Скутер Дайджест. Журнал о скутерах и людях

В дебри с автоматом

Версия для печати

Трансмиссия и двигатель - два взаимосвязанных узла. А в мотовездеходах их взаимодействие разыгрывается по-особому: очень уж своеобразен этот класс мототехники. Инженеры концерна Honda идут еще дальше, создавая трансмиссии, уникальные даже по меркам ATV.
ЗАВОДИ И ПЕРЕКЛЮЧАЙ. Японские инженеры вывели ATV (All-Terrain Vehicle - вездеходные транспортные средства) как породу рабочих осликов, позволяющих добираться в отдаленные горные районы во время весенних оттепелей и сезона дождей, когда крутые горные дороги становились непроходимыми для обычных транспортных средств. Там трехколесные мотовездеходы во многих случаях оказались лучшим способом передвижения. Но на рынке США их восприняли как «аппарат для развлечений», и для горячих американских парней они оказались слишком «вертлявыми»: легко переворачивались в повороте. В конце концов все производители ATV согласились с требованиями американских властей, и в 1988 году продажа трехколесников была прекращена. Совершив очередной круг, процесс эволюции, как и в истории с автомобилями, привел к четырехколесной схеме.

Трехколесные модели начала 70-х годов оснащались несколько доработанными мотоциклетными моторами, сохранив привычные для мотоциклистов органы управления и традиционную цепную передачу на задние колеса.

Вот как работает полноприводная трансмиссия мотовездехода с поперечно расположенным одноцилиндровым четырехтактным двигателем и переключением передач по-мотоциклетному, левой ногой. Непосредственно на коленвале установлено центробежное сцепление с пятью подпружиненными грузами с фрикционными накладками. При увеличении оборотов центробежное сцепление, работающее в масляной ванне, позволяет ATV плавно трогаться с места. В единый конструктивный узел с центробежным сцеплением входит роликовая обгонная муфта. При движении в натяг она себя никак не проявляет, и центробежное сцепление работает обычным образом. При торможении двигателем по мере снижения оборотов коленвала момент, передаваемый центробежным сцеплением, уменьшается, и оно начинает проскальзывать, при этом подпружиненные ролики расходятся, обгонная муфта блокируется и передает весь тормозной момент от колес к валу двигателя. На первичном валу коробки передач расположено еще одно многодисковое сцепление с полуавтоматическим выжимом, разрывающее поток мощности при переключении передач. На выходном валу коробки передач установлен угловой редуктор и «гитара» из двух шестерен, крутящий момент от которых передается соответственно на приводные валы, идущие к главным передачам заднего и переднего мостов. Механизма отключения переднего моста нет, привод на колеса только постоянный полный. В редукторе переднего моста применен конический симметричный дифференциал повышенного трения с фрикционными дисками, поджатыми пружинными шайбами.
Доставшееся в наследство от мотоциклов поперечное расположение коленвала на полноприводных ATV требовало установки углового редуктора на выходном валу коробки передач, а это дополнительные механические потери и удорожание конструкции. Поэтому на Honda Foreman 1995 года силовой агрегат развернули, расположив коленвал продольно. Структурная схема трансмиссии осталась прежней: два сцепления, 5-ступенчатая коробка передач, постоянный полный привод и передний дифференциал повышенного трения.
ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ. Следующая модель Honda -TRX450ES - вызвала такой интерес, что была признана ATV года. На рынке мотовездеходов взор клиентов все чаще обращался в сторону автоматических трансмиссий, и «Хонда» предложила покупателям Honda's Electric Shift (ESP™)- систему электрического привода для переключения коробки передач. Для переключения водителю достаточно нажимать клавиши ВВЕРХ или ВНИЗ на левой рукоятке руля. Такая версия сочетала в себе удобство, свойственное автоматическим трансмиссиям, с надежностью и возможностью эффективно тормозить двигателем, присущими механическим коробкам передач.
В 2000 году на модели FourTrax 300 (TRX350FE) передний дифференциал повышенного трения c фрикционными дисками уступил место дифференциалу Sure-Trac, в котором внутреннее трение изменяется в зависимости от величины передаваемого момента. В этом механизме момент передается не метрическими шестернями сателлитов, как раньше, а расположенными в пазах корпуса дифференциала шестигранными кулачками. вместо обычных конических полуосевых шестерен установлены кулачковые диски сложной граненой формы. Количество граней на кулачковых дисках, соединенных справой и левой полуосями, разное, и, как следствие, различается гол наклона рабочих граней шестигранных кулачков, работающих в контакте с ними. Внутри корпуса дифференциала установлены пружинные шайбы, прижимающие кулачковые диски к расположенным между ними шестигранным кулачкам. При одинаковой скорости вращения передних колес шестигранные кулачки передают крутящий момент от корпуса дифференциала кулачковым дискам, оставаясь и этом практически неподвижными относительно корпуса дифференциала и поверхности кулачковых механизмов. При разной скорости вращения передних колес шестигранные кулачки начинают перемещаться в пазах корпуса дифференциала, а их рабочие грани двигаются по граням кулачковых дисков. Чем выше момент, передаваемый дифференциалом хотя бы на одно из колес, тем больше силы трения между шестигранными кулачками и кулачковыми дисками. Применение дифференциала Sure-Trac позволило добиться небольшого усилия на руле при повороте передних колес и улучшить проходимость ATV за счет увеличения внутреннего трения в дифференциале при передаче больших крутящих моментов на передние колеса.
Коробка передач TRX350FE -обычная пятиступенчатая, с двумя сцеплениями, но переключение передач - с помощью системы ESP™. Работает электрика следующим образом. В зависимости от условий движения водитель для переключения передач нажимает клавиши ВВЕРХ или ВНИЗ на левой рукоятке руля, при этом электронный блок управляет электродвигателем, через шестеренчатый редуктор приводящим в действие полуавтомат выключения многодискового сцепления и храповой механизм, который поворачивает копирный вал, двигающий вилки переключения передач. Выключается электродвигатель по сигналу от датчика угла поворота механизма переключения. Информация о включенной передаче снимается с датчика включенной передачи и контактов датчика реверса и отображается на расположенной на руле приборной панели. Трансмиссия, управляемая ESP™, «развязала» ноги водителям, и тем, кто ездит в условиях тяжелого бездорожья, это очень понравилось.
АВТОМАТИЧЕСКОЕ ДРУЖЕЛЮБИЕ.
Следующий уровень автоматизации механических коробок передач ATV - трансмиссия HFT (Human Friendly Transmission - трансмиссия, дружественная человеку), примененная на мотовездеходе Honda TRX420FA. Новый агрегат относится к классу Dual Clutch Transmission (DTC) - трансмиссий с двумя сцеплениями.
Если быть более точным, то сцеплений в конструкции три. Одно - уже ставшее классическим центробежное сцепление с роликовой обгонной муфтой, оно расположено на коленчатом валу и позволяет трогаться с места и тормозить двигателем, а также два управляемых гидравликой сцепления на двух расположенных концентрично (один внутри другого) первичных валах для включения соответственно 1-3-5 и 2-4 передач и реверса. Вторичный вал всего один, да и синхронизаторов нет, передачи включаются традиционными для мототехники кулачковыми муфтами. Механизм переключения передач - типа ESP: электродвигатель через шестеренчатый редуктор и храповой механизм поворачивает копирный вал, по пазам которого перемещаются вилки переключения передач. Трансмиссия секвентальная, преселективная (с последовательным переключением передач и с предварительным включением следующей передачи), и алгоритм перемещения вилок и переключения передач имеет свои особенности, о них и поговорим. Начнем с нейтрали: оба сцепления в положении «выключено», все кулачковые муфты коробки передач разомкнуты, мотовездеход стоит неподвижно. Для движения вперед необходимо выбрать желаемый режим работы трансмиссии, нажимая на расположенные на руле клавиши, при этом электродвигатель поворачивает копирный вал в положение 1-2, и вилки, перемещаясь по пазам, вводят в зацепление кулачковые муфты 1-й и 2-й передач; при этом управляемая электроникой гидравлика включает сцепление «нечетного» первичного вала. При увеличении оборотов двигателя сработает центробежное сцепление, и ATV тронется с места на 1-й передаче. Для переключения на 2-ю передачу достаточно включить сцепление «четного» ряда передач и одновременно с этим выключить сцепление «нечетного» ряда, причем переключение сцеплений можно произвести почти без разрыва потока мощности (как это происходит, мы разберем чуть позже при описании работы гидравлической части трансмиссии). Предположим, что ATV двигается на 2-й передаче и скорость движения продолжает возрастать, при этом трансмиссия должна «подготовиться» к включению 3-й передачи. Для этого электроника с помощью электродвигателя поворачивает копирный вал дальше в следующее положение, которое в прямом переводе с английского можно было бы назвать «промежуточной нейтралью». Как часто бывает в технической литературе, это всего лишь игра слов: какая же это «нейтраль», если момент от вала двигателя через шестерни 2-й передачи передается к колесам мотовездехода! На самом деле в этот момент перемещаются вилки и выключают кулачковую муфту 1-й передачи, и при повороте копирного вала дальше включают кулачковую муфту 3-й передачи, то есть если это и «нейтраль», то только для первичного вала «нечетного» ряда передач. После чего копирный вал занимает положение 2-3, при котором ATV продолжает двигаться на 2-й передаче, но уже включена кулачковая муфта 3-й передачи, процесс подготовки к переключению на следующую передачу закончен, и для перехода на 3-ю передачу достаточно включить сцепление «нечетного» ряда передач и одновременно с этим выключить сцепление «четного» ряда. Таким образом, управляющая трансмиссией электроника, исходя из условий движения, пытается «предвидеть», какую передачу придется включать следующей, и заранее готовится к процессу переключения. Переключение остальных передач как «вверх», так и «вниз», происходит аналогичным образом.
Гидравлическая схема трансмиссии проста и красива. Два маслянных насоса: один перекачивает масло, другой обеспечивает деталей двигателя и трансмиссии и создает рабочее давление для работы гидравлики, управляющей сцеплениями. Сцепления многодисковые, работающие в масле, давления масла находятся в выключенном положении. Для включения сцепления необходимо подать давление масла, при этом переместится поршень и сожмет диски сцепления. Управляют этой два электрогидравлических клапана и четыре чисто гидравлических клапана. Линейный к управляемый электрическим соленоидом, перекроет подачу масла при возникновении аварийных жимов работы трансмиссии. Управляет работой сцеплений переключающий соленоидный клапан: он открыт, проходящее через него масло перемещает переключающий клапан в левое по схеме положение, при этом давление масла подается на сцепление «четного» ряда, и ATV может двигаться на 2-4 передаче или реверсе. При этом левый по схеме дросселирующий контрольный клапан находится в открытом положении, и давления на сцеплении 1-3-5 передач нет. Для включения сцепления «нечетного» ряда передач необходимо подать напряжение на переключающий соленоидный клапан, при этом он закроется, под действием пружины переключающий клапан переместится в правое по схеме положение, переключив тем самым масляные магистрали. Теперь масло, поступающее под давлением на сцепление «нечетного» ряда, начнет перемещать поршень, по мере сжатия пружины давление в масляной магистрали будет возрастать, и как только зазор между дисками будет выбран и диски сцепления сойдутся, величина давления начнет быстро увеличиваться. Под действием возросшего давления масла переместится шток контрольного дросселирующего клапана, откроется канал для быстрого сброса давления масла из полости поршня сцепления «четного» ряда передач, и сцепление выключится.
В такой схеме переключения сцеплений есть момент, при котором сцепления работают с частичным перекрытием: диски включаемого сцепления уже сошлись, и лишь после этого выключается сцепление, работавшее ранее; при дальнейшем повышении давления масла включаемое сцепление примет на себя передачу крутящего момента. Эта характерная особенность конструкции позволяет переходить с передачи на передачу очень быстро и мягко, почти без разрыва потока мощности.
Двигатель нового TRX420FA инжекторный, и, как следствие, увеличилось количество информации, поступающей в электронный блок управления работой двигателя и трансмиссии. Да и сами алгоритмы управления трансмиссией становятся все сложнее. При движении по дорогам в автоматическом режиме в любой момент ускорение может смениться торможением. На бездорожье еще сложнее: даже водитель, зрительно оценив ситуацию, далеко не всегда может правильно и вовремя выбрать нужную передачу. У мотовездехода пока что глаз нет, а хоть бы и были, нет уверенности, что они разглядят крупный камень в заполненной водой колее. Поэтому не стоит требовать от электроники невозможного: если трансмиссия подготовилась к включению следующей передачи, то переключение произойдет быстро и мягко, но если вследствие изменившихся условий движения приходится вносить коррективы и включать другую передачу, то это потребует несколько большего времени.
Человеку свойственно ошибаться, и чтобы предотвратить поломки трансмиссии в режиме ручного переключения передач (ESP), электроника может отменить или не выполнить ваши команды в следующих случаях:
- при замедлении на 5-й или 4-й передачах с прикрытым дросселем трансмиссия автоматически переключится на низшие передачи;
- при низкой скорости движения нельзя включить передачу выше 3-й;
- нельзя переключить трансмиссию с 1-й передачи в нейтраль, реверс и обратно, если ATV едет слишком быстро.
Если при выключении зажигания была включена какая-либо передача, кроме нейтрали, то при включении зажигания трансмиссия останется на той же передаче, что и была, а если был включен задний ход, то переключится на нейтраль. Если электроника сочтет, что трогаться с места на включенной в данный момент передаче нельзя, то на приборной панели отобразится соответствующая пиктограмма и ATV не сдвинется с места, пока водитель сам не включит более низкую передачу.
Привод на передний мост на данной модели включается вручную, расположенным слева от руля рычагом, который через тросовый привод перемещает кулачковую муфту включения. В режиме 2WD электроника сравнивает информацию с датчиков скорости вращения заднего и переднего мостов и запрещает включать более высокую передачу при значительной пробуксовке задних колес.
В арсенале мотовездеходов Honda есть еще два интересных варианта трансмиссии: гидромеханическая и гидростатическая. Но о них мы поговорим в следующем номере.