Обзор всех видов коробок передач: плюсы и минусы

За более чем столетнюю историю автомобильная промышленность продвинулась очень далеко. Постоянно эволюционировали детали и механизмы автомобиля, в том числе и коробка переключения передач (КПП) или трансмиссия. Первая трансмиссия была механической, и изобрели ее в самом начале автомобилестроения. Сейчас, помимо механической, существуют автоматическая, вариаторная, роботизированная трансмиссии. Причем даже у механической коробки существуют различные виды. Но прежде чем разбираться в тонкостях каждого вида трансмиссии, давайте сначала определим, что это такое, и в чем ее необходимость.

Как устроена и работает КПП

Для начала прибегнем к помощи физики и механики. Коробка передач автомобиля или иного механического транспортного средства представляет собой рычажную пошаговую систему, передающую энергию от мотора на колеса. То есть мотор вырабатывает усилие, чтобы заставить колеса крутиться, эта сила проходит через определенный механизм, который и известен как коробка переключения передач.

Чаще всего КПП в автомобиле располагается между мотором и ведущими колесами, исполняя роль посредника в процессе, который создает движение автомобиля. В случае механики или вариатора это система чаще всего простая, в других случаях она намного сложнее. Мы остановимся на каждом из них отдельно и рассмотрим подробнее.

Итак, вспоминаем самые простые уроки физики из школьной программы, интересует нас рычажная система. Учителя брали простые примеры и вспоминали ее первооткрывателя Архимеда, вряд ли кто-то не знаком с фразой «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю!». Можно вспомнить строителей знаменитых пирамид в Египте, существуют разные теории о том, как они поднимали каменные глыбы на большую высоту. Одна из них также заключается в принципе рычажной системы.

Суть ее проста, и каждый может провести эксперимент. Представьте детские качели-балансиры. Берем длинную доску, она является рычагом, ставим ее посредине на точку опоры. На один конец доски кладем груз, за другой возьмемся руками. Опускаем доску и поднимаем груз, при этом, чем дальше от нас будет точка опоры, тем проще будет справиться с грузом. Но и расстояние, которое мы «пройдем» руками вместе с доской, будет тоже большим. В обратной ситуации, чем ближе мы будем к точке опоры, тем больше усилий придется приложить для подъема груза и тем меньшее расстояние «пройдут» наши руки. Кстати, груз в этом случае мы можем поднять гораздо выше.

О рычажной системе мы задумываемся крайне редко, хотя если оглянуться, то найдем много примеров из нашей повседневной жизни. Каждый из нас когда-либо пользовался тачкой, чтобы перевезти сыпучие материалы. Если нет, то система рычага применяется в плоскогубцах или ножницах. Более того, она есть в нас самих, ведь если упростить, то челюсти не что иное, как рычаги.

Мы приблизились к коробке передач автомобиля, но не до конца. Для еще большего понимания того, как работает этот механизм возьмем в пример велосипед. Большинство из нас на нем катались и продолжают кататься. Велосипеды бывают разные. Возьмем самый простой: рама, руль, два колеса, цепь, педали. В советские времена такие велосипеды были представлены в широком ассортименте. Их можно назвать односкоростными. Возможности его ограничены, и при езде на нем у нас всегда будут одинаково соотносится частота оборотов педалей и ведущего заднего колеса. На нем практически невозможно заехать на крутую высокую гору, у человека не хватит для этого сил. Даже если сделать это с разгона, то попытка вряд ли удастся.

Если же у велосипеда несколько скоростей, а такие легко отличить по наличию нескольких звездочек, возможностей становится гораздо больше. Те самые звездочки выполняют роль рычагов. На спортивных велосипедах можно увидеть ведущие и ведомые звездочки, они отличаются размерами. В зависимости от того, какие условия езды и какой темп нам необходим, мы изменяем передачу велосипеда и перекидываем цепь на те или иные звездочки. Нам нужна оптимальная сила раскрутки колес и скорость их вращения.

К примеру, мы выбираем наименьшую по размеру звездочку в качестве ведущей и наибольшую в качестве ведомой, тем самым устанавливается самая низкая передача, и передаточное число становится также самым маленьким. На практике такая передача позволяет велосипедисту подняться на самую крутую гору, однако для этого нужно с очень большой скоростью крутить педали, а велосипед двигаться будет очень медленно. При обратной ситуации, самой высокой передаче, цепь будет находиться на самой большой ведущей звездочке и на наименьшей ведомой. Достаточно провернуть ведущую звезду один раз, то есть сделать один оборот педалей, и колеса провернутся много раз. Именно такую комбинацию используют спортсмены на равнинной дороге, – тратят меньше физических усилий, а велосипед едет быстрее.

Пример с велосипедом еще ближе объясняет работу автомобильной коробки передач, хотя, конечно, происходит все не точь-в-точь. В автомашине нет какого-то числа звездочек и цепочки для их соединения. Отличается автомобиль от велосипеда и количеством передач. Сегодня на автомашинах количество передач варьируется от четырех до восьми, от более старых до современных. Речь в данном случае идет о легковых автомобилях, здесь чем большее число передач, тем быстрее они будут ехать. 

Трансмиссия у грузовых автомобилей может состоять из десяти и более передач, грузовики выполняют гораздо большее число задач нежели их легковые собратья. Передачи могут и вовсе отсутствовать или их число может быть бесконечным, если мы ведем речь о вариаторных коробках. Теперь рассмотрим все виды коробок передач подробнее, разберем, в чем их отличия. Начнем с наиболее распространенных и основных, ведь именно с них начинали свой путь автомобили.

Механика

Механическую коробку передач в обиходе называют «механикой» или даже «ручкой». До недавних пор автолюбители учились ездить и получать права только на таких автомобилях, это основа основ. Существует масса любителей классики, но и недругов у «механики» предостаточно. Основное недовольство вызывает тот факт, что с механической коробкой передач водитель вынужден совершать массу телодвижений: ногой давить на педаль сцепления и рукой переключать передачи, пользуясь специальным рычагом. Он может находиться рядом с рулевым управлением, либо в центре салона между передними сиденьями.

Устройство механической коробки отличается простотой и эффективностью, за что ее и любят сторонники. Водитель напрямую контролирует машину, следит и чувствует ее динамику. Сложность управления – в синхронном переключении передач и плавном отпускании педали сцепления. Новички зачастую делают это резко, «бросая» педаль. В результате машина может заглохнуть или поехать назад с горки. В условиях плотного уличного потока ошибки приводят к аварийной ситуации. 

У большинства современных авто с МКПП есть пять-шесть скоростей плюс задняя передача. В случае с велосипедом речь шла о звездочках, а здесь рычагами выступают шестеренки различных размеров. В цепи нет необходимости, поскольку у этих шестеренок есть зубья, которыми они напрямую соприкасаются. А ручка переключения как раз выполняет роль цепи. Переключая ее, водитель «перекидывает» шестеренки друг на друга, изменяя размер ведомых и ведущих.

Важную роль при переключении передач у механики играют сцепление и синхронизатор. Работа сцепления заключается в том, чтобы отсоединить двигатель от коробки. Синхронизатор помогает соединить шестерни так, чтобы пазы их зубцов на высокой скорости совпали с точностью. Без него сделать это гораздо сложнее.

Автомат

Исторически по времени изобретения автоматическая – это вторая коробка переключения передач. Разработана она была ровно сто лет назад, с тех пор проделала большой путь, много раз модернизировалась и теперь ею оснащается огромное количество автомобилей. Данный факт не вызывает удивления, ведь если сравнивать автомат с механикой, то удобств здесь гораздо больше, и пользоваться такой коробкой не составляет ни малейшего труда даже для автолюбителей без стажа.

Все просто: ставите рычаг переключения (внешне он мало чем отличается от механической КП) в положение «drive» (D) и начинаете движение. Если необходим задний ход, то рычаг переключается в положение «rear» (R). Вы спросите, неужели нет минусов? Конечно, они есть, ведь за удобство всегда приходится чем-то платить.

Во-первых, по сравнению с механикой принцип работы АКПП гораздо сложнее и в случае поломки вы отдадите за ремонт куда большие деньги. Во-вторых, автоматическая коробка весит намного больше механической, порой до нескольких десятков килограммов. В-третьих, в данном случае у автомобиля будет больший расход топлива и не только из-за лишнего веса. Конструкция АКПП предусматривает наличие гидротрансформатора.

Если оглянуться назад на десятилетия, в ту пору автоматические коробки оснащались тремя передачами и передачей заднего хода. Большее количество передач говорило об автомобиле высокого класса – шикарном седане или спорткаре. С тех пор автомобильная промышленность шагнула далеко, и сегодня редко на новых машинах можно увидеть четырехступенчатые автоматы. Сейчас чаще встречаются шести- и даже восьмиступенчатые АКПП, а по динамике или расходу топлива они не уступают механике. 

Автоматическая коробка снабжается продвинутой электроникой – специальными микрочипами, чаще всего их называют «мозгами». Они – часть бортового компьютера автомобиля и контролируют переключение передач на разных оборотах, подстраиваясь под стиль вождения владельца авто.

Таким образом мы рассмотрели два наиболее распространенных типа коробок передач. Теперь рассмотрим другие, которые пока встречаются меньше, но уже успели завоевать определенный сегмент авторынка. Какие-то из них пользуются большей популярностью, другие теряют поклонников.

Робот

Тут должен возникнуть еще один справедливый вопрос: неужели за столько лет существования автопромышленности конструкторы не смогли разработать коробку передач, которая бы устраивала всех, и поклонников механики, и сторонников автомата? Безусловно, такие попытки предпринимались и в итоге вылились в создание роботизированной коробки передач, в просторечии робота или типтроника.

Большой минус для водителей, предпочитающих механику, в том, что компьютер за них выбирает нужную передачу, и нет возможности полностью контролировать автомобиль. Особенно если вести машину приходится в спортивном режиме или в условиях зимы. Автомат же предпочтителен при вождении в спокойной городской среде. Роботизированная коробка передач представляет собой гибридный вариант трансмиссии. Она дает возможность контроля за переключением передач вручную с применением специального селектора с позициями переключения «плюс-минус», то есть, на одну передачу выше или на одну ниже. Во другом случае это могут быть так называемые «лепестки» на руле, они располагаются справа и слева и выполняют ту же функцию, что и селектор. О лепестках или «веслах» очень хорошо знают владельцы спортивных авто, но и в обычных автомашинах их можно встретить все чаще.

Справедливости ради нужно сказать, что водитель в какой-то мере всегда мог контролировать автомат с помощью «пониженных» передач, но о полном контроле над переключением тут не могло быть речи.

Во-первых, пониженная передача значит, что ограничить переключение можно только первой, второй и редко третьей передачей. Например, переключить автомат ниже пятой передачи не получится. Во-вторых, можно принудительно поставить рычаг автомата в режим «Low» (L), то есть попытаться заставить его не переключаться выше первой передачи. Но при слишком высоких оборотах (авто едет с крутой горы) АКПП все равно переключится, чтобы предотвратить повреждение трансмиссии.

Итак, электроника в роботизированной коробке в большей степени контролирует механику, водителю не надо постоянно выжимать сцепление, при этом он всегда может переключиться на автомат.

Вариатор (CVT)

Когда водитель с серьезным опытом вождения автомобиля с механической или автоматической коробкой передач пересаживается на автомобиль с вариатором, или CVT, его посещают странные ощущения. Доводилось слышать разные сравнения, одни говорят, что вождение похоже на управление небольшим современным скутером, другие сравнивают даже с троллейбусом. Все они недалеки от истины. Вариатор представляет собой простое устройство – бесступенчатую коробку передач. Работать оно может в разных условиях.

Конструкция вариатора предусматривает наличие двух шкивов (вспоминаем звездочки велосипеда), которые соединены ремнем. Шкивы не простые, они могут менять свои размеры и, соответственно, менять передаточное число в КПП. Здесь мы не увидим определенное число «звездочек», вариатор сам выбирает необходимый размер шкивов в зависимости от передачи, повышенной или пониженной, едете ли вы на скорости по шоссе или медленно двигаетесь выбирая место стоянки. 

К вариатору не все могут привыкнуть сразу – другой звук в салоне автомобиля, другая манера вождения. CVT в большей степени напоминает автомат, но момент переключения передач водитель не чувствует. Вы давите на акселератор, автомобиль набирает обороты до определенного момента и остается работать на них, едет он при этом быстрее, шкивы меняют свои размеры. Сейчас есть ряд производителей, предлагающих вариатор с подрулевыми переключателями для имитации механики или автомата. В частности, такую комбинацию можно встретить на автомобилях японского производства.

Вариатор идеален для водителей, любящих спокойную и размеренную манеру вождения. Для любителей спорткаров авто с вариатором станет мучением и тратой нервов. Тем не менее если еще десять-пятнадцать лет назад вариатор был экзотикой, его больше знали обладатели японских праворульных автомобилей, то теперь он становится все более популярным. Технологии нужно было время, чтобы созреть. Все-таки есть разница между нагрузкой на ремень скутера и пассажирского автомобиля. Неоспоримые преимущества такой коробки передач: простота и эффективность.

Почему бы нам всем тогда не выбрать автомобиль с вариатором? Самый большой его минус – недолговечность. Со временем такая коробка ломается, причем у большинства. По некоторым данным, средний пробег автомобиля с CVT варьируется вокруг цифры 100 000 км, затем необходима замена, а удовольствие это дорогое. 

Двойное сцепление

КПП с двойным сцеплением DCT стала известна благодаря автоконцерну Porsche и нескольким другим производителям. Данная коробка передач используется в основном в категории дорогих авто и представляет собой высокотехнологичный симбиоз автомата, механики и тонкой работы электронной системы.

Поскольку сцепление двойное, то задействованы две муфты. КПП может работать как автомат, – электроника определяет время и условия для переключения передач. В другом режиме коробка работает как механическая, и водитель использует лепестки на руле или селектор переключения пониженной и повышенной передачи. Кроме того, существует возможность задать определенные настройки компьютеру, который подстроится под манеру вождения владельца авто.

Большое преимущество данного типа коробки передач в том, что они переключаются в мгновение ока, за доли секунды. Происходит переключение очень плавно и практически незаметно, именно поэтому такую коробку используют в гоночных и высокопроизводительных автомобилях. Еще один плюс коробки в ее компактности, в спорткарах она занимает не так много места. Более того, японская компания Honda стала использовать данный тип КПП на нескольких моделях своих мотоциклов.

О минусах коробки переключения передач с двойным сцеплением вы можете догадаться сами, ведь применяется она на определенных, как правило очень дорогих автомобилях. Не каждому автовладельцу такие авто по карману.

Односкоростная КПП

Недаром говорят, что во многих случаях новое – это хорошо забытое старое. Односкоростные коробки передач существовали еще в самом начале развития автомобильного или мотоциклетного производства. Такая коробка подключалась непосредственно к двигателю, либо через шестеренки. Они нужны были для того, чтобы количество оборотов колеса было меньше числа оборотов мотора. 

Но вот наступила новая эпоха в автомобилестроении, в XXI веке на улицах стало появляться все больше электромобилей. У них некоторые другие требования в коробке передач в отличие от предшественников. Тут и пришлось вспомнить об односкоростной КПП. Сам по себе электродвигатель обладает способностью работать в любом диапазоне оборотов, даже один оборот в секунду. Те, кто уже смог побывать за рулем электромобиля Илона Маска Тесла, уже почувствовали, что это авто может ускоряться за считанные мгновения при любом скоростном режиме. Тесла не испытывает нужды в большом количестве передач, достаточно одной.

О минусах таких коробок передач много сказать нельзя, ведь не с чем сравнивать, у электромобилей своя специфика. Скорее можно говорить о минусах самих автомобилей, но это тема для отдельной статьи.

Полуавтомат

Коробка переключения передач полуавтомат – наиболее современный механизм в ряду различных трансмиссий. В ней используется проверенное десятилетиями сцепление вместо гидротрансформатора в обычной АКПП. Если в механике сцепление контролирует водитель, то в данном случае его роль выполняет компьютер. Ряд плюсов полуавтомата: само переключение происходит гораздо быстрее, чем в МКПП, процесс вождения становится проще, автомобиль фиксируется и самовольно скатиться на стоянке не может. 

Как и в случае с роботизированной коробкой полуавтомат может быть переведен на ручной режим переключения передач в соответствии с желанием водителя. Самые распространенные полуавтоматические трансмиссии сегодня, это описанная КП с двойным сцеплением и электрогидравлика.

IVT

Коробка переключения передач IVT по большому счету определенный тип вариатора (CVT). Напомним, что вариатор может использовать бесконечное количество соотношений передач. К этой возможности в данном случае добавляется «бесконечные» максимальные передаточные числа.

IVT представляет собой тип вариаторной коробки, которая может включать в себя «нулевой коэффициент» передаточных чисел – вращение входного вала происходит без вращения вала выходного, при этом оно зафиксировано передачей. Передаточное отношение в данном случае мы называем «бесконечным» несколько условно, точнее можно сказать, что оно «не определено».

Ретроспективный взгляд и обзор различных вариантов коробок передач позволит вам не столько сделать выбор в пользу какой-либо, сколько понять, какое разнообразие их существует. Причем разработчики не стоят на месте и продолжают совершенствовать любые механизмы автомобиля. Вряд ли можно что-то кардинально изменить в трансмиссии, но улучшить ее, предложить новые конструкторские решения вполне возможно. Будем за ними следить, уверены, что в скором времени появятся новые.