решили часть проблем/неудобств "механики" для водителя (в первую очередь, если брать условия езды по пробкам - утомление и вред здоровью от постоянной работы с педалью сцепления, а также риск заглохнуть при каждом трогании с места), в общем случае не избавили водителя от необходимости какого-то более-менее активного контроля над переключением передач и специальных манипуляций для этого.

В чём же тут дело? Как так получилось, кто, тыкскыть, виноват, и что, тыкскыть, делать?

[Andrey Lukyanov]

Как так получилось, кто, тыкскыть, виноват, и что, тыкскыть, делать?

Виноват прогресс.

Просто включите D (drive) и ездийте.

[!!!]

Просто включите D (drive) и ездийте.

+1. А если хотите быть продвинутым драйвером, включайте режим "sport", если хотите, чтобы передачи переключались при более высоких оборотах, или "winter", если выпал снежок (тогда выключаются первые две передачи).

[злой]

Я так понял, весь этот мудрёж с управлением АКПП связан со следующим:

1. Имитация МКПП в контексте управления тягой - на МКПП можно выбрать нужное передаточное число при любой выбранной тяге. Почему на большинстве "обычных" моделей с автоматом до сих пор есть только варианты "больше-меньше", без возможности вручную выбрать нужную передачу, мне не вполне понятно. Что мешает сделать электронную систему, которая будет "втыкать" произвольную шестерню планетарного редуктора? То, что это никому не нужно?

2. Плавность переключения - понятное дело, что у автомобилей с автоматами огромное разнообразие мощности, приёмистости двигателей, типичных режимов эксплуатации и т.п. факторов, под которые трудно подобрать оптимальные триггеры переключения передач. Скажем, чисто гидравлическая регуляция переключения передач надёжна, но негибка, под каждую модель автомобиля необходимо подбирать свои оптимальные входные параметры для переключения, причём как-то механически ещё это регулировать. Скажем, если переключение электрическое, то одну и ту же коробку проще настроить для разных моделей, чтобы переключение для водителя было плавным.

3. Экономичность. Для неё делают много передач, что тоже усложняет процесс калибровки.

Ну а так, я так понял, на дорогих моделях автомобилей, даже на тех, которые специально делают гоночными, отказываются от механических коробок - это общий тренд. Аналогичным образом и в среднем сегменте. Механическая коробка сейчас остаётся только на бюджетных моделях. С чем это связано - я не в курсе. Может, с тем, что можно за такую машину взять больше? Я вот хотел купить себе новую машину с механической коробкой, среднего ценового сегмента. Не нашёл.

[!!!]

Почему на большинстве "обычных" моделей с автоматом до сих пор есть только варианты "больше-меньше", без возможности вручную выбрать нужную передачу, мне не вполне понятно.

Это было лет 20 назад на АКПП "Audi" (tip-tronic) или "Mitsubishi" (с режимом «ручного переключения»), но оказалось, что потребителям это ненужно.

Механическая коробка сейчас остаётся только на бюджетных моделях. С чем это связано - я не в курсе.

Связано с дешевизной МКПП, и только. VW пиарит свой DSG, но покупатели только плюются. Skoda в начале 10-х продавала в РФ Octavia 1,8T с АКПП "Aisin" вместо DSG, так продажи увеличились вдвое.

[Toman]

отказываются от механических коробок - это общий тренд

В наше время это ещё не означает обязательно "автомат". Среди чисто асфальтовых легковушек и даже части кроссоверов сейчас более популярны "роботы" и "вариаторы". Но те и другие по крайней мере пока не подходят для серьёзного бездорожья (и потому для нормальных внедорожников пока варианты только или механика, или классический гидромеханический автомат). "Роботы" с фрикционными сцеплениями также по очевидным причинам плохо переносят тяжёлые пробки. А вариаторы, в свою очередь, очень плохо переносят пробуксовку колёс с резким восстановлением сцепления, что практически неизбежно в зимних условиях (хотя против этого есть вариант конструкции, когда на низшем передаточном отношении (на котором чаще всего и происходят пробуксовки) собственно вариатор не несёт нагрузки, т.к. подменяется шестерёнчатой передачей).

Почему на большинстве "обычных" моделей с автоматом до сих пор есть только варианты "больше-меньше", без возможности вручную выбрать нужную передачу, мне не вполне понятно. Что мешает сделать электронную систему, которая будет "втыкать" произвольную шестерню планетарного редуктора? То, что это никому не нужно?

Собственно просто так втыкать произвольную всё-таки нельзя. Как минимум, необходима проверка, что при этом двигатель не перекрутится. На слишком высоких передачах ехать в теории можно всегда - но только если иметь могучие радиаторы охлаждения АКПП, рассчитанные на условия типа тяжёлого бездорожья, с постоянной работой гидротрансформатора в полную силу. В противном случае такая работа гидротрансформатора грозит перегревом и порчей АКПП, так что это тоже крайне желательно исключать, а то вдруг водитель просто забудет.
А почему управление ручным режимом идёт именно по схеме больше-меньше - это как раз понятно. Потому что это просто удобнее и надёжнее. Два простых движения ручкой селектора, переключающих передачи по одной, вместо попыток на ходу (в общем случае, при какой-нибудь тряске ещё) попасть в одно из положений (при том, что передач всё больше и больше), не промахнувшись (а последствия промаха могут быть очень серьёзными, даже если вышеназванная проверка имеется). На мотоциклах к такому чисто последовательному переключению передач пришли, избавившись от ручки с положениями по числу передач, ещё в 1940-50-х годах, и такое же последовательное переключение на автомобильных кулачковых (как те же мотоциклетные) гоночных коробках.

Мне-то тут интересен вопрос, что вынудило вообще вводить эти ручные режимы, что мешает обойтись, как выше сказали,

Просто включите D (drive) и ездийте.

т.е. как так вышло, что этот самый просто D многих существенно не удовлетворяет настолько, что они готовы всё время вручную тыкать передачи.

3. Экономичность. Для неё делают много передач, что тоже усложняет процесс калибровки.

Должно было бы упрощать, наоборот. Вот на велосипеде чем теснее ряд передач, тем ближе к оптимальному режиму можно работать, и тем реже возникают ситуации, когда и так, и так неудобно, и всё время хочется переключиться то туда, то сюда.

[Andrey Lukyanov]

т.е. как так вышло, что этот самый просто D многих существенно не удовлетворяет настолько, что они готовы всё время вручную тыкать передачи.

Это из той же серии, что «соседний ряд всегда едет быстрее». Чисто нервное.

[Toman]

...При ознакомлении с алгоритмами работы по крайней мере более-менее старых АКПП меня несколько удивило, какие именно входные параметры они используют для этого. Оказывается, это положение педали газа и обороты выходного вала коробки. После этого кажется уже как-то и неудивительно, что всё получается так сложно. На чистой гидравлике там сравниваются некоторые функции положения педали газа и оборотов выходного вала, и по каким-то пороговым значениям включаются/выключаются клапаны включения соотв. передач, ну и какая-то из этих функций сама несколько смещается по факту включения передачи, чтобы избежать постоянных прыжков туда-сюда между соседними передачами. При электронном управлении создаются для каждого режима соответствующие карты переключения, которые можно представить графиками в координатах обороты выходного вала - положение педали газа, каждый из которых задаёт условия переключения между передачами в каждом направлении. Но при этом, выходит, никаким прямым образом не учитывается, на каких оборотах фактически работает двигатель в данный момент. Просто неявно предполагается, что вот мы рассчитали и забили в карту переключения оптимальные передачи для такой-то скорости машины (оборотов выходного вала) и такого-то положения педали газа - а двигатель как-то там сам рано или поздно придёт к нужным оборотам после того, как коробка включит соотв. передачу. Ну да, рано или поздно придёт, наверное - куда ж он денется. Но сколько времени это займёт, и в каких режимах он будет работать, пока не устаканится на целевых оборотах - это другой вопрос.

Но по более давно знакомым мне алгоритмам управления передачами - а именно, управления электропередачами тепловозов и ручного переключения обыкновенных механических передач на велосипеде с таковым переключением - мне более естественным представляется управление в первую очередь от режимов работы первичного двигателя - т.е. его оборотов и крутящего момента (который в случае ДВС можно оценивать по величине цикловой подачи топлива, а велосипедист оценивает просто по своим ощущениям), плюс внутренних параметров того элемента передачи, который обеспечивает бесступенчатую характеристику (там, где есть - разумеется, на велосипеде с простой ступенчатой передачей этого нет, а вот в электропередаче тепловоза такие внутренние параметры - это ток и напряжение).

[Toman]

Это из той же серии, что «соседний ряд всегда едет быстрее». Чисто нервное.

Увы, есть и совершенно реальные объективные проблемы. М.б. чуть позже приведу примеры видео одного видеоблогера. Кстати, то, что соседний ряд всегда едет быстрее - это тоже не нервное, а объективная реальность, естественным образом возникающая всегда, когда водишь менее агрессивно, чем окружающие, в среднем. Просто элементарно в любом ряду найдётся какой-нибудь тихоход, и рано или поздно его догонишь и будешь за ним висеть. Такая же реальность, как то, что когда едешь в группе велосипедистов, то всё время будешь оказываться в хвосте, если не занимаешься постоянно агрессивными и порой опасными обгонами.

[wandrien]

Мне-то тут интересен вопрос, что вынудило вообще вводить эти ручные режимы, что мешает обойтись, как выше сказали,

Просто включите D (drive) и ездийте.

т.е. как так вышло, что этот самый просто D многих существенно не удовлетворяет настолько, что они готовы всё время вручную тыкать передачи.

Ручной режим в 90% случаев нужен для торможения двигателем при затяжных спусках.

А остальная шелуха особо не нужна. Она делается, например, чтобы показать красивые цифры о товаре. Например, режим Power, при выключении которого машина не едет, зато по расходу топлива всё красиво.

Это для города, понятное дело. Для сурового бездорожья я бы не рассматривал автомат как реальный вариант. Тем более, если где-то притопить машину, потом перебирать автомат — удовольствие не дешевое.

[Basil]

В чём же тут дело? Как так получилось, кто, тыкскыть, виноват, и что, тыкскыть, делать?

Вставлю свои две копейки с другого континента. В США уже несколько поколений ездит на автоматах. И не задаются вопросом "кто виноват".
Ручная коробка - это в сша понты для молодежи, богемы и профессиональных автогонщиков. Ну, для водителей - дальнобойщиков еще.

Общее мнение среди американцев, что европейцы продолжают ездить на ручной коробке просто потому что
1. денег жалко, они слегка дешевле при покупке (в США, это кстати ровно наоборот, механика, как правило дороже)
2. европейцы странные

Плюс автоматическая коробка позволила освободить одну руку при вождении и породила огромное количество drive-in магазинчиков будь то кофе, бургер или бутеброд. Все то, что можно держать одной рукой, а второй рулить.

Ну, и личное мнение, поскольку я ездил в РФ и в США когда-то на механике, а нынче много лет на автомате, я не вижу каких-то значительных преимуществ механики по сравнению с автоматом, если использовать машину как повседневное средство передвижения. А вот плюсы автомата при движении в городских пробках очень заметны.

P.S. У меня один из сыновей принципиально хотел себе механику. Купил себе БМВ с ручкой, поездил год, продал ее, купил себе лексус с автоматом. Юношеские понты прошли.

[jvarg]

Покупайте робота, а не гидрик или вариатор. Там можно переключить на режим ручного переключения передач. Впрочем, за 4 года я им всего дважды воспользовался, когда в сугробах застревал.

[Toman]

Вот видео с новым УАЗ Патриот со штатной 6-ступенчатой АКПП. Говорят, пиналась при плавном разгоне на 2-й передаче, и перестала после сброса адаптации (но как бы никто не знает, сколько ещё продержится). (Название - кликбейт, на самом деле коробке не хана, а только вот пиналась).

[Toman]

Ручной режим в 90% случаев нужен для торможения двигателем при затяжных спусках.

Имхо, совершенно очевидно, что с точки зрения эргономики эту функцию следовало бы повесить на третью педаль - под левую ногу. Как оно было на старых троллейбусах (на таком старом троллейбусе это соотв. просто рабочий тормоз). Чем сильнее нажимаешь, тем более высокими задаются целевые обороты двигателя. А так для торможения на затяжных спусках ведь подходили и классические диапазоны ограничения высшей передачи - которые с циферками. Именно ручной режим/типтроник для этого - излишество.

Например, режим Power, при выключении которого машина не едет, зато по расходу топлива всё красиво.

Вот как бы что совершенно непонятно - это по какой причине эти две вещи должны друг другу противоречить и требовать аж целого переключения режимов. Казалось бы, хочешь экономить топливо - просто не разгоняйся лишний раз сверх необходимого минимума, плюс не крути лишний раз мотор (для чего не дави на газ до упора, а передача должна сама отработать это адекватным образом). А хочешь динамично ускориться - нажми на газ до упора. И этот выбор между динамикой и экономией должен свободно делаться буквально при каждом отдельном ускорении, и тем более независимо от какой-то предыстории (пресловутая адаптация - зло в первую очередь именно поэтому - что считает себя умнее водителя).

Это для города, понятное дело. Для сурового бездорожья я бы не рассматривал автомат как реальный вариант.

Однако, в самом суровом внедорожном спорте все давно ездят на автоматах, механику уж и забыли давно как страшный сон. В реально сложном месте каждое переключение передач на механике - это хорошая возможность раскорячиться и застрять, а без переключений часто тоже никак не проехать (ну или просто замечаешь нечто слишком поздно).

Тем более, если где-то притопить машину, потом перебирать автомат — удовольствие не дешевое.

Ну вот как бы да, многие из тех (среди любителей поездок/путешествий, включающих бездорожье), кто до сих пор остаются приверженцами механики, исходят именно из соображений надёжности и цены ремонта (и даже самой возможности этого ремонта если не в совсем полевых условиях, то хотя бы в любом местном гараже) в случае чего. Конечно, в дальних путешествиях требования к этому строже, чем в спорте или развлекательных внедорожных покатушках, где участники (как правило, не бедные) могут себе позволять иногда угробить какие-то детали. Но это совсем не значит, что в путешествия вообще не ездят на автоматах. С другой стороны, если лазить по достаточно суровому бездорожью, то на механике придётся диски сцепления менять как перчатки, на порядки чаще, чем такие критичные затопления на автомате - препятствий для попадания в сцепление всякой жижи и грязи, можно считать, нет вообще.

[jvarg]

то на механике придётся диски сцепления менять как перчатки, на порядки чаще, чем такие критичные затопления на автомате - препятствий для попадания в сцепление всякой жижи и грязи, можно считать, нет вообще.

Зато не механике при износе сцепления я еще пару месяцев на нем ездил, ждал пока полностью откажет. Ну, пованивало специфическим запахом горелого сцепления, ну и что?

А на автомате при малейшем перегреве включается чек энджин, и вся коробка блокируется.

[Toman]

Покупайте робота, а не гидрик или вариатор. Там можно переключить на режим ручного переключения передач. Впрочем, за 4 года я им всего дважды воспользовался, когда в сугробах застревал.

На более-менее новых гидромеханических тоже есть этот самый режим ручного переключения. Что как бы и вызывает вопросы - почему не могли довести работу исконного автоматического режима до такого совершенства, чтобы ни у кого не возникало по крайней мере массового желания что-то там дёргать вручную.
А вот как раз для бездорожья, но также и для суровых пробок, в особенности российских, роботы противопоказаны. Водитель не имеет непосредственного контроля над сцеплением, и может даже вообще не ощущать, когда именно оно полностью включается, а когда ещё нет. На малых же скоростях оно буксует практически безальтернативно. Теоретически-то вполне можно было бы сделать совсем медленные ползучие передачи для сурового бездорожья и для пробок - и обе проблемы одним махом решились бы. Но в реальности таких передач не делают, считая, видимо, излишними (у себя там, в цивильном забугорье).

[Toman]

А на автомате при малейшем перегреве включается чек энджин, и вся коробка блокируется.

Дык надо не забывать устанавливать радиаторы охлаждения достаточной мощности, адекватной условиям езды и погоде. А мощность-то там может быть сопоставима с отводимой от двигателя тепловой мощностью. Подозреваю, речь идёт не о малейшем перегреве, а об очень даже нешуточном. Если машина уже вот так прямо требует остановиться и дать остыть. Если уж охлаждения недостаточно, желательно даже и близко к такому не приближаться, а самому добровольно остановиться раньше.
На автомате и по-другому бывает. Просто ехал-ехал - и вдруг перестал ехать. Упс - а там, оказывается, какой-то фрикцион сдох внезапно и совсем.

Зато не механике при износе сцепления я еще пару месяцев на нем ездил, ждал пока полностью откажет. Ну, пованивало специфическим запахом горелого сцепления, ну и что?

Но и со сцеплением на механике в условиях бездорожья оно происходит примерно так же внезапно и стремительно.

[Toman]

(в США, это кстати ровно наоборот, механика, как правило дороже)

Каким образом такое получается? Всё-таки автомат объективно сложнее устроен и дороже в производстве. Только потому, что механика приобрела вот этот вот характер понтов, и, следовательно, за это можно кое-чего дополнительно содрать?

[wandrien]

Насчет спорта.

Все-таки это вопрос доступных ресурсов. Смотря какой спорт. В профессиональном спорте вся машина по сути расходник. Кстати, я не уверен, а почему не робот тогда? Преселективный робот с двумя сцеплениями переключает не менее эффективно, чем АКПП, при этом имея более высокий КПД.

[jvarg]

А на автомате при малейшем перегреве включается чек энджин, и вся коробка блокируется.

Дык надо не забывать устанавливать радиаторы охлаждения достаточной мощности, адекватной условиям езды и погоде.

При чем тут радиатор? Я про перегрев самого сцепления при износе.

[wandrien]

В случае машин массового производства приходится адаптироваться к той АКПП, какая есть с завода. В случае с фольксвагеном часто можно поиграться с прошивкой, так как их можно перепрошивать с разных моделей авто, на которых стоит идентичный агрегат. И их у немцев много. Но в целом, слишком много глубоко запрятанных факторов, не дающих полного контроля над машиной.

Ручной режим АКПП ощущается совсем иначе, чем механика. Он не эргономичен в том смысле, что у вас нет такого же ощущения управляемости, как на механике.

[Basil]

Вот видео с новым УАЗ Патриот со штатной 6-ступенчатой АКПП. Говорят, пиналась при плавном разгоне на 2-й передаче, и перестала после сброса адаптации (но как бы никто не знает, сколько ещё продержится). (Название - кликбейт, на самом деле коробке не хана, а только вот пиналась).

Так разговор здесь про автомат против механики _в принципе_ или про криворукосделанные коробки от УАЗ?

Если Вам надо выбрать именно российскую машину и вы сомневаетесь в качестве _российских АКПП_, то это как бы совсем другая отдельная тема.
Тут я совсем не копенгаген.

[Basil]

(в США, это кстати ровно наоборот, механика, как правило дороже)

Каким образом такое получается? Всё-таки автомат объективно сложнее устроен и дороже в производстве. Только потому, что механика приобрела вот этот вот характер понтов, и, следовательно, за это можно кое-чего дополнительно содрать?

Потому что рынок диктует свои законы. Если что-то редкое и невостребованное, то оно стоит дороже даже при низшей себестоимости.

Давайте простой вопрос задам, надеюсь, намек будет понятен. Почему немецкие машины в США продаются дешевле, чем в Германии, где они произведены?

[злой]

Насчет спорта.

Все-таки это вопрос доступных ресурсов. Смотря какой спорт. В профессиональном спорте вся машина по сути расходник. Кстати, я не уверен, а почему не робот тогда? Преселективный робот с двумя сцеплениями переключает не менее эффективно, чем АКПП, при этом имея более высокий КПД.

Почему я, допустим, хотел себе новую машину с механикой - не потому, что я лютый спортсмен, а потому что на своём относительно маломощном автомобиле при помощи механической коробки наловчился ездить более-менее так, как мне было комфортно. Такой режим езды предполагает быстрое включение пониженной передачи в конкретный момент. На тупом автомате такую же езду даст автомобиль, у которого мощность раза в полтора больше. Грубо, за те же деньги получаешь более мощный и управляемый автомобиль, жертвуя при этом бытовым комфортом.

Короче, машину я ещё другую не купил со всей этой короной, но в этом году обязательно надо.

[Basil]

А на автомате при малейшем перегреве включается чек энджин, и вся коробка блокируется.
[/quote]
Ну вот смотрите, несмотря на то что я слышал эти страшилки и двадцать лет назад, но за двадцать лет жизни в США ни у одного моего знакомого такого не случалось.
И о чем это говорит?  Возможно о том, что за машину надо на сервис гонять регулярно, ~4 раз в год, как делают большинство американцев. И тогда до "малейшего" перегрева может и не дойдет.

Да, кстати, последние годы байки про "малейший" перегрев я слышал про CVT (по-русски, вроде, "Бесступенчатая трансмиссия"), но, опять же, у меня дочь ездит  на машине с CVT 6 лет, не слышал нареканий.