Копаемся в начинке Jaguar I-Pace: как устроен первый «нормальный» электромобиль?

Великобритания, 2013 год. Вездесущие шпионы-фотографы сообщили в СМИ об испытаниях очень странного автомобиля — Land Rover Defender актуального поколения, но с электрической силовой установкой. Понятное дело, до конвейера эта модель не доедет, но зачем же британцам понадобился такой спорный прототип? Ответ на этот вопрос был дан в ноябре 2016 года, когда компания JLR показала миру предсерийный концепт электрического Jaguar I-Pace. На «Дэфе» британцы тестировали силовую установку будущего электро-Jag’a. Сейчас это уже полноценный серийный автомобиль, который можно официально приобрести и на территории ТС. Спросите, почему мы считаем «ай-пейс» первым нормальным электрокаром? Потому что он создан не для понтов и демонстрации окружающим, что вы «не такой как все», а для нормальной эксплуатации здесь и сейчас. По сути, у I-Pace пока нет конкурентов. Только не говорите нам про Tesla!

Сегодня на рынке хватает электромобилей. Каждый уважающий себя автопроизводитель уже либо выпускает EV-модель, либо анонсировал оную. Но практически все электрокары представляют собой некий набор компромиссов. Возьмем, к примеру, всеми любимую Tesla. Имеется неплохой запас хода, отличная динамика и продвинутые автономные системы. Но в нагрузку мы получаем ужасный салон 10-летней давности, неоправданно высокую цену и отсутствие ощущения машины. Ты словно ездишь на гаджете (который разрабатывали 10 лет назад).

В случае с более доступными электрокарами типа Nissan Leaf или BMW i3 мы получаем непозволительно малый запас хода, преимущественно уродливый внешний вид и навязывание экофилософии, которая уже начинает раздражать. Эксперты резонно не считают электромобили экологически чистыми. Такой транспорт лишь позволяет перенести место выбросов вредных веществ из одного места в другое. Панде в Тибете от этого ни холодно ни жарко — атмосфера засоряется в любом случае, так что опустим этот вопрос. Получается, что если даже у вас есть большие деньги и вы хотите нормальный электрокар, похожий на современный автомобиль, выбрать вам не из чего. Либо убогий салон, либо дизайн как у микроволновки будущего, либо запас хода как у самоката Xiaomi.

Первым электромобилем без серьезных «но» на нашем рынке стал Jaguar I-Pace. Если не считать BMW i3 — это вообще первый электрокар, который можно официально купить и обслуживать в Беларуси. Onliner еще со времен первых Tesla в Минске подробно описывает электромобили и ищет ответы на все вопросы, связанные с новым типом транспортных средств. Давайте разберем по винтикам и этого британского «электрохищника». В статье вы не только узнаете, что из себя представляет I-Pace, но и в целом поближе познакомитесь с устройством электрокара. Наберитесь терпения, букв сегодня будет немало.

Флагман «Образа жизни»

Компания Jaguar последовала примеру LR и разделила весь свой модельный ряд на три семейства: «Спорт», «Образ жизни» и «Роскошь». I-Pace, как и два остальных кроссовера Jaguar, относится к «Образу жизни». Электрический SUV, видимо из-за цены, позиционируется как флагман семейства.

Стоит модель в России 5,8 млн рублей (87,5 тыс. долларов). Примерно как Tesla Model 3.

По размерам «ай-пейс» схож с кроссоверами С-SUV, поэтому ни о каком «ответе» Tesla Model X речи не идет. Новинка Jaguar, как и Audi e-tron, представляет собой компактный SUV, с которым в будущем, возможно, сразится Tesla Model Y (на базе Model 3). Но из-за малого количества EV-моделей электрокары трудно классифицировать, поэтому обычно их сравнивают по цене, а не типу кузова. Получается, человек, выбирающий I-Pace, может посматривать в сторону Tesla Model 3. Для того чтобы определиться, достаточно изучить салоны обеих машин хотя бы по фотографиям.

Основа

В основе I-Pace лежит так называемая «скейтборд»-платформа. На осях расположены силовые блоки двигателя и высоковольтная часть. В колесной базе нашлось место для 605-килограммовой литий-ионной батареи емкостью 90 кВт·ч. Подвеска — единственное, что напоминает здесь об автомобилях с ДВС. Спереди применяются двойные поперечные рычаги. Сзади — фирменная «ягуаровская» многорычажка Integral Link.

В опциях есть пневмоподвеска, которая мало того что делает электрокар более комфортным, но и позволяет увеличить клиренс до 20 см. С Discovery в проходимости «ай-пейс» не потягается, зато даст фору любому другому электромобилю. А еще этот Jaguar — первый на рынке EV-SUV, который может преодолевать брод глубиной 50 см. В таких режимах вся высоковольтная часть находится под водой, и инженерам пришлось попотеть, чтобы герметично защитить все это электродобро. В арсенале Jaguar присутствует даже «внедорожный круиз-контроль». Не позорит Электроник фамильные ценности концерна!

Есть ли у электрокара коробка передач?

Новинка доступна только в полноприводном варианте и по умолчанию оснащена двумя абсолютно одинаковыми моторами — по одному на оси. Это синхронные электродвигатели с постоянными магнитами. О них мы поговорим чуть позже, а сейчас развеем распространенный миф. Часто говорят, что у электрокаров нет трансмиссии или (чаще) что трансмиссия «бесступенчатая».

Каждый мотор весит 78 кг и имеет размеры 35×50 см. Это очень компактные размеры относительно мощности.

На I-Pace все же есть одна передача. Если бы ступеней было две (как на гоночных прототипах «ай-пейс»), то устройство называлось бы коробкой передач (во множественном числе). Но у нас передача одна, поэтому грамотнее называть это редуктором. Электродвигатель крутится с гораздо большим количеством оборотов, нежели колеса машины. Следовательно, редуктор имеет передачу с понижающим передаточным числом, что позволяет ему уравнять обороты.

Как устроен электромотор?

Все мы примерно представляем процессы, которые происходят в ДВС. А вот электромобили с батей в гараже еще вряд ли кто-нибудь разбирал. Но уже, кажется, пора вникать, как там что устроено. Благо в электрокарах все намного проще, чем в случае с бензиновыми или дизельными машинами, а многое вовсе продублировано. Вот разберем, например, электромотор. Перенесемся в 9-й класс школы прямиком на урок физики. Тема урока — «Закон электромагнитной индукции».

Помните, как учитель демонстрировал катушку и магнит, на примере которых нам объясняли действие этого закона? Если подать ток на обмотку медной проволоки, на ней возникнет электромагнитное поле. И если рядом находится магнит (неважно, постоянный или электромагнит), он начнет взаимодействовать с катушкой. Магнит будет крутиться, то есть совершать некую физическую работу. Это и есть принцип работы электромотора. Есть и обратный процесс: если мы физически заставим магнит крутиться, то зафиксируем возникновение излишков тока на обмотке. Кто первый сказал слово «рекуперация»? Все правильно, она родимая! По сути, таков принцип работы стартера и генератора в вашей машине. Так вот электромотор во всех электрокарах умеет переключаться из режима стартера в режим генератора.

Суммарная отдача электродвигателей в I-Pace — 400 л. с. и 700 Н·м. КПД — почти 100%. Трущихся частей здесь нет, и минимальные потери идут разве что на подшипники. Для сравнения, лучшие представители ДВС (это современные дизели, от которых все поголовно отказываются) выдают КПД в 45—48%.

Основные части электромотора — это статор и ротор. Статор представляет собой полый корпус с обмоткой из медной проволоки, которая намотана в три фазы (двигатель I-Pace работает на трехфазном токе переменного типа). Внутри на оси крутится ротор с постоянными магнитами. Вот и все! Подали ток на обмотку статора, и он вращает ротор, который через редуктор передает крутящий момент на колесо. Проще простого.

При распространении электрокаров из обихода автолюбителей исчезнет страшное словосочетание «ресурс двигателя». Ведь мы имеем дело с двумя элементами, которые даже не соприкасаются друг с другом (статор и ротор имеют между собой воздушную прослойку). Здесь практически нет никакого нагревания, здесь нечего смазывать и нечего обслуживать. Через несколько сотен тысяч километров, возможно, придется профилактически поменять подшипники. Троллейбусы, выпущенные в СССР, до сих пор катаются с родными электромоторами. Регламент профилактического обслуживания такого агрегата составляет раз в 2 млн км. Электродвигатель имеет два состояния — либо он работает, либо не работает. Сломаться там нечему. Больше вопросов к программному обеспечению и ресурсу батареи.

Чем отличаются синхронные электродвигатели от асинхронных?

На I-Pace, как и на большинство других электрокаров, устанавливаются синхронные электромоторы. Асинхронные используются только в Tesla Model S и Х (у Model 3 синхронные). В чем же разница между этими двумя силовыми агрегатами, которые уже у всех на слуху? Разница примерно такая же, как между дизельными и бензиновыми моторами — принцип работы одинаковый, но некоторые процессы отличаются.

Синхронный двигатель. Он так называется потому, что электромагнитное поле, которое создается и вращается на статоре, имеет такую же скорость, как и у ротора. Они словно находятся в виртуальном «зацепе». Инвертор подает ток на обмотку, приводя в движение электромагнитное поле, и с такой же скоростью начинает вращаться ротор, передающий момент на колеса (как мы помним, через редуктор с понижающим передаточным числом).

Асинхронный двигатель. Здесь же ротор пытается как бы «догнать» вращающееся электромагнитное поле. Получается, ротор вращается с некоторой задержкой, и если его обороты сравняются с оборотами электромагнитного поля, то крутящий момент обнулится. В асинхронных двигателях происходит постоянное управление процессом, чтобы электромагнитное поле всегда обгоняло вращение ротора.

Синхронные электромоторы дороже в производстве. В таких агрегатах на роторе используются постоянные магниты из редких (и очень дорогих) металлов. Эти двигатели мощные и компактные, и КПД с точки зрения размера и веса у них выше. Асинхронные электромоторы ставят туда, где нужно сэкономить на производстве и где есть место для установки более габаритных агрегатов. Jaguar — машина небольшая, поэтому выбор пал на «синхроны».

«Ай-пейс» имеет межсервисный интервал в 34 тыс. км либо раз в два года. Первые ТО — это контрольные проверки, обновление ПО, периодическая замена охлаждающей жидкости, фильтров.

У I-Pace нет самоблокирующегося или принудительно блокируемого дифференциала, нет углового редуктора, который с промежуточной шестерней достаточно чувствителен к высокому крутящему моменту (редуктор здесь планетарного типа). В общем, инженеры постарались обойтись без экспериментов, чтобы сохранить высокую надежность машины. Владельцы «ай-пейса» будут здороваться друг с другом в городе даже вечером!

Один из приводов колес проходит прямо сквозь двигатель. Получается ось в оси. Здесь используется обычный дифференциал открытого типа. Из одной части мотора привод уходит на одно колесо, а из другой части дифференциала сквозь вал двигателя привод направляется на противоположное колесо. Все находится на одной оси. Инженерам Jaguar не потребовалось делать соосную конструкцию, вынося куда-нибудь мотор с трансмиссией, а потом делать угловой редуктор. Это сохранило много места.

Зачем машине трансформатор (инвертор)?

Все электромобили оснащены инвертором, который преобразует постоянный ток в переменный и обратно. Вкратце проясним. Двигатель работает на переменном токе, а для хранения электричества в аккумуляторе нужен постоянный. Если мы нажимаем на газ, на бортовой компьютер посылается сигнал, что нужно взять у аккумулятора постоянный ток, отправить его на инвертор, преобразовать в переменный и подать на катушки статора. Мгновенно начинается вращение электромагнитного поля вместе с ротором. Происходит разгон. Чем сильнее мы жмем на педаль — тем больше тока подается на медную обмотку и тем выше обороты ротора и, соответственно, колес.

Рекуперация

Можно ошибочно подумать, что когда мы отпускаем газ, ток с катушек уходит, а ротор электродвигателя вращается и возвращает ток обратно аккумулятору. На деле все сложнее. Ток с катушек не уходит, потому что для работы всего процесса необходимо электромагнитное поле. Инвертор подает ток на обмотку мотора, даже если мы отпустили газ. Во время езды накатом ротор вращается с определенной скоростью, потому что его крутят колеса. И в этот момент инвертор искусственно замедляет вращение электромагнитного поля в статоре. Возникает так называемая обратная электромагнитная сила, которая будет пытаться остановить ротор (поэтому машина замедляется), но при этом на обмотках появится избыточный ток. Вот эту разницу инвертор снимает с обмотки и перенаправляет обратно в батарею в виде постоянного тока. Если запутались, просто запомните: отпустил педаль газа на ходу — автомобиль стал заряжаться. Рекуперация есть у всех электрокаров, и принцип ее работы не отличается.

В I-Pace два уровня рекуперации: «мягкий» и максимальный. Наловчившись, на последнем можно постоянно ездить «в одну педаль». Если в таком режиме отпустить педаль газа, то отрицательное ускорение достигнет 0,7 G! «Мягкий» режим схож с машинами с ДВС. В этом случае автомобиль более понятен и не вызывает «чужих» ассоциаций. Если не ездили на электрокарах, первое время лучше кататься именно в таком режиме.

Любопытно, что у Jaguar стоп-сигналы не привязаны к левой педали, а настроены на определенные отрицательные ускорения самой машины. Более того, если вы нажимаете педаль тормоза, это еще не значит, что будут задействованы колодки. Рекуперация здесь хитрая. Педалью тормоза создается дополнительная часть отрицательного усилия магнитного поля на обмотке, поэтому колодки «курят», даже если вы слегка притормозили ногой. Примечательно, что это сделано не столько для увеличения запаса хода (в аккумулятор поступит не намного больше тока), сколько для сохранения колодок. Они здесь почти не расходуются.

Запас хода у I-Pace — 470 км. Реальная цифра составит километров 350, что тоже много. Зимой поездки дальше, чем на 200 км, лучше не планировать. Машина сугубо городская.

Самый алюминиевый Jaguar

Конструкция этого электрокара на 94% состоит из алюминия. Центр тяжести очень низкий — треть массы находится на высоте оси. Развесовка по осям как у спорткара — 50:50. Причем это не те «50 на 50», что у машин с ДВС. Ведь у электромобиля нет «гири» в виде ДВС за передней осью. Центр тяжести у I-Pace не «гуляет» при динамичной езде. Получается, самый тяжелый элемент модели находится под водителем, и это обеспечивает идеальную управляемость. Полный привод работает без каких-либо ограничений. Здесь нет раздаточной коробки, нет карданного вала и каждый мост «сам себе хозяин». Просто рай для любителей трек-дней.

Имеется у I-Pace и система Torque Vectoring By Braking, знакомая по другим моделям Jaguar. Она «прикусывает» внутренние колеса в поворотах, чтобы машина быстрее совершила маневр. Если вы уже ездили на других электромобилях, то «ай-пейс» вряд ли вас удивит. Но если это первый EV в вашей жизни, то готовьтесь к приятным сюрпризам. Доступная с первых секунд полка крутящего момента буквально телепортирует электрокар из одной точки в другую. До сотни машина разгоняется за 4,8 секунды, но поражает другое — эластичность. Цифру 80 на спидометре I-Pace изменит на 120 быстрее многих бензиновых спорткаров.

Не в вакууме

Несмотря на относительную тишину подкапотного пространства, в электрическом Jaguar не ощущаешь себя изолированным. Аэродинамические шумы дополняются высокочастотным воем электрической силовой установки. При желании водитель может включить звук бензиновой машины, и тогда нажатие на педаль газа будет сопровождаться имитацией V8 в колонках акустической системы. Британцы делали I-Pace по лекалам современных автомобилей, поэтому когда ты передвигаешься на этом электрокаре, ты все еще чувствуешь себя в 2019 году, просто в машине с нетрадиционной установкой. Радует, что из Jaguar на «батарейках» не сделали странное подобие автомобиля, как в случае с BMW i3, а построили полноценную модель.

Салон

Внутри все очень напоминает другие модели JLR. Вот 2-этажная центральная консоль, как у Velar. Узнаю знакомую по другим «британцам» мультимедийную систему и цифровой «климат». Да и кругляши-клавиши 2-зонного климат-контроля уже видел. Правда, этой шайбой теперь можно не только включать подогрев кресел, но и активировать вентиляцию (нужно потянуть шайбу на себя). Лично мне не нравится запутанное меню нынешней мультимедийной системы JLR. Есть очень спорные решения, да и картинка порой тормозит («спасибо» одному-единственному процессору, отвечающему за всю эту электронику).

В комплекте — «шнур бесконечности»

Задний багажник имеет внушительный объем для таких габаритных размеров, а вот передний до безобразия мал (особенно если сравнивать с Tesla). Последний подойдет разве что для хранения зарядного провода. В комплекте с машиной идет шнур для зарядки от бытовой розетки, которая полностью заряжает аккумулятор примерно за вечность.

Придется докупать станцию фирмы Schneider Electric, с которой сотрудничает Jaguar. Зарядный Wallbox стоит пару тысяч долларов. Такая станция отдает трехфазный ток, но встроенная в I-Pace зарядка принимает лишь одну фазу. Получается, машина может «заливать» в себя только 7 кВт. Полностью разряженную батарею придется заряжать до 100% на протяжении 12 часов (не зря такую зарядку называют «ночной»). На общественных станциях «ай-пейс» можно заряжать шнурком CCS, когда помимо одной фазы переменного тока «льется» до 1000 вольт постоянного (слот для этой зарядки закрывается отдельной заглушкой ниже основного выхода). CCS пополняет заряд с нуля до 80% за 40 минут. Уже можно жить! Отметим, что у Tesla бортовая зарядка имеет три фазы. Учитесь, JLR.

Можно брать!

Электромобиль I-Pace не воспринимается как новомодный девайс с намеком на будущее. Это сегодняшний электрокар для сегодняшних людей. Здесь все максимально приближено к классическим машинам, поэтому владельцу не придется «переучиваться». Главное — найти место для зарядки по ночам. Производитель рекомендует подключать автомобиль к электричеству каждую ночь независимо от пробега. Литий-ионные батареи, напомним, не обладают эффектом памяти. Можно настроить утреннее время отбытия, и машина подготовится к старту, прогрев салон и аккумулятор. Зимой очень актуально!

Гарантия на батарею составляет 8 лет или 160 тыс. км пробега. За это время потеря емкости, по информации завода, составит не более 30%.

Новинка не произвела никакой революции и просто стала очередной моделью в линейке британского премиум-производителя. Если не считать слегка смещенный вперед салон и, как следствие, нетипичный для Jaguar силуэт кузова, то I-Pace вообще не выделяется на дороге. Многие наверняка воспримут этот автомобиль просто как очередной кроссовер Jaguar. Тем более за новинками этого бренда мало кто следит из «простых» людей.

Но если брать именно сегмент электрокаров, то данную модель можно назвать наиболее приспособленной для белорусских реалий. Во-первых, это уже полноценная машина, которую можно эксплуатировать каждый день. Во-вторых, наличие официального сервисного центра в своей стране — важный фактор, когда вы платите под сотню тысяч долларов по курсу за некое электронное устройство. В общем, делаем ставку, что минимум пять «ай-пейсов» будет продано в Беларуси до конца года. В России, кстати, уже сейчас заказано 50 штук. Будущее потихоньку наступает.

Выражаем благодарность автоцентру «Атлант-М Британия» за организацию поездки в Москву.

Трансмиссия автомобиля

В машиностроении трансмиссией называется совокупность механизмов, призванная передавать крутящий момент от силового агрегата к рабочему органу механического устройства. Автомобильная трансмиссия выполняет ту же функцию и передает крутящий момент от двигателя внутреннего сгорания к ходовой части (колесам) автомобиля для изменения тяговых усилий, скоростей и направления движения транспортного устройства.

Что такое трансмиссия автомобиля

Автомобильная трансмиссия — разновидность трансмиссии, обеспечивающая движение автомобилем и его управление водителем. В общих случаях в состав автомобильной трансмиссии входят:

• сцепление либо гидротрансформатор;
• коробка передач;
• главная передача;
• шарнир равных угловых скоростей.

Опционально в состав трансмиссии также могут входить раздаточная коробка и карданная передача.

Классификация автомобильных трансмиссий основана на различных принципах переключения передач и передачи крутящего момента к рабочему органу автомобиля, то есть колесам. Выделяют следующие виды автомобильных трансмиссий:

• механическая;
• автоматическая;
• роботизированная;
• трансмиссия типа вариатор.

Устройство механической трансмиссии

Механическая трансмиссия — автомобильная трансмиссия, предназначенная для передачи крутящего момента от двигателя внутреннего сгорания к колесам, в которой выбор передачи осуществляется водителем в ручном режиме. Функции механической трансмиссии осуществляются за счет механических устройств, поэтому она и получила такое название.

Принцип работы механической трансмиссии следующий: крутящий момент от силового агрегата через сцепление передается на первичный вал КПП. Сцепление обеспечивает разъединение мотора и трансмиссии для переключения передач без выключения оборотов двигателя. В механической трансмиссии сцепление выжимается водителем путем нажатия на педаль в салоне автомобиля. В момент, когда сцепление выжато, водителем осуществляется выбор передачи и вручную переключается рычаг КПП.

В механической трансмиссии оси валов расположены параллельно, на них расположены шестерни. Пары взаимодействующих шестерен образуют ступени, каждая из них имеет определенное передаточное число, определяемое отношением количества зубьев у выходной и входной шестерен в паре. Количество зубьев зависит от размера самой шестерни: чем больше зубьев — тем больше диаметр шестерни. Первая передача имеет самое большое передаточное число и, соответственно, входная шестерня имеет минимальный размер, а выходная — максимальный.

Передаточное число определяет скорость вращения и крутящий момент, передаваемый от коленчатого вала двигателя. Если передача увеличивает крутящий момент, то она является понижающей, если уменьшает — повышающей. У понижающей передачи скорость вращения шестерен снижается, у повышающей — повышается.

Существуют две основных разновидности механической трансмиссии: двухвальные и трехвальные КПП. У двухвальных крутящий момент передается непосредственно от ведущего вала к ведомому, у трехвальных между ними расположен промежуточный вал, повышающий общий КПД механической трансмиссии и позволяющий реализовать прямую передачу. Также механическая трансмиссия классифицируется по количеству ступеней: 4, 5, 6 и даже 7 на самых продвинутых автомобилях. Наибольшее распространение сейчас имеют 5- и 6-скоростные МКПП.

Механическая трансмиссия довольна проста, надежна и недорога в реализации. Однако ее основной недостаток — усложнение процесса управления автомобилем. Водитель должен полностью контролировать процесс переключения передач, что является достаточно утомительным занятием, особенно в режиме городской езды. Ошибки в переключении грозят перегрузкой двигателя или повреждением сцепления. Поэтому автопроизводители предлагают альтернативный варианты, в которых переключение передач осуществляется без участия водителя.

Устройство автоматической трансмиссии

Автоматическая трансмиссия обеспечивает переключение передач в автоматическом режиме. Это означает, что человеку, управляющему автомобилем, не нужно выжимать сцепление и переключать рычаг КПП. Коробка-автомат была разработана еще в начале XX века, основные принципы ее работы сохранились с того времени.

Классическим вариантом автоматической трансмиссии является гидротрансформаторная КПП, состоящая из следующих узлов:

• гидротрансформатора;
• планетарного механизма.

Последний включает в себя следующие детали

• гидравлический или электронный блок управления АКПП;
• фрикционную муфту;
• обгонную муфту;
• ленточный тормоз;
• масляный насос.

Гидротрансформатор обеспечивает передачу крутящего момента от силового агрегата и по своей сути заменяет сцепление. Передача крутящего момента осуществляется за счет накопления и использования кинетической энергии жидкости, находящейся внутри корпуса гидротрансформатора. Также он обеспечивает гашение толчков, возникающих при переключении передач, из-за отсутствия жесткой кинематической связи между своими элементами.

Планетарный механизм обеспечивает выбор скорости и передачу крутящего момента от гидротрансформатора к приводам колес. В планетарном механизме осуществляется блокировка одних шестерней и разблокировка других, что определяет выбор передаточного числа. Управление коробкой осуществляет гидравлический или электронный блок управления, собирающий сведения от различных датчиков и определяющий необходимый режим работы.

Классическая автоматизированная трансмиссия имеет множество достоинств: она обеспечивает комфортность управления автомобилем, имеет большой ресурс, зачастую превосходящий механическую трансмиссию, предотвращает банальные ошибки водителя при переключении передач. Разумеется, имеются и минусы: автомат достаточно дорог, поэтому им редко оснащаются автомобили эконом-класса. Также трансмиссия подобного типа увеличивает вес авто, снижает динамику и максимальную скорость, повышает расход топлива и требует тщательного ухода. В случае поломки ремонт автоматической трансмиссии обойдется владельцу авто в немаленькую сумму.

Устройство трансмиссии типа вариатор

Вариатор, или CVT (Continuously Variable Transmission), это разновидность бесступенчатой автомобильной трансмиссии. Вариатор способен плавно изменять коэффициент передачи во всем диапазоне скоростей и тяговых усилий, поэтому в процессе работы такой трансмиссии не наблюдается характерных толчков при переключении передач, свойственных другим видам трансмиссии.

На современных автомобилях самым распространенным видом является вариатор, основанный на работе клиноременной передачи. В нем передаточное число передается от ведущего шкива, соединенного с мотором, к ведомому, связанного с приводами колес. Между собой валы соединяются ремнем.

Принцип работы вариатора основан на изменении диаметра ведомого и ведущего шкивов при уменьшении или увеличении частоты оборотов двигателя. При трогании автомобиля, когда необходимо максимальное тяговое усилие, диаметр ведущего шкива минимален, ведомого максимален, что повышает коэффициент передачи. С набором скорости и увеличением оборотов силового агрегата диаметр ведущего шкива возрастает, а ведомого — падает, что уменьшает коэффициент передачи. Таким образом регулируется тяговое усилие, передаваемое на приводы колес. Как и на любых современных автомобилях, за регуляцию диаметра шкивов отвечает электроника, получающая команды из электронного блока управления.

Второй вариант бесступенчатой трансмиссии — тороидальный вариатор, встречающийся гораздо реже клиноременной схемы. При таком варианте передача крутящего момента регулируется роликами тороидальной формы, зажатыми между валами. Изменение передаточного числа осуществляется за счет увеличения или уменьшения площади контактных поверхностей соприкосновения роликов и валов. Для максимальной тяги роликовые зажимы поворачиваются в сторону ведомого вала, что увеличивает площадь соприкосновения и трение между ведомым валом и роликом. При увеличении скорости ролики поворачиваются в обратную сторону. Тороидные вариаторы более надежны и износостойки, однако дороже в производстве.

Плюсы бесступенчатой трансмиссии типа вариатор очевидны: она более динамична и эффективна, чем автомат, полностью отсутствуют рывки, выигрывает она и в экономичности по сравнению с автоматом. Однако и минусы вариатора также ярко выражены: ненадежность, относительно малый ресурс, дорогостоящий ремонт и необходимость дополнительного обслуживания (нужно покупать специальное трансмиссионное масло).

Роботизированная трансмиссия

Роботизированная трансмиссия — еще один вариант трансмиссии, позволяющий переключать передачи в автоматическом режиме и позволяющий избавиться от педали сцепления в салоне авто.

В большинстве случаев роботизированная трансмиссия является однодисковой с одним сцеплением, в качестве альтернативы предлагается двухдисковая (преселективная) — с двумя параллельными механическими коробками и двумя сцеплениями. В качестве экзотического варианта создана и трехдисковая роботизированная коробка с тремя параллельными механическими коробками и тремя сцеплениями.

Роботизированная КПП основана на работе классической механической КПП, однако переключение передач производится не вручную, а благодаря сервоприводам, управляемым электроникой. Один сервопривод выключает и включает сцепление, второй физически перемещает шестеренки в коробке передач. Сервоприводы могут быть электрическими (более доступный вариант, встречающийся на автомобилях эконом-класса) или гидравлическими, обеспечивающими более плавное переключение передач и сближающими робот с классическим автоматом. Такой вариант встречается на более дорогих автомобилях.

Принцип работы роботизированной трансмиссии с одним сцеплением (однодисковой) следующий. Крутящий момент передается на ведущий вал, который передает его на ведомый, соединенный приводом с колесами. Силовой агрегат и ведущий вал разделены сцеплением, переключением которого занимается сервопривод под управлением электроники. При разрыве сцепления второй сервопривод перемещает синхронизаторы коробки передач таким же образом, как это делает водитель рычагом КПП на механике. Однако для такой системы характерны разрывы в мощности и потери в тяге в момент переключения.

Для решения этой проблемы была разработана преселективная роботизированная трансмиссия (DCT) с двумя дисками (валами) и двумя сцеплениями для четных и нечетных передач. Когда автомобиль едет на нечетной передаче, второе сцепление подготавливает переключение на четную передачу и т. д. Благодаря этому исчезают разрывы в тяге при переключении передач, которое осуществляется в рекордно быстрый период времени (время отзыва — до 0,2 секунды и даже меньше).

В целом роботизированная трансмиссия имеет свои плюсы по сравнению с автоматом — она дешевле, занимает меньше места в подкапотном пространстве, меньше весит, достаточно экономична (на уровне механической трансмиссии). Также большинство роботов позволяет переключать передачи и в ручном режиме.

Минусы робота следующие — простые однодисковые роботы с электрическими сервоприводами не обеспечивают плавность переключения передач. Роботы с двумя сцеплениями и с гидравлическими сервоприводами достаточно дороги, недостаточно надежны и имеют сложности при ремонте. В нередких случаев при поломке приходится менять коробку передач целиком.

Трансмиссия

Что такое трансмиссия? Какое ее назначение, устройство? Чем отличаются разные виды трансмиссий: механическая, гидравлическая, гидростатическая, электромеханическая. Какие поломки трансмиссии встречаются чаще всего?

Трансмиссия автомобиля – это целый комплекс механизмов, который обеспечивает функционирование всех его движущих механизмов, передаёт им энергию ДВС. Дословно слово «transmission» с английского языка на русский можно перевести следующим образом: «перенос», «передача», «перевод». Фактически даже простая цепная передача на велосипеде – это уже трансмиссия. Но применительно к велосипедам слово «трансмиссия» не прижилось. Принято говорить именно «передача». А вот в сфере машиностроения, транспортных технологий понятие «трансмиссия» применяется и к механизмам, соединяющим ДВС с движущимися элементами, и к системам, которые обеспечивают функционирование таких механизмов.

Хотя, если речь уже зашла о велосипеде, то на его примере легче всего наглядно объяснить суть трансмиссии как-таковой. Чтобы передвигаться быстро на велосипеде, нужна высокая частота вращения заднего ведущего колеса. Цепная передача идеально позволяет решить эту задачу, не прибегая к изменению диаметра колеса. Правда, если мы рассматриваем устройство автомобилей, то уже появляется двигатель, и конструкция усложняется, как и спектр её «обязанностей». Например, во время движения авто ДВС постоянно нужно затрачивать энергию на преодоление всевозможных сопротивлений, в том числе преодоление инерции самого автомобиля.

От качества механизмов трансмиссии (МТ) зависит расход топлива, безопасность и комфорт водителя, пассажиров транспортного средства, эффективность выполнения тех или иных задач. Например, МТ погрузчика обеспечивают оператору комфортное взаимодействие с погрузчиком, беспрепятственно подъезжать к стеллажам и аккуратно разгружать его. От МТ комбайна зависит отлаженность передачи действий от ДВС механизмам жатвенной части. От МТ карьерного самосвала зависит то, сможет ли он обеспечить эффективный старт после полной загрузки кузова или движение в гору с высокой скоростью.

Назначение и схемы трансмиссий

Прямое назначение трансмиссии автомобиля — пошагово регулировать крутящий момент от маховика и распределять его по ведущим колёсам.

МТ позволяют согласовать работу ДВС с сопротивлением движению транспортного средства, расширяя тяговое усилие на ведущих колесах, диапазон изменения оборотов.

Схема трансмиссии автомобиля зависит от того – переднеприводный или заднеприводный автомобиль перед нами.

У транспортного средства с приводом на задние ведущие колеса в составе трансмиссии чаще всего можно встретить сцепление, коробку передач, карданный механизм, задний ведущий мост в сборе. Такой вариант очень популярен у коммерческого транспорта (включая, грузовики, автобусы).

У транспорта с приводом на передние колеса (самый распространённый вариант у легковых авто) в состав трансмиссии чаще всего входят: сцепление, трансэксл, карданный привод на передние ведущие колеса и шарниры равных угловых скоростей.

Уточнение «чаще всего» при описании конструкции сделано по той причине, что некоторые элементы могут «перекочёвывать». Например, трансэксл можно встретить в конструкции некоторых автомобилей и с задним приводом. К такому конструктивному решению не раз прибегали при производстве некоторых моделей Chevrolet, Nissan Alfa Romeo. Особенно решение популярно у спорткаров с независимой подвеской. Трансэксл может соединяться с ДВС при помощи различных валов (карданного, с резиновыми муфтами).

В трансмиссионную схему всех полноприводных авто с ручным управлением и ряда транспортных средств с дополнительным оборудованием (например, коммунальной техникой) также входит раздаточная коробка.

Отдельно стоит обратить внимание на гидромеханические схемы. У них нет сцепления, но каждая ступень КПП оснащается автономным элементом переключения.

Что входит в трансмиссию автомобиля?

Узлы трансмиссии автомобиля:

• Сцепление, муфта сцепления или фрикцион (последний вариант часто встречается на сельскохозяйственной технике, например, тракторах). Разъединяет двигатель от трансмиссии и плавно соединяет их при переключении передач, при старте движения. Основа большинства сцеплений — фрикционный диск или диски, прижатых к маховику или сжатых друг с другом. Управлять сцеплением можно механическим способом (педалью), посредством гидро-, электропривода.
• Коробка передач (КПП). Главная функция любой КПП — изменение отношения между угловыми скоростями, крутящими моментами валов, угловыми и линейным перемещениями (то есть изменение передаточного отношения). Агрегат позволяет изменить крутящий момент, скорость и направление движения транспортного средства, а также разъединить двигатель с трансмиссией. Устройство агрегата зависит от типа КПП.
• Трансэксл — ведущий мост в блоке с коробкой передач.
• Кардан — механизм, передающий крутящий момент между валами у переднеприводных авто и от коробки к задним колесам на заднеприводных.
• Картер. Кожух, в котором располагаются главная передача, полуоси для крепления ступиц ведущих колец и дифференциал.
• Главная передача. Увеличивает крутящий момент и передаёт его на полуоси ведущих колес, адаптирует мощь двигателя под эксплуатационные условия.

• Дифференциал. Распределяет крутящий момент между приводными валами и обеспечивает возможность колёс вращаться с разными угловыми скоростями. От дифференциала зависит безопасность езды при поворотах на сухой гладкой дороге. Дифференциал может быть исполнен в виде муфты (вязкостной или фрикционной) или червячных полуосевых шестерен (дифференциал Торсен) с автоматической самоблокировкой механизма в момент разности крутящих моментов на приводном вале и корпусе.
• Полуоси. Передают крутящий момент от зубчатого колеса дифференциала непосредственно на колесо (через ступицу).

• Шарниры угловых скоростей. Передают крутящий момент, идущий от дифференциала к ведущим колесам. ШРУСы в отличие от передачи способны беспрепятственно работать с существенными углами поворота (до 70 градусов).

• Раздаточная коробка («раздатка»). Устройство, направленное на распределение усилия двигателя по ведущим колесам. Раздаточная коробка помогает нарастить крутящий момент при езде по плохим дорогам, бездорожью, распределить крутящий момент между приводными осями транспортного средства.

Для повышения функциональности, эргономичности, конкурентоспособности устройство трансмиссии автомобиля постоянно совершенствуют. Рассмотрим популярные полноприводные МТ 4Matic, xDrive, 4Motion, Quattro.

Особенности популярных трансмиссий 4Matic, xDrive, 4Motion, Quattro

• Системы полного привода 4Matic (установлены на многочисленные легковые модели Mercedes-Benz) с постоянным полным приводом включают межколесный и межосевой дифференциалы свободного типа, позволяющих разделить крутящий момент ДВС на две оси. Каждая из осей благодаря свободным дифференциалам может беспрепятственно вращаться с различной скоростью. Кроме того, у 4Matic предусмотрен контроль за движением посредством системы курсовой устойчивости (предусмотрен контроль тягового усилия, антиблокировочная система тормозов и антипробуксовочный механизм).
• Полноприводные трансмиссии xDrive (разработка BMW) отличаются наличием фрикционной многодисковой муфты. Она выполняет роль дифференциала. Также одна из главных особенностей решения состоит в том, что системой обеспечена возможность перераспределения межосевого крутящего момента в максимально широком диапазоне (0 до 100%).
• Система Quattro (Audi). Отличительная особенность – МТ и ДВС расположены продольно. У большинства трансмиссий Quattro присутствует свободный дифференциал с электронной блокировкой. Благодаря ней автоматически отпадает проблема пробуксовки ведущих колёс при разгоне на скользком дорожном полотне.
• 4 Motion (популярный МТ Volkswagen). Особенность схемы — крутящий момент ДВС распределяется по осям в зависимости от ситуации на дороге.

У большинства трансмиссий Quattro и 4Motion присутствует свободный дифференциал с электронной блокировкой. Благодаря ней автоматически отпадает проблема пробуксовки ведущих колёс при разгоне на скользком дорожном полотне.

Классификация

Трансмиссии принято классифицировать в зависимости от способа передачи энергии (типа преобразователя крутящего момента, привода транспортного средства использованной коробки передач.

В зависимости от способа передачи энергии выделяются следующие виды трансмиссии автомобиля:

• Механическая. Энергия передаётся посредством механического трения в сцеплении, взаимодействия шарниров, зубчатых колёс.
• Гидромеханическая. Крутящий момент возникает за счёт механического трения и работы гидравлики. ТМ здесь работают благодаря гидромуфте, гидротрансформатору.
• Гидравлическая. Вращение обязано нагнетания масла к гидротурбине под высоким давлением. То есть передача энергии осуществляется посредством жидкости.

В зависимости от привода выделяют переднеприводную, заднеприводную и полноприводную трансмиссию. О том, как они отличаются, можно судить, исходя из особенностей схемы устройств, приведённых в начале нашего материала.

В зависимости от коробки передач трансмиссия бывает:

1. Механическая.
2. Автоматическая.
3. Роботизированная.
4. Вариативная (бесступенчатая) – с вариатором.

Подробнее о трансмиссиях с разными типами коробок передач читайте в нашем материале «Коробка передач».

Механическая трансмиссия

Передача мощности производится за счёт механических передач вращательного движения.

Плюсы:

• Низкая стоимость.
• Высокий КПД.
• Малые габариты.

Механические системы обладают наивысшим КПД среди прочих, наименьшей массой, наиболее просты в производстве.

Важно! Не нужно путать механический способ передачи энергии и механическую коробку передач. Да, чаще всего решения с механической коробкой – это именно решения с механической передачей энергией. И именно её все и называют механическая трансмиссия автомобиля. Но это не аксиома. Среди гусеничной техники есть решения, где энергия передаётся через мехпередачи, при этом коробки стоят отнюдь не механические.

Гидромеханическая трансмиссия

Для агрегата характерно наличие гидромеханической коробки передач (в конструкции объединены механический редуктор + гидродинамический преобразователь крутящего момента). Наибольшая эффективность от системы наблюдается при наличии в ней автоматического управления.

Гидротрансформатор с колёсами с криволинейными лопатками, являющийся обязательным элементом такого агрегата, автоматически изменяет крутящий момент, передаваемый от двигателя.

Процесс передачи крутящегося момента подчиняется изменениям нагрузки на выходном валу КП.

• Муфта свободного хода запускает процесс вращения колеса реактора только в одном направлении. Оно совпадает с траекторией вращения насосного колеса.
• Рабочая зона под давлением заполняется маслом.
• Насосное колесо вращается.
• Лопатки насосного захватывают масло.
• Под влиянием центробежной силы масло оказывается на турбинном колесе.
• Масло поступает в реакторе.
• Направление потока жидкости изменяется.
• Масло снова поступает в насосное колесо.

Таким образом, на лицо – замкнутая циркуляция масла.
Плюсы и минусы гидромеханических решений

Гидромеханические решения ценят за широкий диапазон регулирования передаточных чисел, возможность обеспечить бесступенчатое изменение параметров потока энергии, реверсирование, быстрое реагирование на изменение условий эксплуатации, ситуацию на дороге. Предоставляется возможность автоматизировать процесс переключения скоростей, установить полный контроль за фильтрацией крутильных колебаний.

Гидромеханические МТ очень популярны у сельскохозяйственных, коммунальных машин, автопоездов большой проходимости. Решение отлично подходит для передачи мощностного потока от ДВС на привод ведущих мостов.
Распространена установка таких агрегатов и на карьерные самосвалы. Удаётся исключить динамические нагрузки на валы, превышение трения дисков.

Самые популярные и эффективные – гидромеханические автоматические трансмиссии.

Правда, при множестве достоинств, есть у них и недостатки:

• Отношение крутящего момента на ведомом звене по отношению к крутящему моменту на ведущем звене (то есть коэффициент трансформации) достаточно низок (не превышает 3).
• Есть сложности с нарастанием тормозного усилия (эта проблема остро чувствуется при вхождении в режим торможения ДВС.
• Высокая материалоемкость.

Гидравлическая трансмиссия

Вместо сухого трения механических МТ задействован гидротрансформатор. Для передачи крутящего момента применяются планетарные ряды, помогающие создать идеальные условия для реализации широкого спектра передаточных отношений. В том числе, такие решения не боятся сильной вибронагруженности.

Огромные преимущества решения:

• При переключениях передач не происходит разрыва потока мощности.
• Решение отлично обеспечивает передачу крутящегося момента.
• Для плавной работы с передачами не нужно прикладывать ударные усилия.

Но чтобы получить отдачу от агрегата с гидротрансформатором, приходится заботиться о монтаже
своей гидромуфты для каждой передачи.

Гидростатическая трансмиссия

ГСТ передаёт энергию вращения от ДВС к колесу или шнеку через насос с помощью направления рабочей жидкости к гидромотору.

Решение чаще всего монтируется на транспорте, если важно обеспечить большое передаточное число. Главные объекты, где устанавливаются МТ такого типа – зерноуборочные комбайны, дорожно-строительные машины, бульдозеры.

ГСТ не препятствует пробуксовке машин на вязких грунтах, а при движении вперед-назад легко обеспечить прямолинейность движения. Даже если отвал бульдозера максимально отпущен, то при медленном продвижении вперёд транспортное средство не глохнет. При работе на бульдозере это особенно ценно.

ГСТ не отличается высоким уровнем КПД, но ДВС у таких ТМ работает более экономично, если сравнивать с механической трансмиссией.

Электромеханическая трансмиссия

Электромеханическая трансмиссия – это решение с тяговым генератором, тяговым мотором (или несколькими моторами).

Объекты установки:

• cамосвалы большой грузоподъёмности,
• автобусы большой вместимости,
• транспорт высокой проходимости (вездеходы, уборочно-транспортные машины),
• гусеничные трактора,
• многозвеньевые поезда высокой проходимости,
• карьерные самосвалы

Главная особенность – энергия передаётся на генератор и при необходимости может использоваться повторно. Торможение происходит с возвратом энергии. Если монтирована аккумуляторная система, можно производить замедленное движение с отключенным ДВС. В электроэнергию может преобразовываться вся мощь ДВС.

Среди недостатков – внушительные габариты, высокая себестоимость, КПД ниже, нежели у механических систем.

Наиболее частые поломки трансмиссии

• Сильный шум при включении сцепления – «симптом» износа пружин (вилки, демпфера) или возникновение зазора в шлицевом соединении. Чаще всего решение проблемы – замена ведомого диска или пружин, но иногда достаточно просто основательней закрепить пружину вилки.
• Увеличение шума при выключении сцепления – сигнал о износе, повреждении подшипников вала КПП. Как правило, проблема решается заменой подшипника.
• «Смазанное» включение передач. Возникает как ответная реакция на износ многих деталей. Важна детальная диагностика и замена одной или нескольких деталей – пружин фиксаторов, шариков, «сухарей», шестерни, муфты, рычага выбора передач, блокирующих колец синхронизаторов.
• Из коробки передачи течёт масло. Чаще всего проблема – в износе сальников или уплотнительных прокладок, и они нуждаются в замене. Но проблема может быть и в ослаблении крепления картера или его крышек. В этом случае требуется регулировка крепежа (гаек).
• КПП издаёт гул, шум. Такое нередко бывает при недостатке уровня масла в коробке. И здесь важно понять причину утечки масла, устранить ее, а затем восстановить уровень масла до требуемых норм. Кроме того, проблема может быть связана с износом синхронизаторов, подшипников, шестерен. В этом случае требуется их замена.
• При подъёме транспортного средства в гору начинается пробуксовка. Переключение на пониженную передачу начинается раньше времени. Здесь, как и в предыдущем случае, причина чаще всего – падение уровня масла. Но нельзя исключать и одновременный износ манжет поршня и дисков муфты. Это может быть прямым стимулом к их замене.
• Cтук на холостом ходу ДВС. Это свидетельство окончания времени эксплуатации дисков фрикционных муфт. Решить проблему можно только их заменой.

Интерактивное обучение! На базе LCMS ELECTUDE доступен специальный обучающий курс-тренинг и тестовая система проверки знаний «Трансмиссия автомобиля».

29 учебных модулей – это отличные возможности для того, чтобы изучить устройство, принцип работы разных трансмиссий. Огромное внимание уделяется устройству и сервисному обслуживанию.

Видеообзор интерактивного тренинга «Трансмиссия»

Дополнительную информацию вы всегда можете уточнить в LCMS ELECTUDE. Это не только обширная база знаний для тех, кто постигает транспортные технологии, но и площадка, которая позволяет прокачать навыки посредством симулятора, оценить знания с помощью системы тестов. Платформа отлично подходит для обучения автодиагностов и автомехаников.

http://auto.onliner.by/2019/01/22/jaguar-132
Источник http://voditelauto.ru/%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%D0%BC%D0%B8%D1%81%D1%81%D0%B8%D1%8F-%D0%B0%D0%B2%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D0%B1%D0%B8%D0%BB%D1%8F/
Источник Источник Источник Источник http://pro-sensys.com/info/articles/obzornye-stati/transmissiya/