Революционный “автомат” - zf разработала девятиступенчатую акпп. Революционный “автомат” - zf разработала девятиступенчатую акпп 9 ступенчатая коробка передач zf

24.07.2013, Ср, 16:07, Мск , Текст: Сергей Юртайкин

Немецкий автоконцерн Daimler начал оснащать Mercedes-Benz 9-ступенчатой автоматической трансмиссией. «Автомат», получивший название 9G-Tronic, уже используется в серийном Mercedes E350 BlueTec. Пока эта машина официально в России не представлена. Ранее такие заднеприводные седаны комплектовались 7-ступенчатой АКПП 7G-Tronic.

Переход на новую коробку переключения передач не изменил динамические характеристики автомобиля. Сохранился тот же разгон до 100 км/ч за 6,6 сек. Зато снизился расход топлива - с 5,5 л. на «сотню» в смешанном цикле до 5,3 л. При езде по городу E350 BlueTec будет потреблять 6,4 л. на 100 км пути, а по трассе расход топлива составит 4,7 л., утверждает производитель. Добиться топливной эффективности удалось в том числе за счет использования активной системы Start/Stop, которая глушит двигатель во время простоев и запускает его вновь, когда водитель нажимает на педаль газа.

Кроме того, в лучшую сторону изменился показатель выброса углекислого газа в атмосферу. В случае с 9G-Tronic он равен 138 г/км против 144 г/км у модели с 7-ступенчатой коробкой 7G-Tronic. Этот факт будет способствовать продажам E-Class в Европе, рассчитывают в Daimler. Позднее 9G-Tronic станет доступна и на других моделях Mercedes-Benz.

Об использовании трансмиссии с 9 ступенями ранее заявлял Land Rover. Британский автомобилестроитель намерен оборудовать такой коробкой передач обновленный компактный кроссовер Range Rover Evoque, который будет выпущен в 2014 г.

Первым автомобилем Mercedes-Benz с 9-ступенчатой АКПП стала модель E350 BlueTec

По предварительным данным, Evoque с новой трансмиссией и 2,2-литровым дизелем (190 л.с.) сможет разгоняться до 100 км/ч всего за 7 сек. вместо нынешних 8,5 сек. Производством АКПП для британской марки, как и прежде, займется компания ZF.

Mercedes-Benz же производит 9G-Tronic самостоятельно. Немецкий вариант 9-ступенчатой АКПП предназначен для установки на автомобили с продольным расположением двигателя. Разработка Land Rover рассчитана на поперечную конфигурацию.

Помимо Mercedes-Benz и Land Rover, увеличить число передач в коробках стремятся и другие автопроизводители. Так, компании Ford и General Motors (GM) решили объединить усилия по созданию 9- и 10-ступенчатых «автоматов». Последние будут предназначены для заднеприводных автомобилей.

Скорее всего, вывести такие трансмиссии на массовый рынок у американских автоконцернов получится только через 3-4 года. По крайней мере, именно столько в свое время потребовалось Ford и GM на создание 6-ступенчатого «автомата». Над 10-ступенчатыми коробками также трудятся корейский концерн Hyundai (для одноименной марки и Kia).

Постоянное и неуклонное ужесточение экологических норм вынуждает производителя модернизировать не только двигателя, но и трансмиссии. В результате чего автомобиль становится все сложнее..

Каких-то 80-90 лет назад люди более всего ценили комфорт. Им пришелся по вкусу телефон и, конечно, автомобиль. Следуя моде, автомобили тех лет строили максимально комфортабельным, с мягкой подвеской и легким рулем. Для удобства, конструкторы уменьшили количество передач в КП до трех, а то и до двух. Например, у Бугатти 28, тип 30, КП была трехступенчатая, причем для трогания с места и вообще езды использовалась вторая, прямая передача. На ней же Бугатти разгонялась до 150 км/ч. Первую передачу пускали в ход только при трогании в горку, а на третьей, скоростной, машину можно было разогнать до 200 км/ч. У Гитлера был Хорьх с двумя передачами, причем ездили (и трогались) на второй.
В последние годы тенденция изменилась в корне, сейчас в почете управляемость и экология. Подвески стали жестче, руль — острее, мотор — живее и быстроходнее. Количество же передач в коробках неуклонно растет, есть КП для легковых автомобилей с семью, восемью и даже девятью ступенями. Понятно, что жесткие подвески и острый руль дают автомобилю лучшую управляемость, из-за чего скорость движения по той же дороге увеличивается. Быстроходный оборотистый мотор наделяет автомобиль хорошей динамикой. А зачем нужна многоступенчатая коробка, какой в ней толк?
Дело в том, что коробка передач строится под конкретный двигатель. На старых моторах они были совсем не такими, как на современных — крутящий момент достигал максимума чуть ли не на оборотах холостого хода. За что расплачивались никудышной литровой мощностью, невероятными размерами и весом, вялой динамикой и — зверским аппетитом. Современные моторы в погоне за экономией топлива имеют куда меньшие рабочие объемы, и как следствие — меньший крутящий момент. Для поддержания двигателя в диапазоне рабочих оборотов и были созданы многоступенчатые КП. С увеличением числа передач конструкторы добиваются наиболее эффективной работы двигателя по экономичности и тяговым возможностям, а нормы экологии только подстегивают процесс. В качестве примера приведу две новые коробки, сконструированные одним из мировых лидеров по производству КП — немецким концерном .

Автоматическая 9-ступенчатая коробка 9НР

9НР в разрезе

Именно ZF Friedrichshafen AG разработала первую в мире 9-ступенчатую автоматическую коробку (9НР) . Это АКП для переднеприводных автомобилей с поперечным расположением двигателя. Две модели коробки перекрывают крутящий момент от 200 до 480 Н*м (9НР28 и 9 НР48 соответственно). Интересно, что в коробке предусмотрен апгрейд до гибридной трансмиссии или реализации функции «старт-стоп». Реализуется это просто — достаточно заменить гидротрансформатор стандартным стартер-генератором.

Стоит ли игра свеч, ведь девять передач — не шутка, агрегат получается сложным, и, значит, дорогостоящим? По всей видимости — стоит. По утверждению ZF, по сравнению с обычным 6-ступенчым «автоматом», экономия топлива у автомобиля с новой коробкой доходит аж до 16%. Такая эффективность достигается, прежде всего, благодаря весьма высокому общему передаточному числу коробки — 9,84. То есть большое количество ступеней АКП позволяют очень точно выбрать нужное передаточное отношение, ведь различие между соседними передачами маленькое, а чем меньше это различие — тем точнее можно выбрать передачу для заданного режима работы двигателя. Эта особенность положительно влияет на комфорт при езде и заодно позволяет двигателю работать в более экономичном режиме. Так, при движении на девятой передаче при скорости 120 км/ч частота вращения двигателя 2170 об/мин, а с 6-ступенчатой АКП — 2890 об/мин.

Обороты двигателя при движении 120 км/ч

Раcход топлива, кроме того, минимизируется блокированием гидротрансформатора на довольно низких оборотах, уменьшая тем самым гидравлические потери. При этом не только уменьшается расход топлива, но и растет динамика, поскольку момент от двигателя передается напрямую. Кроме того, этот новый алгоритм работы гасителя крутильных колебаний усиливает чувство слияния с автомобилем — скорость работы элементов системы управления и переключения ниже порога восприятия водителя.
Возможность быстрого переключения передач, в свою очередь, придает новой коробке спортивный характер. Интересно, что настраивать точки и динамику переключения передач, задавая разные режимы, от комфортного и экономного до спортивного, может не только производитель автомобилей, но и водитель, то есть система управления режимами движения коробки весьма гибкая. Система автоматического управления трансмиссией ATSYS включает в себя все устройства управления сцеплением, функцию адаптации, функции защиты коробки передач. Кроме того, система ASIS (алгоритм переключения передач) незаметно для водителя выбирает оптимальную передачу в зависимости от дорожной ситуации.

Алгоритм переключения передач

Соотношение передаваемого момента и веса различных АКП

Одно из важнейших преимуществ новой коробки — модульный принцип, по которому она создана. Например, для привода на все колеса может быть установлена дополнительная раздаточная коробка. Для этого разработан автоматически подключаемый полный привод (по терминологии ZF — AWD Disconnect). Эта система включает привод на задние колеса только при необходимости и экономит до 5% топлива по сравнению с постоянным полным приводом. Кроме того, коробка уже в серийном исполнении приспособлена к работе в режиме «стоп-старт» без вспомогательного масляного насоса. Так как при повторном старте блокируется только фрикционный механизм переключения, время реакции оказывается весьма незначительным. Важно, что коробка совместима и с гибридной версией: в параллельной архитектуре гибридного привода гидротрансформатор заменяется электромотором.
Большое число передач коробка реализует с помощью четырех комплектов шестерен и шести переключающих устройств. Очень сложной задачей была компоновка всех этих узлов в корпусе коробки, так как в легковом автомобиле с поперечным расположением двигателя пространство весьма и весьма ограничено. Выход был найден оригинальный: коробка состоит из двух планетарок с общей солнечной шестерней, а механизм переключения использовали кулачковый, с гидроприводом. У такого механизма высокий КПД и, и он мало влияет на монтажную длину коробки. Если у многодискового механизма переключения в разомкнутом положении действуют моменты инерции, вызывающие потери мощности, то у кулачкового потери очень малы. Это важно именно для коробки с большим числом передач: благодаря точному подбору передач здесь нет таких потерь при передаче потока мощности от двигателя, как в других трансмиссиях.

Основные особенности коробок 9НР

8-ступенчатая АКП 8НР

В отличие от 9-ступенчатой, новая 8-ступенчатая коробка (8НР) , предназначена для автомобилей с продольным расположением двигателя. Два модельных ряда этой коробки покрывают очень широкий диапазон крутящих моментов — от 300 до 1000 Нм. 8HP — это первый автомат, позволяющий реализовать функцию «старт — стоп» без вспомогательного насоса. Уже сейчас коробка 8HP устанавливается серийно на некоторые модели Alpina, Audi, Bentley, Chrysler, BMW, Jaguar, Lancia, Land Rover, Range Rover и Rolls-Royce.
Широкий охват уровня входного крутящего момента позволяет применять коробку передач в самых разных классах автомобилей и с самыми разными типами двигателей. Это 8-супенчатая коробка снижает расход топлива автомобиля даже по сравнению с 6-ступенчатым автоматом второго поколения, который еще совсем недавно был образцом топливной экономичности.

Устройство коробки 8НР

Техническое решение основывается на концепции с четырьмя планетарными рядами шестерен и пятью элементами переключения. Поскольку на каждой передаче только два элемента переключения находятся в разомкнутом положении, потери тягового усилия из-за моментов инерции внутри коробки существенно снижаются. Кроме того, более высокое общее передаточное число (7,05 по сравнению с 6,04 у предшествующей модели) обеспечивает работу двигателя на более низких оборотах, что снижает расход топлива. Экономит топливо и уровень выбросов CO2 и системы гашения крутильных колебаний в гидротрансформаторе, в частности, быстрой его блокировкой при старте. Как и 9-ступенчатая коробка, новый 8-ступенчатый автомат отличается высокой скоростью переключения — ниже порога восприятия.

Зависимость веса и передаваемого крутящего момента для разных АКП

Гидроаккумулятор (система HIS)

8НР — первая модель ступенчатой трансмиссии, в которой можно реализовать функцию «старт — стоп». Дело в том, что при выключенном ДВС в коробке не будет давления масла, поэтому она не может функционировать. Однако в ней есть особое устройство — гидроаккумулятор, которое создает давление в коробке, и автомобиль может немедленно тронуться. Благодаря этому гидроаккумулятору импульсного действия автомобиль может повторно тронуться с места спустя всего 350 миллисекунд после отключения двигателя. Пружинный поршневой аккумулятор в доли секунды нагнетает гидравлическое масло, необходимое для старта, во внутренние узлы коробки. Режим «старт — стоп» позволяет снизить расход топлива с этой коробкой в общей сложности до 11% по сравнению с прежней 6-ступенчатой.

Экономия топлива с разными модификациями 8НР

Новая коробка может работать и в гибридной и полугибридной (со стартер-генератором) версиях, причем для этого не требуется никаких изменений, простой заменой гидротрансформатора на электромашину. Полугибрид позволяет сэкономить до 15% топлива, а полный гибрид — до 25%.
Коробка может быть дополнена полноприводной версией и другими разными элементами трансмиссии. Например, гидродинамическое сцепление с охлаждением (hydrodynamically cooled clutch — HCC) обеспечивает плавный старт и быстрое переключение передач. При этом в картере сцепления вместо гидротрансформатора устанавливается «мокрая» многодисковая муфта. У такой муфты момент инерции массы меньше, чем у гидротрансформатора, а это позволяет передавать больший крутящий момент, что и делает его привлекательным для спортивных автомобилей. Версий полного привода несколько. Во первых, это классический вариант с «навешиванием» дополнительной раздаточной коробки, как это обычно делается во внедорожниках. Во вторых — интеграция раздаточной коробки с включением привода на переднюю ось, так конструкция получается компактнее, легче, и с лучшим КПД. И в третьих — интегрированная полноприводная версия, в которой кроме раздаточной коробки в корпус автоматической коробки передач встроен еще и дифференциал.

Возможные пусковые элементы для коробки 8НР

Итог прост. Количество передач в коробках неуклонно растет и будет расти, а коробки будут все сложнее и сложнее. И главная причина тому — экологические требования. По всей видимости, и девять ступеней — не предел.

Концерн ZF представляет новое поколение экономичных автоматических коробок передач: совершенно новая АКПП для легковых автомобилей, разработанная с 9-ю передачами для автомобилей с передним расположением двигателя.

Инновации с девятью скоростями

Экономия топлива с повышенной производительностью - ZF еще раз показывает, автомобильному миру, что эти два атрибута не являются взаимоисключающими.

ZF является первым производителем АКПП по всему миру по разработке современных автомобилей, оснащённых автоматической коробкой с 9-ю передачами. Она была разработана для автомобилей с поперечным расположением двигателя с передним или полным приводом и, таким образом может быть установлена в 75 процентов всех автомобилей, произведенных во всем мире. Это означает, что 9-ти ступенчатая АКПП не только заменяет текущий продольно установленный 8-ступенчатый флагманский агрегат ZF, но она также представляет собой новую, абсолютно самостоятельную конструкцию для поперечного монтажного положения. Концепция изучения этой автоматической коробки передач привлекла внимание в автомобильной отрасли уже на IAA 2009.

Спортивная с умным расходом топлива

По сравнению с сегодняшними стандартными 6-ступенчатыми автоматическими коробками передач для двигателей с передней-поперечной установкой, новая 9-ступенчатая АКПП ZF доказано улучшает как ходовые качества, так и экономию топлива.

Что сочетает в себе новый агрегат производства ZF? Изюминкой является реакция на переключение передач и время за которое переключение происходит - они столь коротки, что практически находятся вне зоны восприятия. Это делает двух-и многоступенчатые переключения передач в доли секунды реальностью. Таким образом, новая автоматическая коробка передач оснащена тем же «спортивным геном» как и её 8-ступенчатая предшественница; в сочетании с отличными характеристиками комфорта в переключении передач, конечно, влечет за собой окончательное удовлетворение потребности клиентов.

Анализ рынка

В целях формирования эффективности индивидуальной мобильности, системы привода современных автомобилей будет постоянно развиваться. Перед тем, как их полностью сменят электроприводы, автоматические системы переключения передач будут играть центральную роль. Сегодня автоматические трансмиссии уже более эффективны с точки зрения потребления топлива, чем стандартные механические коробки передач, и по-прежнему предлагают потенциал для оптимизации. Цель состоит в том, чтобы снизить потребление энергии всей трансмиссии в то время, когда будут повышаться ходовые качества и комфорт при вождении. Таким образом, должна быть обеспечена возможность реализовать все разработанные концепции экономически эффективным образом.

9G-Tronic (заводское обозначение W9A NAG3 700) - первая девятиступенчатая гидротрансформаторная автоматическая коробка передач для автомобилей премиум-класса, способна не подавиться и переварить 1000 Нм крутящего момента и при этом легче на 1 кг своей предшественницы 7G-TRONIC PLUS и позволяет сэкономить около 6,5% топлива. Корпус коробки выполнен из магниевого сплава, а 9 ступеней реализуются всего четырьмя планетарными передачами. 3 датчика скорости контролируют процесс и обеспечивают быстрые, но мягкие переключения. Все системы управления, контроля и смазки сгруппированы в картере коробки. Управляющая электроника интегрирована в общий блок управляения автомобиля и способна учитывать огромное количество поступающих данных для максимально эффективной и комфортной работы трансмиссии. Стоит отметить, что это первая в мире 9-ти ступенчатая серийная трансмиссия для автомобилей с продольным размещением силового агрегата.

При разработке новой 9-ступенчатой автоматической коробки передач инженеры-конструкторы сосредоточились ещё на одной важной теме - "Компактные облегчённые конструкции". Несмотря на добавление двух передач и возрастание максимального передаваемого крутящего момента до 1000 Нм, новая коробка передач занимает столь же мало места, что и её предшественница, и обладает при этом меньшей массой. Принцип двухсекционного картера был сохранён: корпус гидротрансформатора изготовлен из лёгкого алюминия, а картер коробки передач с оптимизированной по массе масляной ванной из полимеров выполняется из ещё более лёгкого магниевого сплава.

Ещё одной целью было реализовать схему с девятью передачами при минимальном количестве планетарных рядов и механизмов переключения передач. В результате интенсивного компьютерного системного анализа и синтеза эту задачу конструкторам удалось решить, обойдясь всего четырьмя простыми планетарными рядами и шестью механизмами переключения передач. Три датчика частоты вращения следят за работой трансмиссии и снабжают систему управления коробкой передач соответствующей информацией для эффективного переключения передач. В данном случае при разгоне или замедлении можно будет перескакивать сразу несколько передач, если это потребует текущая дорожная ситуация.

Для надёжного и в то же время энергоэкономичного снабжения долговечной и "прочной на сдвиг" синтетической трансмиссионной жидкостью Fuel Economy с улучшенными антифрикционными свойствами автоматическая коробка передач оборудуется двумя насосами. Существенно уменьшенный в размерах, механический основной насос располагается рядом со вторичным валом - конструктивно вне его оси; в движение он приводится с помощью цепи и дополнен отдельным электрическим насосом. Такая конструкция, с одной стороны, позволяет активно, в зависимости от нагрузки, регулировать объём потока смазочно-охлаждающей жидкости, а с другой, обеспечивает совместимость АКП 9G-TRONIC с функцией старт-стопа (автоматической остановки и запуска) двигателя. Кроме того, за счёт первой в мире реализации прямого управления в девятиступенчатой планетарной автоматической коробке передач удалось значительно повысить экономичность её гидравлики.

Коробка передач 9G-TRONIC может работать в трех режимах – C (Controlled Efficiency – Управляемая Эффективность), S (Sport) и M (ручное управление). В режиме C коробка начинает движение со втройо передачи и рано переключается – этот режим не порадует отменной динамикой, зато сэкономит топливо и обеспечит максимальный комфорт передвижения. Для любителей разгона и скорости предназначен режим Sport, в котором передачи переключается позже, а коробка способна перепрыгнуть через несколько ступеней при необходимости. В мануальном режиме водитель сам волен выбирать алгоритм переключения передач.

Интересно, что инженеры Mercedes-Benz уверены, что дальнейшее увеличение количества передач не имеет смысла, так что скорее всего гонка за цифры в названиях АКПП скоро закончится.

Новая трансимиссия найдет свое применения на многих моделях Mercedes-Benz. Первым автомобилем с такой коробкой стал E-class w212, за ним следует новое поколение C-класса W205, который комплектуется этой трансмиссией с самого начала производства. Ближе к концу 2014 9G-TRONIC добралась и до S-класса W222, а затем скорее всего найдет себе место на таких автомобилях, как CLS, ML, GL и GLK x205.

В качестве стандартной опции компания стала оснащать автомобили E350 BlueTec 9-ти ступенчатым автоматом. Новая автоматическая коробка передач, получившая название 9G-Tronic уже достаточно давно планировалась устанавливаться на эту модель Немецкого автомобиля.

Новая коробка 9G-Tronic сменила старое поколение автоматической трансмиссии 7G-Tronic. К сожалению, оснащение автомобиля новым автоматом не повлияло на динамику разгона и мощность автомобилей. Разгон с 0 до 100 км/час остался таким же - 6,6 секунд. Тем не менее, установка на автомашину новой автоматической коробки позволило, сэкономит расход топлива. Так на 100 километров в смешанном цикле автомобиль потребляет всего 4,1 литра топлива. С 7-ми ступенчатой коробкой автомат Е350 расходовал 4,5 литра на 100км.

Также благодаря новой девятиступенчатой коробки компании удалось снизить выброс СО2.

Изменение комплектаций затронуло и другую модификацию . Так в стандартной комплектации Мерседес-Бенц Е220 BlueEfficiency Edition теперь доступен с 7-ми ступенчатой автоматической коробкой автомат. Ранее на этот автомобиль оснащался шестиступенчатой механикой.

Использование 7-ми ступенчатого автомата вместо механической трансмиссии также позволила сократить расход топлива, который теперь составляет 3,66 литра на 100км., вместо 3,83л/100км. На мощность и динамику автомашины установка автомата вместо механики не отразилось.

В том числе эти модели автомобилей, теперь соответствуют новому экологическому классу ЕВРО-6.

Мерседес-Бенц анонсировала новую линейку модификаций автомобиля . Впервые представлена новая модель E200 NGD работающая на природном газе. На этом автомобиле установлен четырехцилиндрованный 2-х литровый двигатель, мощностью 154 л.с. Расход газа в смешанном режиме составит 4,3 литра на 100 километров. Разгон с 0 до 100км/час 10,4 секунды.

Появится ли эта модель, работающая на газе в России пока не известно.