Автоматизированные механические коробки передач в тяжёлых грузовиках

Закажите сегодня в Европе тяжёлый седельный тягач — и решение по коробке передач за вас, по сути, уже приняли. Volvo устанавливает I-Shift в стандартной комплектации на всей линейке FH, FM и FMX. Actros L поставляется с Mercedes PowerShift Advanced, TGX — с TipMatic, DAF XG+ — с ZF TraXon, Scania S-series — с Opticruise. Механическую коробку передач никто не запрещал — её просто вытеснили с рынка. То, что пришло ей на смену, стоит называть точно, потому что «автомат» описывает совсем другой агрегат с другой экономикой.

Что такое автоматизированная механическая коробка передач (АМТ) на самом деле

АМТ — это механическая коробка передач, из контура управления которой исключён водитель. Зубчатые пары, валы и кулачковые муфты в ней те же, что и в обычной механической коробке. Здесь нет ни гидротрансформатора, ни планетарного ряда, ни гидравлического силового тракта. Добавлены лишь исполнительные механизмы — пневматические или электрические приводы вилок переключения и сцепления — плюс блок управления, который решает, когда переключать передачу.

Само переключение — не одномоментное механическое событие, а согласованная последовательность действий: блок управления снижает крутящий момент двигателя, привод выключает текущую передачу, тормоз на входном валу коробки подтормаживает вал до синхронной скорости следующей передачи, после чего передача включается. Главное сцепление используется для трогания с места и манёвров; на ходу большинство переключений происходит без его участия.

Именно эта архитектура объясняет, почему на дальних магистральных перевозках АМТ обошла гидромеханический автомат с гидротрансформатором, а не наоборот. ZF заявляет для TraXon — своей 12-ступенчатой тяжёлой АМТ — КПД трансмиссии 99,7 % при удельном крутящем моменте 12,83 Н·м на килограмм; в 2023 году компания преодолела отметку в 1 миллион выпущенных агрегатов. Гидротрансформатор не может сравниться с прямым механическим трактом, а для грузовика, который всю рабочую жизнь проводит на высшей передаче, эффективность именно на высшей передаче — это весь аргумент целиком. Гидромеханические автоматы сохраняют позиции там, где поведение при трогании с места и контроль на низких скоростях важнее расхода топлива: мусоровозы, пожарные автомобили, аэродромная техника.

Почему механическая коробка проиграла — и дело не в комфорте

Три аргумента, примерно в порядке того, сколько денег затрагивает каждый из них.

Первый — стабильность результата. Механическая коробка передач даёт тот расход топлива, на который способен водитель, сидящий за рулём в этот конкретный день, а разброс между лучшим и худшим водителем в парке шире, чем разница характеристик между любыми двумя грузовиками этого класса. АМТ переключается одинаково что в дождливый понедельник, что в удачный день.

Второй — защита трансмиссии. Блок управления не выберет передачу, на которой двигатель пойдёт вразнос или трансмиссия получит ударную нагрузку, и не станет пробуксовывать сцеплением, удерживая грузовик на уклоне. Для тяжёлого автопоезда то, как проходит трогание на подъёме, влияет на срок службы трансмиссии сильнее, чем общий пробег.

Третий — кадры. Грузовик, не требующий навыка переключения передач, расширяет круг людей, которые могут законно и грамотно им управлять, и сокращает время выхода нового водителя на продуктивную работу. Там, где предложение водителей сдерживает рост парка — а это большая часть Европы, — это не опция для комфорта.

Число передач, и почему двенадцать

12 передач переднего хода — европейский стандарт по умолчанию: небольшое число ступеней в основной коробке, умноженное на делитель и понижающий ряд. 12 близко расположенных ступеней позволяют современному дизелю с узкой экономичной зоной оборотов оставаться в её пределах на холмистом рельефе, вместо того чтобы натужно тянуть или раскручиваться сверх меры между широко разнесёнными передачами.

Свыше 12 ступеней вы обычно платите за способность трогаться с места, а не за экономичность. Тяжёлые коробки передач Scania Opticruise — G25, G33 и G38 — предлагают диапазон из 14 передач, включая пониженную «супер-ползучую» передачу и до 8 дополнительных передач заднего хода, охватывают двигатели мощностью до 770 л.с. и весят лишь примерно на 5 кг больше стандартной версии. Ползучая передача I-Shift от Volvo решает ту же задачу другим путём. Эти дополнительные ступени нужны, чтобы тронуть с места очень тяжёлый автопоезд на уклоне и контролируемо ползти на площадке — а не для экономии топлива на автомагистрали. Если вы работаете на магистральных перевозках при 40 тоннах, это вес, который вы возите и никогда не используете. На Scania S-series, где масса автопоезда начинается от 78 тонн и выше в зависимости от группы задних мостов, эти передачи оправдывают своё место.

Второй выбор, скрытый в числе передач, — это прямая передача против повышающей на высшей ступени. Прямая передача эффективнее на высшей ступени; повышающая позволяет использовать численно более высокое передаточное число главной передачи, чтобы грузовик увереннее тянул на подъёмах. Это решение зависит от профиля ваших маршрутов, а не от личных предпочтений.

Оставшийся резерв — в прогнозировании

Механический вопрос по большей части решён. Осталось знать, что ждёт впереди на дороге.

Система Predictive Powertrain Control от Mercedes-Benz объединяет данные GPS-позиционирования с хранящимися трёхмерными картами дорог, выстраивая электронный горизонт, а затем заранее корректирует скорость движения и выбор передачи с учётом уклонов, перевалов, радиусов поворотов, ограничений скорости и приоритетов на перекрёстках впереди. По данным Mercedes, система охватывает более 95 % европейских магистральных и просёлочных дорог, позволяет экономить до 5 % топлива по сравнению с автомобилем без неё и непрерывно оптимизирует режим наката трансмиссии EcoRoll, благодаря чему грузовик использует набранную инерцию вместо разгона перед спуском. На Actros L это сочетается с трансмиссией, изначально построенной вокруг удержания высокой передачи: пиковый крутящий момент при 1100 об/мин, плюс режим Top Torque на 12-й передаче. Система I-See от Volvo достигает того же результата, изучая рельеф местности по повторяющимся рейсам, а не считывая карту.

Ни одна из этих функций не работает с механической коробкой передач по одной причине: прогноз бесполезен, если на его основе что-то не действует каждый раз. Удержание 12-й передачи на перевале вместо понижения передачи или начало наката за 300 метров до спуска должно происходить на каждом перевале и на каждом спуске — а не только на тех, что заметил водитель.

Двойное сцепление и где оно оправдывает свою цену

Volvo представила I-Shift Dual Clutch в 2014 году — первую коробку передач с двойным сцеплением для тяжёлого грузовика. Два концентричных входных вала и два сцепления позволяют заранее включить следующую передачу, пока текущая ещё передаёт тягу, поэтому переход происходит без разрыва потока крутящего момента, и автопоезд не теряет скорость в момент переключения. Она предлагается как опция на Volvo FH наряду со стандартной I-Shift.

Платить за неё стоит там, где разрыв тяги обходится в нечто измеримое: тяжёлые автопоезда на холмистой местности, лесовозы и автоцистерны, работающие на затяжных подъёмах, развозные маршруты с постоянной сменой скорости. На равнинных магистральных перевозках при 40 тоннах современная АМТ с одним сцеплением переключается достаточно быстро, чтобы аргумент в пользу двойного сцепления заметно ослабевал.

Скорость переключения стала другим направлением развития — это скорее пошаговое инженерное совершенствование, чем новая архитектура. Обновление I-Shift 2022 года, по заявлению Volvo, ускорило переключения до 30 %; этого добились за счёт более точных датчиков, нового программного обеспечения на более быстром микропроцессоре, дополнительного диска в тормозе коробки передач, который теперь срабатывает раньше перед переключением, и уменьшенного объёма воздуха в приводах вилки переключения, сцепления и тормоза коробки передач.

Почему коробка передач стала предметом сертификации

На то, что производители спорят о потерях в трансмиссии вплоть до третьего знака после запятой, есть регуляторная причина. Выбросы CO2 тяжёлых грузовиков в ЕС не измеряются на шасси-динамометрическом стенде — они рассчитываются с помощью VECTO, инструмента Еврокомиссии для расчёта энергопотребления транспортных средств, применение которого обязательно согласно Regulation (EU) 2017/2400. Трение в коробке передач — один из входных параметров этого расчёта наряду с сопротивлением качению, аэродинамическим сопротивлением, массами и моментами инерции, мощностью, потребляемой вспомогательными агрегатами, и характеристиками двигателя, при этом потери крутящего момента задаются отдельно для каждой передачи.

Из-за этого КПД трансмиссии превращается в показатель, с которым сверяется заявленная производителем цифра по всему модельному ряду, а не просто рекламное утверждение. Именно поэтому коробка передач перестала быть узлом, который производители грузовиков покупали по цене.

Что проверить при заказе новой машины или покупке подержанной

Подбирайте число передач под характер работы. Понижающие («ползучие») передачи нужны для трогания с тяжёлым грузом на подъёме; заказывать их для магистральных перевозок при 40 тоннах — значит платить за лишнюю снаряжённую массу и ничего больше. Выясните, является ли высшая передача прямой или повышающей и подходит ли это под уклоны на ваших маршрутах, а не под то, что написано в брошюре.

На подержанном грузовике выясните, какие именно прогнозирующие функции реально активированы. Системы на основе карт — это программные опции, которые либо заказывались, либо нет на момент постройки грузовика, а аппаратная часть коробки передач при этом выглядит одинаково в обоих случаях. Грузовик, продаваемый просто как оснащённый автоматизированной коробкой передач, и грузовик с полностью работающим прогнозирующим управлением — разные предложения с точки зрения расхода топлива, и различить их можно только по документации.