Pokud jste někdy řídili auto s automatickou převodovkou, pak víte, že mezi automatickou a manuální převodovkou jsou dva velké rozdíly:
Jak automatická převodovka (plus její měnič točivého momentu), tak manuální převodovka (se spojkou) dosahují přesně stejné věci, ale dělají to zcela odlišnými způsoby. Ukazuje se, že způsob, jakým to dělá automatická převodovka, je naprosto úžasný!
V tomto článku se propracujeme přes automatickou převodovku. Začneme klíčem k celému systému:planetovými soukolími. Pak uvidíme, jak je převodovka sestavena, naučíme se, jak fungují ovládací prvky, a probereme některé složitosti spojené s ovládáním převodovky.
Obsah
Stejně jako u manuální převodovky je primárním úkolem automatické převodovky umožnit motoru pracovat v úzkém rozsahu otáček a zároveň poskytovat široký rozsah výstupních otáček.
Bez převodovky by auta byla omezena na jeden převodový poměr a tento poměr by musel být zvolen tak, aby vůz mohl jet požadovanou nejvyšší rychlostí. Pokud byste chtěli maximální rychlost 80 mph, pak by převodový poměr byl podobný třetímu rychlostnímu stupni u většiny vozů s manuální převodovkou.
Pravděpodobně jste nikdy nezkoušeli řídit vůz s manuální převodovkou pouze na třetí rychlostní stupeň. Pokud byste to udělali, rychle byste zjistili, že při rozjezdu nemáte téměř žádnou akceleraci a ve vysokých rychlostech by motor křičel podél červené čáry. Auto jako toto by se velmi rychle opotřebovalo a bylo by téměř neřiditelné.
Převodovka tedy používá převody k efektivnějšímu využití točivého momentu motoru a k udržení chodu motoru v odpovídajících otáčkách. Při tažení nebo tažení těžkých předmětů se převodovka vašeho vozidla může zahřát natolik, že spálí převodovou kapalinu. V zájmu ochrany převodovky před vážným poškozením by si řidiči, kteří odtahují, měli koupit vozidla vybavená chladiči převodovky.
Klíčový rozdíl mezi manuální a automatickou převodovkou je v tom, že manuální převodovka zamyká a odemyká různé sady převodových stupňů na výstupním hřídeli, aby se dosáhlo různých převodových poměrů, zatímco u automatické převodovky stejná sada převodových stupňů produkuje všechny různé převodové stupně. poměry. Planetové soukolí je zařízení, které to u automatické převodovky umožňuje.
Pojďme se podívat na to, jak planetová převodovka funguje.
Když rozeberete a podíváte se dovnitř automatické převodovky, najdete na poměrně malém prostoru obrovský sortiment dílů. Mimo jiné vidíte:
Středem pozornosti je planetární soukolí . Tato jedna část o velikosti melounu vytváří všechny různé převodové poměry, které převodovka dokáže vytvořit. Vše ostatní v převodovce slouží k tomu, aby planetové soukolí dělalo svou práci. Tento úžasný kus ozubení se na HowStuffWorks objevil již dříve. Možná to znáte z článku o elektrických šroubovácích. Automatická převodovka obsahuje dvě kompletní planetová soukolí složená do jedné součásti. Podívejte se, jak fungují převodové poměry, kde najdete úvod k planetovým soukolím.
Jakékoli planetové soukolí má tři hlavní součásti:
Každá z těchto tří komponent může být vstupem, výstupem nebo může být nehybná. Výběr toho, který díl hraje jakou roli, určuje převodový poměr pro soukolí. Pojďme se podívat na jedinou planetovou převodovku.
Jedno z planetových soukolí naší převodovky má věnec se 72 zuby a centrální kolo s 30 zuby. Z této převodovky můžeme získat mnoho různých převodových poměrů.
Uzamknutím libovolných dvou ze tří součástí k sobě se také uzamkne celé zařízení při redukci převodu 1:1. Všimněte si, že první převodový poměr uvedený výše je redukce -- výstupní rychlost je nižší než vstupní rychlost. Druhým je overdrive -- výstupní rychlost je vyšší než vstupní rychlost. Poslední je opět redukce, ale směr výstupu je obrácený. Existuje několik dalších poměrů, které lze získat z této planetové převodovky, ale toto jsou ty, které jsou relevantní pro naši automatickou převodovku. Můžete si to vyzkoušet v animaci níže:
Animace různých převodových poměrů souvisejících s automatickými převodovkami
Klikněte na tlačítka vlevo v tabulce výše.
Takže tato jedna sada převodů může produkovat všechny tyto různé převodové poměry, aniž by bylo nutné zařazovat nebo vyřazovat jakékoli jiné převody. Se dvěma z těchto převodových stupňů v řadě můžeme získat čtyři rychlostní stupně pro jízdu vpřed a jeden pro jízdu vzad, které naše převodovka potřebuje. Dvě sady ozubených kol dáme dohromady v další části.
Tato automatická převodovka používá sadu převodů, nazývanou složená planetová převodovka , který vypadá jako jedno planetové soukolí, ale ve skutečnosti se chová jako kombinace dvou planetových soukolí. Má jedno ozubené kolo, které je vždy výstupem převodovky, ale má dvě centrální kola a dvě sady planet.
Podívejme se na některé části:
Obrázek níže ukazuje planety v planetárním nosiči. Všimněte si, jak planeta vpravo leží níže než planeta vlevo. Planeta vpravo nezařadí ozubený věnec – zapojí druhou planetu. Pouze planeta nalevo zabírá ozubený věnec.
Dále můžete vidět vnitřek planetového nosiče. Kratší převody jsou zařazeny pouze menším centrálním kolem. Delší planety jsou v záběru s větším centrálním kolem a s menšími planetami.
Animace níže ukazuje, jak jsou všechny části připojeny k přenosu.
Pohněte řadicí pákou, abyste viděli, jak se výkon přenáší přes převodovku.
V prvním rychlostním stupni je menší centrální kolo poháněno ve směru hodinových ručiček turbínou v měniči točivého momentu. Planetový unašeč se snaží otáčet proti směru hodinových ručiček, ale je držen jednosměrnou spojkou (která umožňuje pouze otáčení ve směru hodinových ručiček) a věnec otáčí výstup. Malé ozubené kolo má 30 zubů a věnec má 72, takže převodový poměr je:
Poměr =-R/S =-72/30 =-2,4:1
Takže rotace je záporná 2,4:1, což znamená, že směr výstupu by byl opačný směr vstupu. Ale výstupní směr je skutečně stejný jako směr vstupu -- zde přichází na řadu trik se dvěma sadami planet. První sada planet zapojí druhou sadu a druhá sada otáčí věnec; tato kombinace obrátí směr. Vidíte, že by to také způsobilo roztočení většího slunečního kola; ale protože je spojka uvolněna, větší centrální kolo se může volně otáčet v opačném směru než turbína (proti směru hodinových ručiček).
Pohněte řadicí pákou, abyste viděli, jak se výkon přenáší přes převodovku.
Tato převodovka dělá něco opravdu čistého, aby získala poměr potřebný pro druhý převodový stupeň. Funguje jako dvě planetová soukolí, která jsou vzájemně propojena společným planetovým unašečem.
První stupeň planetového nosiče ve skutečnosti používá větší centrální kolo jako věnec. První stupeň se tedy skládá ze slunce (menšího centrálního kola), planetového unašeče a prstence (většího centrálního kola).
Vstupem je malé centrální kolo; prstencové kolo (velké centrální kolo) je drženo v klidu pásem a výstupem je planetový unašeč. Pro tuto fázi, se sluncem jako vstupem, planetovým nosičem jako výstupem a pevným věncovým kolem, vzorec je:
1 + R/S =1 + 36/30 =2,2:1
Planetový unašeč se otočí 2,2krát pro každou otáčku malého centrálního kola. Ve druhém stupni planetový unašeč funguje jako vstup pro druhé planetové soukolí, větší centrální kolo (které je drženo nehybně) funguje jako centrální kolo a korunové kolo funguje jako výstup, takže převodový poměr je:
1 / (1 + S/R) =1 / (1 + 36/72) =0,67:1
Abychom získali celkové snížení pro druhý převodový stupeň, vynásobíme první stupeň druhým, 2,2 x 0,67, abychom získali snížení 1,47:1. Může to znít šíleně, ale když se podíváte na video, získáte představu o tom, jak to funguje.
Pohněte řadicí pákou, abyste viděli, jak se výkon přenáší přes převodovku.
Většina automatických převodovek má na třetí rychlostní stupeň převod 1:1. Z předchozí části si pamatujete, že vše, co musíme udělat, abychom získali výstup 1:1, je uzamknout k sobě libovolné dvě ze tří částí planetového soukolí. S uspořádáním v této převodové sadě je to ještě snazší – vše, co musíme udělat, je aktivovat spojky, které zablokují každé centrální kolo k turbíně.
Pokud se obě centrální kola otáčejí stejným směrem, planetová kola se zablokují, protože se mohou otáčet pouze v opačných směrech. To uzamkne ozubený věnec k planetám a způsobí, že se vše otáčí jako celek a vytváří poměr 1:1.
Pohněte řadicí pákou, abyste viděli, jak se výkon přenáší přes převodovku.
Podle definice má overdrive vyšší výstupní rychlost než vstupní rychlost. Je to zvýšení rychlosti — opak snížení. V této převodovce se zařazením rychloběhu dosáhne dvou věcí najednou. Pokud jste četli Jak fungují měniče točivého momentu, dozvěděli jste se o měničích točivého momentu s blokováním. Aby se zlepšila účinnost, mají některá auta mechanismus, který zablokuje měnič točivého momentu, takže výkon motoru jde přímo do převodovky.
U této převodovky, když je zařazen rychloběh, je hřídel, který je připevněn ke skříni měniče točivého momentu (který je přišroubován k setrvačníku motoru), spojen spojkou s unášečem planet. Volnoběžky malého centrálního kola a větší centrální kolo je drženo pásem rychloběhu. Nic není připojeno k turbíně; jediný vstup pochází z krytu převodníku. Vraťme se znovu k našemu grafu, tentokrát s planetovým unašečem pro vstup, centrálním kolem pevným a ozubeným věncem pro výstup.
Poměr =1 / (1 + S/R) =1 / ( 1 + 36/72) =0,67:1
Takže výstup se roztočí jednou za každé dvě třetiny otáčky motoru. Pokud se motor otáčí rychlostí 2000 otáček za minutu (RPM), výstupní otáčky jsou 3000 ot./min. To umožňuje autům jet rychlostí na dálnici, zatímco otáčky motoru zůstávají příjemné a pomalé.
Pohněte řadicí pákou, abyste viděli, jak se výkon přenáší přes převodovku.
Zpátečka je velmi podobná prvnímu převodovému stupni, kromě toho, že místo malého centrálního kola poháněného turbínou měniče točivého momentu je poháněno větší centrální kolo a malé volnoběžky v opačném směru. Planetový unašeč je držen reverzním páskem ke skříni. Takže podle našich rovnic z poslední stránky máme:
Takže převod zpátečky je u této převodovky o něco menší než první rychlostní stupeň.
Tato převodovka má čtyři stupně vpřed a jeden vzad. Shrňme si převodové poměry, vstupy a výstupy:
Po přečtení těchto částí vás pravděpodobně zajímá, jak se různé vstupy připojují a odpojují. To se provádí řadou spojek a pásů uvnitř převodovky. V další části uvidíme, jak to funguje.
V minulé části jsme probrali, jak každý z převodových poměrů vytváří převodovka. Například, když jsme diskutovali o overdrive, řekli jsme:
U této převodovky, když je zařazen rychloběh, je hřídel, který je připevněn ke skříni měniče točivého momentu (který je přišroubován k setrvačníku motoru), spojen spojkou s unášečem planet. Volnoběžky malého centrálního kola a větší centrální kolo je drženo pásem rychloběhu. Nic není připojeno k turbíně; jediný vstup pochází z pouzdra převodníku.
Aby se převodovka dostala do rychloběhu, musí se spousta věcí spojovat a odpojovat spojkami a pásy. Planetový unašeč je spojen se skříní měniče točivého momentu spojkou. Malé sluníčko se spojkou odpojí od turbíny, aby se mohlo otáčet na volnoběh. Velké centrální kolo je připevněno ke skříni páskou, aby se nemohlo otáčet. Každé řazení spouští řadu událostí, jako jsou tyto, se zapínáním a vypínáním různých spojek a pásů. Pojďme se podívat na kapelu.
V tomto přenosu jsou dvě pásma. Pásky v převodovce jsou doslova ocelové pásy, které se ovíjí kolem částí ozubeného soukolí a připojují se ke skříni. Jsou ovládány hydraulickými válci uvnitř skříně převodovky.
Na obrázku výše můžete vidět jeden z pásů ve skříni převodovky. Ozubené soukolí je odstraněno. Kovová tyč je spojena s pístem, který ovládá pás.
Nahoře můžete vidět dva písty, které ovládají pásy. Hydraulický tlak, vedený do válce sadou ventilů, způsobí, že písty zatlačí na pásy a uzamknou tu část ozubeného soukolí ke skříni.
Spojky v převodovce jsou trochu složitější. V této převodovce jsou čtyři spojky. Každá spojka je ovládána tlakovou hydraulickou kapalinou, která vstupuje do pístu uvnitř spojky. Pružiny se starají o uvolnění spojky při snížení tlaku. Níže vidíte píst a buben spojky. Všimněte si pryžového těsnění na pístu – to je jedna z komponent, která se vyměňuje při přestavbě převodovky.
Na dalším obrázku jsou střídající se vrstvy třecího materiálu spojky a ocelových plátů. Třecí materiál je drážkovaný na vnitřní straně, kde se zablokuje k jednomu z ozubených kol. Ocelová deska je na vnější straně drážkovaná, kde se zamyká ke skříni spojky. Tyto lamely spojky se také vyměňují při přestavbě převodovky.
Tlak pro spojky je přiváděn průchody v hřídelích. Hydraulický systém řídí, které spojky a pásy jsou v daném okamžiku pod napětím.
Zablokovat převodovku a zabránit jejímu protáčení se může zdát jako jednoduchá věc, ale ve skutečnosti jsou na tento mechanismus kladeny některé složité požadavky. Nejprve jej musíte umět odpojit, když je vůz ve svahu (váha vozu spočívá na mechanismu). Zadruhé, musíte být schopni aktivovat mechanismus, i když páka není v souladu s rychlostním stupněm. Zatřetí, jakmile je jednou zapojeno, musí páce něco bránit ve vyskočení a uvolnění.
Mechanismus, který to všechno dělá, je docela úhledný. Nejprve se podívejme na některé části.
Mechanismus parkovací brzdy zabírá zuby na výstupu, aby držel vůz v klidu. Toto je část převodovky, která se připojuje k hnací hřídeli – takže pokud se tato část nemůže otáčet, auto se nemůže pohybovat.
Nahoře vidíte parkovací mechanismus vyčnívající do pouzdra, kde jsou umístěna ozubená kola. Všimněte si, že má zkosené strany. To pomáhá uvolnit parkovací brzdu, když parkujete na kopci – síla způsobená hmotností vozu pomáhá vytlačit parkovací mechanismus z místa kvůli úhlu sklonu.
Tato tyč je připojena k lanku, které se ovládá řadicí pákou ve vašem autě.
Když je řadicí páka zaparkovaná, tyč tlačí pružinu proti malému kuželovému pouzdru. Pokud je parkovací mechanismus uspořádán tak, že může zapadnout do jednoho ze zářezů v sekci výstupního ozubeného kola, kuželové pouzdro bude tlačit mechanismus dolů. Pokud je mechanismus seřazen na jednom z vysokých míst na výstupu, pružina bude tlačit na kuželové pouzdro, ale páka se nezablokuje, dokud se vůz trochu nepohne a zuby se správně nezarovnají. To je důvod, proč se někdy vaše auto po zaparkování a uvolnění brzdového pedálu trochu pohne – musí se trochu pohnout, aby se zuby zarovnaly do místa, kde může parkovací mechanismus zapadnout.
Jakmile je auto bezpečně v parku, pouzdro přidrží páku, takže auto nevyskočí z parkoviště, pokud je na kopci.
Automatická převodovka ve vašem autě musí dělat mnoho úkolů. Možná si neuvědomujete, kolik různých způsobů to funguje. Zde jsou například některé funkce automatické převodovky:
Něco, co vypadá takhle, už jste asi viděli. Je to skutečně mozek automatické převodovky, který řídí všechny tyto funkce a další. Průchody, kterými můžete vidět, vedou kapalinu do všech různých součástí v převodovce. Průchody vytvarované do kovu jsou účinným způsobem vedení tekutiny; bez nich by bylo potřeba mnoho hadic pro připojení různých částí převodovky. Nejprve probereme klíčové součásti hydraulického systému; pak uvidíme, jak budou spolupracovat.
Automatické převodovky mají elegantní čerpadlo, které se nazývá zubové čerpadlo . Čerpadlo je obvykle umístěno v krytu převodovky. Nasává kapalinu z jímky ve spodní části převodovky a přivádí ji do hydraulického systému. Také napájí chladič převodovky a měnič točivého momentu.
Vnitřní ozubené kolo čerpadla se zahákne za skříň měniče momentu, takže se točí stejnou rychlostí jako motor. Vnější ozubené kolo se otáčí vnitřním ozubeným kolem a jak se ozubená kola otáčejí, kapalina je nasávána z jímky na jedné straně půlměsíce a vytlačována ven do hydraulického systému na druhé straně.
guvernér je chytrý ventil, který převodovce říká, jak rychle auto jede. Je připojen k výstupu, takže čím rychleji se auto pohybuje, tím rychleji se točí regulátor. Uvnitř regulátoru je pružinový ventil, který se otevírá úměrně tomu, jak rychle se regulátor otáčí – čím rychleji se regulátor otáčí, tím více se ventil otevírá. Kapalina z čerpadla je přiváděna do regulátoru přes výstupní hřídel.
Čím rychleji auto jede, tím více se ventil regulátoru otevírá a tím vyšší je tlak kapaliny, kterou propouští.
Pro správné řazení musí automatická převodovka vědět, jak moc motor pracuje. Toho lze dosáhnout dvěma různými způsoby. Některá auta mají jednoduchý kabelový spoj spojený s škrticí klapkou v převodovce. Čím více je sešlápnutý plynový pedál, tím větší je tlak na škrticí klapku. Ostatní vozy používají podtlakový modulátor k vyvinutí tlaku na škrticí klapku. Modulátor snímá tlak v potrubí, který se zvyšuje, když je motor pod větším zatížením.
Ruční ventil k čemu se řadí řadicí páka. V závislosti na zvoleném převodovém stupni napájí ruční ventil hydraulické okruhy, které blokují určité převodové stupně. Pokud je například řadicí páka na třetím rychlostním stupni, napájí obvod, který zabraňuje zařazení rychloběhu.
Řadicí ventily dodávat hydraulický tlak do spojek a pásů pro zařazení každého rychlostního stupně. Těleso ventilů převodovky obsahuje několik ventilů řazení. Řadicí ventil určuje, kdy přeřadit z jednoho převodového stupně na druhý. Například ventil řazení z 1 na 2 určuje, kdy přeřadit z prvního na druhý převodový stupeň. Řadicí ventil je natlakován kapalinou z regulátoru na jedné straně a škrticí klapka na straně druhé. Jsou zásobovány kapalinou čerpadlem a směrují tuto kapalinu do jednoho ze dvou okruhů, aby řídily, na jaký rychlostní stupeň vůz jede.
Řadicí ventil zpozdí řazení, pokud vůz rychle zrychluje. Pokud vůz mírně zrychluje, k řazení dojde při nižší rychlosti. Pojďme diskutovat o tom, co se stane, když auto jemně zrychlí.
Se zvyšující se rychlostí auta se zvyšuje tlak z regulátoru. To přetlačí řadicí ventil, dokud se okruh prvního převodového stupně neuzavře a okruh druhého převodu se neotevře. Vzhledem k tomu, že auto zrychluje na mírný plyn, škrticí ventil nevyvíjí velký tlak na ventil řazení.
Když vůz rychle zrychluje, škrticí klapka vyvíjí větší tlak na ventil řazení. To znamená, že tlak z regulátoru musí být vyšší (a tudíž rychlost vozidla musí být vyšší), než se řadicí ventil posune dostatečně daleko, aby zařadil druhý rychlostní stupeň.
Každý ventil řazení reaguje na určitý rozsah tlaku; takže když auto jede rychleji, převezme řízení ventil řazení z 2 na 3, protože tlak z regulátoru je dostatečně vysoký, aby tento ventil spustil.
Elektronicky řízené převodovky, které se objevují u některých novějších vozů, stále používají k ovládání spojek a pásů hydrauliku, ale každý hydraulický okruh je řízen elektrickým elektromagnetem. To zjednodušuje instalaci na převodovce a umožňuje pokročilejší schémata ovládání.
V poslední části jsme viděli některé ze strategií ovládání, které mechanicky ovládané převodovky používají. Elektronicky řízené převodovky mají ještě propracovanější schémata ovládání. Kromě sledování rychlosti vozidla a polohy škrticí klapky může ovladač převodovky sledovat otáčky motoru, pokud je sešlápnut brzdový pedál, a dokonce i protiblokovací brzdový systém.
Pomocí těchto informací a pokročilé řídicí strategie založené na fuzzy logice – metodě programování řídicích systémů využívajících lidské uvažování – mohou elektronicky řízené přenosy dělat věci jako:
Pojďme si promluvit o té poslední funkci -- potlačení řazení nahoru při zatáčení na klikaté silnici. Řekněme, že jedete po klikaté horské silnici do kopce. Když jedete po rovných úsecích silnice, převodovka zařadí druhý rychlostní stupeň, aby vám poskytla dostatečnou akceleraci a sílu při jízdě do kopce. Když přijedete do zatáčky, zpomalíte, sundáte nohu z plynového pedálu a případně sešlápnete brzdu. Většina převodovek přeřadí na třetí rychlostní stupeň, nebo dokonce přetočí, když sundáte nohu z plynu. Když pak ze zatáčky zrychlíte, opět podřadí. Pokud byste ale řídili vůz s manuální převodovkou, pravděpodobně byste auto nechali celou dobu na stejném rychlostním stupni. Některé automatické převodovky s pokročilými řídicími systémy dokážou tuto situaci rozpoznat poté, co projedete několik zatáček, a „naučí se“ znovu neřadit nahoru.
Další informace o automatických převodovkách a souvisejících tématech naleznete v odkazech na další stránce.
Původně zveřejněno:29. listopadu 2000
