Ідея створення автоматичної коробки передач з’явилася практично одночасно з появою автомобіля, оснащеного МКПП. При цьому автовиробники, винахідники і ентузіасти з різних країн почали працювати над агрегатом.
В результаті вже на самому початку 20-го століття стали з’являтися досвідчені зразки, які мали трансмісію, схожу на сучасний автомат. У цій статті ми поговоримо про те, як створювалася і коли з’явилася перша АКПП, познайомимося з історією автоматичної трансмісії, а також відповімо на запитання, хто винайшов коробку автомат.
Хто винайшов коробку автомат і коли з’явилася перша АКПП
Як відомо, трансмісія є другим за важливістю агрегатом після ДВС. При цьому поява АКПП стало справжнім проривом, оскільки завдяки такій коробці передач значно підвищується не тільки комфорт, але і безпеку при управлінні автомобілем.
Сьогодні існує кілька типів автоматів»: гідромеханічна коробка, варіатор, робот з одним або двома зчепленнями. Відразу відзначимо, що стосується перших АКПП, в цьому випадку мова йде про гідромеханічної планетарної коробки передач.
Така КПП є системою, що складається з гідротрансформатора (ГДТ) і планетарної коробки. Принципи і основи планетарної передачі були відомі ще в середні століття, а гідротрансформатор створив німець Герман Феттингер на початку 20-го століття.
Першим об’єднав коробку і ГДТ американський винахідник Азатур Сарафян, більш відомий під ім’ям Оскар Бэнкер. Саме він запатентував автоматичну коробку передач в 1935р., хоча для отримання патенту більше 7 років відстоював своє право в боротьбі з великими автовиробниками.
Народився Сарафян в 1895 році. Його сім’я опинилася в США в результаті сумнозвісного Геноциду вірмен, який мав місце бути в Османській імперії. Влаштувавшись в Чикаго, Асатур Сарафян змінив своє ім’я, ставши Оскаром Бэнкером.
Талановитий винахідник створив різні корисні пристрої, серед яких можна виділити кілька незамінних сьогодні рішень (наприклад, шприц-пістолет для змащування), однак головним його досягненням є винахід першої автоматичної гідромеханічної коробки передач. У свою чергу, General Motors (GM), яка раніше встановлювала напівавтоматичну коробку передач на свої моделі, першою перейшла на АКПП.
-
Гідротрансформатор в АКПП: що це таке, пристрій…
Історія створення автоматичної коробки передач
Отже, найважливішим елементом, завдяки якому стало можливим поява повноцінної АКПП, є гідротрансформатор.
Спочатку ГДТ з’явився в суднобудуванні. Причина – замість низькообертові парових двигунів ближче до кінця 19-го століття з’явилися більш потужні парові турбіни. Такі турбіни з’єднувалися з гвинтом, що неминуче призвело до виникнення цілого ряду технічних проблем.
Рішенням виявилося винахід Р. Феттингера, який запропонував гідравлічну машину, де лопатеві колеса гідродинамічної передачі, насос, турбіна і реактор були об’єднані в одному корпусі.
Такий гідротрансформатор був запатентований в 1902 році і мав велику кількість переваг у порівнянні з іншими механізмами і пристроями, які могли б перетворити крутний момент від двигуна.
ГДТ Феттингера мінімізував втрати корисної енергії, ККД пристрою виявився високим. На практиці, зазначений гідродинамічний трансформатор, в середньому, забезпечував на судах ККД близько 90% і навіть більше.
Повернемося до коробок передач на автомобілях. На самому початку 20-го століття (1904 рік) винахідники брати Стартевенты з міста Бостон, США, представили ранню версію автоматичної коробки.
Дана КПП на дві передачі фактично була вдосконаленої МКПП, де перемикання могли бути автоматичними. Іншими словами, це був прототип коробки – робот. Проте в ті роки з ряду причин серійне виробництво виявилося неможливим, від проекту відмовилися.
Наступними автоматичну коробку почали ставити в компанії Ford. Легендарна модель Model-T була оснащена планетарної коробкою передач, яка отримала дві швидкості руху вперед, а також задню передачу. Управління КПП було реалізовано за допомогою педалей.
Далі з’явилася коробка від компанії Reo на моделях General Motors. Така трансмісія цілком може вважатися першою РКПП, так як це була механічна коробка з автоматизованим зчепленням. Трохи пізніше стала використовуватися і планетарна система передач, ще більше наблизивши момент появи повноцінних гідромеханічних автоматів.
Планетарний механізм (планетарна передача) найкращим чином підходить для АКПП. Щоб керувати передаточним числом, а також напрямком обертання вихідного валу, виконується гальмування окремих частин планетарної передачі. При цьому для вирішення завдання можна використовувати відносно невеликі і постійні зусилля.
Іншими словами, мова йде про виконавчих механізмах АКПП (фрикционы, стрічковий гальмо). Також в ті роки реалізувати ефективне управління цими механізмами не складало труднощів. Ще необхідність вирівнювання швидкості окремих елементів АКПП була відсутня, так як всі шестерні планетарної передачі знаходяться в постійному зачепленні.
Якщо порівняти таку схему зі спробами автоматизувати роботу механічної коробки, в той час це було вкрай складним завданням. Основною проблемою було те, що в ті роки не було ефективних, швидких і надійних сервомеханизмов (сервоприводів).
Рекомендуємо також прочитати статтю про те, що таке гідротрансформатор АКПП. З цієї статті ви дізнаєтеся про будову, принципи роботи та особливості гідротрансформатора автоматичних коробок передач.
Зазначені механізми необхідні для того, щоб переміщати шестерні або муфти включення для введення в зачеплення. Сервомеханізми також повинні забезпечити велике зусилля і робочий хід, особливо якщо порівнювати зусилля для стиснення пакету фрикціонів або затягування стрічкового гальма АКПП.
Якісне рішення було знайдено тільки ближче до середини XX століття, а масової роботизована механіка стала тільки за останні 10-15 років (наприклад, АМТ або преселективна коробка DSG).
Подальший розвиток коробки автомат: еволюція гідромеханічної АКПП
Перед тим, як переходити до АКПП, потрібно згадати коробку передач Уільсона. Водій вибирав передачу за допомогою підрульового перемикача, а включення здійснювалося за допомогою натискання на окрему педаль.
Така трансмісія була прообразом преселективною коробкою передач, так як водій заздалегідь вибирав передачу, при цьому її включення здійснювалося тільки після натиснення на педаль, яка стояла на місці педалі зчеплення МКПП.
Дане рішення полегшувало процес керування ТЗ, перемикання передач вимагали мінімум часу порівняно з МКПП, які в ті роки не мали синхронізаторів. При цьому важлива роль коробки Уільсона полягає в тому, що це перша КПП з перемикачем режимів, яка нагадує сучасні аналоги (режими P-R-N-D).
Повернемося до АКПП. Отже, повністю автоматичну гідромеханічну коробку передач Hydra-Matic представила General Motors в 1940 році. Дану КПП ставили на моделі Cadillac, Pontiac і т. д.
Така трансмісія являла собою гідротрансформатор (гідромуфту) і планетарну коробку передач з автоматичним гідравлічним управлінням. Управління було реалізовано з урахуванням швидкості руху автомобіля, а також положення дросельної заслінки.
Коробка Hydra-Matic ставилася як на моделі GM, так і на Bentley, Rolls-Royce, Lincoln і т. д. На початку 50-х фахівці Mercedes-Benz взяли дану коробку за основу і розробили власний аналог, який працював за схожим принципом, проте мав цілий ряд відмінностей в плані конструкції.
Ближче до середини 60-х автоматичні гідромеханічні коробки передач досягли піку своєї популярності. Також поява синтетичних мастил на ринку ПММ дозволило здешевити їх виробництво та обслуговування, підвищити надійність агрегату. Вже в ті роки АКПП не сильно відрізнялися від сучасних версій.
У 80-х стала простежуватися тенденція до постійного збільшення числа передач. В автоматичних коробках спочатку з’явилася четверта передача, тобто підвищена. Одночасно стала використовуватися і функція блокування гідротрансформатора.
Також чотирирівневі автомати стали управлятися за допомогою ЕБУ, що дало можливість позбутися багатьох механічних елементів управління, замінивши їх соленоїдами.
Наприклад, першими впровадження електронної системи управління автоматичною коробкою передач реалізували фахівці Toyota в 1983 р. Далі Ford в 1987 році також перейшов на використання електроніки для управління підвищує передачею і блокувальною муфтою ГДТ.
До речі, сьогодні АКПП продовжує еволюціонувати. З урахуванням жорстких екологічних стандартів і зростання цін на паливо виробники прагнуть підвищити ККД трансмісії, домогтися паливної економічності.
Для цього збільшується загальна кількість передач, швидкість перемикань стала дуже високою. Сьогодні можна зустріти АКПП, які мають 5, 6 і більш «швидкостей». Основне завдання – успішно конкурувати з преселективными роботизованими коробками типу DSG.
Рекомендуємо також прочитати статтю про те, як влаштована і працює гідромеханічна АКПП. З цієї статті ви дізнаєтеся про конструкції та пристрої АКПП, а також за яким принципом працює даний агрегат.
Паралельно відбувається і постійне вдосконалення блоків управління АКПП, а також програмного забезпечення. Спочатку це були системи, які тільки визначали момент перемикання передачі і відповідали за якість включень.
Надалі в блоки стали «зашивати» програми, які здатні підлаштовуватися під манеру їзди, динамічно змінюючи алгоритми перемикання передач (наприклад, адаптивні АКПП з режимами економ, спорт).
Пізніше з’явилася і можливість ручного управління АКПП (наприклад, Tiptronic), коли водій може самостійно визначати моменти перемикання передач подібно механічній коробці. Додатково коробка автомат отримала розширені можливості в плані самодіагностики, контролю температури трансмісійної рідини і т. д.