9 ступеней ZF

Автор : Оксана Демченко

20.04.2015

Совершенство – это идеал, но в технике, в отличие от искусства, он вовсе не абстрактен. Можно проследить путь инженерной мысли и оценить развитие в процентах, росте КПД, снижении массы или расхода топлива. Без малого сорок лет движения к совершенству – это история производства автоматических коробок передач в Саарбрюккене, на предприятии концерна ZF.

1-2-3

История развития автоматических трансмиссий марки ZF начинается ярко: купе BMW 2000C в далеком уже 1965 году воплощало самые передовые, нацеленные в будущее тенденции. Агрессивные и оригинальные линии дизайна лишь подчеркивали инновационность модели, для которой концерн ZF поставлял автоматическую трехступенчатую трансмиссию ZF 3 HP 12. Проектировалась она во Фридрихсхафене (Германия), но в 1973 году производство было перемещено в Саарбрюккен.

Уже первое поколение «автоматов» позволяет четко проследить те идеи и принципы, что были заложены в фундамент подходов ZF к проектированию подобных трансмиссий. Это работа в партнерстве с ведущими автопроизводителями, инновационность инженерных решений, высокое качество и постоянное стремление к обновлению. Первая АКПП была достаточно легкой – она весила 43 кг – и оставалась в производстве до 1977 года. Ее сменило следующее поколение, а в 1982 году в производство пошла четырехступенчатая трансмиссия. Модель 3 HP 12 возникла в автомобильном мире, где эффективно, спортивно и естественно было переключать передачи вручную. «Автомат» на начальном этапе своего развития был скорее исключением из правил и экспериментом в области комфорта.

Тридцать девять лет завод в Саарбрюккене наращивает производственные мощности, развивая исследовательский потенциал, формируя взаимодействие с партнерами, налаживая систему послепродажного сервиса и промышленного восстановления агрегатов. В 1973 году, начиная работать в Саарбрюккене, концерн ZF, не прекращая иных разработок, начал системно развивать ступенчатые автоматические трансмиссии легковых автомобилей, ставшие в последующие десятилетия по сути «классикой».

Что изменилось в отношении к автоматическим трансмиссиям и каково их место в современном автомобильном мире? Обратимся за ответом к графикам 1 и 2, показывающим соответственно долю автоматических трансмиссий всех типов и «классических» АКП с гидротрансформатором. Дополним данные и немного прокомментируем: «за» комфорт в классическом исполнении недвусмысленно высказалась Америка с ее бесконечными шоссе и немалыми пространствами. Урбанистическая Япония тоже предпочитает стоять в пробках с комфортом, но склонна экспериментировать: здесь весьма популярны бесступенчатые трансмиссии (37% рынка по данным 2010 года). Европа более консервативна, на рынке по-прежнему доминирует «механика», сдающая позиции постепенно и плавно. Вариатором Европа не восхитилась, а вот доля роботизированных трансмиссий постепенно растет. Китай, недавно захвативший лидерство по объему рынка, пока большое внимание уделяет механическим КП, но тенденция к автоматизации весьма яркая и однозначная.

4-5-6

Вернемся к начатому нами рассказу о смене поколений АКПП на заводе в Саарбрюккене, весьма точно отражающем и прогресс в автоиндустрии в целом. Ведь, как мы помним, партнеры концерна ZF – именно лидеры отрасли. В 1982 году было начато производство четырехступенчатых АКПП; восемь лет спустя, в 1990 году, в серию пошли пятиступенчатые «автоматы». В 2001 году добавилась шестая ступень, а в 2006 году указанная трансмиссия претерпела серьезную модернизацию, позволяющую говорить о выпуске второго ее поколения.

Именно за указанный период присутствие «автомата» стало массовым на рынке, в мире сформировалась полноценная технология ремонта автоматических трансмиссий, было создано соответствующее оборудование, появились на СТО специалисты, готовые грамотно, оперативно диагностировать АКПП. Ставший действительно массовым агрегатом четырехступенчатый «автомат» благодаря относительной простоте и конструктивным особенностям допускал возможность ремонта в малых мастерских, при незначительном наборе специального оборудования. Но с ростом присутствия АКПП на рынке и сменой поколений агрегат усложнялся, точность его изготовления росла, требования к условиям ремонта тоже становились все выше. Шестая ступень в плане ремонта оказалась практически непреодолима для одиночных мастерских: вложения в оборудование, уровень квалификации персонала, заказ запасных частей и восстановление изношенных систем и деталей – все это более невозможно поддерживать силами одного-двух мастеров, сохраняя хотя бы минимальную рентабельность бизнеса.

Возникла ситуация, выходом из которой для цивилизованных рынков стало создание мощностей и формирование технологий промышленного восстановления. Более 10 лет подразделение ZF Services собирает и доставляет в Саарбрюккен АКПП, полученные у партнеров, сопровождаемые данными от диагностов на местах о предполагаемых дефектах. Стоит отметить: в ремонт принимаются до сих пор и трехступенчатые АКПП самого первого поколения: это и уважение к клиенту, и дань особенности рынка Германии, где ретроавтомобили – не роскошь или мода, а своеобразное национальное хобби.

В условиях завода по промышленному восстановлению АКПП в обязательном порядке и независимо от данных первичной диагностики на СТО коробка повторно подключается к сканеру и проходит обстоятельную проверку. Затем следует полная разборка с дефектовкой. Обязательной замене подлежат изнашиваемые детали, также неукоснительно делается модернизация: если с момента выпуска данной модели были выявлены какие-то проблемы и внесены конструктивные изменения, в ходе ремонта агрегат получит все «апгрейды», доступные для него. Гидротрансформатор доставляется вместе с АКПП, он также проходит диагностику, обычно вскрывается и восстанавливается.

После сборки АКПП заполняется соответствующими жидкостями и проходит контроль, аналогичный заводскому, применяемому к новым агрегатам. Гарантия, предоставляемая на восстановленные АКПП, также аналогична заводской и обычно составляет два года. Клиенту – в данном случае автосервису – не приходится ждать выполнения работ, которые могут занимать несколько дней. Вместо переданного на восстановление агрегата сразу выдается восстановленный со склада. Стоимость его обыкновенно близка к 30% новой АКПП, если бы таковая была заказана у автопроизводителя для замены. Если требуется небольшой ремонт, точная цена выявляется во время первичной дефектовки и заказа запчастей. Так или иначе конечный клиент не оказывается существенно дезориентирован в отношении предстоящих затрат и, кроме того, срок ожидания агрегата минимален.

ZF Services восстанавливает АКПП как собственного производства, так и ряда сторонних изготовителей, в том числе по договоренности с автопроизводителями.

А что же Россия? Не секрет, что до последнего времени в стране не существовало не только культуры ремонта, но даже доступа к полной его технологии и курсов, позволяющих практикам приобрести квалификацию.

(тут об открытии центра летом)

7, или предел развития МКПП

Одна из свежих разработок концерна ZF, выполненная для постоянного партнера, Porsche, – это семиступенчатая механическая трансмиссия. И, как полагают многие, это своеобразный предел развития таких трансмиссий в сегменте легковых автомобилей, созданных для драйва, удовольствия от спортивного и агрессивного стиля вождения. Стоит ли говорить о победе комфорта? Скорее, можно отметить иное. Современный «автомат» исчерпал многие недостатки, памятные водителям со стажем. Он стал куда менее прожорлив, задержка в переключении передач сокращается, адаптивность поведения, «настройка» под стиль вождения делаются все точнее и аккуратнее. Наконец, контроль над ситуацией целиком в руках водителя: принудительное переключение передач, имитирующее «ручной» режим, перестало быть редкостью и эксклюзивом.

Однако до определенного момента выбор между механикой и автоматом – во всех его технологических вариантах – оставался сугубо «вкусовым» решением. Потребовалась еще одна «ступень» в развитии и технологии, и идеологии, чтобы все изменилось. Ведь седьмая ступень и для АКПП долгое время оставалась неким порогом разумного: не меняя подходов к конструкции, «навешивать» новые пакеты фрикционов до бесконечности невозможно. Агрегат делается все тяжелее, его компактность страдает, надежность тоже не выигрывает.

И тут мы подходим к самому интересному на сегодня: к технологическому прорыву, который, по словам представителей концерна ZF, еще несколько лет позволит их новой разработке оставаться непревзойденной. Причем как по техническим характеристикам, так и по экономической выгодности.

8-9

В феврале 2012 года, впервые в истории завода концерна ZF в Саарбрюккене, он был открыт для осмотра российской группой. На завод пригласили журналистов, для которых приготовили пять тестовых автомобилей, серийных и уже оснащенных новой восьмиступенчатой АКПП от ZF (таблица 1). Как все мы знаемизвестно, лучше один раз попробовать самому, – куда достовернее, чем сто раз услышать в теории, мол – , что не ощущается момент переключения передач.

Все автомобили теста – полноприводные, и это неслучайно. Сама логика проектирования агрегата заранее предназначила его к такой компоновочной схеме. Вполне предсказуемый вопрос относительно переднего привода мы рассмотрим чуть позже.

Таблица 1

В последние годы экология и энергосбережение диктуют внедрение ряда решений, в первую очередь для автомобилей с большими объемами двигателя и существенным расходом топлива. Это, прежде всего, система «старт-стоп», сокращающая выбросы в городском цикле, и более глубокая гибридизация всего автомобиля, позволяющая экономить топливо за счет рекуперативного торможения. То и другое безупречно встраивается в конструктивную логику автоматической трансмиссии как таковой, особенно – разработанной инженерами концерна ZF, активно развивающего собственное производство электромашин. «Классический» гидротрансформатор всего лишь заменяется упомянутой электромашиной, так же легко встраивается стартовый элемент гибридного типа. И в указанном исполнении сама возможность заменить АКПП на иной тип трансмиссии уже становится проблематичной. В итоге, согласно данным ZF, в сравнении с 6-ступенчатой АКПП достигается существенная экономия топлива, достигающая максимум в 25% у т. н. «полных» гибридов.

Справка

При проектировании 9HP инженеры ZF отказались от модуля Mechatronik, состоящего из электронного блока управления коробкой передач (EGS) и блока управления датчиками и исполнительными механизмами. Вместо этого в ZF разработали и изготовили электронный блок управления (EGS) собственной конструкции: он устанавливается на верхней части корпуса АКПП отдельно от гидравлического механизма переключения, который, кстати, значительно уменьшен в размерах. При необходимости производительность электронного процессора EGS можно увеличить на 30%. Таким образом, АКПП 9HP создана «с запасом», что позволяет в будущем расширить ее программные функции или без больших затрат дополнить ее системой электронного управления переключением передач (Shift-by-wire).

Бернард Козиара, исполнительный президент, подразделение «Техника привода»:

– Новое поколение АКПП имеет модульный тип построения, позволяющий при компоновке с дополнительными элементами получать версии для различных моделей, решений по приводу, мощностных показателей.

Наша 8-ступенчатая АКПП – совершенно новая концепция, практически не связанная с более ранним поколением. Формируя цели для проекта, мы ориентировались на рынок гибридов, на возможность работать в том же монтажном пространстве без каких-то усложнений и доработок. Тут стоит добавить, что в портфеле разработок концерна ZF есть оригинальное решение по удобному формированию так называемых «малых гибридов»: без электронасоса (обычного у конкурентов и усложняющего всю схему) – давление в момент пуска создается специальным резервным накопителем.

Сама 8-ступенчатая АКПП стала результатом поиска «идеальной» планетарной трансмиссии, длившегося более года. Были просчитаны все возможные варианты, принимались во внимание стоимость производства, эффективность работы агрегата, устойчивость к нагрузкам, долговечность, оптимальная работа в самых разных режимах вождения. В итоге длительного просчета вариантов была создана базовая модель, рассчитанная на четыре уровня входного крутящего момента от 300 и до 1000 Н·м. Модульность агрегата позволяет самые разные его модификации оснащать одинаковыми гидравлическим механизмом и электронным блоком управления, сочетая высокую вариативность с унифицированной элементной базой и, значит, низкой себестоимостью производства. Еще одна возможность оценить параметры 8-ступенчатой коробки производства ZF – это ее общее передаточное число: 7,05. Для сравнения укажем аналогичное для 6-ступенчатого агрегата – 6,04.

То, что осталось неизменным для нас, разработчиков концерна ZF, от первого поколения АКПП и до самых новых проектов, – это нацеленность на малый вес и компактность агрегата.

8-ступенчатая коробка хорошо принята рынком: в 2010 году произведено более 1 млн таких АКПП, а планы на 2012 год составляют порядка 1,8 млн агрегатов. Нами запланировано постепенное снижение выпуска 6-ступенчатых коробок с заменой их следующим поколением.

Воодушевленные успехом новой концепции, специалисты концерна приступили к созданию 9-ступенчатой АКПП, специально спроектированной для автомобиля с передним приводом и поперечным расположением двигателя. В числе наших целей было намерение создать АКПП, не уступающую в параметрах топливной экономичности лучшим многоступенчатым роботизированным трансмиссиям.

В «топовом» сегменте ни один автопроизводитель, если обратить внимание, не использует роботизированные КПП, и это тоже весьма показательно. Исключение всего одно: это концерн Audi и его продукция в Европе. Но можно сказать, что ZF занимается данным вопросом, и мы надеемся изменить указанную политику. Тем более мы готовы предлагать свои инновации по весьма выгодной цене.

Итак, при создании новой АКПП требовалось работать в жестко ограниченном монтажном пространстве: как известно, под капотом современного «переднеприводника» весьма тесно. Но наши инженеры справились с этой трудностью. Производство таких АКПП будет начато на заводе в США летом 2012 года.

При проектировании 9-ступенчатой АКПП удалось достичь существенной экономии как по весу агрегата, так и по топливной экономичности автомобиля, оборудованного такой трансмиссией. В целом новая коробка отличается внушительным общим передаточным числом – 9,84.

На первом этапе данные АКПП, как мы уже отметили, будут производиться только на заводе в США, однако у нас уже есть подписанный договор с клиентом в Европе, на чей конвейер будет поставляться 9-ступенчатая АКПП.