Концепция трансмиссии с двумя сцеплениями, появившаяся на пятьдесят лет раньше своего времени, должна была исчезнуть из истории еще до начала Второй мировой войны, как и множество других необычных идей. Однако судьба распорядилась иначе, и преселективная трансмиссия нашла своего защитника, который провел ее к успеху.
Первые серьезные разработки и патенты на трансмиссию с двумя сцеплениями начали появляться в 1930-х годах, но тогдашние технологии не позволяли создать эффективные управляющие системы. Лишь один человек, Фрэнк Лентини, мог справиться с дополнительной педалью сцепления.
Судьба преселективной трансмиссии казалась предрешенной, и она могла стать еще одной несбывшейся инженерной мечтой, если бы не интерес к ней со стороны амбициозного представителя семьи Порше, инженера Фердинанда Пиха. В конце 1960-х, когда он занял пост технического директора Porsche, он впервые обратил внимание на эту идею, известную в Германии как doppelkupplungsgetriebe, и поручил своим инженерам разработать проект. Хотя механическая часть с двумя сцеплениями не вызывала особых трудностей, управление такой трансмиссией представляло собой настоящую инженерную задачу, полную соленоидов, переключателей и сложной гидравлики.
В преселективной трансмиссии одно сцепление отвечает за четные передачи (зеленый), а другое — за нечетные (красный). При старте на первой передаче вторая уже готова к включению, но ее шестерни вращаются без нагрузки (сцепление разомкнуто). В нужный момент электроника переключает сцепления, обеспечивая мгновенное переключение без потери мощности.
В то же время команда Porsche работала над системой антиблокировки тормозов, и многие задачи, которые позже были решены с помощью электроники, инженеры пытались решить механически, что для технологий 1960-х годов было слишком амбициозно.
Тем не менее, идея не была забыта, и в 1970-х, когда разразился топливный кризис, в Вайсзахе вновь заговорили о преселективной трансмиссии.
Цены на нефть резко возросли, и Porsche 928 с мощным V8 и трехступенчатым автоматом от Mercedes-Benz стал жертвой этих изменений. Арабо-израильский конфликт задержал запуск модели в серийное производство, а исламская революция в Иране снизила спрос. Нефть становилась все дороже, и в Porsche искали решения, которые позволили бы сделать двигатели более экономичными, не теряя в скорости.
На внутренних семинарах обсуждали отключение половины цилиндров при частичной нагрузке и систему старт-стоп, которая появилась на маломощных автомобилях через десять лет, а также экзотическую трансмиссию с двумя сцеплениями. На гоночной трассе doppelkupplungsgetriebe могла бы мгновенно переключать передачи, не теряя мощности, а на обычных дорогах она избавляла двигатель от потерь, возникающих в гидротрансформаторе «автомата», где часть энергии терялась на бесполезном перемешивании жидкости.
Как и в случае с турбонаддувом, новую трансмиссию решили протестировать в гонках, и в 1982 году ее разработку поручили эксперту по трансмиссиям Райнеру Вюсту и сторонним разработчикам. Новый прототип группы C – Porsche 956 – только начинал свой путь к званию самой успешной гоночной машины 1980-х и доминировал в гонках на выносливость, но приход Jaguar в чемпионат заставил немцев осторожно внедрять инновации и продолжать работу над скоростью и стабильностью.
Porsche 956 дебютировал на «24 часах Ле-Мана» в 1982 году. В 1980-х модель 956/962 выиграла эту гонку еще пять раз, став самой успешной гоночной машиной десятилетия, хотя PDK к этому не имела никакого отношения.
Автоматические трансмиссии до сих пор не пользовались успехом в автоспорте, а первое воплощение Porsche-doppelkupplungsgetriebe (или просто PDK) представляло собой сложный механизм с ручным управлением и комбинацией автоматики и гидравлики. В автомобиле сохранялась педаль сцепления, которую нужно было выжимать для старта, но затем можно было использовать только газ, тормоз и рычаг секвентального переключения передач справа от руля: от себя — передача выше, на себя — ниже, вправо — нейтраль. Работу рычага дублировали две кнопки на правой спице руля.
На руле были кнопки переключения передач, а перед глазами гонщика находился жидкокристаллический дисплей. Инженеры также тестировали полностью автоматическую версию PDK, но она не участвовала в гонках.
При подходе к повороту гонщик мог трижды дернуть рычаг (или нажать кнопку) на себя и сосредоточиться на управлении автомобилем, в то время как автоматика последовательно понижала передачи. Теперь представьте, что так же работает коробка DSG на вашем Volkswagen Golf по дороге на работу!
Жидкокристаллический дисплей показывал текущую и «предвключенную» передачи, например 4/3 или 5/2, а переключения вниз происходили при снижении оборотов до безопасного уровня. В те годы было много случаев поломки трансмиссий из-за разрыва шестерен или перегрузки мотора, и автоматика PDK защищала от таких проблем. Однако переключения были довольно жесткими, что требовало высоких стандартов к материалам — керамика и карбон в то время были экзотикой, и даже монокок Porsche 956 был алюминиевым. Поэтому инженеры увеличивали запас прочности за счет веса деталей.
Во второй половине 1980-х инженеры начали использовать композитные сцепления, и PDK работала еще лучше, но следующий заводской прототип Porsche уже строился без нее.
PDK была на 25 килограммов тяжелее стандартной 5-ступенчатой секвентальной «механики» в магниевом корпусе с однодисковым сцеплением Sachs, которая уже выиграла Ле Ман и доминировала на этапах WSC. В течение первого сезона 1984 года инженеры устанавливали прототип PDK на разные машины, сталкиваясь с множеством проблем и разными мнениями гонщиков — от восторга до жалоб на перегруженную заднюю ось, и отправляли все на доработку. В 1985 году Porsche 962 с преселективом финишировал на пятом месте, а в 1986 году одержал победу на этапе в Монце.
Ханс Штук с восторгом делился, как ему нравится управлять PDK в дождь: пока соперники теряли контроль, он мог мгновенно переключиться на передачу выше, предотвращая занос. Однако на этапе в Норисринге у его машины сгорел контакт, и Штук потерял чемпионский титул в личном зачете. В конструкции простой «механики» подобные проблемы не могли возникнуть. С одной стороны, у преселектива наконец появилась скорость: мгновенные переключения на разгоне не давали провалиться нагнетателю в турбояму, а в поворотах гонщик мог сосредоточиться на управлении и всегда находился на нужной передаче. Разница в массе с «механикой» сократилась до 15 килограммов.
С другой стороны, гонщики не хотели зависеть от надежности преселектива в условиях жесткой конкуренции, но на гражданских автомобилях такие нагрузки почти не возникали, поэтому в Штутгарте задумались о серийном варианте PDK с возможностью автоматического управления. На тестовых полигонах уже колесили три мула с PDK — Porsche 944, 911 и 928.
Особенно остро новая трансмиссия была нужна Porsche 911 — с конца 1970-х у немцев не было версии с двумя педалями для Северной Америки, а на этом рынке наличие «автомата» было критически важным. Самый простой вариант — доработать существующую коробку Sportmatic, которая, по сути, была обычной «механикой» с автоматическим сцеплением и гидротрансформатором. Однако к 1980-м годам недостатки ее конструкции окончательно перевесили все достоинства: она была неудачной по компоновке, а ее использование требовало особых навыков, таких как сброс газа при переключении.
Из-за отсутствия легкого и компактного «автомата» для модели 911, в Porsche в семидесятых использовали «механику» Sportmatic с гидротрансформатором и автоматизированным сцеплением. Это, впрочем, не освобождало от необходимости управлять рычагом.
Оставалось два варианта: адаптировать 4-ступенчатый «автомат» от ZF под свои нужды или довести до серийного производства PDK. К счастью, спортивная программа позволила ускорить разработку и помочь решить основные проблемы. Однако, согласно расчетам, запуск преселектива в серийное производство был экономически оправдан при объеме от 40 000 коробок в год, а Porsche в те годы не выпускала столько автомобилей.
И вот в истории doppelkupplungsgetriebe вновь появился ее загадочный покровитель.
К середине 1980-х Фердинанд Пих уже возглавлял технический отдел Audi, адаптируя разработки Porsche для собственного преселектива для раллийной машины группы B.
Первый прототип был установлен на Audi Sport quattro S1 Evolution 2 осенью 1985 года, и, по словам Вальтера Рерля, эта машина напоминала пулю, рикошетящую от поворотов. Старт сопровождался утопленной до пола педалью газа и мгновенными переключениями, без падения оборотов или давления турбины — первая сотня достигалась всего за 2,6 секунды. Серийную версию PDK Фердинанд Пих также хотел адаптировать под новый представительский седан Audi V8 — инженеры как раз искали подходящую автоматическую трансмиссию. Судьба трансмиссии с двумя сцеплениями теперь зависела не от Штутгарта, а от Ингольштадта, и все сложилось… не в пользу PDK.
Под руководством Фердинанда Пиха Audi смогла трансформироваться из бренда, соперничающего с «Фольксвагеном», в премиум-марку, стремящуюся догнать таких гигантов, как Mercedes-Benz и BMW.
В конечном итоге, Audi выбрала более традиционную автоматическую трансмиссию ZF. Несмотря на привлекательность и инновационность идеи Пиха, для мощного представительского лимузина более подходящим оказался плавный, но требовательный к ресурсам гидротрансформатор. История вновь показала, что преселективные трансмиссии не оправдали ожиданий, и инженерам Porsche пришлось адаптировать для модели 911 ту же трансмиссию ZF, используя ее электронные возможности. Автомат, получивший название Tiptronic, позволял водителю переключать передачи вручную, используя рычаг или кнопки на руле. Хотя сегодня такая функция доступна на большинстве маломощных автомобилей, в то время она была настоящей новинкой.
С началом девяностых Porsche столкнулась с постоянными трудностями — старые модели не пользовались спросом, а новые были лишь переработанными версиями устаревших. Прощай, PDK?
До возрождения в конце девяностых и рекордов по продажам внедорожника Cayenne было еще далеко, но Пих уже занял пост председателя совета директоров Volkswagen, где его не сдерживали ни мнения окружающих, ни финансовые или инженерные ограничения. Все его эксцентричные идеи, такие как Bugatti Veyron, двигатель W8 и Volkswagen XL1, еще только предстояло реализовать, а сейчас, спустя 25 лет, настало время для осуществления его давней мечты, получившей название: коробка прямого переключения, DSG.
Помимо экстравагантных проектов, Volkswagen обязан своим успехом именно Фердинанду Пиху. Приобретение множества брендов, унифицированные платформы и победа над Porsche в борьбе за контроль над концерном — везде можно увидеть его влияние.
Потери в новой коробке передач оказались ниже, чем у традиционного автомата, а диапазон крутящего момента и мощность были шире, чем у вариатора. Технические возможности растущего концерна были практически безграничны. По сути, популярную в Европе механическую коробку оставалось лишь дополнить вторым сцеплением и управляющим гидроблоком, что и сделало преселектив более тяжелым. Совместные разработки с BorgWarner заняли восемь лет, и в 2003 году мир увидел первую серийную DSG, установленную на 241-сильный Volkswagen Golf R32. В качестве сцеплений использовались мокрые фрикционы — два пакета дисков, помещенных в масляную ванну, которые сжимал гидронасос. Эти фрикционы могли выдерживать значительные нагрузки, а циркулирующее масло эффективно охлаждало систему.
Это решение идеально подходило для мощных автомобилей, где стоимость преселектива не была столь заметна. Однако производство DSG обходилось дороже, чем традиционного автомата. Кроме того, плотно упакованные фрикционы даже в разжатом состоянии создавали сопротивление, а мощный масляный насос забирал у двигателя около четырех лошадиных сил. Для маломощных моторов это стало критическим, и через пять лет в Вольфсбурге была представлена вторая версия DSG — с двумя сухими сцеплениями, предназначенная для автомобилей мощностью до 150 лошадиных сил и крутящим моментом до 250 Нм.
В «мокрой» DSG для мощных автомобилей Volkswagen использовал две многодисковые муфты, а в «сухой» — два более традиционных сцепления. Сцепления нечетных передач были больше, так как они подвергались большим нагрузкам при старте на первой передаче.
Потери на трение в этой системе были ниже, а механический гидронасос, который постоянно забирал мощность у двигателя, был заменен электрическим, который включался только при падении давления в гидроблоке.
Сегодня количество выпущенных DSG обоих типов уже исчисляется миллионами, но Volkswagen не планирует массовый переход на такие трансмиссии. DSG оказалась не только дороже механической коробки, но и стоимость ее как опции за последние десять лет только возросла. Требования к экономичности и снижению выбросов увеличивают стоимость конструкции, как это произошло с увеличением мощности гидроаккумулятора для надежной работы системы старт-стоп или заменой простого, но ненадежного механического гидронасоса на электрический.
Передаточные числа серийной 7-ступенчатой DSG и будущей 10-ступенчатой. Главное новшество: наличие тепловозной первой передачи и супердлинной десятой.
Следующее поколение преселективной трансмиссии — уже 10-ступенчатой — будет еще более сложным. Инженеры нашли способ установить муфты переключения на первичном и вторичном валах и добавить дополнительные передачи без увеличения количества шестерен. Количество возможных комбинаций передач в такой коробке может достигать семнадцати. Это позволит сделать первую передачу «тепловозной» на низких оборотах, а высшую — супердлинной, что еще больше снизит обороты двигателя на шоссе. Это красивая история с хеппи-эндом о Золушке, покрытой трансмиссионным маслом, и всесильной, заботливой фее. Если бы не скандал с выбросами в США.
Перед своей отставкой Пих выступал за назначение главой концерна Porsche Маттиаса Мюллера, но победил Винтеркорн. После недавней отставки Винтеркорна этот пост занял именно Мюллер.
Весной Фердинанда Пиха тихо отправили на пенсию «за недостаток взаимного доверия», а затем его обидчик, глава концерна Мартин Винтеркорн, ушел в отставку, когда всплул, казалось бы, незначительный скандал с манипуляциями результатами сертификационных тестов. На этом фоне история DSG и роль ее «доброй феи» выглядят особенно интригующе. Этот человек всегда добивался своего, независимо от последствий.
Кроме того, стоит отметить, что трансмиссии с двумя сцеплениями, такие как PDK и DSG, продолжают развиваться и внедряться в новые модели автомобилей, обеспечивая более высокую производительность и эффективность. Современные технологии, такие как адаптивные системы управления и интеграция с системами помощи водителю, делают эти трансмиссии еще более привлекательными для автопроизводителей и потребителей.
В будущем можно ожидать, что трансмиссии с двумя сцеплениями будут становиться все более распростран
Технологические преимущества doppelkupplungsgetriebe
Doppelkupplungsgetriebe, или трансмиссия с двойным сцеплением, представляет собой инновационное решение в области автомобильной техники. Основное преимущество заключается в быстром переключении передач, что обеспечивает плавность и динамичность движения. Это достигается благодаря наличию двух сцеплений, одно из которых отвечает за нечетные передачи, а другое – за четные.
Система позволяет заранее подготовить следующую передачу, что минимизирует время переключения. В результате, водители получают возможность более эффективно использовать мощность двигателя, что особенно заметно при ускорении. Данные трансмиссии также способствуют снижению расхода топлива, так как оптимизируют работу двигателя в различных режимах.
Кроме того, doppelkupplungsgetriebe обеспечивает более высокую степень контроля над автомобилем. Водитель может выбирать между автоматическим и ручным режимами, что позволяет адаптировать стиль вождения под конкретные условия. Это делает трансмиссию универсальным решением для различных типов автомобилей, от спортивных до семейных.
Технология также включает в себя интеллектуальные системы управления, которые анализируют поведение водителя и адаптируют переключения под его стиль. Это не только повышает комфорт, но и улучшает безопасность, так как позволяет сосредоточиться на дороге, а не на переключении передач.
Современные разработки и будущее двойных сцеплений
Современные газотурбинные трансмиссии с двойным сцеплением продолжают развиваться за счет повышения точности изготовления элементов и внедрения новых материалов с низким коэффициентом трения. В частности, используются керамические компоненты и покрытия с ультрафиолетовой стойкостью, что позволяет снизить износ и увеличить ресурс системы.
Одним из ключевых направлений становится автоматизация процессов синхронизации передач. Внедрение электроники с высокоскоростными процессорами обеспечивает автоматическую оптимизацию переключений в реальном времени, что сокращает время переключения и повышает комфорт эксплуатации.
Интеграция систем контроля и диагностики позволяет получать детальные данные о состоянии трансмиссии, предугадывать возможные сбои и планировать техническое обслуживание без существенных потерь времени. Искусственный интеллект участвует в управлении переходами передач, что способствует повышению энергоэффективности и уменьшению расхода топлива.
В области разработки новых трансмиссий наблюдается расширение применения гибридных систем с комбинированными сцеплениями. Такие конструкции позволяют объединять традиционные механические и электроактуаторы, что значительно повышает их универсальность и адаптивность к различным условиям эксплуатации.
В будущем ожидается дальнейшее повышение надежности и эффективности за счет разработки более компактных и легких модулей, а также внедрения новейших материалов для снижения веса и повышения тепловой устойчивости. Разработки в области интеграции электронных систем управления с новыми системами охлаждения позволят снизить риск перегрева и увеличить срок службы механизмов.
