Знакомство с секвентальной трансмиссией

Длительное время коробка передач была механической, но нетривиальный механизм переключения, присущий данному типу трансмиссии, заставил конструкторов заняться поисками альтернативных способов переключения передач.

И их усилия оказались не напрасными – семейство КПП пополнилось сначала коробками-автоматами, а затем и другими разновидностями – роботизированными, вариативными, секвентальными.

Но так уж получилось, что рядовой автолюбитель с уверенностью может говорить только о механике и автомате. Гораздо меньшее количество автомобилистов в курсе, что такое вариатор или роботизированная трансмиссия. И совсем мало тех, кто знает, как устроена и работает секвентальная коробка. Мы решили восполнить этот пробел автомобильного образования.

Что такое КПП секвентального типа

Классическая механическая коробка, несмотря на некоторые недостатки, по-прежнему занимает доминирующие позиции в сегменте автомобильных трансмиссий. Этому есть объективное объяснение – овладеть навыками переключения достаточно просто, нужна лишь небольшая практика. Но главное – такая КПП предоставляет водителю свободу действий: двигаясь с нужной скоростью, он может переключаться на любую передачу без ограничений. Например, разогнавшись, переключиться с третьей сразу на пятую, тронуться с места со второй и даже третьей, если есть достаточный уклон, резко затормозить и включить вторую передачу после четвёртой.

Разумеется, полной свободой это назвать нельзя – выбранная передача должна соответствовать нагрузке на авто и скорости движения.

Секвентальная КПП этого не позволяет. Её основное отличие от механики – необходимость последовательного включения всех передач, независимо от направления.

Вы спросите, а какой смысл в такой трансмиссии? Ответ будет очень простым: в упрощении управления автомобилем. В этом нет никаких противоречий – машины с секвентальной коробкой не имеют сцепления, поэтому водителю вообще не нужно задумываться о том, какая передача в настоящее время задействована, и какую нужно включать при наборе скорости или, наоборот, при торможении. В результате процесс переключения передач заметно ускоряется, что можно назвать основным достоинством СКПП.

Строго говоря, коробки передач данного типа – неотъемлемая часть мототехники, особенно старых поколений, где переключение осуществляется ножной педалью. Но и сегодня, к примеру, мотоциклы BMW оснащаются именно этим типом трансмиссии, которая со временем тоже эволюционирует, становясь более совершенной, безотказной и удобной. Так, в настоящее время выпускаются семиступенчатые секвентальные коробки передач модели SMG. Первое поколение таких КПП устанавливалось на автомобили BMW Е36 М3 с 1996 года, с 2001 года SMG 2 стала основной трансмиссией Е46 М3, а третье поколение вошло в комплектацию Е60 М5.

Если при использовании МКПП у опытного и умелого водителя на переключение передач тратится порядка 0.6 секунды (среднестатистический показатель заметно выше), то использование современных секвентальных коробок позволяет уменьшить этот временной промежуток примерно втрое, до 0.2 секунд.

Безусловно, для рядового автомобилиста это некритично, а вот для спортсменов такой выигрыш во времени очень даже существенен, учитывая, что во время гонки переключаться приходится очень часто.

Следует считать заблуждением мнение о том, что СКПП устроена сложнее механики. Коробка-автомат – да, это действительно очень сложное устройство, а вот конструкция трансмиссии типа SMG проще, чем у МКПП. Хотя бы потому, что здесь отсутствуют синхронизатора, но об устройстве секвентальных коробок мы поговорим чуть позже.

Таким образом, правильный ответ на вопрос, что значит секвентальная КПП, заключается в следующем: это тип трансмиссии, в котором передачи переключаются исключительно последовательно (1-2-3-4 и т.д.), как вверх, так и вниз, но зато намного быстрее, при этом педаль сцепления отсутствует, а её роль выполняет электроника. По крайней мере, в легковых автомобилях.

Устройство, особенности, принцип работы СКПП

О главной особенности секвентальной трансмиссии вы уже знаете – это невозможность переключения передач в произвольном порядке (вернее, отсутствие возможности свободного выбора). Но в чём смысл такой коробки? Дело в том, что у водителя далеко не всегда имеется возможность включения нужной передачи посредством торможения (при переходе с высшей на низшую передачу) автомобиля. Особенно в случаях, когда количество передач большое (от шести и выше), что характерно для сельскохозяйственной техники, тракторов, большегрузных автомобилей.

Поскольку педаль сцепления (но не само сцепление) отсутствует, это теоретически упрощает управление транспортным средством – необходимость в синхронизации движений левой и правой ноги при переключении скоростей отсутствует. Управление сцеплением осуществляется бортовым компьютером, получающим все необходимые для этого сведения от сенсоров и датчиков, отслеживающих степень нажатия педали акселератора и попытки включения определённой передачи. ЭБУ, анализируя эти данные, посылает соответствующий сигнал на исполнительное устройство – прогрессивный блок СКПП, который и осуществляет корректировку скорости движения автомобиля.

Чтобы иметь представление, как работает секвентальная коробка передач, нужно также знать, что, в отличие от механического аналога, здесь вместо конусных шестерён используются прямозубые. Такой механизм имеет более высокий КПД за счёт снижения потерь на трении, однако при этом снижается крутящий момент. Этот недостаток компенсируют установкой шестерён большего диаметра. Отметим, что уровень шума при работе трансмиссии с прямозубыми шестернями намного выше.

Наконец, ещё одной особенностью секвентальной коробки является использование гидравлических сервоприводов, функция которых – облегчить и ускорить переключение между скоростями. Правда, сервоприводы используются и в роботизированных коробках, но там вместо гидравлики используется электрический привод.

Если на мотоциклах переключение передач осуществляется педалью, то в автомобилях – привычным рычагом или кнопками (которые даже более удобны в использовании, хотя это дело привычки). Место расположения рычага – либо стандартное, на центральной консоли, либо на руле, что характерно для «американцев» и «японцев». Обозначается такая коробка буквой «S» (от слова

Sequence, что с английского переводится как «последовательность», «последовательный»).

В некоторых вариациях секвентальной коробки переключение скоростей может происходить в автоматическом режиме. Обычно такие СКПП могут работать в трёх режимах:

• стандартном механическом, с ручным переключением передач,
• спортивном механическом, позволяющим ускорить процесс переключения,
• автоматическом, избавляющим водителю от потребности переключать передачи (да, здесь присутствуют аналогии с коробкой-автоматом, но есть и множество отличий).

Принцип работы секвентальной коробки передач основан на использовании классической механической трансмиссии, которую модернизировали, оснастив шестернями с прямыми зубьями. Благодаря наличию гидравлического механизма сервоприводов от водителя не требуется высокой точности при изменении режима движения транспортного средства, что ещё больше упрощает управление автомобилем. Всё, о чём ему нужно заботиться – следить за нагрузкой на силовой агрегат, производя последовательное переключение при ускорении и торможении без участия педали сцепления.

Как же достигается заметное снижение времени, затрачиваемого на переключение скоростей? Дело в том. что на механической КПП при переводе рычага из одного положения в другое тяга приводного механизма вначале подтягивается, затем происходит её поворот, и только после этого она нажимается. В секвентальной коробке используется совершенно иной принцип – здесь в работу включаются одновременно две тяги, одна из которых подтягивается, другая – сразу же нажимается. Другими словами, при переходе с третьей скорости на вторую в момент переключения тяга третьей передачи подтягивается, а второй – нажимается. В результате общее время переключения снижается с одной секунды (усреднённый показатель) до 0.12 миллисекунд.

Многие автомобилисты путают секвентальные коробки с кулачковыми. Между ними действительно есть немало общего (прямозубые шестерни увеличенного диаметра и длины, а также наличие торцевых выступов, служащих основой для зацепления с кулачками), благодаря которым и удаётся существенно сократить время переключения. Автомобили с кулачковой трансмиссией более динамичны, но в этом случае от водителя требуется немалый опыт, чтобы осуществлять переключение в нужный момент. У секвентальных трансмиссий такой недостаток отсутствует. Именно по этой причине коробки передач кулачкового типа ставятся исключительно на спортивные авто, хотя никто не запрещает вам выполнить соответствующий тюнинг и на обычном серийном автомобиле. Конструкторы болидов некоторых команд «Формулы 1» совместили достоинства обеих типов трансмиссий в одном устройстве, но, разумеется, сравнивать мастерство вождения гонщиков этой суперсерии с обычными водителями по крайней мере неуместно.

Преимущества и недостатки СКПП

Мы уже рассмотрели на концептуальном уровне основные достоинства секвентальных коробок. Пришло время обсудить преимущества трансмиссии этого типа более детально. Итак, основные плюсы использования такой КПП заключаются в следующем:

• отсутствие педали сцепления. Оказывается, это хорошо не только для новичков, которые могут испытывать трудности с работой двумя ногами при переключении скоростей (ситуации, когда вместо сцепления нажимается тормоз – обыденные, а это практически гарантированная остановка двигателя). Участники гоночных соревнований на автомобилях, оснащённых секвентальной трансмиссией, получают возможность сконцентрироваться на трассе, не отвлекаясь на необходимость координировать движения рук и ног при изменении скоростного режима машины,
• переключение скоростей происходит как минимум втрое быстрее. Если учесть, что коробка-автомат, у которой тоже отсутствует педаль сцепления, гораздо более задумчива, чем МКПП, то у секвентальных трансмиссий в этом отношении нет конкурентов. Само переключение здесь требует от водителя перемещения рычага вверх при разгоне и вниз при уменьшении скорости движения. Крайне просто: дёргаем рукоятку вверх, пока не разгонимся до 4-5 передачи, или вниз до полной остановки. Не нужно задумываться о том, какая передача включена сейчас, и на какую следует переключиться,
• отсутствие временной задержки при переключении скоростей в некоторой мере способствует экономии топлива. И хотя этот эффект незначительный, но он имеет аккумулятивное действие – это всегда нужно учитывать,
• современные трансмиссии секвентального типа и так упростили управление транспортным средством практически до минимума, перенеся клавиши управления на руль. Но оказывается, они предлагают ещё более эффективный вариант – автоматический режим работы, когда водитель и вовсе не должен задумываться о переключении передач – всю работу сделает за него электроника и набор датчиков.

У искушённого читателя наверняка возникнет вполне резонный вопрос: если секвентальные коробки столь хороши, почему они до сих пор не получили массового распространения?

Ответ тривиален: наряду с несомненными достоинствами у этого типа трансмиссии присутствуют и столь же очевидные недостатки, в большинстве случаев перевешивающие преимущества. Опишем их:

• низкая устойчивость к высоким нагрузкам, без которых представить себе работу трансмиссии невозможно. Как бы просто не происходило переключение, даже при наличии СКПП делать это нужно, учитывая подходящий скоростной режим – если переключаться на третью со скорости 60-70 км/час, это будет явным издевательством над коробкой. Независимо от типа. Особенности конструкции секвентального механизма переключения передач (в частности, наличие гидравлического сервопривода) существенно снижают способность деталей КПП противостоять износу. Достаточно сказать, что на гоночных болидах такие трансмиссии приходят в негодность буквально после каждого этапа. А это – дорогое удовольствие: стоимость СКПП намного выше, чем у механики. Но ради выигрыша в скорости команды, участвующие в гонках, вынуждены идти на подобные траты. Для серийного автомобиля это недопустимо. И хотя здесь речь идёт не только о прощении управления автомобилем, но и об увеличении мощности и снижении расхода горючего, даётся всё это не даром. Водитель, как уже упоминалось выше, доложен переключаться правильно, чувствовать свой автомобиль, выбирать нужную скорость для переходя с низшей передачи на высшую и наоборот. Если у вас опыт небольшой – ошибки в использовании секвентальной трансмиссии неизбежно приведут к её преждевременной поломке, а ремонт такой коробки обойдётся вам в значительную сумму. Так что не стоит приобретать автомобиль, оснащённый СКПП, если у вас отсутствует многолетний опыт управления транспортным средством с коробкой-автоматом и МКПП. Стоит учесть и тот фактор, что отечественным автомобилистам будет непросто перестроиться на работу по переключению передач, рычаг коробки которой расположен не на центральном тоннеле, а на подрулевых лепестках. Но это – мелочи по сравнению с тем, что даже при аккуратном использовании срок службы секвентальных коробок в разы меньше, чем механических и даже автоматических,
• такая трансмиссия отличается и дороговизной в обслуживании, что тоже обусловлено конструктивными особенностями. Если говорить о стоимости запчастей/расходных материалов, то здесь ситуация обстоит совсем не радужно. И если вы думаете, что сможете самостоятельно её отремонтировать, то и здесь глубоко заблуждаетесь. Более того, если вы живёте не в мегаполисе, то вам еще придётся поискать автосервис, на котором возьмутся за восстановление СКПП.

Расскажем также об основных заблуждениях, связанных с упоминанием коробки передач секвентального типа:

• многие полагают, что роботизированная и секвентальная трансмиссии – это синонимические понятия. На самом деле это, конечно же, далеко от действительности. Хотя принцип работы коробок обеих типов действительно схож, отличий тоже более чем достаточно. В качестве примера можно привести тип сервопривода: у роботизированной КПП он электрический, а не основанный на использовании гидравлики. Коробка-робот оснащается двойным сцеплением для исключения рывков при переключении скоростей, секвентальный аналог в этом не нуждается,
• существует мнение, что АКПП и СКПП всегда работают в связке. Оно тоже неверно, хотя объяснить такой стереотип можно ростом популярности коробок-автоматов, оснащённых спортивным режимом. В действительности далеко не всегда секвентальная коробка имеет автоматический режим работы и уж тем более ошибочно утверждать о тождественности этих типов трансмиссии. Наиболее яркий пример – гоночные автомобили,
• бытует также мнение, что СКПП является атрибутом только гоночных болидов, причём непременно в сочетании с кулачковым механизмом. Да, такая связка характерна для автоспорта, но уже достаточно давно выпускаются серийные авто, на которых успешно эксплуатируется коробка секвентального типа. И без кулачкового механизма – он действительно является прерогативой гоночных автомобилей.

Сфера применения секвентальной АКПП

Изначально такие коробки и в самом деле устанавливались только на автомобили, используемые в разных дисциплинах автоспорта. Впрочем, и сегодня этот тип трансмиссии в автогонках не имеет конкурентов, позволяя осуществлять переключение передач максимально быстро и без промежуточного падения оборотов. Несколько десятых долей секунды (строго говоря – минимум полсекунды) – это очень много там, где победителя от призёра зачастую отделяют сотые доли секунды. Добавьте к этому гидравлический механизм переключения – и получите действительно высокоскоростную трансмиссию, пускай и достаточно дорогую.

Но уже более двух десятилетий СКПП устанавливаются и на серийные авто. Пионером здесь оказался автоконцерн BMW, в настоящее время такой коробкой оснащаются, к примеру, модели M3/M5 от BMW или Mercedes-Benz С-класс. Некоторые путают такую трансмиссию с автоматом, именуя её «ручным» вариантом АКПП, что в принципе неверно, и мы об этом уже говорили. Обладатели авто, оснащённых секвентальной КПП, утверждают, что управление транспортным средством стало намного проще, а точного попадания в передачу в зависимости от режима движения не требуется.

На многие мотоциклы устанавливаются коробки, работающие по принципу последовательного переключения передач, причём такой технологии уже более 50 лет. Обычно это рычаг, переключаемый ногой, имеющий два положения: вперёд и назад. Нейтраль расположена между ними.

Секвентальная коробка передач устанавливается и на машины сельскохозяйственного назначения (трактора, гусеничная техника). Здесь рычаг переключения располагается также под ногами, как у мотоциклов, но может устанавливаться и на руль.

Наконец, СКПП оснащаются многие модели большегрузных грузовиков и другой тяжёлой спецтехники, у которых количество передач может превышать десяток – управлять такой механической коробкой было бы очень сложно.