Как работает АКПП

[ivanovgoga]

использовал бы эту энергию гораздо эффективнее - если уж речь идёт о том, что как таковой мощности двигателя не хватает (когда-то позже, не на самом старте!)

Именно автоматике и не хватает мощности на старте, так как разгон двигателя происходит из района минимальных оборотов, где мощность двигателя минимальна, а его КПД вообще равен практически нулю. Раскрутив движок до 4-5 тысяч вы доводите мощность почти к максимальной, а  маховик на таких оборотах запасает кучу энергии, необходимой для "выравнивания" нелинейности коленвала, что абсолютно невозможно при разгоне с малых оборотов.

На "медленных" грунтовках в любом случае имеет смысл ехать на пониженной передаче в раздатке (которой обычно оборудованы внедорожники), и в этом случае задействуется по крайней мере довольно значительная доля передач коробки.

При езде на грузовиках и внедорожниках никогда не пользовался пониженной с использованием второй или третьей передач. Считаю это бессмысленным. По крутящему моменту и скорости вторая+пониженная практически не отличается от первой. На ЛУАЗе сделано практично-есть просто одна пониженная. В других авто просто бесполезная трата мощности двигателя через лишнюю передачу.

[Toman]

При езде на грузовиках и внедорожниках никогда не пользовался пониженной с использованием второй или третьей передач. Считаю это бессмысленным. По крутящему моменту и скорости вторая+пониженная практически не отличается от первой.

Вовсе не бессмысленно. В зависимости от передаточного отношения понижающей в раздатке вторая, или даже третья, или даже четвёртая могут быть близки к первой на прямой в раздатке, или где-то между ними. Но главное в данном случае то, что далеко не всегда нужно на всём протяжении дороги ползти с пешеходной скоростью. В моей практике как раз в большинстве случаев это не так. И до прошлого года я вообще почти что и не пользовался понижайкой в раздатке, кроме отдельных редких особо суровых случаев, как правило, обходясь просто первой передачей. Хотя это было, скорее всего, потому что дизель - он со своей способностью довольно легко трогаться на холостых изрядно "развращает". На бензинке я бы, скорее всего, по всем просёлочным дорогам с самого начала ездил на понижайке. А так, я только с прошлого года начал систематически пользоваться понижайкой, в т.ч. поскольку собираюсь в скором времени пересаживаться на бензинку, на которой это делать просто придётся в любом случае (по крайней мере, если/пока на механике - всё-таки вряд ли получится сразу поставить автомат). И оказалось, что это удобно (тогда, когда есть возможность её включить).

Т.е. смысл в том, что, допустим, у нас просёлочная дорога, по которой мы без понижайки едем где-то 40% на первой передаче, 40% на второй, 10% даже на третьей (но на средне-низких оборотах - это просто самые лучшие лёгкие участки дороги, где можно ехать где-нибудь 35 км/ч), а 10% - это такие колдобины, по которым даже на холостых на первой - слишком быстро, и пассажиры бьются об крышу и стены. Соотв. без понижайки эти 10% можно либо проползать на сцеплении (и на бензинке это будет значительно труднее, чем на дизеле), либо предупреждать пассажиров, чтоб держались крепче, либо каждый раз перед такими колдобинами останавливаться, переключаться на понижайку, проезжать на холостых на понижайке, опять останавливаться, переключаться на прямую, и ехать дальше.
На понижайке же мы можем без лишних остановок переключать передачи, как обычно, на ходу. Соответственно, если вторая-понижающая примерно равна первой-прямой, мы те же 40% будем ехать на второй, другие 40% поделятся между третьей и четвёртой (и это тоже очень здорово, что появляется выбор из двух передач, поскольку без понижайки, когда приходится выбирать между первой и второй, шаг слишком большой, и тоже частенько приходится выбирать, либо скакать на колдобинах, либо ехать на первой раза в полтора медленнее, чем можно было бы), самые быстрые 10%, грубо говоря, можно ехать на пятой. А самые медленные 10% с колдобинами - как раз на первой, и для этого не нужно останавливаться.

Неудобно только то, что при подключаемом полном приводе обычно невозможно/запрещено ехать на понижайке без полного привода, а полный привод можно включать только на хоть сколько-то скользких грунтах. Когда просёлок действительно совсем грунтовый и мокрый, это не проблема, но уже если погода совсем сухая, и может быть, например, засохшая твёрдая глина или твёрдый скальный грунт - то с полным приводом ехать нежелательно. А колдобины-то всё равно могут присутствовать. Поэтому постоянный полный привод в большинстве случаев гораздо удобнее.

На ЛУАЗе сделано практично-есть просто одна пониженная. В других авто просто бесполезная трата мощности двигателя через лишнюю передачу.

Ну вообще-то да, разумеется - просто добавить дополнительную передачу снизу было бы самым удобным для езды вариантом. Правда, в этом случае придётся либо и заднюю делать такой же медленной, что будет неудобно, когда нужно сдавать назад далеко или быстро, либо делать ещё и две задние передачи. Т.е. вместо шести передач в коробке (пять передних и одна задняя) будет уже восемь - шесть передних и две задних. Но лучше ещё и больше добавить передач, поскольку в этом случае очень бы неплохо ещё и ужать разрыв между бывшей первой и бывшей второй. И - поскольку в этом случае включить эти ползучие передачи можно всегда, в т.ч. на неполном приводе в случае подключаемого, трансмиссия той оси, которая работает постоянно, должна быть усилена. (Хотя по-хорошему вообще вся трансмиссия должна быть усилена в любом случае, независимо от передач, просто по факту наличия жёстко подключаемого полного привода либо межосевой блокировки - а то трансмиссию и на нейтрали недолго порвать).

[ivanovgoga]

Правда, в этом случае придётся либо и заднюю делать такой же медленной, что будет неудобно,

вы ЛУАЗ не видели? У него просто пониженная без всего. Рычаг коробки в этот момент находится в положении нейтрали. Задняя никак от этого не страдает.

[Toman]

Именно автоматике и не хватает мощности на старте, так как разгон двигателя происходит из района минимальных оборотов, где мощность двигателя минимальна, а его КПД вообще равен практически нулю.

Старт с места вообще по очевидным причинам всегда происходит при КПД, близком к нулю. Какая бы ни была мощность двигателя, она практически полностью идёт на выброс. На любой передаче.
"Гражданская", серийно производимая гидромеханическая передача, конечно, плохо подходит для экстремально резких ускорений - её задача вообще-то всегда была другая, и соотв. под другое она оптимизировалась - а именно, обеспечение комфорта пассажирам, плавности и непрервыности движения (а значит, и улучшения проходимости) и/или защита двигателя от экстремальных и ударных нагрузок.

Но про разгон из минимальных оборотов - это всё же не так. В действительности ничто не мешает разогнать двигатель перед стартом даже на включённой передаче этак до половины номинальных оборотов (и иметь усилие на старте, увеличенное гидротрансформатором в 2..2,5 раза от того момента, который даёт сам двигатель - а он на половине номинала даёт момент, уже мало отличающийся от максимального). А на нейтрали - хоть бы и до максимальных, если уж так хочется (хотя вот в этом уже смысла никакого нет). Вопрос только в том, чтоб фрикционы и сам гидротрансформатор потом выдержали такое включение (поскольку там через них пойдёт момент, примерно в 8-10 раз превышающий номинальный момент двигателя, а сам двигатель будет испытывать сопротивление раза в 4 выше своего номинального момента, так что за доли секунды всё равно просядет до примерно половины номинала). Естественно, коробка для этого должна быть не серийная гражданская, а специально рассчитанная именно под такие условия работы. Возможно, дело только в том, что таких специальных коробок никто не делает, поскольку это слишком сложно и дорого относительно статуса и серьёзности данного вида развлечения, а вот специализирванную механику ещё кое-как можно сделать в малосерийно-полукустарных условиях.

Раскрутив движок до 4-5 тысяч вы доводите мощность почти к максимальной, а  маховик на таких оборотах запасает кучу энергии

...которая при старте с места почти полностью сгорает в сцеплении, и только жалкие проценты уходят собственно на разгон автомобиля. Причём, что характерно, после использования этого запаса (т.е. снижения оборотов) нужно же будет продолжать разгоняться уже при полностью включившемся сцеплении - и в этот период времени тот же маховик отнимает энергию на свой разгон, на этот раз на все 100% этого потраченного запаса. И так после каждого переключения передач: каждый "пинок" выравнивания оборотов с КПД, далёким от 100%, приходится потом "отрабатывать" на все 100% при дальнейшем разгоне на передаче. Допустим, рассмотрим старт с падением оборотов с 5 до 3 тысяч и дальнейшим разгоном опять до 5 тысяч. Из 75 условных единиц кинетичекой энергии, запасённых в двигателе с маховиком, 30 у.е. сгорает в сцеплении, остаётся 45, из которых 27 остаются в моторе с маховиком, и только 18 идут на разгон самого автомобиля. При дальнейшем разгоне до 5 тыс. оборотов мы тратим 48 у.е. на раскрутку мотора с маховиком, т.е. отнимаем их от разгона автомобиля. Причём это - уже на приличной скорости, когда для разгона мощность объективно нужна. Выиграв как бы "бесплатных" 18 у.е. энергии на старте (когда у мотора объективно избыток мощности, и проблема только в передаче), мы потом - как раз когда реально нужна полная мощность - теряем 48 у.е., чистый проигрыш 30 у.е., которые сгорели на трении в сцеплении.

Эффективно использовать запас энергии маховика и остальных частей двигателя, повторюсь, может только бесступенчатый вариатор с практически неограниченным диапазоном передаточных отношений. Хотя и совершенно непонятно, зачем это может быть нужно на старте - на самом-то деле всегда выгоднее на старте запас кинетичской энергии не использовать, а брать только то, что выдаёт двигатель на режиме максимальной мощности, оставаясь строго на соответствующих оборотах, и только в самом конце заезда, перед самым финишем, выдавить бо́льшую часть этого запаса достаточно быстрым, но плавным переводом вариатора на повышающие передаточные отношения.
Относительно сносно приблизиться к этому можно на очень быстро работающей (и потому, естественно, автоматической, а на принятом сейчас автомобилистами сленге, "роботизированной") ступенчатой жёсткой передаче с очень большим диапазоном и очень мелким шагом ступеней (т.е. просто огромным количеством передач). Но обычный "робот" с двумя сцеплениями тут уже плохо подойдёт, поскольку быстрым должно быть не просто каждое отдельное переключение, а они должны идти очень частой очередью, которые просто не успеют сделать никакие шлицевые или кулачковые переключалки. Т.е. там нужно либо в разы больше отдельных валов и сцеплений - допустим, штук 5-7 - либо просто сразу своё сцепление (фрикцион) на каждую передачу. Но годный бесступенчатый вариатор имеет все шансы оказаться проще и легче такой дохренаступенчатой чисто механической передачи.

[Toman]

вы ЛУАЗ не видели?

Изнутри - да, не видел. А ваше описание того, как оно там устроено - оказались непонятны, значит.

У него просто пониженная без всего. Рычаг коробки в этот момент находится в положении нейтрали. Задняя никак от этого не страдает.

И вот это тоже совершенно непонятно, увы.

[ivanovgoga]

...которая при старте с места почти полностью сгорает в сцеплении, и только жалкие проценты уходят собственно на разгон автомобиля. Причём, что характерно, после использования этого запаса (т.е. снижения оборотов) нужно же будет продолжать разгоняться уже при полностью включившемся сцеплении - и в этот период времени тот же маховик отнимает энергию на свой разгон, на этот раз на все 100% этого потраченного запаса. И так после каждого переключения передач: каждый "пинок" выравнивания оборотов с КПД, далёким от 100%, приходится потом "отрабатывать" на все 100% при дальнейшем разгоне на передаче. Допустим, рассмотрим старт с падением оборотов с 5 до 3 тысяч и дальнейшим разгоном опять до 5 тысяч. Из 75 условных единиц кинетичекой энергии, запасённых в двигателе с маховиком, 30 у.е. сгорает в сцеплении, остаётся 45, из которых 27 остаются в моторе с маховиком, и только 18 идут на разгон самого автомобиля. При дальнейшем разгоне до 5 тыс. оборотов мы тратим 48 у.е. на раскрутку мотора с маховиком, т.е. отнимаем их от разгона автомобиля. Причём это - уже на приличной скорости, когда для разгона мощность объективно нужна. Выиграв как бы "бесплатных" 18 у.е. энергии на старте (когда у мотора объективно избыток мощности, и проблема только в передаче), мы потом - как раз когда реально нужна полная мощность - теряем 48 у.е., чистый проигрыш 30 у.е., которые сгорели на трении в сцеплении.

скока букафф...Только реальность совсем другая. Автоматы на гонках всегда проигрывают механике именно на разгоне и в потере мощности от двигателя в каробке.

У него просто пониженная без всего. Рычаг коробки в этот момент находится в положении нейтрали. Задняя никак от этого не страдает.

И вот это тоже совершенно непонятно, увы.

В сети есть техдокументация. Можете полистать.

[Toman]

Только реальность совсем другая. Автоматы на гонках всегда проигрывают механике именно на разгоне и в потере мощности от двигателя в каробке.

Видимо, вы недочитали до нужного места. Есть подозрение, что специальных гоночных (именно для экстремального рывка с места в чистом виде) гидромеханических автоматов просто не делают, поскольку это на порядок сложнее и дороже, чем сделать специальную гоночную механику, а таких тиражей, чтобы это окупить, в принципе не предполагается - изделия почти штучные. А поскольку на старте мощность мотора в любом случае избыточна, можно себе позволить сжигать её в сцеплении (эти потери там на старте всегда заведомо больше, чем были бы потери в адекватной задаче АКПП). Просто эти капли бензина плюс регулярная замена сцепления выходят дешевле, чем проектирование, изготовление малой серией (или вообще единичной) и обслуживание специальной гоночной гидромеханической АКПП. А не какая-то будто бы техническая невозможность.

[ivanovgoga]

Видимо, вы недочитали до нужного места. Есть подозрение, что специальных гоночных (именно для экстремального рывка с места в чистом виде) гидромеханических автоматов просто не делают, поскольку это на порядок сложнее и дороже, чем сделать специальную гоночную механику,

Мы вообще не говорили про "гоночную" механику, а про серийные спорткары, гоняющие милю по прямой. В них обычная серийная механика
А не делают для спортивных авто и гоночных конечно тоже потому, что во-первых- масса, во вторых- потери, в третьих-сложность, а значит и надежность.

[Toman]

Мы вообще не говорили про "гоночную" механику, а про серийные спорткары, гоняющие милю по прямой. В них обычная серийная механика

Ну так тогда всё ещё проще объясняется. Серийные спорткары вообще не оптимизируют только для гонок на милю или на четверть мили по прямой. Их делают для получения удовольствия от динамичной езды по дорогам, и возможности довольно прилично ездить по кольцевым гоночным трекам. А для этого, естественно, предпочтительна механика, её туда и ставят. Или робот. Но механика, видимо, более живуча при предельно жёстких нагрузках (за пределами штатных режимов эксплуатации) и дешевле чинится, ну и отдельно стоящее сцепление легче поддаётся замене на какое-нибудь усиленное. Тогда как гидромеханических передач специально для спорткаров в принципе, наверное, никто не делает. Так и с кем им тогда соревноваться? С утилитарной легковушкой? Или со спорткаром, но в который кустарно вкрячили АКПП от автобуса или от танка? Или со спорткаром, в который вкрячили АКПП от утилитарной легковушки?

[ivanovgoga]

ли со спорткаром, но в который кустарно вкрячили АКПП от автобуса или от танка?

И Камаро и Мустанг и Челенджер выпускают вполне себе серийно и с автоматом...для блондинок
На гонках они полный отстой.

[jvarg]

выпускают вполне себе серийно и с автоматом...для блондинок
На гонках они полный отстой.

Ага, опять деление на блондинок и гонщиков, середины нет...

[ivanovgoga]

Ага, опять деление на блондинок и гонщиков, середины нет...

ну, а кому нужен споткар, который не умеет жечь резину?

[Toman]

И Камаро и Мустанг и Челенджер выпускают вполне себе серийно и с автоматом...для блондинок
На гонках они полный отстой.

Ну хорошо, не от танка, а просто от фермерского пикапа или грузовичка какого-нибудь. Серийно, но уж с чем нашлось. Но скорее всего как раз имеет место некоторая системная проблема с алгоритмами выбора передачи, которая гораздо больше портит результаты и репутацию, чем само "железо".

[ivanovgoga]

Ну хорошо, не от танка, а просто от фермерского пикапа

Восьмиступенчатые коробки от дешевого пикапа? Вы прикалываетесь? У этих компаний бюджет больше, чем у некоторых государств. Они не ставят чуже Г на свои машины.

[злой]

ли со спорткаром, но в который кустарно вкрячили АКПП от автобуса или от танка?

И Камаро и Мустанг и Челенджер выпускают вполне себе серийно и с автоматом...для блондинок
На гонках они полный отстой.

Я помню, что на дистанции драг (400 с чем-то метров) всех выносят в одну калитку автомобили с объёмом до 2.5 л (Субару Импреза, Ниссан Скайлайн и т.п), на миле уже другой расклад, там машины "пообъёмистее" рулят. На короткой дистанции именно что имеет значение способность быстрее других сорваться с места и быстро нарастить мощность.

[Toman]

Восьмиступенчатые коробки от дешевого пикапа? Вы прикалываетесь?

А, речь о чём-то совсем новом? Тогда там определённо коробка хочет быть умнее водителя, что на практике приводит к некоторой непредсказуемости поведения. К сожалению, в нашей современной реальности эти замашки безальтернативно идут в комплекте с такими безусловно полезными вещами как большое количество передач и способность к блокировке г/тр почти на всех передачах кроме низших. А непредсказуемость в гонках, тем более, такого рода - это, конечно, засада.

Слово "дешёвый" не звучало - уж какие у них там, у американцев этих, есть, такие и есть, и масштабы цен и зарплат там у них свои, американские, нам не очень понятные. Просто от пикапа/внедорожника/фургона и т.п. Ну это просто факт такой - те автоматы, которые ставились на Камаро, например - ставились вообще-то в основном на внедорожники/пикапы/фургоны и т.п. Вот как раз вышеупомянутый 6-ступенчатый 6L50, который ныне ставится на УАЗ Патриот, а также, насколько я слышал, на Газель Некст - именно из их числа - ставился в т.ч. на Камаро до появления вот этой нынешней восьмиступенчатой. И уже из тех, которые "хотят быть умнее водителя". Т.е. о какой-то специальной разработке чего-то именно для "спортивного стиля езды", не говоря уж о реальном спорте, тут и речи нет - это обычные утилитарные коробки.

[Toman]

Интересно, кстати, было бы попробовать посчитать, каково было бы передаточное отношение 6-й передачи на A750, если бы она там включалась - в принципе значений для имеющихся 5 передач достаточно, чтобы вычислить 6-ю.

Ха, кстати, это я не зря удивлялся, что это тойотовцы/айсиновцы сделали передачу 5-ступенчатой, когда механизм позволяет получить 6-ю передачу так же, как на Аллисоне. Есть и более поздние 6-ступенчатые версии - A760, A761. И до вычисления её значения у меня дело так и не дошло: для этих 6-ступенчатых коробок указано значение для 6-й передачи около 0,58, остальные передачи у A760 такие же, как у A750, тогда как у А761 несколько отличаются. Ну и A960E с передаточными отношениями, более близкими к A750, но всё равно чуть другими.
Так же и Аллисон 1000 поначалу, оказывается, были 5-ступенчатыми, и только потом добавили 6-ю передачу.

[Toman]

Т.о. видим, что хотя даже при определённой компоновке четырёхступенчатую передачу из одного простого планетарного ряда сделать возможно, передаточные отношения при этом получаются довольно неудобными для практического применения.

Вот нарисовал тут кинематическую схемку такой гипотетической нереальной коробки передач на основе одного простого планетарного ряда, с показом при помощи цвета схем работы на всех передачах. Видно, что с выводом вала прямо назад такая схема не реализуется никак - только с выводом мощности вбок через шестерню. Наиболее практичными при такой схеме передаточными отношениями представляются те, которые указаны на рисунке. Задняя передача аж в полтора раза быстрее первой - ровно во столько же, сколько составляют равные шаги между 2-й, 3-й и 4-й. Но, оказывается, на некоторых реальных АКПП бывают даже подобного порядка приколы с задней передачей. У некоторых восьмиступенчатых она находится по скорости где-то между 2-й и 3-й, причём ближе к 3-й. А у каких-то (реже), наоборот, задняя намного медленнее первой.

В общем, сами передаточные отношения могли бы даже считаться относительно сносными для четырёхступенчатой коробки. Но есть в этой схеме и кое-что похуже, что делает её совсем невыгодной и неудобной, и что практически никогда не встречается в реальных АКПП. Во-первых, это подключение выходного вала к соответствующим звеньям планетарного ряда при помощи фрикционов - иначе из одного простого планетарного ряда просто не получить все необходимые передачи. А поскольку это то место, где передаётся самый большой момент, эти фрикционы должны были бы быть особенно большими и массивными, при этом тот, который разомкнут и проскальзывает вхолостую, вызывает соответствующие довольно большие потери. И вообще количество фрикционов - а значит, и проскальзывающих вхолостую на большинстве передач - здесь чрезмерно велико. Только на "прямой" 3-й передаче соотношение числа замкнутых (или, по крайней мере, не проскальзывающих) и разомкнутых фрикционов ещё куда ни шло - хотя всё равно, там проскальзывают целых 3 тормоза, что многовато по меркам реально применяющихся механизмов, ставших классикой АКПП.

[!!!]

Я помню, что на дистанции драг (400 с чем-то метров) всех выносят в одну калитку автомобили с объёмом до 2.5 л (Субару Импреза, Ниссан Скайлайн и т.п), на миле уже другой расклад, там машины "пообъёмистее" рулят. На короткой дистанции именно что имеет значение способность быстрее других сорваться с места и быстро нарастить мощность.

Ну да, соревнования по драг-рейсингу проводятся на дистанции ¼ мили (402 м). И там действительно рулят заднеприводные (типа Nissan Skyline) или полноприводные (типа Subaru Impreza) машины, поскольку на такой дистанции важнейшим из искусств является непревышение силы тяги силы сцепления с дорожным покрытием. А так, на прямой, какая-нибудь Toyota Camry V6 даже в кузове VX40 после 200 км/ч легко отрывается от какого-нибудь Mitsubishi Lancer Evo 6.

[Toman]

...Однако, вернёмся от рассмотренной выше гипотетической нереальной планетарной коробки передач к реальным конструкциям, и рассмотрим несколько схем планетарных коробок передач, заслуживших право считаться классическими. В этих схемах конструкторы следовали тем важным на практике ограничениям, которые мы нарушали выше.

1) Выходной вал должен быть, как правило, жёстко (постоянно) соединён с соответствующим выходным элементом или элементами планетарного ряда/рядов, дабы избежать использования фрикционов, способных передавать максимально усиленный коробкой крутящий момент. В крайнем случае допустимо присоединять выходной вал через фрикцион к тому элементу планетарного ряда (как правило, это солнечная шестерня), на который передаётся лишь сравнительно малая доля выходного момента на некоторых передачах, в то время как сам выходной момент передаётся по-прежнему через постоянное подсоединение.

Поскольку при простых планетарных рядах передние понижающие передачи получаются с водила, а задние понижающие и передние повышающие - с коронной шестерни (прямая же передача может получаться в принципе с любого звена заблокированного планетарного ряда), это ограничение уже сразу не позволяет ограничиться только одним простым планетарным рядом: нужно либо как минимум два простых ряда, на одном из которых к выходному валу постоянно присоединено водило, а на другом коронная шестерня, либо - если выходной вал присоединён только к водилу или только к коронной шестерне выходного простого ряда - то или иное (просто последовательное или какое-то более сложное) соединение с другим планетарным рядом или несколькими, которые будут обеспечивать такие передачи, которые выходной ряд обеспечить в принципе не может, либо нужно применять уже не совсем простой планетарный ряд, в котором бы одно и то же выходное звено могло давать как передние понижающие, так и задние понижающие, и передние повышающие передачи.

2) Схемы, как правило, делаются так, чтобы они были применимы в том числе для заднеприводных автомобилей (а также полноприводных автомобилей с постоянным задним и подключаемым передним) с выходным валом на прямой линии, продолжающей линию входного вала (т.е., в конечном счёте, коленвала двигателя), минимизируя тем самым число необходимых зубчатых передач и величину потерь в них. Даже для переднеприводных и полноприводных с постоянным полным приводом, где в конечном итоге необходимы 1 или 2 лишние зубчатые передачи для выноса выходного дифференциала в сторону от самой коробки, обычно использовали те же самые унифицированные схемы, и не применяли те "читерские" возможности разместить один или даже два лишних тормоза, которые в принципе могли бы дать какое-то количество дополнительных передач.

А больше всего сугубо топологических проблем при создании схем планетарных коробок передач - именно с тормозами. Если фрикционов, которые будут подключать какие-либо звенья ко входному валу, можно в принципе разместить сколько угодно, используя для передачи на эти звенья соосные полые валы, и соответственно разместив фрикционы с их колоколами подобно луковице, то вот с тормозами всё сложнее - из этой "луковицы" прямой доступ снаружи для торможения есть только у одного, самого наружного вала/колокола. Остальные  тормоза можно разместить только в районе самого планетарного механизма, и только для тех звеньев/в таком количестве, как позволяет топология данной схемы. Из-за этого, в частности, в двух известнейших классических схемах из двух простых планетарных рядов какая-либо одна из передач (первая или вторая, соответственно) не может быть реализована работой только одного планетарного ряда - поскольку, хотя вполне близкое и годное передаточное отношение могло бы быть реализовано этим рядом, и имеется фрикцион для привода необходимого для этого входного звена, нет возможности тормозить другое звено за отсутствием топологической возможности разместить тормоз - и в результате эта недостающая передача реализуется по иной схеме, с совместной работой обоих планетарных рядов (что означает, в т.ч., зависимость передаточного отношения соответствующей передачи от передаточных отношений обоих планетарных рядов и соотв. невозможность его варьировать, не затрагивая сразу все остальные передачи).

3) Стараются минимизировать число фрикционов/тормозов вообще (ради относительно простоты и дешевизны, снижения веса и т.п.), и в частности число разомкнутых и проскальзывающих на разных передачах (из соображений снижения механических потерь в них). Эта причина, может быть, действует заодно с пунктом 2), заставляя отказываться от применения дополнительных тормозов и увеличения тем самым числа передач даже в коробках для переднего привода, где топологическая возможность для этого открывается (впрочем, в коробках именно для переднего привода обычно действует ещё и фактор стеснённости пространства, который также сдерживает от излишнего наращивания числа тормозов и фрикционов, а о коробках специально для машин с постоянным полным приводом я вообще не слышал - практически всегда там применяются версии обычных "заднеприводных" коробок в сочетании с отдельными раздаточными коробками).

[Toman]

Рассмотрение конкретных классических схем автомобильных планетарных передач начнём с передачи Равиньо (Ravigneaux). Она появилась в автомобильных АКПП довольно давно - по крайней мере, не позднее, чем в 1950-е годы, причём раньше, чем в автомобилях впервые появилась передача Симпсона, а в некотором дополненном варианте (Лепеллетье) продолжает применяться до сих пор - в частности, на недавно получивших штатный "автомат" УАЗ Патриот.

Как раз в 1950-х, схема Равиньо была применена в двух- и трёхскоростных фордовских АКПП, с которых и была (трёхскоростной вариант) вскоре скопирована (с некоторыми изменениями, конечно) в СССР на ГАЗе для применения на "Волгах" и "Чайках". На "Волгах" эти коробки успеха не имели - в значительной степени даже не по причинам каких-то технических недостатков, а по причине отсутствия на местах требуемой эксплуатационной базы и плохой доступности рабочей жидкости для них, а прижились только на элитных "Чайках" и КГБшных замаскированных под обычные "Волги" "догонялках" с чайковским мотором, для которых эксплуатационную базу так или иначе обеспечивали.

Передачу Равиньо иногда образно называют "полуторным планетарным рядом". Ряд состоит из одной коронной шестерни (которая в классическом варианте и является выходным звеном коробки, непосредственно связанным с выходным валом), одного водила, в котором закреплены пары взаимозацепленных сателлитов (один из которых в каждой паре находится в зацеплении с коронной шестернёй), и двух солнечных шестерён, одна из которых находится в зацеплении с теми сателлитами, которые в зацеплении с коронной шестернёй, а другая - с другими сателлитами. Таким образом, при остановленном водиле передаточное отношение с первой солнечной шестерни на коронную - через один набор сателлитов, как у простого планетарного ряда - отрицательное, а со второй солнечной шестерни, последовательно через два набора сателлитов - положительное. Именно так работают соответственно задняя и первая передачи, для них нужны соответственно фрикционы соответствующих солнечных шестерён и тормоз водила. Прямая передача может обеспечиваться включением любых как минимум двух фрикционов при выключенных всех тормозах - в частности, это могут быть и фрикционы обеих солнечных шестерён, если других фрикционов просто нет. Промежуточная (вторая) передача образуется, когда включён фрикцион солнечной шестерни "переднего хода" (той, которая работает через пары сателлитов) и тормоз солнечной шестерни "заднего хода" (той, которая работает через одиночные сателлиты). Две эти неравные солнечные шестерни, зацепленные со взаимозацепленными и потому встречно вращающимися относительно водила сателлитами, и водило образуют, по сути, несимметричный дифференциал, так что подключение одной из солнечных шестерён ко входному валу при остановленной другой заставляет водило вращаться в прямом направлении с некоторой промежуточной (между входной и нулевой) частотой вращения, а поскольку при этом солнечная шестерня "переднего хода" также продолжает несколько опережать водило, на выходе (коронной шестерне) к частоте вращения водила прибавляется также это оставшееся опережение, поделённое на передаточное отношение переднего хода. Т.о. для второй передачи необходим также второй тормоз - солнечной шестерни "заднего хода". Если добавить ещё и третий фрикцион, соединяющий непосредственно водило со входным валом, то с использованием того же второго тормоза получается четвёртая, повышающая, передача - "овердрайв". В случае наличия этого фрикциона прямая передача может включаться и с его использованием (одновременно с фрикционом любой из двух солнечных шестерён, ну или всех трёх вместе).

Таким образом, в своём классическом варианте передача Равиньо имеет 3 фрикциона и 2 тормоза, и даёт 4 передние передачи и одну заднюю. С только 2 фрикционами и теми же 2 тормозами получается 3 передние передачи (без повышающей) и одна задняя. И, наконец, с теми же 2 фрикционами и 1 тормозом получаются две передние передачи (без промежуточной - только пониженная и прямая) и одна задняя. Во времена первого появления АКПП с планетарной передачей Равиньо повышающая передача ещё не считалась обязательно необходимой (хотя планетарные "овердрайвы" как отдельные устройства, дополняющие в т.ч. механические коробки передач, уже применялись тогда достаточно давно, но были этакой опцией, а не обязательным атрибутом), и только позже, когда необходимость повышающих передач была осознана, в полной мере открылось это преимущество схемы Равиньо над схемой Симпсона, дающей только 3 передние передачи, где высшая - прямая, и которую приходилось дополнять отдельным последовательно подключенным (до или после) планетарным рядом с одним фрикционом и одним тормозом для получения повышающей передачи, тогда как в схеме Равиньо для этого потребовалось добавить (относительно трёхскоростной коробки) только один фрикцион.

Вот ещё видео, где показан вживую планетарный ряд Равиньо из реальной АКПП:

И ещё - где показан расчёт передаточных отношений для этой схемы:

Но кроме преимуществ - компактности и получения 4 передних и одной задней передач из одного "полуторного" ряда - у схемы Равиньо есть и недостатки. Во-первых, она считается более тяжело нагруженной (по сравнению, например, со схемой Симпсона), и потому собственно планетарный ряд при прочих равных несколько менее долговечен.

Во-вторых, при исполнении в своих двух традиционных видах передаточные отношения первой и задней передач получаются заметно различными: задняя либо более быстрая, либо более медленная, чем первая. Это объясняется простым геометрическим соображением: солнечные шестерни должны достаточно различаться по диаметру/числу зубьев, чтобы "принадлежащие" большей из них сателлиты не цепляли за меньшую (т.е. разница в диаметре должна быть более двух высот зубьев). При этом в принципе большей (а значит, дающей более быструю по абсолютной величине передачу) может быть как шестерня заднего хода (как на всех приведённых видео - хотя разница может быть не настолько велика, т.к. в реальности взаимозацепленные сателлиты обычно не располагают на одном радиусе, как в первом видео), так и шестерня переднего хода (при этом длинные и короткие сателлиты должны фактически поменяться местами, и иметь существенно разный диаметр).

Впрочем, теоретически можно было бы сделать и равные передаточные отношения первой и задней передач - но для этого уже нужно несколько пожертвовать компактностью, удлинив водило и соответственно раздвинув солнечные шестерни, чтобы разместить между ними зону, где зацепляются между собой сателлиты - как в симметричном дифференциале на цилиндрических шестернях.

[Toman]

Вот кинематическая схема типичных 2-, 3- и 4-ступенчатых планетарных передач Равиньо. (В реальности некоторые из этих фрикционов могут быть представлены параллельно двумя, один из которых действует напрямую, а другой через муфту свободного хода - это делается для более мягкого и менее разрушительного для коробки переключения, особенно в условиях традиционного механического управления двигателем, когда нет возможности на время переключения принудительно сбросить газ).



Механизм имеет три степени свободы, так что для включения передачи необходимо включить два фрикциона (для краткости я буду здесь называть фрикционами как вращающиеся фрикционы, так и тормоза).

У двухступенчатой коробки фрикционов всего три, и все три возможных сочетания "2 из 3" используются для соответствующих передач (пониженная, прямая и задняя).

У трёхступенчатой коробки добавляется четвёртый фрикцион (тормоз), но из 6 возможных сочетаний "2 из 4" два - запрещённые: одновременное включение тормозов 3 и 4 блокирует выходной вал, а тормоза 4 и фрикциона 2 блокирует входной вал, то и другое, к тому же, разрушительно для коробки, т.к. она не рассчитана на торможение всего автомобиля или входного вала. Остальные 4 сочетания используются для соответствующих передач.

У четырёхступенчатой коробки добавляется ещё один вращающйся фрикцион и вместе с ним ещё одно запрещённое сочетание (тормоз 3 и фрикцион 5, опять же блокирующее входной вал), итого 3 запрещённых сочетания, а всего сочетаний "2 из 5" 10 штук - значит, остаётся 7 разрешённых. Но передач, включая заднюю, только 5. Так получается из-за того, что 3 из этих сочетаний (любые 2 вращающихся фрикциона из трёх) дают одинаковую прямую передачу (разумеется, можно включить и все три одновременно, но это уже кинематически избыточно - в таблице же показаны все три, чисто ради экономии места).

Именно это избыточное число разрешённых сочетаний фрикционов красиво используется в схеме Лепеллетье, давая сразу 6 передних передач (+ заднюю, разумеется) при помощи ровно того же набора из 5 фрикционов - 3 вращающихся и 2 тормозов.

[jvarg]

Ну вы задвинули...

Всё это можно было куда проще изложить

[Toman]

Всё это можно было куда проще изложить

А именно? (Ну, я просто не нарисовал сразу вовремя вот эту картинку, и написал слишком длинный кусок текста - конечно, лучше было бы сразу начинать с картинки).
Если бы я мог так просто с лёгкостью сделать видео с 3D моделями, крутящимися так, как мне нужно, а лучше всего - вообще несколько реальных физических демонстрационных моделей, которые можно покрутить руками, и снять с ними видео - это было бы, конечно, вообще идеально.