Коробка передач прямого переключения (немецкое название: Direkt-Schalt-Getriebe), также известная под аббревиатурой DSG, – это многовальная механическая коробка передач с двойным сцеплением, с электронным управлением, имеет конструкцию, которую называют «трансаксл» (transaxle – узел, объединяющий в одном корпусе коробку передач и дифференциал), без традиционной педали сцепления и с полным автоматическим или полуручным управлением. Первые настоящие коробки передач с двойным сцеплением были разработаны в 1980-х годах компанией Porsche для ее гоночного автомобиля Porsche 962.
Говоря простым языком, трансмиссия DSG представляет собой две отдельных механических коробки передач (и два сцепления), объединенных в одном корпусе и работающих как единый узел. Она была спроектирована компанией BorgWarner, и изначально лицензию на нее приобрела Volkswagen Group при поддержке компании IAV GmbH. Наличие двух отдельных сцеплений позволяет ускорить процесс переключения передач и устраняет необходимость использования гидротрансформатора, присутствующего в автоматических планетарных коробках передач.
Общие сведения
Поперечно расположенная трансмиссия DSG
Во время своего выхода на рынок в 2003 году она стала первой в мире трансмиссией с двойным сцеплением, которой был оснащен серийный автомобиль – Volkswagen Golf Mk4 R32, а вскоре после этого – и оригинальный Audi TT 3.2. В первые годы производства эта оригинальная трансмиссия DSG ставилась только на автомобили с переднемоторной переднеприводной компоновкой или на полноприводные системы производства компании Haldex Traction.
Первая трансмиссия DSG типа «трансаксл», поступившая в производство для марок автомобилей массового производства концерна Volkswagen Group, имела шесть передач для движения вперёд (и одну скорость обратного хода) и многодисковое сцепление мокрого типа (погруженное в масляную ванну) (внутренний код для Volkswagen Group: DQ250, префикс каталожного кода: 02E). Такая трансмиссия ставилась в пару к двигателям, развивающим до 350 Нм (260 фунт-футов) крутящего момента, а моноприводная версия весит 93 кг (205 фунтов). Она производится на заводе Volkswagen Group в Касселе, суточная выработка которого составляет 1500 агрегатов.
В начале 2008 года появилась еще одна трансмиссия DSG, выполненная в схеме «трансаксл», – семискоростная, весом в 70 кг (150 фунтов) (внутренний код для Volkswagen Group: DQ200, префикс каталожного кода: 0AM). Она отличается от шестискоростной DSG тем, что имеет два однодисковых сцепления сухого типа (одинакового диаметра). Такое сцепление было разработано компанией LuK Clutch Systems, LLC. Эта семискоростная DSG используется в переднеприводных автомобилях с малолитражными двигателями и низким выходным крутящим моментом, таких как новый Volkswagen Golf, Volkswagen Polo Mk5, и новый SEAT Ibiza. Она стоит в паре с двигателями, развивающими до 250 Нм (180 фунт-футов) крутящего момента. Заправочная емкость коробки DQ200 –1,7 литров (0.37 английских галлонов; 0.45 галлонов США) трансмиссионной жидкости, что существенно ниже, чем у шестискоростной DQ250.
В сентябре 2010 года Volkswagen выпустил в продажу новую семискоростную DSG – DQ500, – рассчитанную на 500 Нм (370 фунт-футов) крутящего момента. Она была впервые применена на Audi TT-RS.
Продольно расположенная трансмиссия DSG (Audi)
В конце 2008 года в серийное производство поступила новейшая семискоростная версия трансмиссии DSG типа «трансаксл» под названием S-tronic (внутренний код для Volkswagen Group: DL501, префикс каталожного кода: 0B5). Сперва, с начала 2009 года, она использовалась только на некоторых моделях Audi, и только вместе с продольно расположенными двигателями. В этой трансмиссии используется концентрическое двойное многодисковое сцепление мокрого типа, как и в оригинальной шестискоростной DSG. Однако именно в этой версии имеется гораздо больше дисков сцепления: бо́льшая внешняя муфта (для нечетных передач) имеет 10 дисков сцепления, а меньшая внутренняя – 12 дисков.
Еще одно примечательное отличие от первоначальных поперечных DSG кроется в системе смазки: теперь Audi использует два совершенно независимых друг от друга масляных контура. Один контур, рассчитанный на 7,5 литров (1.65 английских галлонов; 1.98 галлонов США), предназначен для смазывания гидравлической муфты и блока мехатроники специальной синтетической трансмиссионной жидкостью для АКПП (ATF), в то время как второй контур объемом 4,3 литра (0.95 английских галлонов; 1.14 галлонов США) смазывает зубчатые передачи, а также передний и центральный дифференциалы обычным гипоидным маслом. Такая двухконтурная система смазки нацелена на то, чтобы повысить общую надёжность (системы), устранив перекрёстное загрязнение отходами и частицами износа. Она рассчитана на передачу крутящего момента до 600 Нм (440 фунт-футов), и полезной мощности двигателя до 330 кВт (450 PS (нем. л.с); 440 bhp (брит.л.с.)). Ее суммарная масса, включая смазку и двухсекционный маховик, составлет 141,5 кг (312 фунтов).
Эта трансмиссия впервые нашла применение в системах постоянного полного привода «quattro» в автомобилях Audi; она очень напоминает новые коробки передач Porsche Doppel-Kupplung (PDK) производства ZF Friedrichshafen.
Основы эксплуатации
Двигатель внутреннего сгорания приводит в действие два сцепления. Внешнее сцепление управляет шестернями 1, 3 и 5 (и 7, если такая есть) и шестерней заднего хода. Внешнее сцепление рассчитано на передачу большего крутящего момента благодаря тому, что его диски имеют больший диаметр по сравнению с дисками внутреннего сцепления. Внутреннее сцепление контролирует шестерни 2, 4 и 6. В отличие от стандартного большого сухого однодискового сцепления, каждое сцепление шестискоростной DSG представляет собой совокупность четырех маленьких дисков сцепления мокрого типа (аналогично мотоциклетному мокрому многодисковому сцеплению). В силу ограниченности пространства два комплекта сцепления имеют концентрическое расположение, и валы внутри коробки передач полые. Благодаря тому, что трансмиссия заранее готовит зубчатые передачи «ожидающего» сцепления (переключение на выбранную передачу происходит посредством неиспользуемой в данный момент секции трансмиссии), удается избежать разрыва потока мощности во время переключения передач, так как передача крутящего момента просто перебрасывается с одного сцепления на второе. Это означает, что трансмиссия с двойным сцеплением справляется с включением повышающей передачи всего за 8 миллисекунд. Для сравнения, у секвентальной КПП (SMT) в Ferrari F430 Scuderia на переключение передач уходит 60 миллисекунд, а в Ferrari Enzo – 150 миллисекунд. Упомянутое время на включение повышающей передачи – это время, в течение которого мощность на колеса не подается.
Элементы управления коробки передач DSG
Коробка передач прямого переключения имеет рычаг переключения передач на полу кузова, очень похожий на тот, что используется для традиционной автоматической трансмиссии. Рычаг передвигается вперед и назад (никаких смещений и кривых траекторий движения рычага); на нем также присутствует дополнительная кнопка, предназначенная для того, чтобы предотвратить случайное переключение рычага в неподходящее положение.
Положение «P»
Если напольный рычаг переключения передач находится в положении «P», это означает, что трансмиссия установлена в режим парковки. В таком положении оба сцепления полностью выключены, все шестерни выведены из зацепления и ведомая шестерня главной передачи жестко фиксируется замком коробки передач. Этот режим можно включать только когда автомобиль неподвижен. Кроме того, рычаг необходимо перемещать в это положение, прежде чем вынимать ключ зажигания.
Положение «N»
Если напольный рычаг переключения передач находится в положении «N», это означает, что трансмиссия установлена в нейтральный режим. Так же как и в режиме «P», оба сцепления выключены, и все шестерни выведены из зацепления; однако, стояночный фиксатор также выключен.
Положение «D»
Пока автомобиль неподвижен и находится в нейтральном режиме, водитель может переключить рычаг в положение «D» (движение вперед) после того, как нажмет на педаль тормоза. Шестерня заднего хода входит в зацепление на первом валу K1 и включается внешнее сцепление K2. В то же время на валу шестерни заднего хода заранее готовится муфта включения заднего хода, так как коробка передач еще не знает, хочет водитель ехать вперед или назад. Пакет сцепления для второй передачи (K2) готовится к включению. Когда водитель отпускает педаль тормоза, пакет сцепления K2 увеличивает усилие смыкания, в результате чего включается вторая передача; таким образом крутящий момент передается от двигателя через трансмиссию к ведущему валу и ходовым колесам, что позволяет автомобилю тронуться с места. В результате нажатия на педаль акселератора включается сцепление и увеличивается скорость переднего хода. Нажатие на педаль газа до упора (резкое ускорение) заставит коробку передач перейти на первую передачу («кик-даун»), чтобы обеспечить ускорение на первой скорости, хотя будет иметь место кратковременная задержка, пока трансмиссия не выключит вторую передачу и не включит первую.
По мере ускорения автомобиля блок управления трансмиссией решает, когда необходимо задействовать вторую шестерню (которая закреплена за вторым сцеплением). В зависимости от скорости автомобиля и мощности двигателя, нужной водителю (что определяется положением педали газа), коробка DSG повышает передачи. Во время этого процесса трансмиссия выключает первое внешнее сцепление и одновременно включает второе внутреннее (вся мощность двигателя теперь проходит через второй вал), таким образом, выполняя последовательность переключения передач. Этот процесс занимает 8 миллисекунд (благодаря предварительному выбору передач) и может совершаться даже при полном открытии дроссельной заслонки, поэтому в результате потери мощности практически не происходит.
Как только трансмиссия завершила переключение на вторую передачу, шестерня первой передачи немедленно выводится из зацепления и готовится шестерня третьей передачи (которая находится на том же валу, что и шестерни первой и пятой передач). Кода приходит время переключаться на третью передачу, второе сцепление выключается и снова включается первое. Трансмиссия продолжает работать в таком же порядке и для остальных передач переднего хода.
Включение понижающей передачи происходит по тому же принципу, что и повышение передач, только в обратном порядке и медленней – занимает 600 миллисекунд в связи с тем, что электронный блок управления (ECU) должен кратковременно открыть дроссельную заслонку, чтобы скорость вращения коленвала двигателя сравнялась со скоростью вращения вала зубчатой передачи.
Это происходит, когда блок управления реагирует на замедление автомобиля или если требуется увеличение мощности (при разгоне) – для этого блок управления активирует шестерню низшей передачи на неиспользуемом валу.
Момент переключения определяется блоком управления трансмиссии DSG, который управляет гидромеханическим блоком. Блок управления трансмиссией, объединенный с гидромеханическим блоком, называется «мехатроник». Так как в блоке управления DSG используется так называемая «нечёткая логика», коробка передач DSG считается адаптивной, то есть адаптируется к манере езды водителя и будет постепенно приспосабливать к ней моменты переключения.
На приборной панели автомобиля, между спидометром и тахометром, отображаются доступные положения рычага переключения передач, текущее положение рычага выделено жирным шрифтом, а также высвечивается текущее передаточное число.
При «нормальном» нарастающем линейном ускорении и замедлении, коробка DSG переключает передачи последовательно, т.е. следующим образом: при ускорении – 1-ая > 2-ая > 3-ая > 4-ая > 5-ая > 6-ая, и в обратном порядке при замедлении. Однако последовательный метод – не единственно возможный, трансмиссия может и пропускать смежные передачи, перескакивая сразу на две или более ступеней. Последнее особенно актуально в ситуациях, когда при езде на умеренных скоростях на одной из высших передач при слегка открытой дроссельной заслонке педаль акселератора утапливается в пол, активируя функцию «кик-даун» (переход на низшую передачу). В режиме «кик-даун» коробка может перескочить на несколько передач ступеней, включая сразу наиболее подходящую передачу, в зависимости от скорости и степени открытия дроссельной заслонки. Режим «кик-даун» включается при любом сильном нажатии на педаль акселератора и совершенно не зависит от дополнительного сопротивления педали, которое можно почувствовать при включении функции «кик-даун» в режиме ручного управления. В автомобилях Audi 2007 года семискоростная трансмиссия не переключается автоматически на седьмую передачу – вместо этого она остается на пятой, чтобы поддерживать постоянную подачу мощности на высоких оборотах при средней эксплуатационной скорости.
Когда напольный рычаг переключения передач находится в положении «D», коробка с двойным сцеплением DSG работает в полностью автоматическом режиме, при котором она запрограммирована переключать передачи таким образом, чтобы обеспечить максимальную экономию топлива. Это означает, что переключение передач будет происходить на более ранних оборотах. Например, на Volkswagen Golf Mk5 GTI шестая передача включается при скорости приблизительно 52 км/ч (32 мили в час), согласно заданным по умолчанию настройкам блока управления трансмиссией DSG, однако, при агрессивной или спортивной манере вождения адаптивная коробка передач увеличит скорость, при которой включается шестая передача.
Положение «S»
Напольный рычаг переключения передач имеет также положение «S», которое означает, что трансмиссия DSG работает в спортивном режиме. Спортивный режим является полностью автоматическим, этот режим сопоставим с режимом «D», но повышение и понижение передач совершается на более высоких оборотах. Этот режим удобен при спортивной манере езды, так как при этом используется значительно больше доступной мощности двигателя и максимально применяется торможение двигателем. Однако расход топлива в этом режиме заметно увеличивается по сравнению с режимом «D». Такой режим не совсем подходит для спокойной езды или для езды по скользкой дороге (в дождь, снег, гололед), так как может быть потеряно сцепление шин с дорогой (проскальзывание колес при разгоне или заклинивание колес при понижении передач на высоких оборотах при закрытой дроссельной заслонке). На автомобилях, оснащенных системами полного привода «4motion» или «quattro», это может быть компенсировано тем, что в режиме «S» задний дифференциал работает непрерывно, чтобы более или менее оптимизировать распределение мощности при потере сцепления передних колес с дорогой.
Положение «S» подсвечивается, текущее передаточное число также отображается на приборной панели, как и в режиме «D».
Положение «R»
Положение «R» рычага переключения передач означает задний ход. Работает аналогично режиму «D», но передача в режиме заднего хода только одна. В режиме «R» соответствующее положение подсвечивается на приборной панели.
Ручной режим
Коробка DSG вдобавок имеет ручной режим управления, для которого на рычаге переключения передач есть подпружиненные положения «+» и «–». Этот режим можно активировать, передвинув рычаг в противоположную от водителя сторону (в автомобилях с водительским сидением справа рычаг нужно толкнуть влево, а в автомобилях с левосторонним управлением – рычаг двигаем вправо) из режима «D». При выборе ручного режима коробкой можно управлять как механической, хоть переключение передач и выполняется только последовательно.
В большинстве автомобилей VW индикатор на приборной панели отображает номер включенной передачи (от 1 до 6), и, как и в автоматическом режиме, подсвечивается используемое передаточное число. В других моделях (напр., в Audi TT) на дисплее горит индикатор «М», за которым следует номер включенной передачи, например M1, M2 и т.п.
Для того, чтобы перейти на повышенную передачу, рычаг следует передвинуть вперед (преодолевая сопротивление пружины) к значению «+», а чтобы включить понижающую передачу, рычаг нужно переместить назад, к положению «–». Теперь решение о переключении передач в трансмиссии DSG принимает главным образом водитель. Такой метод управления называют «типтроник» (tiptronic). В целях предохранения двигателя, при разгоне в ручном режиме (режиме «типтроник») трансмиссия DSG автоматически повышает передачи до отсечки, а при замедлении – автоматически понижает передачи на очень низких оборотах до того, как двигатель начнет работать вхолостую. Кроме того, если водитель выберет передачу, включение которой в данный момент неуместно (например, включение понижающей передачи, когда стрелка тахометра близка к красной черте), коробка DSG не включит выбранную водителем передачу.
Современные модификации трансмиссии DSG все еще понижают передачи до минимально возможного передаточного числа после активирования кнопки «кик-дауна» при полном открытии дроссельной заслонки в ручном режиме. В режиме ручного управления функция «кик-даун» активируется дополнительной кнопкой под педалью акселератора; если эту кнопку не нажать, DSG не будет включать понижающую передачу, а просто обеспечит разгон при полностью открытой дроссельной заслонке на той передаче, которая была использована перед этим.
Подрулевые лепестковые переключатели скоростей
Изначально подрулевые лепестковые переключатели скоростей были на определенных высокомощных и спортивных автомобилях, например в автомобилях с двигателями 2.0 TFSI и 3.2/3.6 VR6. Однако на сегодняшний день они встречаются (либо как часть стандартной комплектации, либо в качестве аксессуара на выбор за дополнительную плату) фактически на всех машинах, оснащенных трансмиссиями DSG, на всех модельных рядах, в том числе на менее мощных моделях, таких как Volkswagen Golf Plus с мощностью двигателя 105 PS (нем. л.с).
Они работают по тому же принципу, что и напольный рычаг переключения передач, когда он смещен поперек кулисы в ручной режим. У подрулевых переключателей есть два явных преимущества: 1) водитель может держать руки на руле, не отвлекая внимания от дороги, в режиме ручного управления / режиме «типтроник»; 2) «подрулевые лепестки» позволяют водителю временно перехватить контроль у любой из автоматических программ («D» или «S») и в течение какого-то времени вручную управлять переключением скоростей (в рамках вышеописанных ограничений).
Если переход на ручное управление в обход автоматики посредством лепестковых переключателей в одном из автоматических режимов («D» или «S») используется периодически, то трансмиссия DSG вернется в выбранный перед этим автоматический режим после заранее установленного отрезка времени, в течение которого переключатели не будут использоваться, или после остановки автомобиля. Чтобы вернуться в полностью автоматический режим, водителю достаточно удерживать лепесток «+» нажатым как минимум две секунды.
Преимущества и недостатки
Преимущества
• Меньший расход топлива (экономия до 15 %) по сравнению с традиционной планетарной автоматической коробкой передач (благодаря уменьшенным паразитным потерям из-за вспенивания масла);
• Отсутствует разрыв потока крутящего момента от двигателя на ведущие колеса во время переключения передач;
• Быстрое включение повышающей передачи (8 миллисекунд) при переходе на передачу, выбранную заранее;
• Плавная смена передач;
• Включение понижающей передачи всегда занимает 600 миллисекунд, вне зависимости от положения дроссельной заслонки или режима работы трансмиссии;
Недостатки
• Трудно обеспечить езду без ускорения или преодоление подъема, избегая превышения определенного предела скорости вращения двигателя (напр., 3000 или 4000 об./мин.), так как для этого потребуется следить, чтобы не сработал механизм активации «кик-дауна». Чтобы избежать активации «кик-дауна» нужно хорошо чувствовать педаль газа, но использование полного открытия дроссельной заслонки все равно можно достичь, немного усилив чувствительность педали газа, так как кнопка «кик-дауна» находится в самом конце хода педали.
• Несколько худший общий механический к.п.д в сравнении с обычной механической коробкой передач, особенно на трансмиссиях мокрого типа (из-за электроники и гидравлических систем);
• Необходимость в профессиональных трансмиссионных жидкостях/маслах со специализированными присадками, которые нуждаются в регулярной замене;
• Относительно дорогостоящи в производстве, что приводит к повышению покупной цены автомобиля;
• Сравнительно медленное переключение передач при переходе на передачу, не подготовленную трансмиссией (приблизительно 1100 мс, в зависимости от ситуации);
• Ограничения передаваемого крутящего момента накладывают ограничения на модификации двигателя на вторичном рынке (хотя многие тюнеры и автолюбители уже заметно превысили предельное значение крутящего момента). Более поздние модификации были поставлены на более мощные автомобили, такие как VW R36 мощностью 300 л.с./350 Нм и Audi TTS мощностью 272 л.с. /350 Нм.
• DSG весит больше, чем сопоставимая с ней традиционная механическая коробка передач Getrag (соответствено: 75 кг(165 фунтов) против 47.5 кг (105 фунтов));
• Расход топлива до 15 % выше, чем при использовании механической коробки передач.
