Как работает автоматическая коробка передач?

Как работает автоматическая коробка передач?

Если вы когда-либо водили автомобиль с автоматической коробкой передач, то вы знаете, что есть две большие разницы между автоматической коробкой передач и механической коробкой передач:

  1. В автомобиле с автоматической коробкой передач нет педали сцепления.
  2. В автомобиле с автоматической коробкой передач нет переключения передач. Как только вы включаете передачу в привод, все остальное происходит автоматически.

Как автоматическая коробка передач (плюс ее гидротрансформатор), так и механическая коробка передач (с муфтой сцепления) выполняют одно и то же, но делают это совершенно по-разному.

Итак рассмотрим как работает автоматическая коробка передач в автомобиле?

Назначение автоматической коробки передач

как работает автоматическая коробка

Как и в случае механической коробки передач, основная задача автоматической коробки передач заключается в том, чтобы двигатель работал в узком диапазоне скоростей, обеспечивая при этом широкий диапазон выходных скоростей.

Без коробки передач автомобили будут ограничены одним передаточным отношением, и это соотношение должно быть выбрано, чтобы позволить автомобилю двигаться с желаемой максимальной скоростью. Если вы хотите максимальную скорость 80 миль в час, то передаточное число будет похоже на третью передачу в большинстве автомобилей с механической коробкой передач.

Вы, вероятно, никогда не пробовали управлять автомобилем с механической коробкой передач, используя только третью передачу. Если бы вы это сделали, вы бы быстро обнаружили, что при старте у вас почти не было ускорения, а на высоких скоростях двигатель ревел бы рядом с красной линией. Такая машина, как эта, очень быстро изнашивалась бы и была бы почти неуправляемой.

Таким образом, трансмиссия использует шестерни для более эффективного использования крутящего момента двигателя и поддержания работы двигателя на соответствующей скорости. При буксировке или транспортировке тяжелых предметов трансмиссия вашего автомобиля может нагреться достаточно сильно, чтобы сжечь трансмиссионную жидкость. Чтобы защитить трансмиссию от серьезных повреждений, водители, которые буксируют, должны покупать транспортные средства, оснащенные охладителями трансмиссии.

Ключевое различие между механической и автоматической коробкой передач заключается в том, что ручная коробка передач блокирует и разблокирует различные наборы передач на выходном валу для достижения различных передаточных отношений, в то время как в автоматической коробке передач один и тот же набор передач производит все различные передаточные числа.

Планетарная Передача

Когда вы разбираете и заглядываете внутрь автоматической коробки передач, вы обнаруживаете огромный ассортимент деталей в довольно небольшом пространстве. Среди прочего, вы видите:

  • Оригинальная планетарная передача
  • Набор полос для фиксации деталей редуктора
  • Комплект из трех муфт с мокрой пластиной для блокировки других частей редуктора
  • Невероятно странная гидравлическая система, которая управляет сцеплениями и лентами
  • Большой шестеренчатый насос для перемещения трансмиссионной жидкости

В центре внимания находится планетарная коробка передач. Эта деталь размером с дыню создает все различные передаточные числа, которые может производить трансмиссия. Все остальное в трансмиссии предназначено для того, чтобы помочь планетарной передаче выполнять свою работу.  Автоматическая коробка передач содержит две комплектные планетарные коробки передач, сложенные вместе в один компонент. Посмотрите, как работают передаточные числа, чтобы ознакомиться с планетарными редукторами.

Любая планетарная передача состоит из трех основных компонентов:

  1. Солнечная шестерня
  2. Планетарные шестерни и носитель планетарных передач
  3. Кольцевая передача

Каждый из этих трех компонентов может быть входным, выходным или может оставаться неподвижным. Выбор того, какая деталь играет ту или иную роль, определяет передаточное число для редуктора.

Составная Планетарная передача

Эта автоматическая коробка передач использует набор передач, называемый составной планетарной коробкой передач, которая выглядит как одна планетарная коробка передач, но на самом деле ведет себя как две планетарные коробки передач вместе взятые. У него есть одна кольцевая передача, которая всегда является выходной передачей, но у нее есть две солнечные передачи и два набора планет.

Первая передача

На первой передаче меньшая солнечная передача приводится в движение по часовой стрелке турбиной гидротрансформатора. Планетарный движитель пытается вращаться против часовой стрелки, но его удерживает односторонняя муфта (которая позволяет вращаться только по часовой стрелке), а кольцевая передача поворачивает выход. Малая шестерня имеет 30 зубьев, а кольцевая-72, поэтому передаточное отношение равно:

Соотношение = -R/S = – 72/30 = -2,4:1

Таким образом, вращение отрицательное 2,4:1, что означает, что направление вывода будет противоположно направлению ввода. Но направление вывода на самом деле совпадает с направлением ввода-вот тут-то и возникает трюк с двумя наборами планет. Первый набор планет входит в зацепление со вторым набором, а второй набор вращает кольцевую передачу; эта комбинация меняет направление. Вы можете видеть, что это также приведет к вращению большей солнечной шестерни; но поскольку эта муфта отпущена, большая солнечная шестерня может свободно вращаться в противоположном направлении турбины (против часовой стрелки).

Переместите рычаг переключения передач, чтобы увидеть, как мощность передается через трансмиссию.

Вторая передача

Эта коробка передач делает что-то действительно аккуратное, чтобы получить соотношение, необходимое для второй передачи. Он действует как две планетарные шестерни, соединенные друг с другом с помощью общего планетарного носителя.

Первая ступень носителя планеты фактически использует большую солнечную передачу в качестве кольцевой передачи. Таким образом, первая стадия состоит из солнца (меньшая солнечная шестерня), носителя планеты и кольца (большая солнечная шестерня).

Вход-малая солнечная шестерня; кольцевая шестерня (большая солнечная шестерня) удерживается неподвижно полосой, а выход-планетарный носитель. Для этого этапа, с солнцем в качестве входного сигнала, носителем планеты в качестве выходного сигнала и фиксированной зубчатой передачей, формула выглядит следующим образом:

1 + R/S = 1 + 36/30 = 2,2:1

Носитель планеты поворачивается в 2,2 раза при каждом вращении маленькой солнечной шестерни. На втором этапе планетарная передача действует как вход для второй планетарной передачи, большая солнечная передача (которая удерживается неподвижно) действует как солнце, а кольцевая передача действует как выход, поэтому передаточное отношение равно:

1 / (1 + S/R) = 1 / (1 + 36/72) = 0.67:1

Чтобы получить общее снижение для второй передачи, мы умножаем первую ступень на вторую, 2,2 х 0,67, чтобы получить снижение 1,47:1.

Третья Передача

Большинство автоматических коробок передач имеют соотношение 1:1 на третьей передаче. Из предыдущего раздела вы помните, что все, что нам нужно сделать, чтобы получить выход 1:1, – это соединить любые две из трех частей планетарной передачи. С устройством в этой коробке передач все еще проще — все, что нам нужно сделать, это включить муфты, которые фиксируют каждую из солнечных шестерен на турбине.

Если обе солнечные шестерни вращаются в одном направлении, планетарные шестерни блокируются, потому что они могут вращаться только в противоположных направлениях. Это блокирует передачу колец планетам и заставляет все вращаться как единое целое, создавая соотношение 1:1.

Перегруз

По определению, овердрайв имеет более высокую скорость вывода, чем скорость ввода. Это увеличение скорости — противоположность уменьшению. В этой передаче включение овердрайва решает сразу две задачи. Если вы читали, как работают гидротрансформаторы, вы узнали о блокировочных гидротрансформаторах. Для повышения эффективности у некоторых автомобилей есть механизм, который блокирует гидротрансформатор, так что мощность двигателя поступает прямо в трансмиссию.

В этой трансмиссии при включенном овердрайве вал, прикрепленный к корпусу гидротрансформатора (который прикреплен болтами к маховику двигателя), соединен муфтой сцепления с планетарным водилом. Малая солнечная передача вращается свободно, а большая солнечная передача удерживается полосой овердрайва. К турбине ничего не подключено; единственный вход поступает из корпуса преобразователя. Давайте снова вернемся к нашей диаграмме, на этот раз с носителем планеты для ввода, неподвижной солнечной шестерней и кольцевой шестерней для вывода.

Соотношение = 1 / (1 + S/R) = 1 / ( 1 + 36/72) = 0.67:1

Таким образом, выход вращается один раз на каждые две трети оборота двигателя. Если двигатель вращается со скоростью 2000 оборотов в минуту (об / мин), то выходная частота вращения составляет 3000 об / мин. Это позволяет автомобилям ехать со скоростью автострады, в то время как обороты двигателя остаются приятными и медленными.

Передача заднего хода

Реверс очень похож на первую передачу, за исключением того, что вместо маленькой солнечной передачи, приводимой в движение турбиной гидротрансформатора, приводится в движение большая солнечная передача, а маленькая вращается в противоположном направлении. Планетарный держатель крепится обратной лентой к корпусу. Итак, согласно нашим уравнениям с последней страницы, у нас есть:

Таким образом, передаточное число при движении задним ходом немного меньше, чем на первой передаче в этой коробке передач.

Передаточные числа

Эта коробка передач имеет четыре передачи вперед и одну передачу заднего хода.

Сцепления и ремни в автоматической коробке передач

В последнем разделе рассмотрели, как каждое из передаточных чисел создается трансмиссией. Например, когда обсуждали овердрайв, выяснили:

В этой трансмиссии при включенной передаче вал, прикрепленный к корпусу гидротрансформатора (который крепится болтами к маховику двигателя), соединен муфтой сцепления с планетарным держателем. Малая солнечная передача свободного хода, а большая солнечная передача удерживается полосой овердрайва. К турбине ничего не подключено; единственный вход поступает из корпуса преобразователя.

Чтобы перевести трансмиссию в режим овердрайва, множество вещей должно быть подключено и отсоединено с помощью сцеплений и ремней. Планетарный держатель соединяется с корпусом гидротрансформатора муфтой сцепления. Маленькое солнце отсоединяется от турбины муфтой сцепления, чтобы оно могло вращаться свободно. Большая солнечная шестерня крепится к корпусу лентой, чтобы она не могла вращаться. Каждое переключение передач вызывает серию подобных событий, когда различные сцепления и ленты включаются и отключаются.

Группы

В этой передаче есть два диапазона. Ленты в трансмиссии-это, буквально, стальные ленты, которые обматываются вокруг секций зубчатой передачи и соединяются с корпусом. Они приводятся в действие гидравлическими цилиндрами внутри корпуса коробки передач.

Сцепления в трансмиссии немного сложнее. В этой коробке передач имеется четыре сцепления. Каждая муфта приводится в действие гидравлической жидкостью под давлением, которая поступает в поршень внутри муфты. Пружины обеспечивают отпускание сцепления при снижении давления. Ниже вы можете увидеть поршень и барабан сцепления. Обратите внимание на резиновое уплотнение на поршне-это один из компонентов, который заменяется при восстановлении вашей коробки передач.

Давление для муфт подается через проходы в валах. Гидравлическая система управляет тем, какие муфты и ленты находятся под напряжением в любой данный момент.

Когда Вы ставите машину на стоянку

Может показаться, что заблокировать передачу и не дать ей вращаться-простая вещь, но на самом деле к этому механизму предъявляются некоторые сложные требования. Во-первых, вы должны уметь отключать его, когда автомобиль находится на холме (вес автомобиля опирается на механизм). Во-вторых, вы должны уметь включать механизм, даже если рычаг не совпадает с передачей. В-третьих, после включения что-то должно помешать рычагу выскочить и отключиться.

Механизм, который все это делает, довольно аккуратен.

Механизм стояночного тормоза включает зубья на выходе, чтобы удерживать автомобиль неподвижно. Это секция коробки передач, которая соединяется с приводным валом, поэтому, если эта часть не может вращаться, автомобиль не может двигаться.

Когда рычаг переключения передач установлен на стоянке, шток прижимает пружину к небольшой конической втулке. Если парковочный механизм выровнен так, чтобы он мог упасть в одну из выемок в секции выходной шестерни, коническая втулка толкнет механизм вниз.

Если механизм расположен на одном из высоких мест на выходе, то пружина будет нажимать на коническую втулку, но рычаг не будет фиксироваться на месте до тех пор, пока автомобиль немного не покатится и зубья не выровняются должным образом. Вот почему иногда ваш автомобиль немного двигается после того, как вы припарковали его и отпустили педаль тормоза-он должен немного повернуться, чтобы зубья выровнялись до того места, где парковочный механизм может встать на место.

Как только автомобиль благополучно припаркован, втулка удерживает рычаг, чтобы автомобиль не выскочил из парковки, если он находится на холме.

Автоматические коробки передач: Гидравлика, Насосы и Регулятор

Гидравлика

Автоматическая коробка передач в вашем автомобиле должна выполнять множество задач. Вы можете не осознавать, как много различных способов его работы. Например, вот некоторые особенности автоматической коробки передач:

  • Если автомобиль находится в овердрайве (на четырехступенчатой трансмиссии), трансмиссия автоматически выберет передачу в зависимости от скорости автомобиля и положения педали газа.
  • Если вы будете медленно ускоряться, изменения произойдут на более низких скоростях, чем при разгоне на полной скорости.
  • Если вы нажмете на педаль газа, коробка передач переключится на следующую более низкую передачу.
  • Если вы переведете переключатель переключения передач на более низкую передачу, коробка передач переключится на пониженную передачу, если только автомобиль не едет слишком быстро для этой передачи. Если автомобиль едет слишком быстро, он подождет, пока машина замедлится, а затем переключится на пониженную передачу.
  • Если вы переведете коробку передач на вторую передачу, она никогда не переключится на пониженную или повышенную передачу со второй, даже при полной остановке, если вы не передвинете рычаг переключения передач.

Вы, наверное, видели что-то похожее раньше. Это действительно мозг автоматической коробки передач, управляющий всеми этими функциями и многим другим. Проходы, которые вы можете видеть, направляют жидкость ко всем различным компонентам трансмиссии. Каналы, отлитые в металле, являются эффективным способом подачи жидкости; без них для соединения различных частей трансмиссии потребовалось бы множество шлангов.

Насос

Автоматические коробки передач имеют аккуратный насос, называемый шестеренным насосом. Насос обычно расположен в крышке коробки передач. Он забирает жидкость из поддона в нижней части трансмиссии и подает ее в гидравлическую систему. Он также питает охладитель трансмиссии и гидротрансформатор.

Внутренняя шестерня насоса соединяется с корпусом гидротрансформатора, поэтому он вращается с той же скоростью, что и двигатель. Наружная шестерня поворачивается внутренней шестерней, и по мере вращения шестерен жидкость забирается из поддона с одной стороны полумесяца и вытесняется в гидравлическую систему с другой стороны.

Автоматические коробки передач: Клапаны и модуляторы

Чтобы правильно переключаться, автоматическая коробка передач должна знать, насколько интенсивно работает двигатель. Это делается двумя различными способами. Некоторые автомобили имеют простую кабельную связь, соединенную с дроссельным клапаном в трансмиссии.

Чем дальше нажимается педаль газа, тем большее давление оказывается на дроссельный клапан. Другие автомобили используют вакуумный модулятор для подачи давления на дроссельный клапан. Модулятор воспринимает давление в коллекторе, которое увеличивается, когда двигатель находится под большей нагрузкой.

Ручной клапан-это то, к чему подключается рычаг переключения передач. В зависимости от выбранной передачи ручной клапан питает гидравлические контуры, которые блокируют определенные передачи. Например, если рычаг переключения передач находится на третьей передаче, он питает цепь, которая предотвращает включение перегрузки.

Переключающие клапаны подают гидравлическое давление на муфты и ленты для включения каждой передачи. Корпус клапана трансмиссии содержит несколько переключающих клапанов. Переключающий клапан определяет, когда следует переключаться с одной передачи на другую. Например, клапан переключения передач с 1 на 2 определяет, когда переключаться с первой на вторую передачу.

На переключающий клапан с одной стороны подается давление жидкости от регулятора, а с другой-от дроссельной заслонки. Они снабжаются жидкостью насосом, и они направляют эту жидкость в один из двух контуров, чтобы контролировать, на какой передаче работает автомобиль.

Клапан переключения передач задержит переключение, если автомобиль быстро разгоняется. Если автомобиль мягко разгоняется, переключение произойдет на более низкой скорости. Давайте обсудим, что происходит, когда автомобиль мягко разгоняется.

По мере увеличения скорости автомобиля давление со стороны регулятора возрастает. Это заставляет клапан переключения переключаться до тех пор, пока первый контур передачи не закроется, а второй контур передачи не откроется. Поскольку автомобиль разгоняется при легком дросселе, дроссельный клапан не оказывает большого давления на клапан переключения передач.

Когда автомобиль быстро разгоняется, дроссельная заслонка оказывает большее давление на клапан переключения передач. Это означает, что давление со стороны регулятора должно быть выше (и, следовательно, скорость автомобиля должна быть выше), прежде чем переключающий клапан переместится достаточно далеко, чтобы включить вторую передачу.

Каждый переключающий клапан реагирует на определенный диапазон давления; поэтому, когда автомобиль едет быстрее, переключающий клапан 2 на 3 возьмет верх, потому что давление от регулятора достаточно высокое, чтобы запустить этот клапан.

Передачи С Электронным Управлением

Коробки передач с электронным управлением, которые появляются на некоторых новых автомобилях, по-прежнему используют гидравлику для приведения в действие сцеплений и ремней, но каждый гидравлический контур управляется электрическим соленоидом. Это упрощает сантехнику на трансмиссии и позволяет использовать более совершенные схемы управления.

В последнем разделе мы рассмотрели некоторые стратегии управления, используемые в передачах с механическим управлением. Передачи с электронным управлением имеют еще более сложные схемы управления. В дополнение к контролю скорости автомобиля и положения дроссельной заслонки контроллер трансмиссии может контролировать частоту вращения двигателя, если нажата педаль тормоза, и даже антиблокировочную тормозную систему.

Используя эту информацию и передовую стратегию управления, основанную на нечеткой логике-метод программирования систем управления с использованием рассуждений человеческого типа-передачи с электронным управлением могут выполнять такие действия, как:

  • Автоматическое переключение передач при спуске с горы для контроля скорости и уменьшения износа тормозов
  • Переключение передач при торможении на скользкой поверхности для уменьшения тормозного момента, создаваемого двигателем
  • Подавляйте повышенную передачу при повороте на извилистой дороге

Давайте поговорим об этой последней функции-торможении переключения передач при повороте на извилистой дороге. Допустим, вы едете по извилистой горной дороге в гору. Когда вы едете по прямым участкам дороги, коробка передач переключается на вторую передачу, чтобы обеспечить вам достаточное ускорение и мощность для подъема на холм.

Когда вы приближаетесь к повороту, вы замедляетесь, снимая ногу с педали газа и, возможно, нажимая на тормоз. Большинство трансмиссий переключаются на третью передачу или даже перегружаются, когда вы снимаете ногу с педали газа. Затем, когда вы ускоритесь вне кривой, они снова переключатся вниз.

как работает автоматическая коробка. Но если бы вы были за рулем автомобиля с механической коробкой передач, вы, вероятно, оставили бы машину на одной и той же передаче все время. Некоторые автоматические коробки передач с передовыми системами управления могут обнаружить эту ситуацию после того, как вы проедете пару кривых, и “научитесь” больше не переключаться.