Как сокращенно пишется автоматическая коробка передач

An automatic transmission (sometimes abbreviated to auto or AT) is a multi-speed transmission used in internal combustion engine-based motor vehicles that does not require any input from the driver to change forward gears under normal driving conditions. It typically includes a transmission, axle, and differential in one integrated assembly, thus technically becoming a transaxle.

The most common type of automatic transmission is the hydraulic automatic, which uses a planetary gearset, hydraulic controls, and a torque converter. Other types of automatic transmissions include continuously variable transmissions (CVT), automated manual transmissions (AMT), and dual-clutch transmissions (DCT). An electronic automatic transmission (EAT) may also be called an electronically controlled transmission (ECT), or electronic automatic transaxle (EATX). A hydraulic automatic transmission may also colloquially called a «slushbox» or simply a «torque converter», although the latter term can be incorrect, since torque converters are also used on CVTs.

The 1904 Sturtevant «horseless carriage gearbox» is often considered to be the first true automatic transmission.^[1][2] The first mass-produced automatic transmission is the General Motors Hydramatic four-speed hydraulic automatic (using a fluid coupling instead of a torque converter), which was introduced in 1939.

Hydraulic automatic transmission[edit]

Design[edit]

The most common design of automatic transmissions is the hydraulic automatic, which typically uses planetary gearsets that are operated using hydraulics.^[3][4] The transmission is connected to the engine via a torque converter (or a fluid coupling prior to the 1960s), instead of the friction clutch used by most manual transmissions.^[5]

Gearsets and shifting mechanism[edit]

A hydraulic automatic transmission uses planetary (epicyclic) gearsets instead of the manual transmission’s design of gears lined up along input, output and intermediate shafts. To change gears, the hydraulic automatic uses a combination of internal clutches, friction bands or brake packs. These devices are used to lock certain gears, thus setting which gear ratio is in use at the time.^[6]

A sprag clutch (a ratchet-like device which can freewheel and transmits torque in only one direction) is often used for routine gear shifts. The advantage of a sprag clutch is that it eliminates the sensitivity of timing a simultaneous clutch release/apply on two planetary gearsets, simply «taking up» the drivetrain load when actuated, and releasing automatically when the next gear’s sprag clutch assumes the torque transfer.

The friction bands are often used for manually selected gears (such as low range or reverse) and operate on the planetary drum’s circumference. Bands are not applied when the drive/overdrive range is selected, the torque being transmitted by the sprag clutches instead.

Hydraulic controls[edit]

The aforementioned friction bands and clutches are controlled using automatic transmission fluid (ATF), which is pressured by a pump and then directed to the appropriate bands/clutches to obtain the required gear ratio.^[5][6] The ATF provides lubrication, corrosion prevention, and a hydraulic medium to transmit the power required to operate the transmission. Made from petroleum with various refinements and additives, ATF is one of the few parts of the automatic transmission that needs routine service as the vehicle ages.

The main pump which pressurises the ATF is typically a gear pump mounted between the torque converter and the planetary gear set. The input for the main pump is connected to the torque converter housing, which in turn is bolted to the engine’s flexplate, so the pump provides pressure whenever the engine is running. A disadvantage of this arrangement is that there is no oil pressure to operate the transmission when the engine is not running, therefore it is not possible to push start a vehicle equipped with an automatic transmission with no rear pump (aside from several automatics built prior to 1970, which also included a rear pump for towing and push-starting purposes). The pressure of the ATF is regulated by a governor connected to the output shaft, which varies the pressure depending on the vehicle speed.

The valve body inside the transmission is responsible for directing hydraulic pressure to the appropriate bands and clutches. It receives pressurized fluid from the main pump and consists of several spring-loaded valves, check balls, and servo pistons. In older automatic transmissions, the valves use the pump pressure and the pressure from a centrifugal governor on the output side (as well as other inputs, such as throttle position or the driver locking out the higher gears) to control which ratio is selected. As the vehicle and engine change speed, the difference between the pressures changes, causing different sets of valves to open and close. In more recent automatic transmissions, the valves are controlled by solenoids.^[6] These solenoids are computer-controlled, with the gear selection decided by a dedicated transmission control unit (TCU) or sometimes this function is integrated into the engine control unit (ECU). Modern designs have replaced the centrifugal governor with an electronic speed sensor that is used as an input to the TCU or ECU. Modern transmissions also factor in the amount of load on an engine at any given time, which is determined from either the throttle position or the amount of intake manifold vacuum.^[6]

The multitude of parts, along with the complex design of the valve body, originally made hydraulic automatic transmissions much more expensive and time-consuming to build and repair than manual transmissions; however mass-production and developments over time have reduced this cost gap.

Torque converter[edit]

To provide coupling and decoupling of the engine, a modern automatic transmission uses a torque converter instead of the friction clutch used in a manual transmission.^[5][7]

History[edit]

1904-1939: Predecessors to the hydraulic automatic[edit]

The 1904 Sturtevant «horseless carriage gearbox» is often considered to be the first automatic transmission for motor vehicles.^[8][9] Developed in Boston in the United States, this transmission had two forward gear ratios and engine-driven flyweights which controlled the gear selection.^{[citation needed]} At higher engine speeds, high gear was engaged. As the vehicle slowed down and engine RPM decreased, the gearbox would shift back to low. However, the transmission was prone to sudden failure, due to the transmission being unable to withstand forces from the abrupt gear changes.

The adoption of planetary gearsets was a significant advance towards the modern automatic transmission. One of the first transmissions to use this design was the manual transmission fitted to the 1901-1904 Wilson-Pilcher automobile.^[10] This transmission was built in the United Kingdom and used two epicyclic gears to provide four gear ratios. A foot clutch was used for standing starts, gear selection was using a hand lever, helical gears were used (to reduce noise) and the gears used a constant-mesh design. A planetary gearset was also used in the 1908 Ford Model T, which was fitted with a two-speed manual transmission (without helical gears).

An early patent for the automatic transmission was granted to Canadian inventor Alfred Horner Munro of Regina in 1923.^[11] Being a steam engineer, Munro designed his device to use compressed air rather than hydraulic fluid, and so it lacked power and never found commercial application.^[12]

In 1923, a patent was approved in the United States describing the operation of a transmission where the manual shifting of gears and manual operation of a clutch was eliminated. This patent was submitted by Henry R. Hoffman from Chicago and was titled: Automatic Gear Shift and Speed Control. The patent described the workings of such a transmission as «…having a series of clutches disposed intermediate the engine shaft and the differential shaft and in which the clutches are arranged to selectively engage and drive the differential shaft dependent upon the speed at which the differential shaft rotates». However, it would be over a decade later until automatic transmissions were produced in significant quantities. In the meantime, several European and British manufacturers would use preselector gearboxes, a form of manual transmission which removed the reliance on the driver’s skill to achieve smooth gear shifts.

The first automatic transmission using hydraulic fluid was developed in 1932 by two Brazilian engineers, José Braz Araripe and Fernando Lehly Lemos.^[13][14]

The evolution towards mass-produced automatic transmissions continued with the 1933-1935 REO Motor Car Company Self-Shifter semi-automatic transmission,^[15] which automatically shifted between two forward gears in the «Forward» mode (or between two shorter gear ratios in the «Emergency low» mode). Driver involvement was still required during normal driving, since standing starts required the driver to use the clutch pedal.^[16] This was followed in 1937 by the Oldsmobile Automatic Safety Transmission. Similar in operation to the REO Self-Shifter, the Automatic Safety Transmission shifted automatically between the two gear ratios available in the «Low» and «High» ranges and the clutch pedal was required for standing starts. It used a planetary gearset.^[17][18][19] The Chrysler Fluid Drive, introduced in 1939, was an optional addition to manual transmissions where a fluid coupling (similar to a torque-convertor, but without the torque multiplication) was added, to avoid the need to operate a manual clutch.^[20][21]

1939-1964: Early hydraulic automatics[edit]

The General Motors Hydra-Matic became the first mass-produced automatic transmission following its introduction in 1939 (1940 model year). Available as an option in cars such as the Oldsmobile Series 60 and Cadillac Sixty Special, the Hydra-Matic combined a fluid coupling with three hydraulically controlled planetary gearsets to produce four forward speeds plus reverse. The transmission was sensitive to engine throttle position and road speed, producing fully automatic up- and down-shifting that varied according to operating conditions. Features of the Hydra-Matic included a wide spread of ratios (allowing both good acceleration in first gear and cruising at low RPM in top gear) and the fluid coupling handling only a portion of the engine’s torque in the top two gears (increasing fuel economy in those gears, similar to a lock-up torque converter). Use of the Hydra-Matic spread to other General Motors brands and then to other manufacturers including Bentley, Hudson, Lincoln, Kaiser, Nash and Rolls-Royce and Holden (Australia). During World War II, the Hydra-Matic was used in some military vehicles.

The first automatic transmission to use a torque converter (instead of a fluid coupling) was the Buick Dynaflow, which was introduced for the 1948 model year. In normal driving, the Dynaflow used only the top gear, relying on the torque multiplication of the torque convertor at lower speeds. The Dynaflow was followed by the Packard Ultramatic in mid-1949 and the Chevrolet Powerglide for the 1950 model year. Each of these transmissions had only two forward speeds, relying on the converter for additional torque multiplication. In the early 1950s, BorgWarner developed a series of three-speed torque converter automatics for car manufacturers such as American Motors, Ford and Studebaker. Chrysler was late in developing its own true automatic, introducing the two-speed torque converter PowerFlite in 1953, and the three-speed TorqueFlite in 1956. The latter was the first to utilize the Simpson compound planetary gearset.

In 1956, the General Motors Hydra-Matic (which still used a fluid coupling) was redesigned based around using two fluid couplings, to allow a «dual range» feature. This transmission was called the Controlled Coupling Hydra-Matic, or «Jetway» transmission. The original Hydra-Matic remained in production until the mid-1960s. In 1964, General Motors released a new transmission, the Turbo Hydramatic, a three-speed transmission which used a torque convertor. The Turbo Hydramatic was among the first to have the basic gear selections (Park, Reverse, Neutral, Drive, Low) which became the standard gear selection used for several decades.

1965-present: increased ratio count and electronics[edit]

By the late 1960s, most of the fluid-coupling two-speed and four-speed transmissions had disappeared in favor of three-speed units with torque converters. Also around this time, whale oil was removed from the automatic transmission fluid.^[22] During the 1980s, automatic transmissions with four gear ratios became increasingly common,^[23] and many were equipped with lock-up torque convertors in order to improve fuel economy.

Electronics began to be more commonly used to control the transmission, replacing mechanical control methods such as spring-loaded valves in the valve body. Most systems use solenoids which are controlled by either the engine control unit, or a separate transmission control unit. This allows for more precise control of shift points, shift quality, lower shift times and manual control.

The first six-speed automatic was the ZF 6HP26 transmission, which debuted in the 2002 BMW 7 Series (E65). The first seven-speed automatic was the Mercedes-Benz 7G-Tronic transmission, which debuted a year later. In 2007, the first eight-speed transmission to reach production was the Toyota AA80E transmission. The first nine-speed and ten-speed transmissions were the 2013 ZF 9HP transmission and 2017 Toyota Direct Shift-10A (used in the Lexus LC) respectively.

Gear selectors[edit]

The gear selector is the input by which the driver selects the operating mode of an automatic transmission.^[24] Traditionally the gear selector is located between the two front seats or on the steering column, however electronic rotary dials and push-buttons have also been occasionally used since the 1980s, as well as push buttons having been used in the 1950s and 1960s by Rambler (automobile), Edsel, and most famously, by Chrysler.

P-R-N-D-L positions[edit]

Most cars use a «P-R-N-D-L» layout for the gear selector, which consists of the following positions:^[25]

• Park (P): This position disengages the transmission from the engine (as per the Neutral position) and a parking pawl mechanically locks the output shaft of the transmission. This prevents the driven wheels from rotating which typically prevents the vehicle from moving. The use of the hand brake (parking brake) is also recommended when parking on slopes, since this provides greater protection from the vehicle moving. The Park position is omitted on buses/coaches/tractors, which must instead be placed in neutral with the air-operated parking brakes set.

The park position usually includes a lockout function (such as a button on the side of the gear selector or requiring that the brake pedal be pressed) which prevents the transmission from being accidentally shifted from Park into other gear selector positions. Many cars also prevent the engine from being started when the selector is in any position other than Park or Neutral (often in combination with requiring the brake pedal to be pressed).

• Reverse (R): This position engages reverse gear, so that the vehicle drives in a backwards direction.^[26] It also operates the reversing lights and on some vehicles can activate other functions including parking sensors, backup cameras and reversing beepers (to warn pedestrians).

Some modern transmissions have a mechanism that will prevent shifting into the Reverse position when the vehicle is moving forward, often using a switch on the brake pedal or electronic transmission controls that monitor the vehicle speed.

• Neutral (N): This position disengages the transmission from the engine, allowing the vehicle to move regardless of the engine’s speed. Prolonged movement of the vehicle in Neutral with the engine off at significant speeds («coasting») can damage some automatic transmissions, since the lubrication pump is often powered by the input side of the transmission and is therefore not running when the transmission is in Neutral.
• Drive (D): This position is the normal mode for driving forwards. It allows the transmission to engage the full range of available forward gear ratios.
• Low (L): This position, required by U.S. law, provides for engine braking on steep hills. It also provides for a lower gear ratio for starting out when heavily loaded.

Some automatic transmissions, especially General Motors, from 1940-1964 used a layout with reverse as the bottom position (eg P-N-D-L-R).^[27] However this layout led to the risk of the driver accidentally shifting into Reverse while the vehicle is travelling forwards (especially during engine braking maneuvers).

Other positions and modes[edit]

Many transmissions also include positions to restrict the gear selection to the lower gears and engages the engine brake. These positions are often labelled «L» (low gear), «S» (second gear) or the number of the highest gear used in that position (eg 3, 2 or 1). If these positions are engaged at a time when it would result in excessive engine RPM, many modern transmissions disregard the selector position and remain in the higher gear.

In descending order of the highest gear available:

• 3: Restricts the transmission to the lowest three gear ratios. In a 4-speed automatic transmission, this is often used to prevent the car shifting into the overdrive ratio. In some cars,^[which?] the position labelled «D» performs this function, while another position labelled «OD» or a boxed «[D]» allows all gears to be used.
• 2 (also labelled «S»): Restricts the transmission to the lowest two gear ratios. In some cars, it is also used to accelerate from standstill in 2nd gear instead of 1st, for situations of reduced traction (such as snow or gravel). This function is sometimes called «winter mode», labelled «W».
• 1 (also labelled «L»): Restricts the transmission to 1st gear only, also known as a «low gear». This is useful when a large amount of torque is required at the wheels (for example, when accelerating up a steep incline) however usage at higher speeds can result in excessive RPM for the engine, which may cause overheating or damage.

Many modern transmissions also include modes to adjust the shift logic to prefer either power or fuel economy. «Sport» (also called «Power» or «Performance») modes cause gear shifts to occur at higher RPM, to improve acceleration. «Economy» (also called «Eco» or «Comfort») modes cause gear shifts to occur at lower RPM to reduce fuel consumption.

Manual controls[edit]

Since the 1990s, systems to manually request a specific gear or an upshift/downshift have become more common. These manumatic transmissions offer the driver greater control over the gear selection that the traditional modes to restrict the transmission to the lower gears.

Use of the manumatic functions are typically achieved either via paddles located beside the steering column, or «+» and «-» controls on the gear selector. Some cars offer drivers both methods to request a manual gear selection.

Models[edit]

Continuously variable transmission (CVT)[edit]

A continuously variable transmission (CVT) can change seamlessly through a continuous (infinite) range of gear ratios, compared with other automatic transmissions that provide a limited number of gear ratios in fixed steps. The flexibility of a CVT with suitable control may allow the engine to operate at a constant RPM while the vehicle moves at varying speeds.

CVTs are used in automobiles, tractors, UTVs, motor scooters, snowmobiles, and earthmoving equipment.

The most common type of CVT uses two pulleys connected by a belt or chain, however, several other designs have also been used at times.

Dual-clutch transmission (DCT)[edit]

A dual-clutch transmission (DCT, sometimes referred to as a twin-clutch transmission, or double-clutch transmission) uses two separate clutches for odd and even gear sets.^[28] The design is often similar to two separate manual transmissions with their respective clutches contained within one housing, and working as one unit.^[29][30] In most car and truck applications, the DCT functions as an automatic transmission, requiring no driver input to change gears.

The first DCT to reach production was the Easidrive automatic transmission introduced on the 1961 Hillman Minx mid-size car. This was followed by various eastern European tractors through the 1970s (using manual operation via a single clutch pedal), then the Porsche 962 C racing car in 1985. The first DCT of the modern era was used in the 2003 Volkswagen Golf R32. Since the late 2000s, DCTs have become increasingly widespread, and have supplanted hydraulic automatic transmissions in various models of cars.

Automated manual transmission (AMT)[edit]

Automated manual transmission (AMT), sometimes referred to as a clutchless manual, is a type of multi-speed automobile transmission system that is closely based on the mechanical design of a conventional manual transmission, and automates either the clutch system, the gear shifting, or both simultaneously, requiring partial, or no driver input or involvement.^{[31][32][33][34][35]}

Earlier versions of these transmissions that are semi-automatic in operation, such as Autostick, control only the clutch system automatically — and use different forms of actuation (usually via an actuator or servo) to automate the clutch, but still require the driver’s input and full control to manually actuate gear changes by hand. Modern versions of these systems that are fully-automatic in operation, such as Selespeed and Easytronic, require no driver input over gear changes or clutch operation. Semi-automatic versions require only partial driver input (i.e., the driver must change gears manually), while fully-automatic versions require no manual driver input, whatsoever (TCU or ECU operates both the clutch system and gear shifts automatically).

Modern automated manual transmissions (AMT) have their roots and origins in older clutchless manual transmissions that began to appear on mass-production automobiles in the early-1930s and 1940s, prior to the introduction of hydraulic automatic transmissions. These systems were designed to reduce the amount of clutch or gear shifter usage required by the driver.^[36] These devices were intended to reduce the difficulty of operating conventional unsynchronised manual transmissions («crash gearboxes») that were commonly used at the time, especially in stop-start driving. An early example of this transmission was introduced with the Hudson Commodore in 1942, called Drive-Master. This unit was an early semi-automatic transmission, based on the design of a conventional manual transmission, which used a servo-controlled vacuum-operated clutch system, with three different gear shifting modes, at the touch of a button; manual shifting and manual clutch operation (fully-manual), manual shifting with automated clutch operation (semi-automatic), and automatic shifting with automatic clutch operation (fully-automatic).^[37][38][39] Another early example of this transmission system was introduced in the 1955 Citroën DS, which used a 4-speed BVH transmission. This semi-automatic transmission used an automated clutch, which was actuated using hydraulics. Gear selection also used hydraulics, however, the gear ratio needs to be manually selected by the driver. This system was nicknamed Citro-Matic in the U.S.

The first modern AMTs were introduced by BMW and Ferrari in 1997, with their SMG and F1 transmissions, respectively.^{[40][41][42][43]} Both systems used hydraulic actuators and electrical solenoids, and a designated transmission control unit (TCU) for the clutch and shifting, plus steering wheel-mounted paddle shifters, if the driver wanted to change gear manually.

Modern fully-automatic AMTs, such as Selespeed and Easytronic, have now been largely superseded and replaced by the increasingly widespread dual-clutch transmission design.

Comparison with manual transmissions[edit]

In cars where either a manual transmission or an automatic transmission is available, the manual is usually the cheaper option.

Vehicles equipped with automatic transmissions are not as complex to drive. Consequently, in some jurisdictions, drivers who have passed their driving test in a vehicle with an automatic transmission are restricted from driving cars with manual transmissions.^[44] Conversely, a manual license will allow the driver to drive both automatic or manual transmission vehicles.

Compared with a manual transmission, an automatic can cause the following differences in vehicle dynamics:

• Mid-corner gear changes can affect the handling balance of the car
• Torque converters and CVTs remove the linear relationship between engine RPM and vehicle speed, make changes in vehicle speed less apparent by the engine noise.
• Wheelspin is harder to control when a torque converter is present.^{[citation needed]} This is due to the loss of traction causing the torque converter to increase its output speed for a given engine speed. The driver (or traction control system) is therefore required to reduce the engine power by a greater amount than for a vehicle with a manual transmission.
• Greater ability to upshift while climbing steep hills due to the automatic transmission maintaining some torque delivery to the wheels throughout the gear change.
• In turbocharged and supercharged engines, boost pressure can be maintained during upshifts. This is because the throttle can remain fully open during gear changes in an automatic, whereas a manual transmission often requires a closing of the throttle during upshifts.

Early hydraulic automatic transmissions caused higher fuel consumption than manual transmissions mainly due to viscous and pumping losses in the torque converter and the hydraulic actuators. However, modern hydraulic automatics can achieve similar fuel consumption to manual transmissions, and CVTs can be more fuel-efficient than their manual counterparts.^[45][46]

See also[edit]

• Automated manual transmission
• Dual-clutch transmission
• Park by wire
• Shift by wire
• Torque converter

References[edit]

An automatic transmission (sometimes abbreviated to auto or AT) is a multi-speed transmission used in internal combustion engine-based motor vehicles that does not require any input from the driver to change forward gears under normal driving conditions. It typically includes a transmission, axle, and differential in one integrated assembly, thus technically becoming a transaxle.

The most common type of automatic transmission is the hydraulic automatic, which uses a planetary gearset, hydraulic controls, and a torque converter. Other types of automatic transmissions include continuously variable transmissions (CVT), automated manual transmissions (AMT), and dual-clutch transmissions (DCT). An electronic automatic transmission (EAT) may also be called an electronically controlled transmission (ECT), or electronic automatic transaxle (EATX). A hydraulic automatic transmission may also colloquially called a «slushbox» or simply a «torque converter», although the latter term can be incorrect, since torque converters are also used on CVTs.

The 1904 Sturtevant «horseless carriage gearbox» is often considered to be the first true automatic transmission.^[1][2] The first mass-produced automatic transmission is the General Motors Hydramatic four-speed hydraulic automatic (using a fluid coupling instead of a torque converter), which was introduced in 1939.

Hydraulic automatic transmission[edit]

Design[edit]

The most common design of automatic transmissions is the hydraulic automatic, which typically uses planetary gearsets that are operated using hydraulics.^[3][4] The transmission is connected to the engine via a torque converter (or a fluid coupling prior to the 1960s), instead of the friction clutch used by most manual transmissions.^[5]

Gearsets and shifting mechanism[edit]

A hydraulic automatic transmission uses planetary (epicyclic) gearsets instead of the manual transmission’s design of gears lined up along input, output and intermediate shafts. To change gears, the hydraulic automatic uses a combination of internal clutches, friction bands or brake packs. These devices are used to lock certain gears, thus setting which gear ratio is in use at the time.^[6]

A sprag clutch (a ratchet-like device which can freewheel and transmits torque in only one direction) is often used for routine gear shifts. The advantage of a sprag clutch is that it eliminates the sensitivity of timing a simultaneous clutch release/apply on two planetary gearsets, simply «taking up» the drivetrain load when actuated, and releasing automatically when the next gear’s sprag clutch assumes the torque transfer.

The friction bands are often used for manually selected gears (such as low range or reverse) and operate on the planetary drum’s circumference. Bands are not applied when the drive/overdrive range is selected, the torque being transmitted by the sprag clutches instead.

Hydraulic controls[edit]

The aforementioned friction bands and clutches are controlled using automatic transmission fluid (ATF), which is pressured by a pump and then directed to the appropriate bands/clutches to obtain the required gear ratio.^[5][6] The ATF provides lubrication, corrosion prevention, and a hydraulic medium to transmit the power required to operate the transmission. Made from petroleum with various refinements and additives, ATF is one of the few parts of the automatic transmission that needs routine service as the vehicle ages.

The main pump which pressurises the ATF is typically a gear pump mounted between the torque converter and the planetary gear set. The input for the main pump is connected to the torque converter housing, which in turn is bolted to the engine’s flexplate, so the pump provides pressure whenever the engine is running. A disadvantage of this arrangement is that there is no oil pressure to operate the transmission when the engine is not running, therefore it is not possible to push start a vehicle equipped with an automatic transmission with no rear pump (aside from several automatics built prior to 1970, which also included a rear pump for towing and push-starting purposes). The pressure of the ATF is regulated by a governor connected to the output shaft, which varies the pressure depending on the vehicle speed.

The valve body inside the transmission is responsible for directing hydraulic pressure to the appropriate bands and clutches. It receives pressurized fluid from the main pump and consists of several spring-loaded valves, check balls, and servo pistons. In older automatic transmissions, the valves use the pump pressure and the pressure from a centrifugal governor on the output side (as well as other inputs, such as throttle position or the driver locking out the higher gears) to control which ratio is selected. As the vehicle and engine change speed, the difference between the pressures changes, causing different sets of valves to open and close. In more recent automatic transmissions, the valves are controlled by solenoids.^[6] These solenoids are computer-controlled, with the gear selection decided by a dedicated transmission control unit (TCU) or sometimes this function is integrated into the engine control unit (ECU). Modern designs have replaced the centrifugal governor with an electronic speed sensor that is used as an input to the TCU or ECU. Modern transmissions also factor in the amount of load on an engine at any given time, which is determined from either the throttle position or the amount of intake manifold vacuum.^[6]

The multitude of parts, along with the complex design of the valve body, originally made hydraulic automatic transmissions much more expensive and time-consuming to build and repair than manual transmissions; however mass-production and developments over time have reduced this cost gap.

Torque converter[edit]

To provide coupling and decoupling of the engine, a modern automatic transmission uses a torque converter instead of the friction clutch used in a manual transmission.^[5][7]

History[edit]

1904-1939: Predecessors to the hydraulic automatic[edit]

The 1904 Sturtevant «horseless carriage gearbox» is often considered to be the first automatic transmission for motor vehicles.^[8][9] Developed in Boston in the United States, this transmission had two forward gear ratios and engine-driven flyweights which controlled the gear selection.^{[citation needed]} At higher engine speeds, high gear was engaged. As the vehicle slowed down and engine RPM decreased, the gearbox would shift back to low. However, the transmission was prone to sudden failure, due to the transmission being unable to withstand forces from the abrupt gear changes.

The adoption of planetary gearsets was a significant advance towards the modern automatic transmission. One of the first transmissions to use this design was the manual transmission fitted to the 1901-1904 Wilson-Pilcher automobile.^[10] This transmission was built in the United Kingdom and used two epicyclic gears to provide four gear ratios. A foot clutch was used for standing starts, gear selection was using a hand lever, helical gears were used (to reduce noise) and the gears used a constant-mesh design. A planetary gearset was also used in the 1908 Ford Model T, which was fitted with a two-speed manual transmission (without helical gears).

An early patent for the automatic transmission was granted to Canadian inventor Alfred Horner Munro of Regina in 1923.^[11] Being a steam engineer, Munro designed his device to use compressed air rather than hydraulic fluid, and so it lacked power and never found commercial application.^[12]

In 1923, a patent was approved in the United States describing the operation of a transmission where the manual shifting of gears and manual operation of a clutch was eliminated. This patent was submitted by Henry R. Hoffman from Chicago and was titled: Automatic Gear Shift and Speed Control. The patent described the workings of such a transmission as «…having a series of clutches disposed intermediate the engine shaft and the differential shaft and in which the clutches are arranged to selectively engage and drive the differential shaft dependent upon the speed at which the differential shaft rotates». However, it would be over a decade later until automatic transmissions were produced in significant quantities. In the meantime, several European and British manufacturers would use preselector gearboxes, a form of manual transmission which removed the reliance on the driver’s skill to achieve smooth gear shifts.

The first automatic transmission using hydraulic fluid was developed in 1932 by two Brazilian engineers, José Braz Araripe and Fernando Lehly Lemos.^[13][14]

The evolution towards mass-produced automatic transmissions continued with the 1933-1935 REO Motor Car Company Self-Shifter semi-automatic transmission,^[15] which automatically shifted between two forward gears in the «Forward» mode (or between two shorter gear ratios in the «Emergency low» mode). Driver involvement was still required during normal driving, since standing starts required the driver to use the clutch pedal.^[16] This was followed in 1937 by the Oldsmobile Automatic Safety Transmission. Similar in operation to the REO Self-Shifter, the Automatic Safety Transmission shifted automatically between the two gear ratios available in the «Low» and «High» ranges and the clutch pedal was required for standing starts. It used a planetary gearset.^[17][18][19] The Chrysler Fluid Drive, introduced in 1939, was an optional addition to manual transmissions where a fluid coupling (similar to a torque-convertor, but without the torque multiplication) was added, to avoid the need to operate a manual clutch.^[20][21]

1939-1964: Early hydraulic automatics[edit]

The General Motors Hydra-Matic became the first mass-produced automatic transmission following its introduction in 1939 (1940 model year). Available as an option in cars such as the Oldsmobile Series 60 and Cadillac Sixty Special, the Hydra-Matic combined a fluid coupling with three hydraulically controlled planetary gearsets to produce four forward speeds plus reverse. The transmission was sensitive to engine throttle position and road speed, producing fully automatic up- and down-shifting that varied according to operating conditions. Features of the Hydra-Matic included a wide spread of ratios (allowing both good acceleration in first gear and cruising at low RPM in top gear) and the fluid coupling handling only a portion of the engine’s torque in the top two gears (increasing fuel economy in those gears, similar to a lock-up torque converter). Use of the Hydra-Matic spread to other General Motors brands and then to other manufacturers including Bentley, Hudson, Lincoln, Kaiser, Nash and Rolls-Royce and Holden (Australia). During World War II, the Hydra-Matic was used in some military vehicles.

The first automatic transmission to use a torque converter (instead of a fluid coupling) was the Buick Dynaflow, which was introduced for the 1948 model year. In normal driving, the Dynaflow used only the top gear, relying on the torque multiplication of the torque convertor at lower speeds. The Dynaflow was followed by the Packard Ultramatic in mid-1949 and the Chevrolet Powerglide for the 1950 model year. Each of these transmissions had only two forward speeds, relying on the converter for additional torque multiplication. In the early 1950s, BorgWarner developed a series of three-speed torque converter automatics for car manufacturers such as American Motors, Ford and Studebaker. Chrysler was late in developing its own true automatic, introducing the two-speed torque converter PowerFlite in 1953, and the three-speed TorqueFlite in 1956. The latter was the first to utilize the Simpson compound planetary gearset.

In 1956, the General Motors Hydra-Matic (which still used a fluid coupling) was redesigned based around using two fluid couplings, to allow a «dual range» feature. This transmission was called the Controlled Coupling Hydra-Matic, or «Jetway» transmission. The original Hydra-Matic remained in production until the mid-1960s. In 1964, General Motors released a new transmission, the Turbo Hydramatic, a three-speed transmission which used a torque convertor. The Turbo Hydramatic was among the first to have the basic gear selections (Park, Reverse, Neutral, Drive, Low) which became the standard gear selection used for several decades.

1965-present: increased ratio count and electronics[edit]

By the late 1960s, most of the fluid-coupling two-speed and four-speed transmissions had disappeared in favor of three-speed units with torque converters. Also around this time, whale oil was removed from the automatic transmission fluid.^[22] During the 1980s, automatic transmissions with four gear ratios became increasingly common,^[23] and many were equipped with lock-up torque convertors in order to improve fuel economy.

Electronics began to be more commonly used to control the transmission, replacing mechanical control methods such as spring-loaded valves in the valve body. Most systems use solenoids which are controlled by either the engine control unit, or a separate transmission control unit. This allows for more precise control of shift points, shift quality, lower shift times and manual control.

The first six-speed automatic was the ZF 6HP26 transmission, which debuted in the 2002 BMW 7 Series (E65). The first seven-speed automatic was the Mercedes-Benz 7G-Tronic transmission, which debuted a year later. In 2007, the first eight-speed transmission to reach production was the Toyota AA80E transmission. The first nine-speed and ten-speed transmissions were the 2013 ZF 9HP transmission and 2017 Toyota Direct Shift-10A (used in the Lexus LC) respectively.

Gear selectors[edit]

The gear selector is the input by which the driver selects the operating mode of an automatic transmission.^[24] Traditionally the gear selector is located between the two front seats or on the steering column, however electronic rotary dials and push-buttons have also been occasionally used since the 1980s, as well as push buttons having been used in the 1950s and 1960s by Rambler (automobile), Edsel, and most famously, by Chrysler.

P-R-N-D-L positions[edit]

Most cars use a «P-R-N-D-L» layout for the gear selector, which consists of the following positions:^[25]

• Park (P): This position disengages the transmission from the engine (as per the Neutral position) and a parking pawl mechanically locks the output shaft of the transmission. This prevents the driven wheels from rotating which typically prevents the vehicle from moving. The use of the hand brake (parking brake) is also recommended when parking on slopes, since this provides greater protection from the vehicle moving. The Park position is omitted on buses/coaches/tractors, which must instead be placed in neutral with the air-operated parking brakes set.

The park position usually includes a lockout function (such as a button on the side of the gear selector or requiring that the brake pedal be pressed) which prevents the transmission from being accidentally shifted from Park into other gear selector positions. Many cars also prevent the engine from being started when the selector is in any position other than Park or Neutral (often in combination with requiring the brake pedal to be pressed).

• Reverse (R): This position engages reverse gear, so that the vehicle drives in a backwards direction.^[26] It also operates the reversing lights and on some vehicles can activate other functions including parking sensors, backup cameras and reversing beepers (to warn pedestrians).

Some modern transmissions have a mechanism that will prevent shifting into the Reverse position when the vehicle is moving forward, often using a switch on the brake pedal or electronic transmission controls that monitor the vehicle speed.

• Neutral (N): This position disengages the transmission from the engine, allowing the vehicle to move regardless of the engine’s speed. Prolonged movement of the vehicle in Neutral with the engine off at significant speeds («coasting») can damage some automatic transmissions, since the lubrication pump is often powered by the input side of the transmission and is therefore not running when the transmission is in Neutral.
• Drive (D): This position is the normal mode for driving forwards. It allows the transmission to engage the full range of available forward gear ratios.
• Low (L): This position, required by U.S. law, provides for engine braking on steep hills. It also provides for a lower gear ratio for starting out when heavily loaded.

Some automatic transmissions, especially General Motors, from 1940-1964 used a layout with reverse as the bottom position (eg P-N-D-L-R).^[27] However this layout led to the risk of the driver accidentally shifting into Reverse while the vehicle is travelling forwards (especially during engine braking maneuvers).

Other positions and modes[edit]

Many transmissions also include positions to restrict the gear selection to the lower gears and engages the engine brake. These positions are often labelled «L» (low gear), «S» (second gear) or the number of the highest gear used in that position (eg 3, 2 or 1). If these positions are engaged at a time when it would result in excessive engine RPM, many modern transmissions disregard the selector position and remain in the higher gear.

In descending order of the highest gear available:

• 3: Restricts the transmission to the lowest three gear ratios. In a 4-speed automatic transmission, this is often used to prevent the car shifting into the overdrive ratio. In some cars,^[which?] the position labelled «D» performs this function, while another position labelled «OD» or a boxed «[D]» allows all gears to be used.
• 2 (also labelled «S»): Restricts the transmission to the lowest two gear ratios. In some cars, it is also used to accelerate from standstill in 2nd gear instead of 1st, for situations of reduced traction (such as snow or gravel). This function is sometimes called «winter mode», labelled «W».
• 1 (also labelled «L»): Restricts the transmission to 1st gear only, also known as a «low gear». This is useful when a large amount of torque is required at the wheels (for example, when accelerating up a steep incline) however usage at higher speeds can result in excessive RPM for the engine, which may cause overheating or damage.

Many modern transmissions also include modes to adjust the shift logic to prefer either power or fuel economy. «Sport» (also called «Power» or «Performance») modes cause gear shifts to occur at higher RPM, to improve acceleration. «Economy» (also called «Eco» or «Comfort») modes cause gear shifts to occur at lower RPM to reduce fuel consumption.

Manual controls[edit]

Since the 1990s, systems to manually request a specific gear or an upshift/downshift have become more common. These manumatic transmissions offer the driver greater control over the gear selection that the traditional modes to restrict the transmission to the lower gears.

Use of the manumatic functions are typically achieved either via paddles located beside the steering column, or «+» and «-» controls on the gear selector. Some cars offer drivers both methods to request a manual gear selection.

Models[edit]

Continuously variable transmission (CVT)[edit]

A continuously variable transmission (CVT) can change seamlessly through a continuous (infinite) range of gear ratios, compared with other automatic transmissions that provide a limited number of gear ratios in fixed steps. The flexibility of a CVT with suitable control may allow the engine to operate at a constant RPM while the vehicle moves at varying speeds.

CVTs are used in automobiles, tractors, UTVs, motor scooters, snowmobiles, and earthmoving equipment.

The most common type of CVT uses two pulleys connected by a belt or chain, however, several other designs have also been used at times.

Dual-clutch transmission (DCT)[edit]

A dual-clutch transmission (DCT, sometimes referred to as a twin-clutch transmission, or double-clutch transmission) uses two separate clutches for odd and even gear sets.^[28] The design is often similar to two separate manual transmissions with their respective clutches contained within one housing, and working as one unit.^[29][30] In most car and truck applications, the DCT functions as an automatic transmission, requiring no driver input to change gears.

The first DCT to reach production was the Easidrive automatic transmission introduced on the 1961 Hillman Minx mid-size car. This was followed by various eastern European tractors through the 1970s (using manual operation via a single clutch pedal), then the Porsche 962 C racing car in 1985. The first DCT of the modern era was used in the 2003 Volkswagen Golf R32. Since the late 2000s, DCTs have become increasingly widespread, and have supplanted hydraulic automatic transmissions in various models of cars.

Automated manual transmission (AMT)[edit]

Automated manual transmission (AMT), sometimes referred to as a clutchless manual, is a type of multi-speed automobile transmission system that is closely based on the mechanical design of a conventional manual transmission, and automates either the clutch system, the gear shifting, or both simultaneously, requiring partial, or no driver input or involvement.^{[31][32][33][34][35]}

Earlier versions of these transmissions that are semi-automatic in operation, such as Autostick, control only the clutch system automatically — and use different forms of actuation (usually via an actuator or servo) to automate the clutch, but still require the driver’s input and full control to manually actuate gear changes by hand. Modern versions of these systems that are fully-automatic in operation, such as Selespeed and Easytronic, require no driver input over gear changes or clutch operation. Semi-automatic versions require only partial driver input (i.e., the driver must change gears manually), while fully-automatic versions require no manual driver input, whatsoever (TCU or ECU operates both the clutch system and gear shifts automatically).

Modern automated manual transmissions (AMT) have their roots and origins in older clutchless manual transmissions that began to appear on mass-production automobiles in the early-1930s and 1940s, prior to the introduction of hydraulic automatic transmissions. These systems were designed to reduce the amount of clutch or gear shifter usage required by the driver.^[36] These devices were intended to reduce the difficulty of operating conventional unsynchronised manual transmissions («crash gearboxes») that were commonly used at the time, especially in stop-start driving. An early example of this transmission was introduced with the Hudson Commodore in 1942, called Drive-Master. This unit was an early semi-automatic transmission, based on the design of a conventional manual transmission, which used a servo-controlled vacuum-operated clutch system, with three different gear shifting modes, at the touch of a button; manual shifting and manual clutch operation (fully-manual), manual shifting with automated clutch operation (semi-automatic), and automatic shifting with automatic clutch operation (fully-automatic).^[37][38][39] Another early example of this transmission system was introduced in the 1955 Citroën DS, which used a 4-speed BVH transmission. This semi-automatic transmission used an automated clutch, which was actuated using hydraulics. Gear selection also used hydraulics, however, the gear ratio needs to be manually selected by the driver. This system was nicknamed Citro-Matic in the U.S.

The first modern AMTs were introduced by BMW and Ferrari in 1997, with their SMG and F1 transmissions, respectively.^{[40][41][42][43]} Both systems used hydraulic actuators and electrical solenoids, and a designated transmission control unit (TCU) for the clutch and shifting, plus steering wheel-mounted paddle shifters, if the driver wanted to change gear manually.

Modern fully-automatic AMTs, such as Selespeed and Easytronic, have now been largely superseded and replaced by the increasingly widespread dual-clutch transmission design.

Comparison with manual transmissions[edit]

In cars where either a manual transmission or an automatic transmission is available, the manual is usually the cheaper option.

Vehicles equipped with automatic transmissions are not as complex to drive. Consequently, in some jurisdictions, drivers who have passed their driving test in a vehicle with an automatic transmission are restricted from driving cars with manual transmissions.^[44] Conversely, a manual license will allow the driver to drive both automatic or manual transmission vehicles.

Compared with a manual transmission, an automatic can cause the following differences in vehicle dynamics:

• Mid-corner gear changes can affect the handling balance of the car
• Torque converters and CVTs remove the linear relationship between engine RPM and vehicle speed, make changes in vehicle speed less apparent by the engine noise.
• Wheelspin is harder to control when a torque converter is present.^{[citation needed]} This is due to the loss of traction causing the torque converter to increase its output speed for a given engine speed. The driver (or traction control system) is therefore required to reduce the engine power by a greater amount than for a vehicle with a manual transmission.
• Greater ability to upshift while climbing steep hills due to the automatic transmission maintaining some torque delivery to the wheels throughout the gear change.
• In turbocharged and supercharged engines, boost pressure can be maintained during upshifts. This is because the throttle can remain fully open during gear changes in an automatic, whereas a manual transmission often requires a closing of the throttle during upshifts.

Early hydraulic automatic transmissions caused higher fuel consumption than manual transmissions mainly due to viscous and pumping losses in the torque converter and the hydraulic actuators. However, modern hydraulic automatics can achieve similar fuel consumption to manual transmissions, and CVTs can be more fuel-efficient than their manual counterparts.^[45][46]

See also[edit]

• Automated manual transmission
• Dual-clutch transmission
• Park by wire
• Shift by wire
• Torque converter

References[edit]

Машины с АКПП медленно, но уверенно вытесняют автомобили с механической трансмиссией. Высокий спрос в автошколе “Вектор” на обучение вождению на автомате — яркое тому доказательство. Тем не менее производство транспорта с МКПП не останавливается, а продажи хоть и уменьшаются, но не прекращаются. Немало водителей делают выбор в пользу механики, которая так же, как и автомат, имеет свои преимущества.

Расшифровка аббревиатур

Прежде чем разбираться в вопросе, стоит расшифровать аббревиатуры, используемые далее в тексте.

• МТ – Механическая трансмиссия. «Механика», «ручка», «кочерга» – самый простой и надежный тип трансмиссии, где выбор и переключение передач осуществляется водителем.
• АТ – Автоматическая трансмиссия. «Автомат» – подразумевается гидромеханический автомат, автоматически повышающий и понижающий передачи.
• АМТ – Роботизированная трансмиссия. «Робот» – коробка передач с автопереключением скоростей, реализованная как с 1 (старые модели), так и с 2 (новые версии) сцеплением.
• CVT – Вариатор. Бесступенчатый тип трансмиссии, (строго говоря, не коробка), обеспечивающий плавный ход автомобиля без рывков в момент смены скорости.

Принцип работы МКПП и АКПП

Механическая коробка передач работает сугубо за счет ручного управления. Передачи переключаются с помощью специального рычага, без использования электроники. Так управление автомобилем полностью возлагается на водителя. Такой тип трансмиссии встречается преимущественно в машинах бюджетного класса. Механика работает следующим образом: на один из валов, установленных в КПП передается вращательное усилие от двигателя, а другой вал соединяется с карданом.

В процессе переключения передач шестерни меняются — они имеют разный диаметр, поэтому передают разное усилие. Для увеличения тяги маленькая шестеренка на ведущем валу должна соединиться с большой на ведомом. Ситуация меняется лишь на пятой ступени: большая шестерня на ведущем валу задействуется наряду с маленькой на ведомом. Поэтому несмотря на равномерную скорость мотора, за счет изменения положения рычага, получается разная скорость. Он перемещает штоки в коробке, которые толкают муфты, блокирующие шестерни. Автомобиль начинает ехать в тот момент, когда соединяются две шестеренки.

Если водителю важен комфорт, а не самостоятельный контроль вождения, отдать предпочтение лучше автомату. Что отличает АКПП от МКПП:

• работает за счет гидротрансформатора и редуктора;
• при увеличении оборотов двигателя происходит автоматическая смена передачи на следующую;
• при снижении интенсивности работы мотора включается предыдущая передача.

В АКПП переключение происходит плавно, без толчков, чего нельзя сказать о МКПП. Такая мелочь условно делает автоматическую КПП лучше механической.

Плюсы автомобилей с механикой

Неопытные водители редко озадачиваются — лучше автомат или механика, так как в буквальном смысле боятся последней. МКПП сложнее в управлении, а значит требует больше времени для обучения, но освоить ее может каждый. Главное, проявить немного усидчивости и терпения, и все получится. Тем более, обучившись вождению на автомобилях с механикой, пересесть на автомат — раз плюнуть. Те же, кто освоил только АКПП, не смогут управлять машиной с МКПП ни физически, ни по ПДД.

От опытных водителей нередко можно услышать, что механика лучше. Этому утверждению есть несколько аргументов:

• возможность экономии топлива — при спуске со склона можно включить нейтральную передачу (но стоит учесть, что правила дорожного движения это запрещают);
• расход масла в 2-3 меньше, чем в машинах с автоматической трансмиссией;
• сравнительно дешевое обслуживание — несложный ремонт возможен даже в ближайшем гараже собственными силами;
• с механической коробкой передач можно разогнаться быстрее, чем с автоматической;
• зимой не придется долго прогревать машину — небольшое количество масла не создает критического сопротивления;
• в отличие от автомата, на механике можно ехать с пробуксовкой даже зимой, поэтому для дрифтеров во всех отношениях лучше ручное управление.

МКПП практически не имеет недостатков. Она требует постоянного внимания — десятки и сотни переключений передач в течение одной поездки утомляют. Этот минус особенно ощущается в пробке, когда для преодоления 100 метров необходимо повторить одни и те же движения 40-50 раз.

Малоопытным водителям знакома ситуация, когда на низких оборотах двигателя невозможно тронуться с места — машина глохнет. Проблема решается увеличением оборотов мотора, что может привести к сгоранию сцепления. То же вероятно, если резко бросать педаль сцепления или взять на буксир тяжелую технику. В этом случае ремонт автомобиля с механической коробкой обойдется очень дорого.

Преимущества автоматической коробки передач

От некоторых водителей можно услышать, что они принципиально не пересядут на автомобиль с автоматической коробкой передач. Они объясняют свое решение тем, что полноценно управлять транспортом возможно только на механике. И с ними точно согласятся гонщики и дрифтеры. Обычному же владельцу авто просто нужно добраться из одного места в другое, поэтому расширенные возможности в управлении необязательны.

Наиболее значимые преимущества автомата:

• с появлением 5,6 и 8-ступенчатых коробок разгонные характеристики у автомобилей с АКПП и МКПП уравнялись;
• в некоторых моделях расход бензина меньше, чем на машинах с МКПП;
• управление автомобилем сводится к вращению руля и нажатию педалей газа и тормоза;
• исключена вероятность перегазовки, поэтому ресурс двигателя значительно больше, чем на механике.

На фоне весомых преимуществ недостатки автомата могут показаться не столь значимыми. Он требует больше масла и больше топлива (не все модели, но большинство). В холодное время года придется “гонять” двигатель вхолостую, чтобы разогнать загустевшее масло. Если этого не сделать, можно испортить поршневую группу. И главное: если машина оборудуется автоматической коробкой передач, ее стоимость увеличивается.

Сравнение МКПП с АКПП

Каждый водитель делает собственный вывод, что для него лучше — механика или автомат. С решением этого вопроса поможет сравнение основных характеристик:

Разрез современной восьмиступенчатой АКПП фирмы (также автоматическая трансмиссия, АКПП) — разновидность коробки передач автомобилей.

От механической (МКПП) отличается автоматизированным переключением передач, а также, в большинстве случаев, иной конструкцией механической части.

Конструкция

Большинство АКПП состоят из гидротрансформатора, планетарных редукторов, фрикционных и обгонных муфт и соединительных валов и барабанов. Также иногда применяется тормозная лента, затормаживающая один из барабанов относительно корпуса АКПП при включении той или иной передачи.

Исключение — АКПП фирмы МКПП).

Гидротрансформатор конструктивно устанавливается так же, как сцепление на транмиссии с МКПП — между двигателем и собственно АКПП. Корпус гидротрансформатора с ведущей турбиной закрепляется на маховике двигателя, как и корзина сцепления. Основная роль гидротрансформатора — передача момента с проскальзыванием при трогании с места. На высоких оборотах двигателя (и обычно на 3-4 передаче) гидротрансформатор обычно блокируется находящейся внутри него фрикционной муфтой, делающей проскальзывание невозможным и ликвидирующей затраты энергии (и расход топлива) на вязкое трение масла в турбинах.

Гидротрансформатор состоит из трех турбин — входной (выполнена заодно с корпусом), выходной и статора. Статор обычно глухо заторможен на корпус АКПП, но в некоторых исполнениях затормаживание статора включается фрикционной муфтой с целью максимально эффективного использования гидротрансформатора во всем диапазоне оборотов.

Планетарный редуктор, непосредственно передает крутящий момент.

Фрикционные муфты (иногда называется «пакет») осуществляют переключение передач сообщением или разобщением элементов АКПП — входного и выходного валов и элементов планетарных редукторов, а также их затормаживанием на корпус АКПП. Муфта выглядит как нечто среднее между сцеплением и синхронизатором в МКПП и состоит из барабана и хаба, барабан имеет крупные прямоугольные шлицы внутри, хаб — крупные прямоугольные зубья снаружи. Между барабаном и хабом расположен пакет кольцеобразных фрикционных дисков, часть из которых выполнена из металла и имеет выступы снаружи, входящие в шлицы барабана, а часть — из пластмассы и имеет вырезы внутри, куда входят зубья хаба. Сообщение фрикционной муфты производится сжатием пакета дисков гидравлически кольцеобразным поршнем, установленном в барабане. Масло к цилиндру подводится через канавки в барабане, валах и корпусе АКПП.

Обгонная муфта свободно проскальзывает в одном направлении и заклинивает с передачей момента в другом. Обычно состоит из внешнего и внутреннего колец и расположенного между ними сепаратора с роликами. Используется для снижения ударов во фрикционных муфтах при переключении передач (передача момента начинается только при повышении оборотов двигателя после переключения, приводящего к попытке одной из деталей планетарного редуктора вращаться в обратную сторону и заклиниванию ее в обгонной муфте), а также для отключения торможения двигателем в некоторых режимах работы АКПП.

Пример кинематики включения передач в одной из АКПП (Nissan Almera):

• задний ход: центр планетарного ряда 1 сообщен со входным валом, водило заторможено в корпусе пакетом, внешнее колесо исполнено в одной детали с водилом ряда 2 и глухо сообщено с выходным валом. Внешнее колесо ряда 2 не сообщено ни с чем, ряд 2 не передает момента.
• первая передача: центр планетарного ряда 1 не сообщен ни с чем, ряд 1 не передает момента. Центр ряда 2 глухо сообщен со входным валом, водило — с выходным, внешнее колесо сообщено пакетом с обгонной муфтой. При низких оборотах двигателя трансмиссия прокручивается в обгонной муфте, не передавая моментов, при высоких — внешнее колесо 2 затормаживается и ряд 2 передает момент. Первая передача с возможностью торможения двигателем включается так же, но с блокировкой обгонных муфт пакетами.
• вторая передача: центра ряда 1 заторможен в корпусе тормозной лентой, водило сообщено пакетом через обгонную муфту с внешним колесом ряда 2, внешнее колесо ряда 1 глухо сообщено с водилом ряда 2 и с выходным валом, центр ряда 2 глухо сообщен со входным валом. В этом режиме, в отличие от первой передачи, работают оба планетарных ряда, и внешнее колесо ряда 2 не заторможено в корпусе, а медленно вращается в прямом направлении, что дает более высокое по сравнению с первой передачей передаточное число.
• третья передача: центр планетарного ряда 1 не сообщен ни с чем, ряд 1 не передает момента. Центр ряда 2 глухо сообщен со входным валом, водило — с выходным, внешнее колесо сообщено двумя пакетами и обгонной муфтой со входным валом. Весь ряд 2 крутится как единое целое (прямая передача).

На второй и третьей передаче возможно включение блокировки обгонной муфты специально предусмотренным фрикционным пакетом, то есть включение торможения двигателем.

• четвертая передача (ускоряющая): центр ряда 1 заторможен в корпусе тормозной лентой, водило сообщено пакетом со входным валом, внешнее колесо исполнено в одной детали с водилом ряда 2 и глухо сообщено с выходным валом. Внешнее колесо ряда 2 не сообщено ни с чем, ряд 2 не передает момента.

Устройство управления АКПП представляет собой набор золотников, управляющих потоками масла к поршням тормозных лент и фрикционных муфт. Положения золотников задаются как вручную механически рукояткой селектора, так и автоматически. Автоматика бывает гидравлической или же электронной.

Гидравлическая автоматика использует давление масла от центробежного регулятора, соединенного с выходным валом АКПП, а также давление масла от нажатой водителем педали газа. Это дает автоматике информацию о скорости автомобиля и положении педали газа, на основании которой переключаются золотники.

Электронная автоматика использует соленоиды, перемещающие золотники. Кабели от соленоидов выходят вовне АКПП и идут к расположенному где-то вне АКПП блоку управления, иногда объединенному с блоком управления впрыском топлива и зажиганием. Решение о перемещении соленоидов принимается электроникой на основе информации от положении педали газа и скорости автомобиля, а также положении рукоятки селектора.

В некоторых случаях предусмотрена работоспособность АКПП даже при полном выходе из строя электронной автоматики, но только с третьей передачей переднего хода, или же со всеми передачами переднего хода, но с необходимостью их ручного переключения рукояткой селектора

Разновидностью АКПП является автоматизированная бесступенчатая трансмиссия (вариатор). Также существуют различные автоматизированные («роботизированные») МКПП.

Положения селектора АКПП

Виды селекторов

Селектор определяет режим работы АКПП. Расположение рычага селектора может быть различным. На автомобилях американского производства вплоть до 1990-х годов в основной массе селектор был расположен на рулевой колонке. На европейских машинах традиционно было более распространено напольное расположение. На японских автомобилях встречались оба варианта, в зависимости от целевого рынка. На коммерческих автомобилях вагонной и полукапотной комопоновки, довольно большое распространение имеет расположение селектора на панели приборов (точнее, на консоли). Существуют системы выбора режимов работы АКПП без рычага, в которых для переключения используются кнопки — например, на автомобилях Chrysler конца 1950-х — начала 1960-х годов, «Чайке» ГАЗ-13, многих современных автобусах.

Если система имеет рычаг-селектор, выбор нужного режима осуществляется его перемещением в одно из возможных положений. Чтобы предотвратить случайное переключение режимов, либо используется кнопка-фиксатор, которую необходимо нажать для перемещения рычага, либо надо отжать вниз сам рычаг (как на Audi 100), либо (в случае с подрулевым селектором) надо потянуть рычаг на себя, либо прорезь для перемещения рычага-селектора выполняется ступенчатой (например, на автомобилях

Основные режимы работы

Что касается режимов работы, то практически любая АКПП имеет следующие режимы, ставшие стандартными с конца 1950-х годов:

• «Р» — парковочная блокировка (ведущие колеса заблокированы, блокировка находится внутри самой АКПП и не связана с обычным стояночным тормозом);
• «R» (на отечественных моделях — «Зх») — задний ход (недопустимо включать до полной остановки автомобиля, на современных трансмиссиях зачастую существует блокировка);
• «N» (на отечественных — «Н») — нейтральный режим (включается при кратковременной стоянке и при буксировке на небольшое расстояние);
• «D» (на отечественных — «Д») — движение вперёд (как правило, задействуются все ступени, либо все, кроме повышающих передач);
• «L» (на отечественных — «П») — пониженная передача (для движения в сложных дорожных условиях).

Начиная с конца 1950-х годов, эти режимы располагают именно в такой последовательности. В 1964 году в США она была закреплена в качестве обязательной для использования американским Сообществом Автомобильных Инженеров (SAE).

Ранее пытались использовать иные варианты, но это оказывалось неудобным, даже небезопасным. Например, потребители, привыкшие к механическим трансмиссиям тех лет с подрулевым рычагом, у которых для включения первой передачи необходимо было потянуть рычаг на себя и опустить вниз, случайно включали задний ход и попадали в ДТП при раскладке режимов P-N-D-L-R (трансмиссия Buick DynaFlow) или P-N-D-S-L-R (

Поэтому положение, соответствующее режиму R, стали располагать над нейтральным положением селектора. Впервые такая раскладка (P-R-N-D-L) была использована на автомобилях фирмы Ford.

Дополнительные режимы работы

В современных АКПП, с большим числом рабочих диапазонов, могут присутствовать дополнительные режимы работы, а положения селектора могут обозначаться иначе:

• «[D]» или «OD» — овердрайв (ступень с передаточным отношением менее единицы), режим движения с возможностью автоматического переключения на повышающую передачу. Наиболее подходит для равномерного движения по трассе;
• «D3» или «O/D OFF» — только I, II и III передачи, либо отключение повышающей передачи (овердрайва). Активный режим наиболее подходящий для движения по городу;
• «S» (либо цифра «2») — диапазон пониженных передач (I и II либо только II передача). «Зимний режим»;
• «L» (либо цифра «1») — второй диапазон пониженных передач (только I передача).

Также, втречаются дополнительные переключатели (реализованные, например, в виде кнопок) режимов работы АКПП:

• «Sport» или «Power» — переключение передач происходит на более высоких оборотах двигателя. Более динамичный разгон в ущерб расходу топлива;
• «Winter» или «Snow» — трогание происходит со II-й передачи (для предотвращения пробуксовки колес).

В некоторых случаях режим Sport задействуется автоматически при глубоком нажатии на педаль газа — т. н. «кикдаун». В некоторых случаях режим кикдауна запрещен при отключении режима Overdrive.

В отличие от МКПП, АКПП поддерживает торможение двигателем далеко не во всех режимах. В режимах, где торможение двигателем запрещено, трансмиссия свободно проскальзывает в обгонных муфтах (как в велосипеде) и автомобиль движется «накатом». Например, в некоторых случаях первая передача с торможением двигателем задействуется только при выборе водителем положения «1». При выборе первой передачи автоматикой из положения «D» торможение двигателем невозможно.

Tiptronic

Полуавтоматический режим работы АКПП, впервые реализованный компанией Porsche. В России слово «типтроник» часто применяется для названия всех аналогичных конструкций других производителей, хотя оно и является торговой маркой Porsche (другие производители называют аналогичные конструкции иначе).

В этом режиме выбор передачи осуществляется водителем вручную подталкиванием рычага селектора в направлениях «+» и «-» — переход на следующие передачи вверх и вниз. Автоматически осуществляется только переход с первой передачи на вторую при недопустимо высоких оборотах двигателя.

Механически коробка передач при этом такая же, как и обычная АКПП, изменен только рычаг селектора и автоматика управления.

Признак TipTronic-подобных АКПП — вырез для перемещения рычага селектора в виде лесенки.

Ссылки

• (рус.) Как пользоваться АКПП
• (рус.) Преимущества автомобилей с АКПП
• (рус.) Что приводит к преждевременным поломкам АКПП

Литература

Коллектив авторов завода ГАЗ Легковой автомобиль ГАЗ-23: Инструкция по уходу. — Горький: 1965. — 115 с.

См. также

• МКПП
• Бесступенчатая трансмиссия
• Вариатор

Вот с науки и начнём, и не с какой-нибудь, а с «Теории автоматического управления», именно она поможет нам разобраться с коробками – основы ТАУ дают студентам практически любой инженерной специальности. Нет-нет, мы вовсе не собираемся грузить читателей принципами работы регулятора Уатта и описанием пропорционально-интегрального закона как одного из принципов автоматического регулирования систем. ТАУ предлагает куда как более простые постулаты, некоторые из которых мы адаптируем для пояснения несложного, казалось бы, и ясного как день вопроса: чем отличается автомобиль с ручной коробкой от автомобиля с автоматической?

С ответом спешить не будем, а уточним, что ТАУ определяет разбивку всех систем по типу управления на следующие: «ручные», «полуавтоматические» и «автоматические». Что это означает в приложении к автомобилю? Это означает, что если водитель:

• А – сам выбирает передачу — скажем, решает, что вот сию секунду нужно перейти с третьей на вторую или с шестой на седьмую, и
• Б – сам переключает ступень с помощью механического привода, на одном конце которого – рука водителя, на другом – каретка синхронизатора…

…то коробка по критерию «тип управления» классифицируется как «ручная».

Сразу перескакиваем на третий случай – «автоматические». Простая логика подсказывает обратное: если электроника думает за водителя по полной программе, при этом

• А – выбирает ступень, то есть, сама решает, куда переключиться в данный момент – вверх или вниз, и
• Б – сама осуществляет это переключение…

…стало быть, перед нами коробка передач, которая по критерию «тип управления» классифицируется как «автомат» или «автоматическая».

С вариантом «полуавтоматическим» сейчас знакомы большей частью гонщики — скажем, управляющие болидами Формулы-1. За водителем в данном случае остаётся только выбор ступени: водитель даёт сигнал – замыкает контакт, а электроника, следуя этому указанию, уже производит сам процесс включения передачи с помощью сервопривода.

Из всего изложенного напрашивается простой вывод: тип коробки передач по критерию «тип управления» не подразумевает ровным счётом никаких конструктивных особенностей той части коробки, в которой трансформируется момент. Это важно, потому что одна и та же коробка, как мы покажем ниже, по критерию «тип управления» будет «автоматической», а по критерию «тип трансформации момента» — «механической». Может ли такое быть?

“Механическая” и “ручная” — это одно и то же?

Да, ещё как может! Только для начала давайте зададимся вопросом, правильно ли называть «ручные» коробки «механическими» — вроде бы, это давно вошло в обиход. Да, мы к этому привыкли, поскольку в 80-е, 90-е и первой половине 2000-х широкий потребитель практически не знал других автоматических коробок кроме гидромеханических, представляющих собой пару гидротрансформатора и планетарного редуктора.

Здесь оговоримся сразу: в рамках настоящего материала мы не рассматриваем эволюцию конструкции коробок. Малой серией порой выпускали такую всячину, что народ недоумевал: зачем? В любом случае, об этом мы напишем отдельную статью, там будет о чём поговорить. Произошедшая подмена «ручные — значит механические» ничего плохого не несёт, тем более, что во многом это отражало потребительскую картину автомобильного мира в три десятилетия до середины двухтысячных.

Между тем, слово «механический» по критерию «тип преобразования момента» означает, что крутящий момент в коробке увеличивается или уменьшается без применения пневматических, электрических или иных устройств, кроме механических. Проще говоря, крутящий момент, поступающий в коробку, меняется за счёт взаимодействия двух любых «железок». Обратите внимание, что мы говорим «железки», а не «шестерёнки»: этот критерий группировки коробок передач уже напрямую увязан с конструкцией агрегата.

Трёхвальные и двухвальные

Итак, конструкция. Начнём с «ручных» коробок, поскольку здесь есть свои особенности. В применении к ним мы часто слышим: «двухвальная» или «трёхвальная». Это очень интересный термин, который поменял значение с течением времени. Когда-то он означал количество валов, участвующих в передаче мощности на ступенях переднего хода. Сейчас он означает количество пар шестерен, через которые передаётся момент на одной передаче переднего хода. У трёхвальных коробок таких пар две: шестерни первой пары размещаются на входном и промежуточном валах, шестерни второй – на промежуточном и выходном. У двухвальных коробок такая пара одна. То есть, количество валов, физически имеющихся в коробке, здесь совершенно ни при чём.

Напомним, что ещё задолго до появления фольксвагеновских DSG, где ведомые шестерни чётных передач размещаются на одном валу, а нечётных – на другом, ручные коробки стали делать с двумя выходными валами – просто для того, чтобы увеличение количества ступеней не влияло на увеличение длины, а проще говоря, чтобы коробку было легче разместить под капотом при поперечной компоновке силового агрегата. Само собой, ни о каком «преселективном» включении ступеней речи здесь не шло.

Трёхвальные коробки – традиционные, от них стали отказываться по мере вытеснения продольной компоновки компоновки подкапотного пространства на легковых автомобилях от А до D класса поперечной. Типичный её признак – наличие передачи с передаточным числом 1,0, когда момент передаётся без участия шестерен: минуя промежуточный вал. Передача эта – компромиссная, поскольку при расчёте это число всегда получается или больше, или меньше единицы. Со временем всё большую территорию стали отвоёвывать двухвальные коробки, которые, с одной стороны, дают меньший габарит, а с другой, инженеры, проектируя их, избавлены от необходимости вынужденного применения передачи 1,0.

«Гидро» без «механики»

Возвращаемся к группировке коробок по критерию «трансформация крутящего момента». Наличие гидравлического звена (гидротрансформатора), в котором на части режимов изменяется момент, автоматически относит коробку к типу «гидромеханических», при этом совершенно неважно, как устроена та часть коробки, которая идёт после гидротрансформатора – это может быть и планетарный редуктор, и… вариатор. Да-да, эпитет «гидромеханический» настолько прочно закрепился за классической конструкцией «автомата», состоящего из гидротрансформатора и планетарного редуктора, что по инерции ни к какой другой коробке мы его уже не применяем. А зря.

Эксперты Росстандарта при выдаче сертификата, позволяющего продавать новые автомобили (одобрение типа транспортного средства, ОТТС), обязательно определяют конструктивный тип трансмиссии. Скажем, для версии Nissan Qashqai с вариатором это «гидромеханическая».

Между тем, бывают и коробки передач, сконструированные на базе вариатора, которые нельзя отнести к «гидромеханическим» по той простой причине, что между двигателем и шкивами вариатора нет гидравлического узла, изменяющего момент. А что же там есть? Как правило, это два мокрых многодисковых сцепления, одно из которых отвечает за передний ход, а второе переключает поток мощности на задний. Похожая вариаторная коробка установлена, к примеру, на Lifan X70, у которого в графе «трансмиссия» одобрения типа транспортного средства указано: «механическая».

И вот тут мы подошли к важному моменту: в зависимости от критерия группировки коробок передач, вариаторная коробка без гидротрансформатора может быть одновременно и «механической», и «автоматической». «Механической» она может быть по типу трансформации крутящего момента – в её конструкции отсутствует гидротрансформатор, «автоматической» — по типу управления. А давайте зададимся вопросом: может ли вариаторная коробка быть и «механической», и «ручной»?

Оказывается, может! Водителю для этого понадобится рычаг с приводом, раздвигающим и сдвигающим половинки пары шкивов – ведущего и ведомого, и не более того. Надобности в этом нет никакой, поэтому такого огорода ни один автопроизводитель городить не станет, однако никаких технических препятствий к организации ручного управления вариатором нет.

“Робот” — это “автомат”?

Теперь давайте попробуем самостоятельно определить тип упомянутой коробки концерна Volkswagen, которая для автомобилей марки VW имеет аббревиатуру DSG, то есть, direct shift gearbox. С одной стороны, водитель машины с коробкой DSG не выбирает передачу и не включает её — стало быть, по типу управления, коробка «автоматическая». В конструкции коробки нет гидротрансформатора – на его месте стоят либо два сухих сцепления, либо два пакета фрикционов, работающих в масляной ванне. Стало быть, по типу трансформации крутящего момента DSG – это типичная механическая коробка, что и фиксирует ОТТС на любую из моделей концерна VW с таким агрегатом — скажем, на Skoda Octavia.

Уточним, что в потребительской среде российских автовладельцев такие коробки принято называть «роботами». Откуда это пошло? От бездумного перевода западных пресс-релизов и статей. Опять же, если отдельно взятый потребитель представляет себе конструкцию, которую он называет «роботизированной коробкой», то ничего плохого в этом нет, максимум, что может случиться – его не поймут, ведь слово «роботизированный» в применении к трансмиссии не несёт ровным счётом никакого типа конструкции или принципа действия коробки.

Речь может идти как о коробках типа double clutch transmission (то же, что и DSG, только общее название), так и о коробках single clutch transmission, то есть, об агрегатах с одним автоматически срабатывающим сцеплением. Такие коробки были распространены ещё некоторое время назад: например, коробку Easytronic широко применяли в Opel.

Наконец, «роботизированными» коробками часто называют и такие, в которых часть функций по включению передачи берёт на себя электроника. Такие агрегаты хотя и не часто, но встречались на рынке. Скажем, коробка Porsche Sportomatic, разработанная ещё в конце 60-х: у машины было две педали – газ и тормоз, при этом сцепление срабатывало автоматически, когда водитель обычным рычагом переключал каретки синхронизаторов из одного положения в другое. Все нагрузки при этом сглаживал гидротрансформатор.

В общем, давайте говорить правильно! А теперь вернёмся к вопросу, с которого мы начали статью: что же отличает автомобиль с ручной коробкой от машины с «автоматом»? Ответ прост: количество педалей. В первом случае их три, во втором – две. Собственно, это и есть главный вывод, который нужно запомнить, остальное – детали…