Русский
При движении на транспортные средства действуют различные силы сопротивления, например, сила трения от взаимодействия с дорожным покрытием. Поэтому транспортным средствам приходится накапливать мощность, необходимую для преодоления сил сопротивления при трогании с места и ускорении. Сопротивление дороги называется тяговым сопротивлением, а тяга, преодолевающая это сопротивление, создает тяговый эффект. Помимо сопротивления дороге, транспортные средства должны выдерживать сопротивление воздуха. Для грузовых автомобилей это особенно важно, так как сопротивление воздуха пропорционально площади лобовой проекции автомобиля и его скорости в третьей степени (s^3). Таким образом, производителям грузовых автомобилей приходится обращать пристальное внимание не только на коробку передач и параметр передаточного отношения (min и max), но и приводить эти параметры в соответствие с мощностью, собственной массой автомобиля, полной массой автомобиля и т. д. При выборе коробки передач для автомобиля автомобиля специалисты учитывают удельную мощность, то есть отношение максимальной мощности двигателя к его полной массе.
Характеристики коробки передач оказывают существенное влияние на топливную экономичность. Известные компании, такие как Eaton, Allison, ZF, постоянно разрабатывают новые решения по коробкам передач, которые дают существенные преимущества владельцам коммерческих грузовиков. Следует отметить, что работоспособность трансмиссии зависит от дорожных условий, рабочего цикла двигателя (длительная езда с постоянной скоростью или частые остановки и старты), средней скорости автомобиля и т. д.
Грузовики сильно различаются по размеру, мощности и конфигурации; меньшие разновидности могут быть механически похожи на некоторые легковые автомобили. Эти транспортные средства могут быть очень большими и мощными и могут быть сконфигурированы для перевозки специального оборудования, например, пожарных машин, бетономешалок и всасывающих экскаваторов. Современные грузовики в основном оснащены дизельными двигателями, хотя грузовики малого и среднего размера с бензиновыми двигателями существуют в США, Канаде и Мексике. Современные грузовики предназначены для поездок на большие расстояния. Поэтому эти автомобили должны быть оснащены очень надежными и долговечными коробками передач.
Трансмиссия грузовика представляет собой совокупность взаимосвязанных узлов, которые помогают передавать крутящий момент двигателя на ведущие колеса. Более того, величина крутящего момента и его направление могут изменяться в зависимости от других факторов. Трансмиссии разных марок и моделей грузовых автомобилей имеют свои особенности, которые определяются такими факторами, как количество ведущих мостов, индивидуальные конструктивные особенности автомобиля и т.д. Механические стандартные трансмиссии грузовых автомобилей обязательно включают в себя такие узлы, как сцепление, коробка передач, карданный вал, раздаточная коробка. случай.
Что касается крутящего момента, который передается с помощью трансмиссии на ведущие колеса грузовика, то он прямо пропорционален передаточным числам трансмиссии. Передаточные числа определяются инженерами для каждого конкретного автомобиля в процессе его разработки. Величина крутящего момента определяется техническими и динамическими характеристиками, которые должны быть реализованы в разрабатываемой модели.
Ползание по узким городским улицам в пробках с частыми остановками, движение по земляным колеям на заляпанной грязью строительной площадке или передвижение по вывозу мусора – целевое применение грузовых автомобилей или коммерческого транспорта классов 6–8 может предъявлять особые требования к коробкам передач. по сравнению с их шоссейными аналогами. Тем не менее, это не остановило общую тенденцию автоматизации грузовых и коммерческих автомобилей, что особенно коснулось коробок передач.
Механическая коробка передач проверена десятилетиями миллионами водителей грузовых автомобилей, которые считают это решение наиболее подходящим решением для грузовых автомобилей: механические коробки передач просты, относительно недороги как в производстве, так и в обслуживании, обеспечивают снижение расхода топлива. Однако у механических коробок передач есть один существенный недостаток, который может затмить все вышеперечисленные достоинства и вызвать неудовольствие водителей: ручное переключение передач и одновременные манипуляции педалями могут оказаться весьма затруднительными, особенно в условиях городского движения. Неудивительно, что сегодня производители грузовых автомобилей, располагая новейшими технологиями, стараются удовлетворить требования водителей и сделать процесс переключения передач более удобным и безотказным. Согласно многочисленным исследовательским работам, Северная Америка следует за Европой в тенденции «беспомощности», поскольку автоматические и автоматизированные механические коробки передач продолжают набирать популярность в сегменте коммерческих грузовиков. Причины включают повышенную топливную экономичность, более простой набор водителей и повышение производительности, чем при использовании ручного управления, а также большую безопасность.
На небольших грузовиках можно встретить механические коробки передач, напоминающие системы переключения передач, применяемые в легковых автомобилях. Они часто имеют около шести передач и обычно имеют синхронизатор. Для этих грузовиков простая H-образная схема проста в эксплуатации. Однако все становится немного сложнее, когда вы имеете дело с более крупными грузовиками и коммерческими автомобилями с большим количеством передач. На этих более крупных грузовиках обычно имеются дополнительные органы управления, помогающие управлять различными передачами. В старых грузовиках управление часто представляет собой отдельный рычаг, установленный на полу, а в последнее время - пневматический переключатель, установленный на рычаге «H»; в новых грузовиках управление часто представляет собой электрический переключатель, установленный на рычаге «H». Многоступенчатые коробки передач имеют гораздо более высокую мощность, но редко используют синхронизаторы. Существует несколько распространенных вариантов схемы переключения передач: Range, Splitter, Range-Splitter. Сегодняшние механические коробки передач для грузовых автомобилей чаще всего представляют собой «диапазонный делитель».
Современные автоматические коробки передач имеют существенные отличия от своих предшественников, которые использовались в коммерческих грузовиках. Основное отличие заключается в количестве диапазонов передач и в самом принципе управления трансмиссией грузовика. Количество передач в старых автоматических коробках передач ограничивалось пятью, а управление осуществлялось с помощью гидравлики. Сегодня производители трансмиссий предлагают автоматические коробки передач, имеющие более 5 передач, которые управляются посредством электроники. Кроме того, современные автоматические коробки передач оснащены блокировкой гидротрансформатора.
В список преимуществ современных автоматических коробок передач для коммерческих грузовиков входит плавность процесса переключения передач. Расход топлива на сельских дорогах сопоставим с уровнем расхода при использовании механической коробки передач. Автоматическая коробка передач позволяет водителям легче и безопаснее управлять грузовиком, уделяя больше внимания дороге и не отвлекаясь на ручное переключение передач. Основными конкурентными недостатками автоматических коробок передач для коммерческих грузовиков являются повышенный расход топлива, проблемы с обслуживанием и АКПП, приводящие к дорогостоящим услугам по ремонту.
Автоматизированная механическая коробка передач (АМТ) считается еще одним перспективным решением трансмиссии для грузовых и коммерческих автомобилей. АМТ аналогичны механическим коробкам передач по функциональным возможностям и принципам работы. Можно сказать, что АМТ — это почти то же самое, что и механическая коробка передач, но в ее состав входят сервопривод и гидропривод, управляющие работой сцепления и процессом переключения передач. АМТ отличаются своей эффективностью. Кроме того, АКПП не так дороги в обслуживании и ремонте, как АКПП, а расход топлива АКПП сопоставим с уровнем механических коробок передач (иногда АМТ могут экономить топливо даже больше). Если грузовики с автоматической коробкой передач просты в эксплуатации, но требуют немалых затрат на топливо и обслуживание, то грузовики с АМТ оказываются не только удобными, но и экономически выгодными.
Однако следует отметить, что когда вы переключаете механическую коробку передач или AMT и включаете сцепление, крутящий момент двигателя прерывается, и эта мощность не передается по трансмиссии на колеса. В полностью автоматической коробке передач гидротрансформатор позволяет переключать передачи, не прерывая крутящий момент, идущий от двигателя к колесам.
Поскольку автоматические коробки передач и решения АМТ постепенно вытесняют с рынка трансмиссий грузовых и коммерческих автомобилей варианты с ручным переключением передач, рассмотрим эти типы коробок передач подробнее.
В состав общей автоматической коробки передач входят гидротрансформатор, механическая часть, система управления и вспомогательные механизмы. Гидротрансформатор служит гидравлическим передающим механизмом, в котором мощность передается потоком ATF. Гидротрансформатор состоит из рабочего колеса насоса, рабочего колеса турбины и стартера. Механизм блокировки обеспечивает лучшую экономию топлива. Гидротрансформатор обеспечивает связь двигателя с трансмиссией, снижает динамические нагрузки, предотвращает остановку двигателя при перегрузках, увеличивает крутящий момент двигателя при трогании с места и в сложных дорожных условиях.
Автоматические коробки передач имеют 3 планетарные передачи и фрикционы, обеспечивающие процесс переключения передач трансмиссии. Значение передаточного числа изменяется постепенно, не нарушая поток мощности. Переключение передач коробки передач осуществляется системой управления в автоматическом режиме. Многие модели автоматических трансмиссий оснащены гидродинамическим замедлителем, который служит для замедления движения автомобиля и уменьшения износа тормозных колодок. Ретардер обычно устанавливается в автоматических трансмиссиях автобусов и техники и транспортных средств, эксплуатирующихся в горной местности. Усовершенствованные электронные блоки управления (ЭБУ) автоматических коробок передач обеспечивают высокую адаптивность к дорожным условиям и стилю вождения, позволяют реализовать дополнительные функции. По желанию заказчика АКПП может быть оснащена переключателями передач АКПП кнопочного или рычажного типа.
Allison Transmission, один из крупнейших в мире производителей автоматических трансмиссий для грузовых и коммерческих автомобилей, оснащает свои трансмиссионные решения системой диагностики трансмиссии грузовых автомобилей Prognostics, которая позволяет водителю контролировать состояние основных узлов автомобиля. Функция Oil Life Filter контролирует расход топлива, экономя топливо во время движения и во время работы двигателя на холостом ходу. Функция Filter Life Monitor информирует водителя о необходимости замены фильтра коробки передач. Функция Transmission Health Monitor контролирует состояние цепей привода трансмиссии и предупреждает водителя о необходимости своевременного обслуживания и регулировки.
Сегодня Allison Transmission предлагает широкий спектр трансмиссионных решений для грузовых и коммерческих автомобилей (модели трансмиссий серий 1000, 2000, 3000 и 4000). Еще одно решение для автоматической коробки передач TC10 было разработано компанией Allison для тягачей. На автобусах используются трансмиссии Allison серии Torqmatic. Тяжелые грузовики, используемые в горнодобывающей и строительной промышленности, часто оснащаются трансмиссиями Allison серий 5000, 6000, 8000 и 9000.
Volvo, известный производитель грузовых автомобилей, также предлагает эффективные решения для автоматических трансмиссий, такие как Powertronic. The Пауэртроник представляет собой полностью 6-ступенчатую автоматическую коробку передач с электронным управлением, которая рассчитана на движение с частыми остановками-стартами. Трансмиссия грузового автомобиля Powertronic оснащена гидротрансформатором, обеспечивающим высокую тяговую силу при трогании с места без прерывания передачи крутящего момента на ведущие колеса. Поэтому данная трансмиссия является идеальным вариантом для грузовиков Volvo, работающих на строительных площадках и в городском движении.
Компания Voith предлагает семейство автоматических коробок передач DIWA, предназначенных для городских и пригородных автобусов. Главной особенностью этих автоматических трансмиссий является то, что крутящий момент двигателя передается как механически, так и гидравлически. Старт с места осуществляется гидравлически, а по мере увеличения скорости движения участие гидравлики постепенно заменяется механической частью. Следует отметить, что мощность двигателя делится до включения гидротрансформатора и суммируется после этого. Таким образом, гидротрансформатор и две планетарные передачи образуют 1-ю гидромеханическую передачу. Таким образом, трансмиссия DIWA работает с высокой эффективностью в широком диапазоне скоростей, обеспечивая плавный старт с места и стабильное ускорение. Затем система трансмиссии активирует чисто механическую передачу крутящего момента, которая работает с меньшими потерями. Гидротрансформатор одновременно работает как гидрозамедлитель, что обеспечивает немедленное срабатывание гидротормоза независимо от включенной передачи.
Высокий КПД данной трансмиссии достигается благодаря комбинации «дифференциал-гидротрансформатор». В то время как обычные автоматические коробки передач переключают передачи при старте 2-3 раза, Voith DIWA продолжает использовать первую передачу – одновременно включая гидротрансформатор и механические детали трансмиссии грузовика. Поэтому меньшее количество переключений делает движение автобуса более плавным и снижает износ фрикционных дисков. Гидротрансформатор в DIWA расположен посередине коробки передач, такое расположение помогло избавиться от лишних трубок и соединительных шлангов.
Немецкая компания ZF также предлагает замечательные решения по трансмиссиям для грузовых и коммерческих автомобилей. Например, 6-ступенчатая автоматическая коробка передач ZF EcoLife предназначена для грузовых автомобилей и автобусов. Данная трансмиссия имеет эффективную систему охлаждения, позволяющую работать в более жестких температурных условиях, когда температура трансмиссионного масла в теплообменнике достигает 120°С. Кроме того, инженеры ZF использовали здесь гидротрансформатор с более высокими показателями ускорения при низких параметрах оборотов двигателя. Встроенный гаситель крутящих колебаний снижает расход топлива при трогании с места за счет быстрого отключения блокировки гидротрансформатора.
Еще одна 6-ступенчатая автоматическая коробка передач ZF-PowerLine, предназначенная для легких коммерческих автомобилей, отличается экономией топлива благодаря усовершенствованному гидротрансформатору. Следует отметить, что гидротрансформатор АКПП в коробках передач ZF используется в начале движения и прекращает работу при разгоне автомобиля до скорости 10-15 км/ч. в этом случае нет необходимости использовать «продленную» 1-ю передачу. Семейство трансмиссий ZF Ecomat было специально разработано для городских автобусов и автомобилей специального назначения.
Сегодня электроника играет важную роль в управлении различными системами грузовых автомобилей. В настоящее время микропроцессор регулирует работу не только зажигания двигателя, но и сцепления и коробки передач. Основным преимуществом электронного управления перед механическими, гидравлическими или пневматическими вариантами является лучшая оперативность и возможность комбинирования большого количества параметров. Различные режимы работы можно изменить путем перенастройки программного обеспечения, а не путем внесения изменений в конструкцию трансмиссии. Таким образом, электроника обеспечивает более экономичную эксплуатацию автомобиля и более безопасное вождение. Поэтому все больше грузовых автомобилей (особенно большегрузных) оборудуются автоматизированными механическими коробками передач. Многие путают этот тип трансмиссии с автоматическим переключением передач, но в АКПП, в отличие от АМТ, есть гидротрансформаторы.
В конструкцию автоматизированной трансмиссии может входить электромеханический, электропневматический или электрогидравлический привод, преобразующий сигналы, поступающие от электронного блока управления (ЭБУ), в угловое перемещение вилки сцепления. В самой АМТ установлен электродвигатель с сервоприводом, который приводит в движение вилку сцепления. Это, казалось бы, простое техническое решение управляется сложным программным обеспечением, которое обрабатывает сигналы рычага-джойстика, расположенного в кабине грузовика, при переключении передач водителем. Поэтому в кабине грузовика, оснащенного АМТ, всего две педали – газа и тормоза. Такая грузовая трансмиссия появилась в конце 90-х годов и поначалу эта технология была воспринята водителями с недоверием. Кроме того, в те времена автоматические коробки передач были значительно дороже механических. Но в наши дни, с развитием более совершенных и экономичных технологий, все больше и больше грузовиков оснащаются автоматизированными трансмиссиями. Eaton была первой компанией на рынке автоматических трансмиссий, выпустившей в 90-е годы трансмиссию AutoShift. С тех пор портфолио продукции Eaton пополнилось 6-ступенчатой коробкой среднего класса UltraShift и 10-, 11-, 13- и 18-ступенчатой тяжелой коробкой передач UltraShift Plus.
Автоматизированная механическая трансмиссия (АМТ) набирает популярность в автомобильной промышленности благодаря сочетанию преимуществ механических трансмиссий и автоматических трансмиссий с точки зрения расхода топлива, низкой стоимости, повышенного комфорта вождения и качества переключения передач. Сегодня автоматизированные механические трансмиссии грузовых автомобилей производят самые разные компании: ZF, Volvo, Daimler AG, Eaton, Mack, Detroit Diesel, Mercedes, Man и др. Теперь рассмотрим подробнее замечательные решения АМТ, предлагаемые этими компаниями.
Volvo Trucks предлагает 6-ступенчатую автоматизированную механическую коробку передач I-Sync, предназначенную для грузовиков Volvo FL. Эта трансмиссия грузовика специально разработана для двигателя D7 и для эксплуатации на городских улицах и загородных участках. Электрогидравлический привод обеспечивает плавное переключение передач при движении в плотном городском потоке с частыми остановками. . Коробка передач I-Sync доступна в двух версиях — для двигателя D5K и для двигателя D8K. Рычаг, установленный за рулем, позволяет водителю выбирать ручной или автоматический режим переключения передач. В грузовиках с трансмиссией I-Sync педаль сцепления отсутствует – ручное переключение передач осуществляется с помощью упомянутого выше рычага. В автоматическом режиме трансмиссия I-Sync самостоятельно переключает передачи в удачно выбранный момент. Крутящий момент этой трансмиссии может достигать 1050 Нм, что делает трансмиссию I-Sync идеальным вариантом для грузовиков, работающих в городских условиях.
Еще одним известным решением AMT, разработанным Volvo Trucks, является трансмиссия I-Shift. В основе этой трансмиссии лежит механическая коробка передач постоянного зацепления. Главным узлом этой «умной» трансмиссии является электронный блок управления (ЭБУ), который управляет работой сцепления трансмиссии и процессом переключения передач. ЭБУ переключает передачи очень точно благодаря анализу данных о скорости грузовика, весе, необходимом крутящем моменте, уклоне дороги и других параметрах. Система также обменивается данными с двигателем, который, в свою очередь, регулирует частоту вращения и торможение двигателем для достижения максимальной эффективности. Это решение для трансмиссии предназначено для экономии до 5% топлива. Данная автоматизированная трансмиссия может иметь одну или две понижающие передачи, а также вариант с дополнительными передачами заднего хода. Скоростные редукторы существенно улучшают возможность трогания с места, снижают нагрузку на сцепление до 75 % и позволяют избежать дополнительных ремонтных работ.
Mack Trucks предлагает автоматизированные трансмиссии mDrive (12-ступенчатые) и mDrive HD (варианты с 13 и 14 скоростями), предназначенные для различных моделей грузовиков Mack.
Трансмиссии грузовиков Mack разработаны для бесперебойной работы с двигателями и мостами Mack MP, поэтому не возникает проблем с совместимостью или производительностью. Благодаря прочным материалам, простоте управления и американскому производству эти трансмиссионные решения обеспечивают не только эффективное переключение передач, но и экономию топлива, снижение износа и удобство вождения.
Detroit Diesel Corporation, дочерняя компания Daimler Trucks North America (полностью принадлежащая немецкой Daimler AG), предлагает автоматизированную механическую коробку передач DT12, предназначенную для большегрузных грузовиков. Данная трансмиссия грузовика обеспечивает плавное переключение передач, долговечность и простоту эксплуатации.
Трансмиссия DT12 связывает двигатель с осями и обменивается данными с DD13 и DD15 через интегрированную электронную сеть для обмена данными по снижению повреждений, такими как перегрузка сцепления трансмиссии и защита трансмиссии. DT12 использует информацию топографической карты для управления функциями двигателя и коробки передач, используя преимущества окружения грузовика.
Семейство автоматизированных трансмиссий Mercedes-Benz PowerShift включает в себя несколько моделей трансмиссий. Процесс переключения передач в грузовиках, оснащенных 12-ступенчатой коробкой передач PowerShift, осуществляется быстро и плавно. Эта трансмиссия имеет режим «маневрирования» и передачи для магистрального движения на высоких скоростях и малых оборотах. Грузовые автомобили Mercedes-Benz Actros оснащены модернизированной версией PowerShift 2. Благодаря использованию усовершенствованной сенсорной системы передачи переключаются более быстро и плавно. Строительные грузовики Mercedes-Benz Actros оснащены 12-ступенчатой коробкой передач AMT PowerShift Off-road, имеющей несколько режимов работы и 4 передачи заднего хода. В конструкцию этой коробки передач также входит датчик наклона и продвинутая система плавного трогания с места. 8-ступенчатая коробка передач AMT PowerShift GO 240-8 устанавливается на туристические автобусы Mercedes-Benz Travego и Tourismo.
MAN Nutzfahrzeuge Gruppe производит автоматизированные коробки передач TipMatic, которые представляют собой идеальный синтез комфорта и эффективности. 12-ступенчатая трансмиссия TipMatic с режимом «внедорожье» и 2 задними передачами была разработана для большегрузных автомобилей TGX и TGS.
Эта автоматизированная трансмиссия может иметь прямую или повышающую передачу. Выбор режимов работы осуществляется с помощью переключателя на центральной консоли, а переключение передач осуществляется с помощью подрулевого переключателя. Трансмиссия TipMatic может быть оснащена замедлителем MAN PriTarder или замедлителем ZF. По заказу TipMatic может быть оснащен специальными программами управления: Profi (режим ручного переключения передач с кик-дауном), Fleet (для неопытных водителей).
Несмотря на то, что все больше производителей грузовых автомобилей предпочитают устанавливать в свою продукцию автоматические или автоматизированные коробки передач, механическая коробка передач по-прежнему занимает значительную долю в сегменте коммерческих грузовиков. По-прежнему существует много поклонников надежных и недорогих решений с механической коробкой передач. которым нравится управлять процессом переключения передач с помощью переключателя механической коробки передач грузовика. Десятиступенчатая коробка передач остается наиболее распространенным типом механической коробки передач для тяжелых шоссейных грузовиков, хотя 13- и 18-ступенчатые коробки популярны среди водителей-дальнобойщиков и обычно применяются с двигателями высокой мощности. Грузовые автомобили, используемые в строительстве и других сферах деятельности, как правило, имеют 11-ступенчатые коробки передач с тремя диапазонами передаточных чисел вместо двух, как в шоссейных трансмиссиях. Такие известные компании, как Eaton, ZF и Volvo, не отказываются от вариантов механической коробки передач для грузовых и коммерческих автомобилей. Внедрение полностью автоматических трансмиссий и АМТ в грузовые автомобили во многом обусловлено требованиями водителей к комфорту и удобству, а также вопросам безопасности. Поэтому сложно делать точные прогнозы для такой высокотехнологичной отрасли, где компании вкладывают много усилий и значительные финансовые ресурсы для разработки чрезвычайно сложных технических решений, которые еще 10–15 лет назад казались невероятными. Кто знает, возможно, в не столь отдаленном будущем все коммерческие операции будут выполнять беспилотные грузовики.