Роботизированная коробка передач чем отличается от автоматической: Страница не найдена

Содержание

Страница не найдена — АКПП

Масло для АКПП

Привет, ребята, проверка уровня масла в АКПП транспортного средства Тойота – это обязательная процедура.

Ремонт и обслуживание АКПП

Подготовка водителя к ремонту АКПП Форд Эксплорер требуется, даже если всю работу будут делать

Масло для АКПП

Стоимость полной замены масла в АКПП Ниссан Патфайндер R51 в сервисе обойдётся в 11

Все про автоматическую коробку передач

Большинство современных автомобилистов отдает предпочтение транспортным средствам с АКПП, однако уровень осведомленности об особенностях

Масло для АКПП

Замена масла поможет АКПП Тойота Камри дожить до 250 ткм без ремонта. За работу с

Масло для АКПП

Сегодня поговорим о маслах, а именно о Mobil ATF 3309. Это смазывающее средство используется

Страница не найдена — АКПП

Ремонт и обслуживание АКПП

Малолитражные автомобили с AF17 АКПП пользуются популярностью. Поэтому производителю приходится уменьшать в габаритах АКПП

Все про автоматическую коробку передач

Профилактический, текущий или капитальный ремонт АКПП — дело технически сложное и затратное. Лезть внутрь

Масло для АКПП

По старому регламенту производителя замена масла в АКПП Лэнд Крузер Прадо 120 проводилась после

Масло для АКПП

Интернет-рейтинги популярных масел для АКПП и ГУРов ставят Mobil ATF 320 Premium на первые

Ремонт и обслуживание АКПП

Ремонт «бублика» (гидротрансформатора) АКПП является самым серьезным по сравнению с другими блоками автоматической коробки

Ремонт и обслуживание АКПП

Недавно меня спросили, что я могу сказать про ремонт АКПП Ниссан Примера. Можно ли

Роботизированная коробка передач: отличие от автоматической КПП

При выборе автомобиля важно обращать внимание не только на двигатель (бензин, дизель, гибрид и т.п.), но и на трансмиссию. Дело в том, что коробка передач считается вторым по важности агрегатом после ДВС.

С учетом того, что сегодня автоматические коробки передач пользуются большим спросом, автопроизводители предлагают большой выбор КПП данного типа, начиная с «классического» гидротрансформаторного автомата или вариатора и заканчивая роботизированными трансмиссиями.

Далее мы рассмотрим, в чем отличие роботизированной коробки передач от автоматической, а также какие сильные и слабые стороны имеют указанные типы коробок передач.

Содержание статьи

В чем отличие роботизированной коробки передач от автоматической КПП

Прежде всего, возможность выбрать тот или иной автомат порождает споры среди автолюбителей, так как вполне логичным является вопрос, какая коробка лучше. Важно понимать, что от типа КПП напрямую будет зависеть удобство эксплуатации ТС, динамика разгона, топливная экономичность.

Также для многих немаловажным фактором является возможность активно использовать автомобиль в тех или иных условиях, общая надежность машины, затраты на обслуживание и срок службы трансмиссии. Теперь давайте рассмотрим АКПП и РКПП более подробно.

Гидромеханическая автоматическая коробка передач (АКПП)

Начнем с того, что появился данный тип трансмиссии около 100 лет назад, то есть немногим позже, чем традиционная МКПП. Конструкция проверена временем и хорошо изучена. В основе такой коробки лежат два агрегата: планетарный редуктор и гидротрансформатор.

Благодаря ГДТ, который фактически является сцеплением коробки автомат, удается добиться плавной передачи крутящего момента от ДВС на входной вал коробки. В результате переключения передач происходят без ударов и рывков.

Планетарный редуктор, фактически, является так называемой планетарной передачей. Если просто, в конструкции КПП имеются наборы шестерней, которые после зацепления друг с другом образуют ступени.

Также в коробках передач данного типа в большом объеме используется трансмиссионная жидкость ATF, которая является не просто смазкой (по аналогии с трансмиссионным маслом механических КПП), а рабочей жидкостью. Дело в том, что в гидротрансформаторе, который является преобразователем крутящего момента, именно через жидкость передается указанный крутящий момент.

Еще в конструкции присутствует гидроблок (гидроплита АКПП). Указанная плита представляет собой блок управления (мозг) АКПП, так как жидкость АТФ по отдельным каналам в указанной плите подается под давлением. ЭБУ АКПП управляет работой специальных клапанов (соленоидов), которые также установлены в гидроблоке.

Благодаря слаженной работе указанных устройств происходит своевременное и мягкое включение передач, причем полностью в автоматическом режиме, то есть без участия водителя. Также существуют АКПП Типтроник, где реализована дополнительная функция ручного переключения передач.

Роботизированная коробка передач (РКПП)

Сразу отметим, что роботизированная коробка передач является механической коробкой с автоматическим управлением. При этом попытки «автоматизировать» коробку-механику также предпринимались достаточно давно, однако на начальном этапе инженеры столкнулись с целым рядом проблем.

Основной задачей стала необходимость создания высокоточных и быстродействующих исполнительных сервомеханизмов, которые способны обеспечить нужное усилие для выбора, включения/выключения передач, а также для обеспечения нормальной работы сцепления в автоматическом режиме.

При этом нужно учитывать, что в случае с механикой такие усилия должны быть намного больше, чем в АКПП. Также следует отметить и то, что особые требования выдвигаются и к электронному блоку управления, который работает по особым алгоритмам. В результате успешно действующая роботизированная автоматическая трансмиссия появилась сравнительно недавно и стала массовой намного позже по сравнению с «классическим» гидромеханическим автоматом.

Что касается устройства, роботизированная коробка представляет собой МКПП, где за выбор и включение передач отвечают актуаторы (исполнительные механизмы), также имеется отдельный привод сцепления. Актуаторами являются шаговые электродвигатели с редуктором и исполнительным механизмом. Также могут быть использованы гидравлические актуаторы (гидропривод). Работой данных элементов управляет ЭБУ коробкой вместо водителя.

Блок управления посылает сигнал на сервопривод, который выжимает сцепление, включает нужную передачу и т.д. Также контроллер учитывает скорость движения ТС, обороты ДВС, нагрузку на двигатель/положение дроссельной заслонки и ряд других параметров.

Еще роботизированные коробки имеют ручной режим, который активируется путем использования селектора коробки передач или подрулевых лепестков. Данная функция позволяет водителю понижать и повышать передачи самостоятельно.

Коробка робот или автомат: что лучше

Как видно, роботизированная коробка сильно отличается от гидромеханического автомата. Более того, во время эксплуатации ТС с тем или иным видом КПП нужно учитывать определенные особенности и нюансы.

Что касается «классических» автоматов, такая трансмиссия отличается надежностью и большим сроком службы, но только при условии правильной эксплуатации.

Коробка АКПП нуждается в прогревах перед поездками, регулярной замене масла и фильтра АКПП каждые 50-60 тыс. км. При этом можно использовать только высококачественные жидкости ATF, рекомендуемые производителем автомобиля. Еще коробка автомат с гидротрансформатором не рассчитана на высокие нагрузки и агрессивный стиль езды, предельно чувствительна к перегревам трансмиссионного масла, нагреву жидкости во время длительных пробуксовок (в снегу, на льду или в грязи).

Автомобили с данной трансмиссией не рекомендуется буксировать без вывешивания ведущих колес, также не следует активно использовать машину с автоматом для перевозки тяжелых грузов, прицепа или буксировки других авто.

Также следует отметить, что минусом АКПП является повышенный расход топлива (на 10-15%) по сравнению с аналогами, а также снижение разгонной динамики из-за потерь в ГДТ. Также в случае ремонта АКПП следует быть готовым к серьезным расходам.

Роботизированная трансмиссия конструктивно проще и дешевле АКПП. Такая коробка более экономична, не боится нагрузок, ее не нужно отдельно прогревать, в агрегат заливается меньше масла, данную трансмиссию дешевле обслуживать, автомобиль с роботом лучше разгоняется.

Однако на деле есть и существенные минусы. Прежде всего, все РКПП делятся на два типа: однодисковый робот (с одним сцеплением) и преселективная КПП (с двумя сцеплениями).

Так вот, в первом случае нельзя говорить о высокой надежности и комфорте при езде. Роботизированная коробка с одним сцеплением ставится на бюджетные авто и некоторые модели среднего класса. При этом такой автомат отличается тем, что во время переключения передач водитель ощущает рывки, толчки, коробка может затягивать переключения передач и т.д.

Рекомендуем также прочитать статью о том, какой ресурс автоматических коробок, а также какую коробку передач лучше выбрать. Из этой статьи вы узнаете об основных типах автоматов, а также какие плюсы и минусы имеют различные виды автоматических трансмиссий.

Сцепление и сервомеханизмы однодисковых роботов также имеют сравнительно небольшой срок службы (около 80-100 тыс. км.), ремонтопригодность низкая, то есть нужно полностью менять данные устройства. Обратите внимание, стоимость актуаторов довольно высокая (в отдельных случаях сопоставима со стоимостью ремонта гидромеханической АКПП).

Что касается преселективных роботов (типа DSG или Powershift), в этом случае данные АКПП максимально приближены к классическим автоматам и вариаторам в плане комфорта. Подобные трансмиссии наиболее удачно сочетают в себе положительные качества механики и классического автомата (плавность и высокая скорость переключения передач, динамика, топливная экономичность, возможность «нагружать» трансмиссию, снижение расходов на обслуживание).

При этом преселективные РКПП намного дороже и сложнее своих однодисковых аналогов. Также ресурс таких коробок все равно меньше, чем в случае с традиционными гидромеханическими автоматами. В отдельных случаях может потребоваться замена дорогостоящих актуаторов, мехатроника (гидроблока), пакетов сцеплений и других элементов уже к 150 тыс. км. пробега.

Подведем итоги

С учетом вышесказанного становится понятно, в чем заключаются отличия роботизированной коробки передач от автоматической, а также какие плюсы и минусы имеет коробка робот по сравнению с АКПП.

На практике автомат является более надежным, что зачастую сводит на нет многие преимущества робота, который оказывается дорогим в ремонте. По этой причине, особенно на вторичном рынке б/у авто, многие останавливают свой выбор на классическом автомате.

Однако если машина приобретается новой и потенциальный владелец не планирует проездить на таком автомобиле более 150 тыс. км, тогда современный преселективный робот с расширенной гарантией производителя вполне может оказаться оптимальным решением.

Если же на первом плане надежность и ресурс, водитель практикует спокойный стиль езды, машина не приобретается для эксплуатации в тяжелых условиях, тогда необходимо смотреть исключительно в сторону АКПП.

Чем автоматическая коробка передач отличается от робота и вариатора? | Вечные вопросы | Вопрос-Ответ

Большинство легковых автомобилей оборудованы автоматической коробкой передач, некоторые дорогостоящие авто вместо АКПП имеют вариатор или роботизированную коробку передач. Все эти устройства относятся к автоматическим коробкам переключения передач, но при этом имеют разное строение и принцип работы.

Чем отличается вариатор от автомата?

Долгое время автоматы были четырёхступенчатыми. В последние годы на автомобили стали устанавливать семи- и восьмиступенчатые коробки.

В составе автомата находятся два основных узла — гидротрансформатор и редуктор. Первый позволяет плавно переключать передачи, а второй представляет собой механизм, шестеренки которого позволяют менять передаточное число. Смену передачи обеспечивает тормозная лента, она блокирует определенные шестерни редуктора.

В вариаторе такого физического переключения передач нет. Данный механизм имеет два шкива (ведомый и ведущий), которые находятся один против другого и связаны между собой металлическим ремнём. Смена передачи в вариаторе происходит за счет сдвижения и раздвижения шкивов. Когда шкив максимально раздвинут, то это соответствует первой передаче. При сдвинутом шкиве ремень проходит по большему диаметру, что равносильно пятой или более высокой передаче.

Чем отличается робот от автомата?

Роботизированная трансмиссия — это та же «механика», но переключением скоростей в ней занимается блок управления с определенным алгоритмом. В основу ее конструкции положена механическая коробка передач. Работа роботизированной коробки передач может осуществляться в двух режимах: автоматическом и полуавтоматическом. На всех роботизированных коробках предусмотрен режим ручного (полуавтоматического) переключения передач, аналогичный функции Tiptronic АКПП.

Какие плюсы и минусы есть автомата, вариатора и робота?

Автоматическая коробка передач позволяет водителю комфортно ездить по городу и не думать каждый раз о переключении передач. АКПП обеспечивает достаточно плавное переключение передач и высокую надёжность по сравнению с другими трансмиссиями. Ресурс автомата — в среднем 150–200 тысяч километров. Расход топлива у АКПП больше, чем у вариатора.

Большим плюсом вариатора является его особенная конструкция, которая позволяет автомобилю непрерывно передавать крутящий момент на колёса, а потому предельно плавно набирать скорость. Благодаря этому мотор работает в экономичном режиме, без излишних нагрузок. Также с вариатором автомобиль быстрее разгоняется. Среди других плюсов машин с вариатором можно назвать экономию топлива. Но при этом такие автомобили достаточно капризны. Их нельзя перегревать и перегружать высокой мощностью, они не работают на пиковых нагрузках и не выносят долгой пробуксовки в снегу или грязи. Срок службы вариатора — примерно 150 тысяч километров.

Преимуществом роботизированной трансмиссии является ее невысокая стоимость и низкий расход топлива, но в пробках такую коробку лучше переводить в нейтральное положение, чтобы избежать перегрева сцепления.

Смотрите также:

В чем отличие роботизированной коробки передач от автоматической

Коробка передач — важный узел трансмиссии любого автомобиля. Без неё невозможно представить автомобиль. Он смог бы передвигаться, но это была бы неэффективная, затратная и монотонная езда. Использование коробки позволяет гибко менять режим движения, скорость. Это отличный метод повышения КПД и экономии топлива. На смену механической коробке передач пришли роботизированная коробка и коробка-автомат. Среди водителей существует полемика, споры — какая коробка лучше, а также в чем отличие роботизированной коробки передач от автоматической. От принципа её действия и конструкции часто зависит приобретение автомобиля. Для опытных водителей важно — какая коробка в машине и как придётся впоследствии ею управлять.

Автоматическая коробка

Её история развития началась ещё сто лет назад. Автоматическая коробка передач имеет два основных узла — редуктор и гидравлический трансформатор. Последний обеспечивает очень плавное, без заметных рывков переключение скоростей. Гидротрансформатор непосредственного участия переключения передач не производит. Он лишь даёт значение крутящего момента на входной вал коробки передач и производит смягчение толчков при переключении скоростей. Можно сказать, что он заменяет сцепление, которым оснащены машины с механической коробкой передач. Редуктор автоматической коробки имеет в конструкции от четырёх до восьми наборов шестерёнок. Попадая в зацепление, они образуют ступени передач.

Автоматическая коробка передач

Эта коробка производит переключение передач в автоматическом режиме, что регулируется не действием водителя, а числом оборотов коленчатого вала и давлением масла, которое самостоятельно переключает ступеньки, обеспечивая оптимальный режим движения автомобиля. Электроника, в данном случае, используется минимально.

Роботизированная коробка

Коробка-робот представляет механическую коробку передач, на которую установили блок управления. В него входят гидравлический привод и электронный узел (сервопривод). Этот блок, без участия водителя, управляет переключением скоростей и сцеплением. Принцип действия аналогичен механике. Только вместо человека процессом управляет электроника и гидравлика. Смыканием и размыканием сцепления и подбором передач в роботизированной коробке заведуют сервоприводы. Другое название — актуаторы. Обычно это шаговый электродвигатель с редуктором и исполняющим механизмом.

AMG Speedshift — роботизированная коробка передач, используемая в SL 63 AMG

Бывают и гидравлические актуаторы. Управлением актуаторов занимается электронный блок. По определённой команде он заставляет сервопривод выжимать сцепление и включать требуемую передачу. Команда на смену передачи приходит от автомобильного компьютера, учитывающего скорость, количество оборотов коленвала, данные ABS, ESP и других систем машины. При ручном режиме движения команды отдаёт шофёр при помощи селектора коробки передач и лепестков под рулём.

Читайте также: Что такое коробка CVT и чем она отличается от роботизированной КПП.

Особенности эксплуатации автоматической и роботизированной коробок

Эксплуатационные характеристики помогут разобраться — какая коробка лучше и удобнее. Автоматическая коробка передач существенно снизила нагрузку на шофёра при управлении. Особенно в городских, сложных условиях. У каждого водителя есть своя манера и стиль вождения. Коробка автомат имеют способность «подстроиться» по тип вождения. Автомату характерно мягкое, еле заметное переключение передач. Но существенным минусом этой коробки является большой расход горючего, который особенно проявляется в городской черте. Дорого обойдётся и ремонт этого узла.

Роботизированная коробка близка к механической. Ремонт и техническое обслуживание будет существенно ниже. Расход топлива тоже можем приравнять к механике, особенно в условиях городской езды. Существенно меньше расход машинного масла, а это тоже экономия. КПД передачи крутящего момента от мотора к ведущим колёсам тоже выше, чем у автомата. Огромным плюсом робота можно считать возможность совершать ручное переключение скоростей, а этого нет у автоматической коробки. Ведь это может пригодиться в сложной ситуации. Плохими моментами можно считать замедленное переключение передач и рывки в работе самой коробки. Особенно, если шофёр в этот момент сильно давит на педаль акселератора. В городской черте при стоянке требуется ставить рычаг селектора на нейтральное положение.

Читайте также: Что такое вариатор и чем он отличается от автоматической коробки передач.

Видео о роботизированной и автоматической коробке передач

Если еще сравнительно недавно автолюбители при выборе автомобиля могли рассчитывать только на автомат либо механику, то сегодня диапазон выбора значительно расширился. С развитием автомобилестроения в обиход вошли трансмиссии нового поколения, такие как роботизированная коробка и вариатор. Чем отличается роботизированная коробка передач от автомата, и какая коробка лучше (автомат или робот) необходимо знать каждому покупателю автомобиля. От этого зависит выбор, который в итоге сделает водитель.

Основу автоматической трансмиссии составляют гидротрансформатор, система управления и непосредственно сама планетарная КПП с набором фрикционов и шестерен. Такая конструкция автомата позволяет ему самостоятельно переключать скорости в зависимости от оборотов двигателя, нагрузки и режима движения. Участие водителя здесь не требуется.

Автомат устанавливается на легковых и грузовых автомобилях, применим он также и в автобусах. Главная передача и дифференциал дополняют конструкцию АКПП в случае ее установки на переднеприводную машину.

Плюсы и минусы автоматической КПП

Автоматическая коробка передач обладает как преимуществами, так и недостатками:

Преимущества АКПП	Недостатки АКПП
1. Плавное движение и разгон	1. Дорогостоящие обслуживание и ремонт
2. Комфорт водителя и пассажиров	2. Низкий КПД
3. Простота управления автомобилем	3. Более высокий расход топлива
4. Отсутствие необходимости в периодической замене сцепления	4. Высокая стоимость

Роботизированная КПП

Роботизированная трансмиссия сочетает в себе функции как АКПП, так и механической коробки передач. Это по сути та же механика, но с автоматическим управлением. Система управления с помощью исполнительных механизмов управляет работой сцепления и переключением передач. При этом переключение происходит так же, как и в механике, только без участия водителя.

Изначально роботизированная КПП создавалась для того, чтобы существенно снизить стоимость коробки передач в сравнении с АКПП и в то же время объединить в себе все достоинства автомата и механики, к которым в первую очередь относятся комфорт и удобство управления.

В автомобилях спортивного класса используется несколько иной тип роботизированной трансмиссии – с двумя сцеплениями. Это позволяет добиться максимально высокой скорости переключения передач.

Преимущества и недостатки робота

Преимущества и недостатки роботизированной трансмиссии для наглядности также представим в виде таблицы. Заодно проведем сравнительную характеристику между двумя видами трансмиссий.

Преимущества роботизированной коробки передач	Недостатки роботизированной коробки передач
1. Более простая конструкция в отличии от АКПП	1. Рывки при старте и переключении передач (для РКПП с одним сцеплением)
2. Менее дорогие обслуживание и ремонт по сравнению с АКПП	2. Необходимость перевода рычага в нейтральное положение при длительной остановке и откат автомобиля на подъеме
3. Лучшая топливная экономичность	3. Непредсказуемость поведения роботизированной коробки передач в тяжелых дорожных условиях
4. Более высокий КПД	4. Эффект «задумчивости» при переключении передач

Делаем выводы

Какая же коробка передач лучше? С точки зрения комфорта, несомненно выигрывает АКПП, хотя разработчики робота и пытались отвоевать эту позицию у автоматической коробки.

А вот более экономически выгодным будет робот. Стоимость самой коробки, ее обслуживание и ремонт обойдутся дешевле. Да и топливо с маслом автомобиль с роботизированной коробкой потребляет меньше, чем с автоматической.

Теперь надежность. Здесь можно поспорить. Ни ту, ни другую коробку нельзя назвать абсолютно надежной в сравнении с той же механикой. Непонятно также, как обе коробки поведут себя в тяжелых условиях. Но АКПП хотя бы более предсказуема, чем робот, от которого неизвестно чего ожидать.

Поэтому какая коробка передач будет лучше, каждый водитель решает сам, исходя из своих представлений об удобстве и комфорте управления автомобилем. Стоит отметить, что робот можно легко принять за автомат: зачастую отсутствие педали сцепления как у автоматической, так и у роботизированной КПП приводит неопытных водителей в замешательство. Поэтому необходимо внимательно изучать характеристики выбранного автомобиля в процессе покупки.

Автоматические коробки передач постепенно вытесняют механические. А начинающие автовладельцы не знают, в чем разница между коробками автомат и робот. Ведь они одинаково самостоятельно переключают передачи на транспортном средстве без воздействия водителя.

На самом деле автоматическая трансмиссия – это общее название. Она содержит три типа устройств переключения скоростей:

Между этими трансмиссиями есть много общего и различного.

Как отличить автомат от робота визуально

Опытные автовладельцы и механики хорошо знают, как отличить коробку автомат от робота визуально.

Эксперты говорят, что определить внешне какой тип КПП у автомобиля поможет рычаг селектора. Если взглянуть на автоматическую коробку, то можно увидеть следующие положения кулисы:

«P» — парковка;
«N» — нейтральная;
«R» — задняя;
«D» — движение вперед.

Наличие остальных положений зависит от модели автомата.

Если же взглянуть на роботизированную трансмиссию, то автовладелец увидит:

«N» — нейтральная;
«R» — задняя;
«D» — движение вперед.

Чем отличается робот от АКПП более подробно в следующих блоках.

Обычный автомат

При выборе транспортного средства с одним из видов автоматической трансмиссии необходимо знать, что такое автомат и робот и из чего состоит каждая из них.

Конструкция АКПП

Коробка автомат состоит из гидротрансформатора, планетарной коробки передач, гидроблока.

Элемент автомата	За что отвечает
Гидротрансформатор состоит из турбинного и реакторного колеса, центробежного насоса, обгонной и блокировочной муфты	Отвечает за плавное переключение передач, выполняет функцию сцепления
Планетарная коробка состоит из редукторов и фрикционных дисков, тормозной ленты	Передает усилие посредством системы различных вариантов зацепления шестерней, переключает скорости

Строение АКПП, как видно из таблицы, более простое, чем у робота. Еще одно отличие от роботизированной заключается в большом количестве ступеней передаточного числа. Благодаря им, снижается потребление топлива транспортным средством.

Разница между роботом и коробкой автомат заключается в принципе работы АКПП. Переключение скоростей происходит без разрывов, когда мотор достигает максимального числа оборотов на одной из передач и в масляной системе нагнетается давление для смены скорости.

Гидротрансформатором меняется крутящий момент.
Смазывающее средство попадает из насоса к турбинному колесу.
Колесо передает его на реактор.
Поток масла становится все больше и увеличиваются обороты насосного колеса.
Задействуется обгонная муфта, благодаря которой происходит вращение реактора.
Муфта переключает передачи между планетарными редукторами.

А гидроцилиндры, которые обеспечивают работу вышеописанных процессов, управляются электронным блоком.

Как уже было описано, коробку автомат можно отличить от робота по следующим положениям ручки на селекторе:

P — «Парковка»;
R — «Задний ход»;
N — «Нейтральная»;
D — «Движение вперед»;
L — «Принудительно понижающая передача».

Положительные стороны и отрицательные

Как и все устройства, автомат имеет свои положительные стороны и отрицательные черты. К плюсам автоматической коробки передач относятся:

надежность;
простое управление;
отсутствие периодической замены сцепления;
экономное расходование горючего;
не скатывается назад, если поставить на склоне.

Автомат имеет и отрицательные черты, которые складываются из следующих парметров:

высокая стоимость при замене автомата;
высокая цена капитального ремонта;
транспортное средство с автоматом нельзя заводить с толкача;
малый КПД из-за гидротрансформатора. На последний уходит почти половина мощности аппарата;
срок жизни устройства маленький.

Роботизированная коробка передач

Начинающие автовладельцы часто не понимают, что это такое – робот и чем отличается от обычного автомата. Дело в том, что РКПП это по сути механическая КПП, которой управляет электронный блок.

Роботизированная коробка передач в отличие от автомата делится еще на два подвида:

Механическая коробка переключения скоростей с электронным блоком или простой робот. Этот тип был разработан первым, поэтому имел множество отрицательных сторон. Доходило в плоть до больших временных промежутках между переключением передач в АКПП автомобиля. Водитель чувствовал эти провалы, как вечные подергивания и толчки во время разгона.
Та же коробка только с двумя системами сцепления или преселективная. Это более усовершенствованный первый тип РКПП. Устанавливается на гоночные транспортные средства. Два вала сцепления позволяют переключать скорости в момент работы еще предыдущей передачи.

Бюджетные варианты роботов со вторым типом не очень удачны. Например, на Опель или Форд с РКПП, производители заменили гидронасосы на шаговые двигатели. В итоге, водитель постоянно чувствует рывки и задержки в переключении. Хотя, экспертами отмечено, что на той же Тойота Королла установлен аналогичный робот, а эти минусы отсутствуют.

Конструкция РКПП

По конструкции отличие робота от автомата заключается в следующем:

два механических вала, которые находятся друг в друге. Каждый из них имеет собственное сцепление;
актуатор или сервопривод: электрический или гидравлический. При использовании первого все исполнительные команды выполняют сервомеханизмы. Если присутствует гидромеханический блок, то он выполняет роль сцепления. В случае если установлен гидравлический привод, то он управляется посредством гидроцилиндров, которыми, в свою очередь, управляют клапаны электромагнита;
электронный блок. Эта система контролирует механизмы исполнения и следит за датчиками КПП робота. Он совмещается с бортовым компьютером.

В отличие от автоматической КПП передачи переключаются быстрее на роботе. Например, на DSG от Фольксвагена смена скоростей происходит за одну сотую секунду.

Отличить робот от автомата можно и по преимуществам, которые дает его использование и отрицательным сторонам.

Преимущества и недостатки

Роботы, установленные в машинах, имеют следующие плюсы:

простые в обслуживании;
экономичное потребление смазывающей жидкости из-за отсутствия гидротрансорфматора;
мгновенное переключение скоростей;
низкий расход топлива;
высокая динамика.

Есть и недостатки у роботизированной системы:

некачественное плавное переключение передач;
водитель чувствует задержки при смене скоростей;
непредсказуемость в поведении при тяжелых дорожных условиях;
переход в нейтральное положение при каждой остановке;
ресурс робота уменьшается при каждой пробуксовке.

Эксперты отмечают, что постоянное движение с пробуксовкой приводит к износу не только робота, но и двигателя. Поэтому РКПП больше всего предназначены для городского типа движения.

Сравнение двух КПП: чем отличается робот от автомата

В этом блоке подведены сравнительные итоги темы: «Какая коробка все же лучше автомат или робот?».

Таблица ниже показывает различия между коробками робот и автомат.

Тип отличий	Робот	Автомат
Конструктивный	Механическая коробка с электронным блоком управления	Гидротрансформатор, планетарная коробка, гидроблок
Функциональный	Наличие функции ручного переключения	Ручное переключение
Ценовой	Дорогая в ТО	Низкое по стоимости сервисное обслуживание
Потребительский	Низкое потребление горюче-смазочных материалов	Большие объемы расхода масла и горючего

Теперь начинающему автовладельцу будет легче выбирать между этими двумя видами автоматической трансмиссии. В следующем блоке приведены некоторые советы от опытных автовладельцев и механиков по выбору того или иного устройства, если автолюбитель уже сделал шаг в сторону одного из типов.

Сегодня уже практически каждая модель на авторынке оснащается автоматической трансмиссией — классическим гидромеханическим автоматом, вариатором или роботизированной коробкой. Особенности каждого из агрегатов рассмотрели эксперты «За рулем».

Гидромеханический автомат

Главной же особенностью автомата является его выносливость: он может не только передавать большой крутящий момент мощного двигателя на колеса, но и пригоден для езды по бездорожью. Сегодня для легковых автомобилей выпускаются не только 4-ступенчатые автоматы, но и 6-ступенчатые, и даже 10-ступенчатые. Чем больше ступеней, тем миниатюрнее механизм и тем меньше у него запас прочности.

доведенная до совершенства конструкция
возможность переключения передач в ручном режиме
отсутствие боязни пробуксовок
большой срок службы у большинства агрегатов
умение адаптироваться под стиль езды водителя

невысокий КПД и потеря части мощности двигателя
повышенный расход топлива
зависания разной продолжительности при переключениях
большой вес агрегата
потеря запаса прочности при большем количестве ступеней

Вариатор

Вариатор отличается плавностью работы — передач здесь нет, а крутящий момент передается через ремень, скользящий по конусам и меняющий соотношение их оборотов. Ресурс вариаторов сопоставим с ресурсом гидромеханических автоматов. Но вариаторы не любят бездорожья и пробуксовок, перегреваются и быстрее выходят из строя. При этом в городе такая коробка незаменима именно благодаря плавности работы из-за отсутствия переключений.

плавная работа
двигатель всегда находится на оптимальных оборотах
простота конструкции и ремонта
невысокая стоимость агрегата по сравнению с классическим автоматом
большой ресурс ремня (у некоторых вариаторов до 500 тысяч километров)

шумность при разгонах (двигатель сразу выводится на максимальные обороты)
скучное ускорение
боязнь пробуксовок, бездорожья и долгих поездок на высоких скоростях
частые замены масла
высокая стоимость ремонта

Роботизированная коробка передач

Роботы бывают двух типов — с одним сцеплением и с двумя. По сути, это механические коробки, сцеплением и переключениями в которых управляют автоматика и электроника. Робот с одним сцеплением медлителен, а при переключениях автомобиль с ним «клюет носом», если водитель не успевает приотпустить в этот момент педаль газа. Вопреки ожиданиям, некоторые роботы с одним сцеплением не очень надежны. Зато дешевы.

достаточно надежный агрегат
ремонтировать и обслуживать так же просто, как и механические коробки
в теории ресурс сцепления на 40% больше (в зависимости от условий эксплуатации)
небольшое количество заливаемого масла
низкая стоимость самой коробки и, в случае необходимости, ее замены

автомобиль, стоя на подъеме, может откатываться — не рекомендуется убирать ногу с педали тормоза, если не собираешься сразу нажимать на педаль газа
замедленные реакции подойдут только неторопливому водителю
клевки при переключениях
возможно размыкание сцепления в случае перегрева и переход коробки в аварийный режим

Робот с двумя сцеплениями гораздо расторопнее — он всегда держит следующую передачу наготове, из-за чего переключения происходят моментально и незаметно. Есть варианты с мокрым или менее надежным сухим сцеплением. Главная особенность всех роботов — они не любят езду по городу с частыми остановками в пробках и на светофорах.

молниеносные незаметные переключения
отсутствие потерь мощности
экономия топлива
малый вес агрегата и компактные размеры
распространенность трансмиссии

высокая стоимость коробки и ее обслуживания
спорная надежность из-за сложности агрегата
дерганое поведение в пробках
малый ресурс сухого сцепления
откат автомобиля на наклонной поверхности

Подробности детального сравнения с указанием степени надежности различных коробок, устанавливаемых на популярные в России автомобили Hyundai/Kia, Renault, Nissan, Subaru и Аudi, а также Volkswagen и Lada, — в июньском выпуске журнала «За рулем» (уже в продаже).

О заблуждениях относительно вариаторов и об их реальном недостатке читайте здесь.

Продлить срок службы любого механизма помогут современные присадки в ГСМ.

её отличие от автоматической, плюсы и минусы

Тяговые характеристики двигателей внутреннего сгорания и их приспособляемость к нагрузке недостаточны для прямого привода. Для адаптации используются разнообразные типы коробок перемены передач, которые позволяют изменить частоту вращения в достаточно широком диапазоне.

Помимо этого, такой механизм обеспечивает возможность движения задним ходом, длительной остановки автомобиля с работающим силовым агрегатом.

Коробка передач робот оснащается автоматом для управления работой устройства в заданном режиме с учетом нагрузки и других условий движения. Процессом руководит электронный блок, запрограммированный определенным образом.

Водитель осуществляет выбор алгоритма и задает его при помощи селектора, кроме того, он может перенимать управление работой механизма и производить переключения как на обычной механике.

Использование роботизированных коробок обеспечивает водителю максимально комфортные условия. Нет необходимости отвлекаться и терять время на переключения передач, а заложенные в процессор программы обеспечивают (в зависимости от условий движения) максимальную экономию топлива.

Большинство ведущих автопроизводителей, и АвтоВАЗ в их числе, широко используют коробки передач такого типа на транспортных средствах разных классов.

Что такое коробка передач робот

В настоящее время существует множество разнообразных конструкций механизмов автомобильных трансмиссий. Для ответа на вопрос: коробка передач робот — что это такое?, следует разобраться в ее устройстве, изучить принцип работы и проанализировать достоинства и недостатки. Практически любой сложный механизм имеет свои плюсы и минусы, устранение которых невозможно без коренной переделки системы.

По своей сути роботизированная коробка является логическим развитием традиционной механической. В ней функции управления переключением передач автоматизированы и контролируются электронным блоком. Помимо этого процессор дает команду на исполнительный механизм сцепления для разобщения двигателя и трансмиссии при перемене передаточного числа.

Роботизированная коробка работает в комплексе с иными элементами трансмиссии. Автоматизированное управление согласуется с работой сцепления, предназначенного для обеспечения переключений.

Устройство и принцип работы

За все время развития автомобилестроения предпринимались множественные попытки упростить управление трансмиссией. Первые удачные конструкции роботизированных коробок передач, пошедшие в серию, появились только после оснащения машин процессорами. Все попытки автоматизировать управление при помощи электромеханических и гидравлических устройств не дали положительных результатов.

Они оказались слишком ненадежными и не обеспечивали приемлемой скорости переключения. Еще одним недостатком такого рода коробок была излишне высокая сложность и, как следствие, запредельная стоимость.

Решить все технические проблемы стало возможным только с появлением компактных и недорогих процессоров и датчиков, контролирующих режимы работы двигателя и трансмиссии.

Конструкция

Многие производители автомобилей самостоятельно занимались разработкой данного класса механизмов. Это обеспечило достаточно большое разнообразие конструкций коробок передач роботов, тем не менее, можно выделить в них общие элементы:

электронный блок управления;
механическая коробка передач;
сцепление фрикционного типа;
система управления переключением передач и муфтой.

Нередко функции электронного блока выполняет бортовой компьютер, контролирующий работу системы питания и зажигания в силовом агрегате. Процессор устанавливается вне картера коробки и соединяется с нею кабельными системами. Особое внимание при этом уделяется защите соединений, используются специально разработанные уплотнители. Нередко контактные группы покрываются тонким слоем золота для предотвращения окисления.

За основу роботизированных коробок обычно берутся хорошо себя зарекомендовавшие устройства. Так, компания Mercedes-Benz при изготовлении агрегата Speedshift использовала АКП 7G-Tronic, вместо гидротрансформатора использовали многодисковое сухое сцепления фрикционного типа.

По аналогичному пути пошли и баварские автомобилестроители из BMW, оснастив шестиступенчатую механическую коробку автоматизированной системой управления.

Обязательным элементом, обеспечивающим работу коробки, является механизм сцепления. В случае с роботизированным устройством применяется конструкция фрикционного типа с одним или несколькими дисками. В последние годы появились трансмиссии с двойным механизмом сцепления, работающими параллельно. Такая конструкция обеспечивает передачу крутящего момента от двигателя без прерывания.

Роботизированные трансмиссии мировых автопроизводителей
Тип трансмиссии	С одним сцеплением	С двумя сцеплениями
Audi R-Tronic		+
Audi S-Tronic		+
Alfa Romeo Selespeed	+
BMW SMG	+
Citroen SensoDrive	+
Ford Durashift	+
Ford Powershift		+
Lamborghini ISR		+
Mitsubishi Allshift	+
Opel Easytronic	+
Peugeot 2-Tronic	+
Porsche PDK		+
Renault Quickshift	+
Toyota MultiMode	+
Volkswagen DSG		+

Системы управления работой сцепления и переключением передач бывают двух видов: с электрическим или гидравлическим приводом. Каждый из вариантов имеет свои положительные и отрицательные стороны. Возможны комбинации из названных выше способов управления коробкой, позволяющие максимально использовать достоинства обеих конструкций и свести к минимуму их недостатки.

Электрический привод сцепления использует сервомоторы, которые обеспечивают минимальное энергопотребление. Отрицательным моментом является крайне низкое время переключения передач (в пределах от 300 мс до 500 мс), что приводит к рывкам и повышенным нагрузкам на детали трансмиссии.

Гидравлические приводы работают значительно быстрее, это делает возможным оснащение такими коробками даже спортивных автомобилей. На суперкаре Ferrari 599GTO время переключения составляет всего – 60 мс, а у Lamboghini Aventador и того меньше – 50 мс. Такие показатели обеспечивают данным машинам высокие динамические характеристики при сохранении плавности движения.

Принцип действия

Для того, чтобы понять как работает роботизированная коробка передач, следует получить представление об алгоритме работы ее механизмов.

Водитель запускает двигатель, выжимает педаль тормоза и переводит селектор в определенное положение. Привод сцепления разрывает поток мощности, а исполнительный механизм коробки производит подключение выбранной передачи.

Водитель отпускает тормоз и плавно увеличивает обороты, автомобиль начинает движение. В дальнейшем все переключения производятся в автоматическом режиме, при этом учитываются заданный режим и данные от датчиков. Управление механизмом осуществляется процессором в соответствии с выбранным алгоритмом. При этом у водителя имеется возможность вмешиваться в работу коробки.

Видео — роботизированная КПП (робот):

Полуавтоматический режим роботизированной трансмиссии аналогичен функции ручного управления автоматической коробки — Tiptronic. В таком случае водитель при помощи рычага селектора или переключателей установленных на рулевой колонке производит переключения передач с понижением или повышением. Отсюда исходит и другое название роботизированной коробки – секвентальная.

Трансмиссия такого типа получает все большее распространение на автомобилях. При этом наблюдается следующее разделение: коробками с электрическими сервомоторами комплектуются бюджетные модели. Ведущие автопроизводителя разрабатывают и выпускают серийно следующие типы механизмов:

Citroen – SensoDrive;
Fiat — Dualogic;
Ford — Durashift EST;
Mitsubishi — Allshift;
Opel — Easytronic;
Peugeot – Tronic;
Toyota – MultiMode.

Для более дорогих моделей производятся коробки с гидравлическим приводом:

Alfa Romeo — Selespeed;
Audi — R-Tronic;
BMW — SMG;
Quickshift от Renault.

Самая продвинутая по показателям роботизированная коробка ISR (Independent Shifting Rods) устанавливается на суперкары от компании Lamborghini.

Отличие роботизированной коробки передач от автоматической

Развитие и невысокая стоимость электронных блоков управления сделали возможным их применение на серийных моделях машин. Они имеют разные виды трансмиссии и возникает закономерный вопрос — в чем разница между коробкой передач роботом и автоматом? Если таковые отличия существуют, то какой вид из них будет лучше отвечать требованиям водителя и на какие характеристики следует обратить внимание при выборе автомобиля.

Разница между роботизированной коробкой и автоматом состоит в конструкции сцепления. Вместо гидротрансформатора в ней используется одно- или многодисковое сухое сцепление фрикционного типа.

В редукторе, как в механике, ведущие и ведомые шестерни находятся в постоянном зацеплении и задействуются они при помощи специальных муфт. Для уравнения угловых скоростей используются синхронизаторы.

Видео — тест драйв Лада Приора с роботом АМТ:

В автоматических коробках преимущественно используются редукторы планетарного типа и сложная система управления их функционированием. В первом и втором варианте выбор передаточного отношения определяется автоматикой. Это освобождает водителя от необходимости отслеживать режимы работы двигателя и производить переключения.

В сравнении автоматической коробки с роботом, лидером по такому показателю, как экономичность, является второе устройство. В сухом сцеплении механические потери значительно ниже, нежели у гидротрансформатора.

С другой стороны, автомат лучше обеспечивает плавность движения и езда в таком автомобиле более комфортная. Еще одним недостатком такого типа трансмиссии является дороговизна ремонта, который может выполняться только высококвалифицированными специалистами в условиях техцентра.

При выборе между роботизированной коробкой и автоматом следует принимать все вышеперечисленные факторы. Для недорогих бюджетных моделей существенными являются стоимость автомобиля и издержки на его содержание. При покупке элитных автомобилей такие вопросы обычно не имеют особого значения. Для водителя разницы в управлении автоматом или роботом практически нет.

Роботизированная коробка передач плюсы и минусы

Сложные системы, к каковым относятся и автомобильные трансмиссии, имеют вполне определенные достоинства и недостатка. Ниже приведен анализ плюсов и минусов в конструкции и эксплуатации роботизированной коробки передач. При этом в расчет принимаются динамические, стоимостные и некоторые другие характеристики агрегата.

К перечню положительных сторон коробки передач с роботизированным управлением можно отнести следующее:

Высокая надежность механизма редуктора, проверенного длительной эксплуатацией.
Применение сухого сцепления фрикционного типа способствует снижению потерь и уменьшению расхода топлива.
Небольшое количество эксплуатационной жидкости – трансмиссионного масла порядка 3-4 литров, против – 6-8 литров у вариатора.
Высокая ремонтопригодность роботизированной коробки (фактически в качестве ее основы используется хорошо известная механика).
Автоматика повышает ресурс сцепления до 45 – 55 % по сравнению с традиционным управлением педалью.
Наличие полуавтоматического режима, позволяющего водителю вмешиваться в работу агрегата при движении в сложных дорожных условиях на подъеме или в пробке.

Достоинства КПП «робот» очевидны, что способствует повышению популярности данного типа трансмиссии на автомобилях разного класса. Усилиями инженеров и конструкторов агрегат постоянно совершенствуется, его характеристики улучшаются.

Видео — как работает роботизированная коробка передач на Лада Приора:

Тем не менее, у роботизированной коробки передач имеются и некоторые минусы:

Невозможность перепрошивки процессора и задания иного алгоритма управления с целью повышения динамических характеристик автомобиля.
Невысокая скорость перемены передач у коробок с электрическими сервоприводами, которые невозможно исправить без переделки всей конструкции.
Возможность пробуксовки сцепления и перегрева механизма при движении на низкой скорости в горку или в городской пробке. Опытные водители рекомендуют в таком случае использовать режим Tiptronic.
Частые рывки при автоматическом переключении передач, сброс газа перед данной операцией или равномерный режим движения, позволит снять остроту проблемы.

У робота есть целый ряд преимуществ перед иными видами трансмиссий и некоторые недостатки. Такой тип механизма рекомендуется водителям со спокойной манерой управления автомобилем.

Для любителей прокатиться с ветерком такая коробка будет слишком задумчивой. Все имеющиеся минусы механизма своими силами устранить невозможно, поэтому к его особенностям следует просто приспособиться.

В целом коробка передач робот заслужила положительные отзывы автовладельцев. Особенно отмечаются большой ресурс работы, высокая надежность и её неприхотливость.

По некоторым отзывам покупателей Датсун Он-До можно отметить, что они с удовольствием бы купили этот автомобиль, укомплектованный роботом.
Как подобрать масло для автомобиля можете прочитать в статье.
Жидкая резина (https://voditeliauto.ru/stati/tyuning/zhidkaya-rezina-dlya-avto.html) для покраски автомобиля

Видео — нюансы работы роботизированной коробки передач:

Может заинтересовать:

Сканер для самостоятельной диагностики автомобиля

Добавить свою рекламу

Сравнить стоимость ОСАГО для своего авто

Добавить свою рекламу

Выбрать видеорегистратор: незаменимый гаджет для водителя

Добавить свою рекламу

Некоторые водители предпочитают видеорегистратор в виде зеркала

Добавить свою рекламу

Роботизированная коробка передач

Основу роботизированной коробки передач составляет механическая коробка, но функции выключения сцепления и переключения передач автоматизированы. Работой коробки передач управляет электронный блок с заложенным алгоритмом управления.

Коробка-робот сочетает топливную экономичность и высокую надежность МКПП с комфортом автоматической коробки. Но при этом стоимость «робота» значительно ниже классической АКПП. Именно эти факторы поспособствовали тому, что большинство автопроизводителей в настоящее время оснащают свои транспортные средства роботизированными коробками. Они устанавливаются как на модели эконом, так и премиум класса.

Конструкция роботизированной коробки передач

В зависимости от компании-производителя конструкция роботизированных коробок может разниться. Однако следует выделить их общее устройство: механическая коробка передач с интегрированной системой управления сцеплением и передачами.

В автоматизированных КПП применяется сцепление фрикционного типа: это либо отдельный диск, либо пакет фрикционных дисков. Инновационным считается т.н. двойное сцепление, способное передавать крутящий момент без потери мощности.

Как указывалось выше, основу конструкции роботизированной коробки составляет МКПП. Производители, как правило, используют уже готовые технические решения. К примеру, на базе АКПП 7G-Tronic построена автоматизированная коробка передач Speedshift от Mercedes – в этом случае гидротрансформатор был заменен фрикционным многодисковым сцеплением. Базой для SMG от BMW служит 6-ступенчатая «механика», оснащенная электрогидравлическим приводом сцепления.

«Роботы» могут комплектоваться гидравлическим либо электрическим приводом сцепления и передач. В качестве исполнительных устройств в электрическом приводе используются сервомеханизмы (механическая передача и электродвигатель). Гидравлический привод приводится в действие посредством гидроцилиндров, которые находятся под управлением электромагнитных клапанов. Этот вид привода также называют электрогидравлическим. Некоторые конструкции роботизированных коробок передач с электрическим приводом (Durashift EST от компании Ford, Easytronic от компании Opel) оснащаются гидромеханическим блоком с электродвигателем для перемещения главного цилиндра привода сцепления.

Электрический привод характеризуется меньшим энергопотреблением и невысокой скоростью работы – временной промежуток переключения передач варьируется в пределах 0,3–0,5 секунды. В гидравлическом приводе постоянно поддерживается давление в системе, поэтому он требует больших затрат энергии. Вместе с тем, он отличается более высокой скоростью работы. Некоторые коробки-роботы с гидроприводом, которыми комплектуются спортивные авто, отличаются поразительной скоростью переключения передач, например, у Lamboghini Aventador этот показатель составляет 0,05 cек., а у Ferrari 599GTO – 0,06 cек.

Эти качества определяют область применение агрегатов. Таким образом, «роботы» с электрическим приводом устанавливаются на бюджетные транспортные средства, а с гидравлическим – на автомобили сегмента премиум.

Электрическим приводом оснащаются следующие коробки передач:

SensoDrive от компании Citroen;
2-Tronic от компании Peugeot;
Easytronic от компании Opel;
MultiMode от компании Toyota;
Dualogic от компании Fiat;
Allshift от компании Mitsubishi;
Durashift EST от компании Ford.

Гидравлический привод устанавливается на следующие роботизированные коробки передач:

SMG от компании BMW;
R-Tronic от компании Audi;
Quickshift от компании Renault;
ISR от компании Lamborghini;
Selespeed от компании Alfa Romeo.

Электронная система осуществляет управление роботизированной коробкой передач. Она состоит из входных датчиков, исполнительных устройств и электронного блока управления. Задача входных датчиков заключается в отслеживании основных параметров коробки: положение селектора, положение вилок включения передач, частоту вращения на входе и выходе, температуру и давление трансмиссионного масла. Все параметры передаются в блок управления.

Учитывая входящие сигналы датчиков, электронный блок управления формирует команды для исполнительных устройств в соответствии с заложенной программой. Кроме того, электронный блок в процессе работы взаимодействует прочими электронными системами, среди которых система управления двигателем, система ABS (ESP). В коробках с гидравлическим приводом в систему управления также входит гидравлический блок управления (отвечает за управление гидроцилиндрами и давление в системе).

В зависимости от привода исполнительными механизмами выступают электромагнитные клапаны гидроцилиндров (гидравлический привод), электродвигатели (электрический привод).

Коробка передач с двойным сцеплением

Роботизированная коробка передач имеет достаточно весомый недостаток – относительно большой промежуток времени переключения передач. Данный недостаток влечет за собой провалы и рывки в процессе управлением машины, что в свою очередь приводит к снижению комфорта. Для решения данной проблемы была разработана коробка с двойным сцеплением, которая обеспечивает переключение без потери мощности.

При уже включенной передаче двойное сцепление позволяет выбрать следующую передачу и включить ее при первой потребности, при этом работа коробки передач не будет прервана. Отсюда исходит другое название – преселективная коробка передач (preselect – предварительный выбор).

Еще одним преимуществом «робота» с двойным сцеплением считается высокая скорость переключения. Причем, скорость зависит лишь от скорости переключения муфт (DCT M Drivelogic от BMW – 0,1 cек., DSG от Volkswagen – 0,2 cек.). Данный тип коробки передач отличается компактными размерами, что особенно важно для малолитражных автомобилей. Вместе с этим, отмечается повышенное энергопотребление, особенно это касается коробки с «мокрым» сцеплением. Высокая скорость переключения вместе с беспрерывной передачей крутящего момента обеспечивает хорошую разгонную динамику транспортного средства и значительную топливную экономичность.

Двойным сцеплением комплектуются многие роботизированные коробки передач:

DSG от компании Volkswagen;
Speedshift DCT от компании Mercedes;
DCT M Drivelogic от компании BMW;
PDK от компании Porsche;
S-Tronic от компании Audi;
Twin Clutch SST от компании Mitsubishi;
Powershift от компаний Ford и Volvo;
TCT от компании Alfa Romeo.

Даже спортивный автомобиль Ferrari 458 Italia укомплектована коробкой с двойным сцеплением Doppelkupplungsgetriebe. Вышеуказанные коробки передач имеют гидравлический привод сцепления и передач. В настоящий момент лишь одна коробка использует электропривод устройств – EDC (Efficient Dual Clutch) от компании Renault. Стоит отметить, что время переключения передач составляет всего 0,29 сек.

Лидерами по массовому применению коробок передач с двумя сцеплениями по праву считаются компании Audi и Volkswagen, которые устанавливают на свои автомобили коробки S-tronic и DSG с 2003 года. S-tronic, в отличие от коробки DSG, устанавливается продольно на оси полноприводных и заднеприводных автомобилей.

DCT M Drivelogic – это автоматизированная коробка передач с функцией Drivelogic. Данная функция предусматривает 11 программ переключения передач, из которых 6 предполагают выполнение в ручном режиме, а остальные 5 – это автоматизированные программы переключения передач. С помощью этой функции можно адаптировать смену передач под стиль вождения конкретного человека.

Принцип работы роботизированной коробки передач

У данного типа коробки передач предусмотрено два режима работы: автоматический и полуавтоматический. В первом случае электронный блок управления задействует определенный алгоритм управления коробкой, учитывая при этом сигналы входных датчиков. Команды блока управления выполняют исполнительные механизмы.

Полуавтоматический режим переключения передач аналогичен функции Типтроник на АКПП. Благодаря данному режиму обеспечивается возможность последовательно переключать передачи посредством селектора и/или подрулевых лепестков. По этой причине роботизированную трансмиссию также называют секвентальной КПП (sequensum – последовательность).

В чем разница между роботизированной коробкой передач и автоматической коробкой передач? Робот или машина: какая коробка лучше.

Современные автомобили оснащены коробками передач разных типов, и потребителю, особенно при покупке первой машины, сложно сделать правильный выбор среди этого разнообразия трансмиссий.

Поэтому в этой статье мы постараемся разобраться, чем автоматическая коробка передач отличается от робота, это вопрос, который беспокоит многих будущих автовладельцев.

Коробка автомат. Как известно, автоматическая коробка передач включает в себя два основных компонента — гидротрансформатор и коробку передач. Гидротрансформатор обеспечивает плавное и безредукторное переключение передач, по сути, работает вместо сцепления, которое есть на машинах с механической коробкой передач.

Редуктор станка состоит из определенного набора шестерен, они входят в зацепление и образуют несколько ступеней: 4, 5, 6 и даже 8.

Благодаря конструктивным особенностям автоматическая коробка передач сама переключает передачи (скорости) в зависимости от частоты вращения двигателя и давления масла без вмешательства водителя.Благодаря такому переключению передач электроника используется по минимуму.

КПП робот что это? Проще говоря, на механическую коробку передач установили блок управления, который состоит из гидропривода и сервопривода (электронного блока). Этот блок без вмешательства человека управляет сцеплением и переключением передач.

Принцип работы робота как у механика, только все происходит автоматически — гидравлика с электронным управлением все сделает сама.

Чтобы лучше понять, чем автоматическая трансмиссия отличается от роботизированной, рассмотрим их эксплуатационные характеристики.

1. Автоматическая коробка передач значительно снизила нагрузку на водителя при движении, особенно это заметно при движении в городских условиях. Современные автоматические трансмиссии (адаптивные) способны даже адаптироваться под каждого водителя, его стиль вождения. Также автомат отличается мягким и незаметным переключением передач.

Есть и минусы АКПП — это повышенный расход топлива, особенно в городе, и ремонт автомата, который иногда бывает, обойдется в приличную сумму.

2. Робот принадлежит механикам, а это значит, что обслуживание и ремонт будут дешевле, чем у машины. У машины с роботизированной коробкой расход топлива эквивалентен механической коробке передач, а в городе даже ниже, что не может не радовать. Кроме того, роботы потребляют меньше масла, чем автоматы.

Роботы передают крутящий момент от двигателя на колеса машины без значительных потерь, чего нельзя сказать о машине. Большой плюс роботизированной коробки в том, что она поддерживает ручное переключение передач, чего нет на многих машинах.

У робота тоже есть недостатки — это медленное переключение скоростей и рывки с рывками при работе коробки, это случается довольно часто, если водитель очень сильно нажимает на педаль газа. Также в черте города при парковке необходимо установить рычаг селектора в «нейтральное» положение.

А зачем это нужно, вы можете узнать из этого видео, в котором рассказывается о роботе-боксе.

Подведем итог, что отличает машину от робота:

робот — механическая коробка передач с блоком управления; машина имеет собственную конструкцию;
при переключении передач автомат выигрывает у робота по скорости и плавности переключения;
робот имеет ручное переключение, а многие машины не имеют такой функции;
робот-бокс потребляет меньше топлива и масла, чем автомат;
обслуживание и ремонт роботизированной коробки дешевле автоматической коробки.

Заключение Мое мнение: робот — темная лошадка, от которой можно ожидать неприятных сюрпризов. Выбираю автомат, он проработан и предсказуем в работе, к тому же новые АКПП с большим набором передач уже приближаются к механике по расходу топлива, а также эти автоматы могут подстраиваться под каждого водителя.

Сегодня автомобиль — это столь необходимое устройство для индивидуального использования, например мобильный телефон, фотоаппарат или персональный компьютер.Большинство автолюбителей в процессе выбора новой машины не могут до конца понять, чем коробка передач робота отличается от автомата, а также с трудом разбираются в технических особенностях и терминологии представленных их вниманию моделей. Автоматические трансмиссии скоро будут заменены механическими, но мало кто знает о большом количестве их разновидностей и отличий. Однако об этом пока рано говорить, теперь необходимо разобраться, что такое механика робота и что такое классическая машина.

«Автомат» состоит из двух основных элементов:

— альтернатива сцеплению, используемому в классической коробке передач.
Коробка передач состоит из зубчатых пар шестерен. В ее конструкции раскрывается особенность автоматической системы — возможность переключения скоростей без помощи водителя. Механизм практически не оснащен электроникой.

«Робот» в принципе близок к механике, но имеет некоторые отличия. В его составе есть тип, состоящий из сервоприводов и гидроприводов, работающих на основе определенных алгоритмов.Коробка передач самостоятельно переключает фрикционную систему сцепления, а также скорость, позволяет водителю не вмешиваться в этот процесс

Визуальное отличие «машины» от «робота»

Когда вы решили купить машину или уже сделали это, но понятия не имеете, какая коробка передач установлена внутри, вам нужен ответ на вопрос, в чем разница между автоматикой и роботом, почему одна лучше другой. Визуальная разница между этими двумя коробками передач — роботом и машиной — выражена достаточно четко.Все, что нужно, это обратить внимание на конструкцию канала переключения передач, они различаются. Если вверху есть такое положение, как Парковка — «П», то это АКПП АКПП, когда такого положения нет, но есть Нейтраль — «N», а также задний «R», тогда вы имеете дело с роботизированным устройством.

Принцип работы «автоматов»

АКПП АКПП состоит из двух частей (гидротрансформатор, коробка передач), о чем говорилось ранее.Теперь рассмотрим устройство и принцип работы коробки. Коробка передач передает усилие через систему шестерен, находящихся в зацеплении друг с другом в различных вариациях. Именно благодаря их положению сила меняется. Гидротрансформатор отвечает за плавное переключение одной скорости на другую, он также отвечает за выполнение функций, аналогичных механическому сцеплению.

Автоматическая коробка передач значительно облегчает управление, позволяя водителю не касаться педали сцепления в постоянном режиме.Водителю не нужно переключать передачи рычагом и контролировать плавность движения, так как автоматика все делает за него. Благодаря этому у владельца автомобиля есть масса способов полностью контролировать любую дорожную ситуацию (чем АКПП отличается от МКПП). Гидротрансформатор как агрегат здесь намного надежнее, в отличие от МКПП. Сломать его по неопытности практически невозможно. За счет этой детали снижается нагрузка на шасси и силовой агрегат.

Ресурсы двигателя лучше сохраняются за счет переключения передач на разумных скоростях. Топливо расходуется более экономно за счет большого количества ступеней передаточного числа. Самостоятельно, стоя на склоне, машина никогда не покатится, так как установлен пассивный режим охранной системы.

Помимо очевидных преимуществ, даже такой вариант управления имеет недостатки. Машина отличается от робота меньшей динамикой увеличения скорости во время езды. Менее экономичный расход топлива по сравнению с большим количеством ступеней редуктора.КПД агрегата намного ниже из-за поглощающей части мощности гидротрансформатора. Высокая стоимость агрегата влияет на общую цену всего продукта. Обслуживание, замена запчастей, ремонт — дороже.

Совет! Поскольку коробка с четырьмя передачами считается наиболее экономичной, отдавайте предпочтение меньшему количеству передач при покупке автомобиля с АКПП.

Во-первых, при наличии АКПП в штатном режиме водителю не нужно самостоятельно выбирать и включать передачу, работать педалью и т. Д.На практике это значительно упрощает процесс управления автомобилем, повышает комфорт и безопасность.

Что касается самих автоматических коробок передач, то сегодня в обиходе принято называть как автоматические коробки передач (вариаторы), так и вариаторы. Другими словами, существует несколько вариантов АКПП, при этом по ряду причин наиболее распространены классические АКПП и «роботы».

Прочитать статью

В чем разница между «роботом» и «машиной»

Чтобы понять, чем один вид коробки передач отличается от другого, необходимо рассмотреть их особенности и принцип действия.Сразу отметим, что и «автомат» (автоматическая трансмиссия), и «робот» (механическая трансмиссия, AMT) дают схожий конечный результат: трансмиссия автоматически выбирает и переключает передачи при движении с учетом скорости автомобиля, нагрузки двигателя, газа. положение педали и т. д. d.

Однако гидромеханическая автоматическая трансмиссия и роботизированная коробка передач РКПП принципиально отличаются по конструкции и принципу действия. Давайте рассмотрим их особенности и отличия более подробно.

Начнем с «классической» гидромеханической «машины» с.В отличие от робота, появившегося сравнительно недавно, обычный автомат появился очень давно и стал первым типом АКПП, который начали массово устанавливать на автомобили.

Если коротко, автоматическая коробка передач — это скоростная коробка передач, в которой гидротрансформатор (GDT) играет роль сцепления. В то же время он передается в газотурбинный двигатель через трансмиссионную жидкость ATF.

Клапанная пластина () и блок управления автоматической коробкой передач отвечают за управление работой автоматической коробки передач.Пластина имеет специальные каналы, по которым под давлением подается трансмиссионная жидкость. Каналы перекрываются клапанами (). По команде компьютера клапан открывается или закрывается, соответственно открывая или закрывая канал.

Когда клапан открыт, ATF воздействует на коробку передач, в результате чего происходит автоматическое переключение передач.

Достоинства и недостатки АКПП. Если говорить о плюсах и минусах гидромеханической АКПП, то в списке основных достоинств следует выделить надежность агрегата и проверенную временем конструкцию, а также способность выдерживать довольно большой крутящий момент.

Из минусов отметим, что хотя АКПП работает достаточно плавно, моменты переключения передач в автомате все же заметны для водителя. Также переключение передач может «затягиваться», особенно на старых «машинах». Отдельно стоит отметить высокий расход топлива для автомобилей с данным типом трансмиссии.

Что касается ремонта, то в случае выхода из строя как самой коробки, так и гидротрансформатора, следует готовиться к серьезным расходам. При этом ремонтопригодность автоматических коробок передач вполне приемлема, большое количество СТО предоставляют услуги по ремонту.

Роботизированная коробка передач изначально была спроектирована для максимальной экономии топлива и комфорта при упрощении и снижении стоимости самого агрегата. В условиях мирового топливного кризиса и жестких экологических стандартов это решение было призвано решить ряд проблем, присущих классическим гидромеханическим автоматическим трансмиссиям.

Проще говоря, в роботизированной коробке ножной привод сцепления заменен электрическим, а переключение передач осуществляется исполнительным механизмом.Электронный блок контролирует выбор передачи и ее включение, а также включение и выключение сцепления.

Управление этими ящиками в принципе напоминает действие уже известного однодискового робота. Тут все те же сервоприводы, исполнительные механизмы и контроллер. Основное отличие состоит в том, что, например, когда включена вторая передача, компьютер одновременно включает третью передачу, удерживая сцепление «выжатым». Как только наступает время переключения, в доли секунды отключается вторая передача, а третья передача уже включается заранее.

Во время езды блок управления коробкой передач оценивает действия водителя, учитывает скорость автомобиля, положение педали газа, нагрузку на двигатель и ряд других параметров для выбора наиболее подходящей передачи для конкретных условий. .

Плюсы и минусы «робота» с двойным сцеплением. Если говорить о преимуществах, то точки переключения «вверх» и «вниз» для водителя незаметны, максимальная скорость переключения позволяет практически полное отсутствие перерыва в потоке мощности, автомобиль разгоняется плавно и быстро.

Также сохраняется максимальная топливная экономичность, присущая всем роботизированным коробкам передач. При этом преселективные коробки наиболее экономичны по сравнению со всеми другими типами (однодисковый робот, АКПП, вариатор, механика).

Из минусов, прежде всего, такие коробки достаточно сложные, автомобили с преселективной коробкой передач имеют высокую стоимость. Ресурс этих типов трансмиссий больше, чем у аналогов с одинарным сцеплением, однако на практике он снижен по сравнению с классическими АКПП с гидротрансформатором.

Если говорить о ремонтопригодности, то в ремонте DSG и аналогов других производителей можно отказаться довольно дорого. На практике стоимость таких работ и запчастей часто превышает качественное восстановление АКПП с гидротрансформатором в рамках комплексной переборки или капитального ремонта КПП.

Обобщить

Как видите, у каждого из рассмотренных типов АКПП есть свои плюсы и минусы. Также, если рассматривать автоматическую коробку передач и коробку робота, есть отличия как в устройстве данных коробки передач, так и в принципах их работы.

Также перед покупкой автомобиля (особенно б / у) важно знать, какая коробка передач установлена, автомат или робот, как отличить эти типы коробок. Дело в том, что под общей концепцией АКПП сегодня могут быть скрыты как первый, так и второй варианты.

Как правило, рекомендуется отдельно изучить информацию о конкретной модели автомобиля, на каком поколении и в каких годах выпуска устанавливалась та или иная трансмиссия.Следует помнить, что визуально, например, DSG не отличить от обычной АКПП с Tiptronic. Другими словами, вам нужно знать, как отличить робота от машины в машине.

В заключение отметим, что однозначно ответить на вопрос, робот и автомат, что лучше, достаточно сложно. Если речь идет о новых машинах с автоматом, то КПП лучше выбирать с учетом личных предпочтений и финансовых возможностей.

Как правило, автомобиль с однодисковым роботом дешевле и экономичнее по расходу, однако комфорт при переключении передач по сравнению с классической АКПП может быть снижен. По этой причине оптимально перед покупкой опробовать модели с различными типами коробок передач.

В случае преселективных роботизированных коробок передач это классический автомат, который может показаться более «продуманным», немного страдает комфорт при переключении передач, хуже динамика разгона и т. Д.

Однако надежность гидротрансформатора АКПП на практике выше, такую коробку зачастую проще и дешевле ремонтировать. Эти особенности стоит учитывать отдельно, особенно если вы планируете приобретать подержанный автомобиль с автоматической коробкой передач.

Технические отличия робота от стандартного

В техническом плане эти типы коробок передач совершенно разные. АКПП представляет собой конструкцию с гидротрансформатором, а также электроникой для управления поведением автомобиля. Гидротрансформатор играет важную роль в этом наборе устройств, выполняя переключение передач в зависимости от скорости. Эта функция позволяет стабильно управлять машиной и ожидать ее специфической реакции.

Роботизированная коробка передач имеет механическую природу, поэтому она имеет ряд особых преимуществ по сравнению с механической коробкой передач.Коробка более гибкая, имеет довольно замечательный набор разнообразных функций и обеспечивает экономичную поездку. Основные отличия робота от штатной автоматической коробки передач следующие:

принцип работы надежной механической коробки передач, простота основной конструкции;
наличие большого количества электроники, управляющей сцеплением и переключением передач;
возможность активного изменения типа конструкции, которую используют все мировые производители;
экономия топлива из-за отсутствия возможности восстановления и раннего переключения передач;
возможность быстрого изменения настроек роботизированной коробки, придавая персонажу;
технологичность и современный дизайн, высокая надежность качественных агрегатов.

Конструкция стандартной автоматической коробки передач также имеет определенные преимущества. Такая коробка более надежна, не ломается и не требует дорогостоящего ремонта электроники. Конечно, гидротрансформатор — далеко не самый надежный технологический агрегат в автомобиле, но при правильной эксплуатации он оказывается долговечным и служит не меньше, чем двигатель.

Для всех этих функций требуется автомобиль со своим характером, с обычным автоматом и роботизированной коробкой передач.Действительно, разница в дизайне — не единственное различие между двумя узлами. Ящики также работают с индивидуальными функциями и создают определенные ощущения в разных режимах движения.

Особенности практической эксплуатации робота и штатной АКПП

Работающий роботизированный бокс не требует каких-либо функций. Сегодня многие уважающие себя концерны имеют брендовых роботов, и часто производители дают индивидуальные рекомендации по использованию узлов.Например, роботов Volkswagen DSG рекомендуется использовать на пониженных скоростях без использования спортивного режима.

Роботизированные коробки

Ford PowerShift лучше всего работают в среднем диапазоне, повышая не только эластичность реакций автомобиля, но и расход топлива. Автоматическая трансмиссия, изготовленная по стандартной модели, может выполнять множество задач и работать в различных условиях. Специфика использования такого узла следующая:

не набирайте скорость слишком резко — это приведет к повышенной нагрузке на АКПП;
следует избегать буксировки других автомобилей и тяжелых прицепов — работа коробки регулируется под вес машины;
при отсутствии нормального обслуживания вскоре необходимо будет заменить все узлы агрегата и прибегнуть к дорогостоящему ремонту;
часто не зависят от эксплуатации — иногда возникают неожиданно;
работа агрегата достаточно стабильная, часто с опозданием реагирует на нажатие педали газа;
часто в автоматических системах предусмотрена возможность Kick-Down — аварийный сброс на меньшую скорость для быстрого разгона.

Учитывая довольно чопорную работу автоматической коробки передач, система довольно раздражает и недостаточно динамична. Полностью изменится характер машины с таким же двигателем на механической коробке передач и с традиционной автоматической коробкой передач. Часто покупателей таких автомобилей искренне удивляет вялый и не слишком динамичный ход на очень мощных и объемных двигателях.

Тем не менее стандартная АКПП традиционного типа предохраняет силовой агрегат от чрезмерного износа, ведь двигатели с автоматами часто работают намного дольше, чем с МКПП или вариатором.Но АКПП стоит дороже, потому что ее все чаще можно увидеть в дизайне дорогих автомобилей повышенной комфортности, а не в комплектации недорогих автомобилей. О плюсах и минусах различных типов коробок передач смотрите в следующем видео:

Обобщить

Использование автоматических трансмиссий становится все более актуальным в наше время, ведь этот удобный элемент позволяет уделять больше внимания дороге и получать максимум информации об окружающей среде. Также АКПП любого типа удобны в пробках, где приходится постоянно включать механическую коробку передач.Но современная обрабатывающая промышленность предпочитает более доступные компоненты, такие как роботизированная коробка передач или вариатор.

Робот обходится производителю дешевле традиционной машины, а в эксплуатации до 200 тысяч километров показывает себя намного лучше своих конкурентов. Потому что популярность этого типа коробки передач в последнее время сильно выросла. Есть ли у вас какие-то предпочтения относительно использования того или иного типа автоматических коробок передач?

Любой автолюбитель, задумываясь над вопросом о покупке новой или подержанной машины, решает вопрос, с какой коробкой передач купить машину.И довольно часто именно этот выбор сбивает человека с толку.

И если с выбором между автоматом и механикой все относительно ясно, то роботизированные коробки передач вызывают у автолюбителей массу вопросов. Поэтому сегодня мы расскажем нашим читателям, чем робот отличается от автомата, и попробуем выяснить, что лучше: робот или автомат.

Ведь нужно учитывать все особенности автоматической и роботизированной коробки передач, их недостатки и достоинства.В чем, условно говоря, отличия робота от автомата, их плюсы и минусы. И прежде чем выбирать машину с той или иной коробкой, нужно все тщательно взвесить.

Автоматическая коробка передач

Автоматическая коробка передач состоит из двух основных модулей: гидротрансформатора и коробки передач. Основная функция гидротрансформатора — плавное переключение передач, а точнее плавное переключение передач без рывков. В определенной степени гидротрансформатор выполняет функцию сцепления, присущую автомобилям с механической коробкой передач.

Автоматическая коробка передач имеет несколько зацепленных пар шестерен. Коробка передач АКПП имеет несколько ступеней: 4, 5, 6. И возможности для разных по количеству ступеней АКПП совершенно разные.

ACP Преимущества

Автоматическая коробка передач обеспечивает легкое вождение. Не нужно выжимать и отпускать сцепление, не нужно думать о переключении передач, не нужно думать о том, с чего начать. За все это отвечает автоматика, высвобождая внимание водителя за дорогой.

Если рассматривать гидротрансформатор как аналог сцепления, становится очевидным, что, по сравнению с традиционным сцеплением, невозможно вывести этот механизм из строя так быстро, как это происходит с классическим сцеплением новоиспеченных драйверов.

АКПП не создает таких нагрузок на двигатель, как это бывает с механикой. Переключение скоростей происходит без лишнего увеличения количества оборотов. Таким образом, ресурс двигателя не расходуется зря.

За счет использования гидротрансформатора снижается нагрузка не только на двигатель, но и на шасси автомобиля.

Автомобили с автоматической коробкой передач имеют систему пассивной безопасности. Если машина стоит на склоне, она не может катиться.

Шестиступенчатая автоматическая коробка передач отличается меньшим расходом топлива.

ACP Cons

Автомобили с АКПП не обладают такой динамикой разгона, как на автомобилях с механикой.

На четырех- и пятиступенчатых автоматических коробках передач расход топлива значительный. Особенно это заметно в четырехступенчатых автоматических трансмиссиях.

В целом автомобили с автоматической коробкой передач имеют меньший КПД. Это связано с тем, что в гидротрансформаторе происходят значительные потери КПД.

АКПП сама по себе дорогая. Это не может не сказаться на общей стоимости автомобиля. К тому же ремонт и обслуживание АКПП стоит дорого.

В автоматической коробке передач используется большое количество масла. К тому же масло дорогое. И все это накладывает свой отпечаток на стоимость услуг.

Автомобиль с автоматической коробкой передач менее динамичный. Те. Разгон на нем занимает намного больше времени, чем то, что происходит на механике или на автомобилях с роботизированной коробкой передач.

Есть некоторая инерция переключения передач. Те. АКПП работает с небольшой задержкой.

Если начало движения происходит на склоне, может произойти определенный откат.

Роботизированная коробка передач

Теперь, чтобы узнать, чем робот отличается от машины, разберем особенности, плюсы и минусы роботизированной коробки передач.

Все редукторы этого типа можно разделить на два типа. Первый тип роботизированной коробки передач предполагает наличие, по сути, механической коробки передач с автоматическим управлением.

В такой коробке переключение передач осуществляется электронным способом. Таким образом, у такого устройства нет традиционного сцепления. Одновременно с переключением передач с помощью автоматики может происходить ручное переключение передач, как в обычной механике. В этом случае на автомобиль устанавливается сцепление.

Для таких коробок передач характерно прерывание крутящего момента, поэтому при переключении передач могут возникать провалы.

Второй тип роботизированных ящиков более совершенен. Такие коробки передач используются в автомобилях спортивного класса. Именно на тех машинах, которые участвуют в гонках. Специфика таких роботизированных коробок в том, что за разные передачи отвечают две системы сцепления. Благодаря наличию двух систем сцепления и прямого включения скорость переключения передач максимальная. Это очень важно в спорте.

Плюсы роботизированных коробок передач

Если рассматривать первый тип роботизированных коробок передач, их недостатки проявляются гораздо больше, чем их достоинства.Система довольно грубая.

Но, тем не менее, он имеет свои преимущества по сравнению с АКПП.

Роботизированные коробки передач более экономичны, чем автоматические трансмиссии. Их эффективность не уступает механическим коробкам передач.

Роботизированная коробка дешевле АКПП, а также дешевле в обслуживании и ремонте. Потребляет меньше масла, чем АКПП.

Вес роботизированных ящиков меньше автоматических ящиков.

Можно использовать специальные системы переключения передач на рулевом колесе, которые делают переключение передач очень быстрым.Таким образом, динамика автомобиля намного выше, чем у машин с автоматами.

Минусы роботизированных коробок передач

По сравнению с автоматическими коробками передач переключение передач не такое плавное. Очень заметны рывки машины во время смены.

Есть некоторая задержка после включения нужной передачи и начала ее выполнения.

Практически любая остановка требует перевода рычага в нейтральное положение, чего нельзя сказать о машинах с автоматической коробкой передач.

Любое проскальзывание при движении отрицательно сказывается на ресурсе коробки передач робота. Те. эта коробка в основном подходит для твердого дорожного покрытия.

Во время начала движения происходит некий откат. Хотя маленький.

Определенные выводы

Таким образом, на вопрос, какой робот или автомат лучше, однозначного ответа быть не может. Если бы один вариант был явно хуже другого, производители выпускали бы автомобили с коробкой передач только одного типа.Другое дело, что вопрос выбора механической коробки передач индивидуален, и каждый автомобилист решает его самостоятельно, исходя из своих представлений об удобстве и комфорте вождения.

Описание трансмиссий

: Ручная v Автоматическая v Двойное сцепление v CVT v Прочее

Чтобы помочь ему добраться из пункта А в пункт Б, двигатель автомобиля всасывает воздух и немного топлива, сжигая их и создавая вращательное движение, которое затем передается на колеса через трансмиссию.

Еще не так давно выбирать между трансмиссией было легко: механическая или автоматическая.Те, кто уделял первоочередное внимание стоимости, экономии топлива, производительности или удовольствию от вождения, выбирали руководства, в то время как все остальные выбирали автоматику. Простой.

Теперь, однако, есть Lineartronics, DSG, X-Tronics и множество других торговых марок, между которыми можно выбирать. Кто они такие? Отличаются ли они от прежней автоматики и мануалов? И в чем их преимущества?

Фон

Но до этого зачем нам нужны передачи? В конце концов, электрический Nissan Leaf и Tesla Model S, кажется, прекрасно обходятся без них.

Двигатели внутреннего сгорания не могут быть напрямую связаны с колесами автомобиля, поскольку двигатели обычно вращаются намного быстрее. Например, бензиновые двигатели обычно работают со скоростью от 600 до 6500 об / мин, в то время как колеса автомобиля обычно вращаются от нуля до 1500 оборотов в минуту.

Путем введения передаточного числа выходная частота вращения двигателя может быть уменьшена до соответствия скорости вращения колес. Имейте в виду, что наличие только одного передаточного числа довольно ограничивает. Представьте себе бензиновый автомобиль с одной передачей, рассчитанный на максимальную скорость 120 км / ч.Фактически, его единственное передаточное число было бы эквивалентом третьей передачи в большинстве современных автомобилей.

Если вы когда-нибудь пробовали ускоряться с места на третьей передаче, вы знаете, какое это мучительно медленное и болезненное упражнение. И не только это, но когда машина, наконец, разгонится до 110 км / ч, двигатель будет кричать на отметке 5500 об / мин. Ни терпение, ни барабанные перепонки, ни долговечность машины тоже не идут вразрез.

Коробки передач с несколькими передаточными числами, таким образом, позволяют автомобилям находить приемлемый баланс между ускорением, максимальной скоростью и экономией топлива.

Механическая коробка передач

Это самый простой и легкий тип трансмиссии, поскольку выбор и переключение передач являются исключительной прерогативой водителя.

Шестерни, находящиеся в металлическом корпусе трансмиссии — обычно пять или шесть передних передач, хотя Porsche 911 и Chevrolet Corvette имеют семь спортивных передач — доступны через переключатель в кабине.

Для переключения передач водитель нажимает педаль сцепления, которая отсоединяет сцепление от двигателя.Это позволяет двигателю вращаться с одной скоростью, а трансмиссии и колесам — с другой. После выбора нового передаточного числа с помощью рычага переключения передач водитель снова соединяет двигатель, трансмиссию и колеса, отпуская педаль сцепления.

На протяжении многих лет переключение передач облегчалось двумя технологиями: синхронизированные передачи и система помощи при трогании с места.

Синхронизирующие шестерни не только устранили большую часть шлифовки зубчатых колес, которая использовалась в руководствах, но также устранили необходимость в двойном выключении сцепления, когда водителям приходилось один раз выключать сцепление для перехода на нейтраль и снова выключать сцепление для выбора следующей передачи.Система помощи при трогании с подъема — это более поздняя разработка, которая пытается предотвратить скатывание машин с ручным управлением назад под уклон при старте с места. Это достигается за счет того, что тормоза остаются активными в течение нескольких секунд после отпускания педали тормоза, что дает водителю некоторую плавность управления сцеплением и акселератором.

На протяжении большей части истории автомобилестроения механические трансмиссии вознаграждали усилия водителей большей управляемостью, большим количеством передач, более быстрым ускорением, более высокими максимальными скоростями, меньшим расходом топлива и, при хорошем управлении, более плавным переключением передач.Но в связи с эволюцией автомобильных трансмиссий под управлением компьютеров некоторые автомобили демонстрируют более высокие показатели производительности и экономии топлива с автоматизированными трансмиссиями.

Это хорошие новости, особенно в Австралии и США, где подавляющее большинство автомобилей продается без педали сцепления.

Автоматическое руководство

В то время как энтузиасты получают удовольствие от овладения искусством безупречного переключения передач и маневров пятка-носок, для многих процесс выключения сцепления, выбора передачи и сцепления является обременительной рутиной.Так почему бы не приклеить гидравлику или сервоприводы к механической коробке передач, чтобы управлять сцеплением за нас?

На протяжении многих лет многие автопроизводители баловались механическими коробками передач без педалей сцепления, но, несмотря на простоту концепции, эта идея еще не получила должного воплощения в дорожных автомобилях.

Автоматические руководства восходят к культовому Citroen DS, а более поздние попытки были предприняты Alfa Romeo (Selespeed), Audi (R-Tronic), BMW (Sequential Manual Gearbox), Citroen (Servotronic), Ferrari, Lexus, Maserati, Peugeot и Smart (на фото выше).

Резкое переключение передач — основная проблема автоматических механических коробок передач. В полуавтоматическом режиме, когда водитель переключает передачи через заслонку +/- или подрулевые переключатели за рулевым колесом, это можно частично смягчить, оторвав дроссельную заслонку при переключении передач. Поскольку водитель не может точно настроить сцепление, оно обычно служит только для минимизации кренов.

Многие системы также предлагают полностью автоматический режим, но они страдают от жестко агрессивного или слишком невнятного переключения передач.Опять же, снятие дроссельной заслонки во время переключения передач помогает, но часто бывает менее утомительно переключать передачи самостоятельно, чем играть ясновидением для электронного мозга трансмиссии.

Автомат

Учитывая отмеченные выше недостатки автоматизированных механических коробок передач, легко понять, почему традиционная автоматика весьма заметно отличается от своих ручных собратьев.

Благодаря гидротрансформатору, который постоянно соединяет двигатель и трансмиссию, автоматика избегает расцепления и повторного включения сцепления при переключении передач или остановке автомобиля.

В то время как муфта физически соединяет двигатель и трансмиссию, преобразователь крутящего момента создает косвенную связь через ванну трансмиссионной жидкости. Всякий раз, когда двигатель работает, он вращает эту маслянистую гидравлическую жидкость, и если автомобиль не останавливается с включенными тормозами, жидкость затем вращает крыльчатку трансмиссии, которая со временем вращает колеса.

Поскольку двигатель косвенно вращает карданный вал, теряется определенное количество мощности (обычно менее 10 процентов). Современные автомобили компенсируют это блокирующей муфтой, которая включается на крейсерской скорости и эффективно превращает весь гидротрансформатор в одно гигантское сцепление.

В то время как механическая коробка передач имеет физическую передачу для каждого передаточного числа, автоматика имеет гораздо более сложную серию взаимосвязанных планетарных передач. Каждая зубчатая передача состоит из солнечной, планетарной и кольцевой шестерен, и любую из этих шестерен меньшего размера можно удерживать неподвижно, вращать двигателем или оставлять для свободного вращения. Передаточные числа трансмиссии производятся путем изменения частей в каждой зубчатой передаче, которые являются фиксированными, приводятся в действие или свободно вращаются.

Элементы каждой планетарной передачи управляются с помощью сложной гидравлической цепи и небольших муфт.В прошлом логика переключения и удержания передач управлялась другой гидравлической системой. Усовершенствования в вычислительной технике позволили современным автомобилям перейти на электронное управление, что позволило более плавно и логично переключать передачи.

Хотя автоматические коробки передач по-прежнему тяжелее и дороже в приобретении или ремонте, в настоящее время они уступают мало места механическим коробкам передач с точки зрения производительности, эффективности и количества передач — пяти- и шестиступенчатые коробки передач являются нормой, а семи- и восьмиступенчатые коробки передач являются нормой. — и девятиступенчатые модели становятся все более распространенными.

Tiptronic

В конце 1990-х годов в моде «Коробки передач Tiptronic». Они якобы сочетали в себе лучшее из автоматической (смотрите ма, без педали сцепления!) И механической трансмиссии (передачи, выбираемые водителем). На самом деле это был не другой тип трансмиссии, а скорее автоматическая коробка передач, которая позволяла легко выбирать передачу с помощью переключателя +/- и, иногда, лепестков или кнопок на рулевом колесе.

Когда-то относительно редко, функции Tiptronic теперь доступны в большинстве автомобилей с автоматической коробкой передач.

Двойное сцепление

Хотя коробки передач с двойным сцеплением (DCT) обычно используются в качестве замены традиционных автоматических коробок передач, их механическая работа на самом деле имеет больше общего со скромной механической коробкой передач. На самом деле, вероятно, проще всего представить DCT в виде двух механических коробок передач — одной для передач с четным номером, а другой для передачи с нечетным номером — каждая со своим собственным сцеплением (отсюда и название).

Допустим, вы ускоряетесь на третьей передаче.В этой ситуации для коробки передач с четным номером будет предварительно выбрана четвертая передача, которая будет работать. Когда компьютер трансмиссии или водитель думают, что пришло время переключиться на более высокую передачу, сцепление для нечетных передач отключается и включается четное сцепление.

Переключение с одного сцепления на другое занимает от восьми до 200 миллисекунд; это значительно быстрее, чем полсекунды или более, необходимые большинству водителей с ручным управлением для переключения передач. Тратя меньше времени между передачами, DCT часто могут превзойти аналогичные им ручные аналоги.

Некоторые трансмиссии, особенно от Volkswagen Group (VW, Audi, Skoda и др.), Имеют молниеносное переключение передач, что приятно видеть в действии. Обратной стороной быстро переключающихся DCT является то, что на более низких скоростях они имеют тенденцию дергаться и крениться. На стесненных парковочных местах может быть немного страшно внезапно выпадать вперед, даже если это всего несколько сантиметров, когда вы нажимаете педаль газа с величайшей осторожностью.

На рынке представлено два типа трансмиссий с двойным сцеплением: с сухим и мокрым сцеплением.Модели с мокрым сцеплением называются так потому, что сцепление залито морем масла, и этот тип часто встречается в автомобилях большой мощности. Версии с сухим сцеплением более эффективны, но с ограничениями по мощности и крутящему моменту, с которыми они могут справиться.

Как и многие новые технологии, большинство автопроизводителей решили продавать DCT под своими собственными торговыми марками: DSG (Volkswagen, Skoda, Seat), EcoShift (Hyundai), PDK (Porsche), PowerShift (Ford, Volvo), S. -Tronic (Audi), SpeedShift (Mercedes-Benz) и TC-SST (Mitsubishi).Для некоторых компаний, в первую очередь Volkswagen и Ford, DCT доступны на обычных автомобилях. Для других, таких как Nissan, BMW и Mitsubishi, использование ограничено высокопроизводительными моделями.

Бесступенчатая трансмиссия

Двигатели внутреннего сгорания развивают максимальную мощность и крутящий момент в узком диапазоне оборотов. Например, бензиновые двигатели без турбонаддува обычно развивают пиковую мощность около 5500 об / мин и максимальный крутящий момент при 4000 об / мин.

С системами трансмиссии, которые мы подробно описали выше, двигатель часто работает за пределами своих оптимальных возможностей для мощности, крутящего момента или эффективности.Бесступенчатая трансмиссия (CVT) стремится преодолеть это, предлагая бесконечное количество передаточных чисел между верхним и нижним пределом передаточного числа трансмиссии.

Большинство вариаторов имеют два шкива, соединенных V-образным ремнем: один шкив приводится в движение двигателем, а другой соединен с колесами. Для изменения передаточного числа трансмиссия регулирует высоту дорожного просвета ремня на шкивах.

В отличие от автомобилей с другими трансмиссиями, добавление автомобилю CVT немного большего количества бензина не обязательно приводит к увеличению оборотов двигателя, если вы действительно не настилаете его.

Для нетребовательных водителей CVT элегантно просты и эффективны, поскольку двигатель почти всегда работает с максимальной эффективностью. Для водителей, которые мечтают стать божеством, похожим на Сенну, вариатор не очень интересен. Вместо (надеюсь) приятного звука двигателя, скачущего вверх и вниз во всем диапазоне оборотов, вариатор удерживает двигатель на высоких оборотах, что обычно приводит к тупому дрону, когда вы нажимаете на него.

Все вариаторы имеют выбираемое водителем низкое передаточное число или режим торможения двигателем для крутых подъемов, в то время как некоторые идут еще дальше, предлагая ряд искусственных «передач» или фиксированных передаточных чисел, чтобы водитель мог их переключать.

Как и в случае с DCT, производители автомобилей склонны использовать различные маркетинговые названия для своих систем CVT: Lineartronic (Subaru), Multitronic (Audi) и X-Tronic (Nissan).

Описание трансмиссий: Ручная v Автоматическая v Двойное сцепление v CVT v Прочее

Автоматическая механическая коробка передач (AMT) — x-engineer.org

В легковом автомобиле роль трансмиссии заключается в адаптации характеристики крутящего момента первичного двигателя (двигателя внутреннего сгорания или электродвигателя) к дорожной нагрузке.Чтобы лучше понять, как работает трансмиссия и почему мы должны устанавливать их в транспортном средстве, прочтите следующие статьи:

Трансмиссия транспортного средства обычно содержит соединительное устройство (сцепление или гидротрансформатор), многоскоростную коробку передач, карданный вал (для заднего привода), дифференциал и карданные валы. Иногда в технической литературе для описания коробки передач используется слово «трансмиссия».

В зависимости от того, кто принимает решение о переключении передач, а также от типа срабатывания сцепления и передач, существует несколько типов трансмиссий:

В автомобиле с механической коробкой передач (МТ) водитель принимает решение, когда следует shift, а также включает сцепление и передачи.

В коробке передач с электронным сцеплением (без педали сцепления) решение о переключении также принимает водитель. Разница в том, что срабатывание сцепления также может происходить автоматически (с помощью электрогидравлического или электрического привода), а переключение передач по-прежнему осуществляется водителем.

В автоматической механической коробке передач (AMT) или (AT) как решение о переключении передач, так и приведение в действие сцепления / передач принимаются автоматически, без вмешательства водителя.Узлы сцепления и шестерни имеют электрогидравлические или электрические приводы, управляемые электронными модулями управления (ЕСМ).

Разница между AMT и AT на аппаратном уровне. У AMT есть шестерни постоянного зацепления, как у MT, в то время как у AT есть планетарные (планетарные) шестерни в сборе. С программной (функциональной) точки зрения как AMT, так и AT могут выполнять автоматическое или ручное (решение водителя) переключение передач.

В этой статье мы остановимся на автоматической механической трансмиссии (АМТ) .

В мировом масштабе доля рынка автоматизированных механических коробок передач довольно мала, только 1% от общего числа проданных автомобилей оснащены AMT.

Изображение: Доля Globat на рынке типов трансмиссий
Кредит: Statista

Electric — трансмиссии для электромобилей (обычно односкоростные трансмиссии)
AMT — Автоматические механические трансмиссии
DCT — Коробка передач с двойным сцеплением
CVT — Бесступенчатая трансмиссия
AT — Автоматическая коробка передач
MT — Механическая коробка передач

Даже если доля мирового рынка в период с 2012 по 2015 год оставалась постоянной, количество произведенных автоматических механических коробок передач росло с каждым годом.Это в основном связано с увеличением количества произведенных автомобилей и увеличением доли рынка AMT в Индии.

Изображение: прогноз AMT для производства автомобилей во всем мире с 2010 по 2015 год (в миллионах)
Кредит: Statista

На автомобиле с механической коробкой передач включение / выключение сцепления и передач контролируется непосредственно водителем через сцепление. педаль и рычаг переключения передач. На AMT больше нет педали сцепления, а рычаг переключения передач заменен рычагом выбора программы.Приведение в действие сцепления и передач осуществляется электрогидравлическим приводом электрических приводов, управляемым электронными сигналами, поступающими от электронного модуля управления.

Изображение: Основные компоненты механической трансмиссии (MT)
Кредит: LuK (Schaeffler)

педаль сцепления
резервуар для жидкости срабатывания сцепления
главный цилиндр
трубопровод высокого давления
рабочий цилиндр (концентрический рабочий цилиндр, CSC )
(сцепление) нажимной диск
двухмассовый маховик
фрикционный диск (сцепление)
синхронизатор
механизм переключения передач
рычаг переключения передач
выходной вал
входной вал

автоматизированная механическая коробка передач ( AMT) в основном представляет собой механическую коробку передач (МТ) с электронным управлением сцеплением и приводами передач.Для преобразования механической коробки передач в автоматизированную ручную коробку передач педаль сцепления (1) и рычаг переключения передач (11) заменяются электрогидравлическими или электрическими приводами.

Первые поколения AMT были основаны на концепции «надстройки », что означает, что существующий, уже спроектированный MT был преобразован в AMT путем добавления внешних исполнительных механизмов с электронным управлением. В более поздних поколениях AMT приводы были встроены в них на ранних этапах проектирования.

Изображение: преобразование MT в AMT
Кредит: LuK (Schaeffler)

Для преобразования MT в AMT требуется:

замена исполнительного механизма сцепления на электрогидравлический / электрический привод
замена механизма переключения передач с электрогидравлическим / электрическим приводом
интеграция электронного модуля управления
интеграция: датчика скорости входного вала, датчика положения муфты, выбора передачи и датчиков положения включения, датчика положения рычага переключения передач, датчика давления и температуры жидкости (в случае электрогидравлическая система управления)
программное обеспечение для управления двигателем, которое позволяет регулировать крутящий момент во время переключения передач

В зависимости от производителя автомобиля автоматические механические трансмиссии имеют разные коммерческие названия, но в конечном итоге они одинаковы с точки зрения функциональности:

Easytronic (Opel)
Quickshift, Easy-R (Renault)
Sensodrive (Citroen)
Selespeed (Alfa Romeo)

Процесс переключения передач

На механической коробке передач, начиная с нейтральной точки (N) рычага переключения передач, процесс переключения передач можно разделить на две фазы:

выбор передачи (также называемый выбором ворот): при выборе соответствующей плоскости / линии передачи
включение передачи : когда фактически включена следующая передача

Например, для включения передачи 1 ^st , рычаг переключения передач сначала перемещается влево в плоскости 1-2, а затем толкается вперед.

Изображение: Фазы переключения передач

Поскольку включение передачи представляет собой комбинацию двух движений по разным осям, AMT требует:

2 привода для процесса переключения передач
1 привод для включения / выключения сцепления

Привод можно определить как устройство, которое преобразует электрический сигнал (посылаемый электронным модулем управления) в физическое действие (поступательное движение или вращение). Приводы могут быть электромагнитным клапаном, который регулирует давление жидкости, или электродвигателем, который вращает зубчатое колесо.

Easytronic AMT (Opel)

Автоматическая механическая коробка передач Easytronic имеет гибридный электрогидравлический привод для включения / выключения сцепления и два электрических привода для переключения передач (выбор и включение).

Изображение: Easytronic (AMT) — компоненты
Кредит: Opel

сцепление (саморегулирующееся сцепление, SAC ^®)
рабочий цилиндр сцепления (CSC)
электродвигатель (постоянный ток) — активация сцепления
поршень (внутри цилиндра)
механизм переключения передач
электродвигатель (постоянный ток) — выбор передачи
электродвигатель (постоянный ток) — включение передачи

Когда положение сцепления контролируется электронным модулем управления, это важно либо для поддержания постоянных механических параметров сцепления, либо для адаптации алгоритмов управления к износу сцепления.

Фрикционный диск изнашивается в течение срока службы, из-за чего ход сцепления (расстояние открытия / закрытия) может изменяться (меньше для нового сцепления). Для электронного модуля управления это рассматривается как нарушение процесса включения / выключения сцепления и может привести к неправильному срабатыванию сцепления. Есть два способа преодолеть это:

механическая саморегуляция муфты
изучение хода муфты и адаптация алгоритмов управления

Муфта (1) автоматически регулирует свой ход (расстояние открытия / закрытия) износ фрикционного диска.Саморегулирующееся сцепление (SAC) производится компанией LuK (Schaeffler).

Изображение: Easytronic — привод сцепления
Кредит: Opel

корпус привода со встроенным блоком управления трансмиссией (TCU)
червяк (шестерня)
червячное колесо
электродвигатель постоянного тока (со щетками)
поршень
выход труба (в направлении CSC)
впускная труба (от резервуара)
шатун

Привод сцепления представляет собой смесь гидравлического и электрического срабатывания.Когда необходимо выключить сцепление, электродвигатель (4) получает питание от TCU. Ротор электродвигателя напрямую связан с червяком (2), который находится в постоянном зацеплении с червячным колесом (3). Вращательное движение червячного колеса преобразуется в поступательное движение шатуном (8), который толкает поршень (5) и создает давление. Через выпускное отверстие (6) жидкость под давлением достигает рабочего цилиндра сцепления (CSC) и приводит в действие сцепление.

Гидравлический контур состоит из цилиндра и поршня со стороны привода и рабочего цилиндра сцепления с другой стороны.Сила срабатывания муфты прямо пропорциональна давлению жидкости в контуре.

Таким образом, положение муфты регулируется давлением жидкости в гидравлической системе, которое зависит от положения электродвигателя постоянного тока (DC).

Изображение: Easytronic — привод с зубчатой передачей
Кредит: Opel

электрический разъем для электродвигателя переключения передач
электрический разъем для электродвигателя переключения передач
электродвигатель переключения передач
зубчатая рейка
палец переключения передач (для переключения передач)
шестерня

Из нейтрального положения, если необходимо включить передачу, электродвигатель выбора передачи (3) перемещает рейку (4) вверх и вниз.Когда выбрана соответствующая плоскость шестерни (шибер), электродвигатель включения шестерни (1) будет вращать шестерню (6), которая будет вращать палец включения шестерни (5). Скользящие втулки синхронизаторов шестерен через вилку и вал соединены с пальцем включения шестерни (5). Когда палец включения шестерни (5) перемещается в одно из своих конечных положений, шестерня включается.

В электродвигатели встроены датчики положения. На основе информации о положении модуль управления трансмиссией регулирует электрическую мощность двигателей, чтобы привести их в ожидаемое положение.

Easytronic 3.0 (Opel)

В новой 5-ступенчатой автоматической механической коробке передач Easytronic 3.0 от Opel / Vauxhall используются электрогидравлические приводы для переключения сцепления и переключения передач. Новый AMT также может поддерживать функции остановки и запуска двигателя.

Максимальный входной крутящий момент трансмиссии составляет 190 Нм, и она может быть установлена на бензиновых двигателях 1,4 л или дизельных двигателях 1,3. Вилки переключения передач и синхронизаторы являются общими для варианта с механической коробкой передач.

Изображение: Easytronic 3.0 AMT
Кредит: Opel

Электрогидравлический модуль, отвечающий за включение сцепления и передачи, состоит в основном из: насоса (с электродвигателем), гидроаккумулятора давления, резервуара для жидкости и блока электромагнитных клапанов. Кроме того, датчики выбора передачи и положения включения и датчик давления жидкости интегрированы в один и тот же модуль без проводки. Это дает преимущества с точки зрения стоимости, массы, упаковки и надежности системы.

Для измерения частоты вращения первичного вала новая автоматизированная механическая коробка передач оснащена датчиком частоты вращения, работающим по принципу эффекта Холла.Шестерня 4 ^th служит мишенью для датчика скорости, поэтому отдельное целевое колесо не требуется, и все валы могут использоваться без изменений в приложениях AMT или MT.

Параметры передачи приведены в таблице ниже.

]

Параметр		Значение
Максимальный крутящий момент [Нм]		190
Передаточное число [-]	1 ^st шестерня 3.727
	2 ^nd шестерня	2,136
	3 ^ряд шестерня	1,323
	4 ^th10 9068 5 9068 9068	0,674
	Шестерня заднего хода	3,308
	Шестерня главной передачи	4,188 (4,625), в зависимости от применения
Межосевое расстояние [мм]		180	365
Масса (сухая) [кг]		39
Объем трансмиссионной жидкости [л]		1.6

Положение сцепления регулируется пропорциональным электрогидравлическим клапаном, который регулирует давление (масла) в концентрическом рабочем цилиндре (CSC). CSC также оснащен бесконтактным датчиком положения, в котором используется чувствительный элемент на эффекте Холла.

Преимущество измерения положения непосредственно на CSC заключается в том, что динамические и температурные эффекты в гидравлической линии включаются в контур управления, в отличие от измерения положения на главном цилиндре.Недостатком является то, что осевые пульсации CSC во время работы двигателя также обнаруживаются датчиком положения и накладываются на сигнал перемещения. Подходящая фильтрация компенсирует этот эффект во время обработки необработанного сигнала в контроллере передачи.

Quickshift AMT (Renault)

Первое поколение автоматизированных механических коробок передач (AMT) Quickshift было интегрировано с электрогидравлическим приводным модулем поверх механической коробки передач (MT). Положения сцепления и коробки передач полностью регулируются модулем управления трансмиссией (TCM) посредством давления жидкости.В системе отсутствуют электродвигатели для включения сцепления и передачи, а только электромагнитные клапаны с электронным управлением.

Изображение: Quickshift (AMT) — компоненты
Кредит: Renault

гидроаккумулятор
цилиндр с поршнем для включения сцепления
узел гидравлического насоса (приводится в действие электродвигателем)
датчик положения сцепления
выбор и включение передачи шток
датчик положения включения передачи
цилиндр с поршнем для включения передачи
цилиндр с поршнем для выбора передачи
датчик положения выбора передачи

Приведение в действие сцепления и передач осуществляется с помощью жидкости под давлением.Узел гидравлического насоса (3) создает давление в гидравлической системе до 30-40 бар. Гидравлический аккумулятор (1) предназначен для хранения жидкости под высоким давлением. После нескольких переключений передач или срабатывания сцепления давление в системе (считываемое датчиком давления) снизится. Давление восстанавливается до номинального с помощью электронасоса.

При переключении передач блок управления трансмиссией выполняет следующие операции:

регулирует давление в CSC через привод (2) для размыкания сцепления
увеличивает давление в цилиндре с поршнем для выбора передачи (8)
увеличивает давление в цилиндре с поршнем для включения передачи (7)
регулирует давление в CSC через привод (2), чтобы закрыть сцепление

Все регулирование давления осуществляется через электрогидравлические клапаны и управляется TCU.

Изображение: Автоматическая ручная трансмиссия — гидравлические приводы (надстройка)
Кредит: Magneti Marelli

гидроаккумулятор
электронный модуль управления (установлен на блоке электрогидравлических клапанов)
резервуар для жидкости
электродвигатель (для приведения в действие насоса) )

В первом поколении Quickshift AMT используется электрогидравлический дополнительный модуль , поставляемый Magneti Marelli. Этот модуль устанавливается поверх существующей механической трансмиссии и заменяет внешнее сцепление и механизмы переключения передач.

Easy-R AMT (Renault)

Новое поколение автоматизированной механической коробки передач от Renault, Easy-R, использует электромеханический привод вместо гидравлической технологии для «повышения гибкости и более быстрого реагирования», при этом количество компонентов было уменьшено примерно на 25% для обеспечения «большей надежности и упрощения обслуживания».

Изображение: Автоматическая механическая коробка передач Easy-R
Кредит: Renault

Приведение в действие сцепления осуществляется одним электродвигателем.Выбор передачи и включение передачи приводятся в действие электродвигателями. Что касается упаковки, то модуль включения сцепления интегрирован с блоком управления трансмиссией, а приводы зубчатых передач объединены в отдельный модуль.

Sensodrive AMT (Citroen)

Автоматическая механическая коробка передач от Citroen, Sensodrive, схожа с Easytronic (Opel) по компонентам и принципам работы. Приведение в действие сцепления осуществляется одним электродвигателем, выбор передачи и включение — двумя электродвигателями.

Изображение: Sensodrive (автоматизированная механическая коробка передач)
Кредит: Citroen

При переключении передач в AMT электронные блоки управления двигателем и трансмиссией работают вместе и обмениваются информацией. Переключение передач должно выполняться, даже если водитель нажал педаль акселератора и двигатель выдает крутящий момент.

Чтобы синхронизировать выходной крутящий момент двигателя с положениями сцепления и передачи, система управления двигателем (EMS) должна обмениваться информацией о крутящем моменте и скорости с модулем управления трансмиссией (TCM).Обмен всей информацией осуществляется по коммуникационной шине, называемой сетью контроллеров (CAN).

TCM также обменивается информацией с блоком управления кузовным оборудованием (BCU), чтобы показать водителю режим движения и включенную передачу.

Изображение: Sensodrive (AMT) — архитектура системы
Кредит: Citroen

модуль управления трансмиссией (TCM)
модуль включения сцепления
модуль включения передачи
датчик скорости вала

Текущая тенденция в автомобильной промышленности для сцепления и передач использовать только системы срабатывания электродвигателей.Основная причина заключается в том, что по мере развития электроники и электрических технологий стало возможным проектировать и производить недорогие, надежные, высокоэффективные электрические приводы с требуемым уровнем производительности (например, временем отклика). Эти приводы также могут обеспечивать необходимое усилие срабатывания с минимальным количеством электроэнергии.

Модули переключения передач также имеют уровень встроенных диагностических функций . Если возникает проблема с электродвигателями или датчиками положения, модуль управления трансмиссией информируется и принимает соответствующие меры, чтобы гарантировать безопасность автомобиля и целостность компонентов.

Режимы движения

В настоящее время водителю довольно сложно различить AMT, AT или DCT. Если на аппаратном уровне они различаются по компоновке и компонентам, то на функциональном (программном) уровне все они ведут себя одинаково.

В автомобиле AMT у водителя есть педаль акселератора, педаль тормоза, рычаг переключения программ / передач и (опционально) подрулевые лепестковые переключатели. С помощью рычага водитель может выбрать как минимум четыре режима:

Автоматический (также называемый Drive) (A, D)
Ручной (M или +/-)
Neutral (N)
Reverse (R)

Изображение: Рычаг переключения передач Opel Zafira (AMT)
Кредит: Opel

В автоматическом режиме (также называемом режимом движения) как решение о переключении передач, так и фактическое переключение передач выполняется модулем управления коробкой передач, без какого-либо вмешательства или участия водителя.Основным критерием переключения передач является вычисленная функция скорости автомобиля и нагрузки двигателя (положения педали акселератора).

В Ручной режим водитель может решить, когда переключать передачи. Если нажать «+» для переключения на более высокую передачу, а «-» — для переключения на более низкую передачу. В этом режиме активны некоторые функции защиты, которые переключают передачи, даже если водитель этого не запрашивал. Например, если частота вращения двигателя слишком высока, будет выполнено переключение на повышенную передачу, а если частота вращения двигателя слишком низкая (недостаточный крутящий момент двигателя), будет выполнено переключение на пониженную передачу.

Большинство автомобилей с AMT имеют Снежный режим . Этот режим полезен в условиях движения с низким трением дороги. В этом режиме для трогания с места выбирается передача 2 ^nd вместо передачи 1 ^st. Таким образом ограничивается сила тяги на колесе и предотвращается проскальзывание колеса.

Основные преимущества автоматизированной механической коробки передач (AMT) по сравнению с механической коробкой передач (MT):

более комфортное вождение (переключение передач происходит автоматически)
лучшая экономия топлива (двигатель поддерживается в наиболее экономичной рабочей зоне за счет передаточного числа)
Диагностика износа (исполнительные механизмы с электронным управлением могут измерять износ сцепления и информировать водителя)

Недостатком является более высокая цена трансмиссии, что приводит к немного более высокой цене автомобиля.

Вот разные типы автоматических коробок передач

Автоматические коробки передач стали лучшим выбором для большинства водителей по всему миру. Удобство, беспроблемное переключение передач и доступность превзошли использование традиционных трехпедальных переключателей. В то время как автоматические трансмиссии начинались как простые механизмы переключения передач, которые были известны менее чем звездной экономией топлива, годы разработок сделали автоматическую коробку передач предпочтительной для производительности и эффективности.

Более быстрое переключение передач, чем ручное, заставило некоторых производителей отказаться от ручки в качестве опции для автомобилей с высокими характеристиками, полагаясь на компьютер и множество датчиков для определения оптимальных точек переключения на повышенную и понижающую передачу. Кроме того, более умные компьютеры и датчики создали автоматику, которая отдает приоритет меньшей мощности и правильному выбору передачи для максимальной экономии топлива.

На первый взгляд может показаться, что автоматические трансмиссии ограничиваются только автоматическим переключением передач, но существует множество вариаций, которые используются практически во всех типах транспортных средств.Давайте рассмотрим каждый вид, выделим их характеристики и кое-что узнаем об их приложениях.

Традиционная автоматическая коробка передач

Эту широко используемую автоматическую коробку передач, более известную как автомат с гидротрансформатором, можно найти почти в каждом автомобиле. Эта трансмиссия использует гидравлическую гидравлическую муфту или гидротрансформатор для переключения передач вместо сцепления.ЭБУ (блок управления двигателем) напрямую связан с этим механизмом, чтобы обеспечить плавное и точное управление двигателем автомобиля.

Автоматическая коробка передач

Возможно, вы знаете, что это полуавтоматическая коробка передач, но она носит другие названия. В этом типе автоматической коробки передач используется обычная конфигурация сцепления и передачи, но используются датчики, исполнительные механизмы, процессоры и пневматика для имитации использования ручной передачи.Эти типы транспортных средств известны резким движением двигателя на низких скоростях и резким ускорением, но могут расходовать много топлива на больших расстояниях.

Бесступенчатая трансмиссия (CVT)

Используя ремни или шкивы вместо традиционных стальных шестерен, бесступенчатая трансмиссия обеспечивает плавное переключение передач с различными передаточными числами в зависимости от частоты вращения двигателя или числа оборотов в минуту.Это обеспечивает максимальную эффективность и непрерывное ускорение, что способствует экономии топлива. Однако шум двигателя может быть громким.

Коробка передач с двойным сцеплением (DCT)

Комбинация автоматической и механической коробки передач, коробка передач с двойным сцеплением не имеет преобразователя крутящего момента. Вместо этого он использует два отдельных вала с собственными муфтами для переключения передач: один для шестерен с нечетными номерами, а другой — для передач с четными номерами.Переключение на более высокую и низкую передачи происходит плавно, но при этом может быть шумно и может происходить грубое переключение после износа. DCT — это сухая трансмиссия, которая не требует от водителя замены жидкости в коробке передач. Из-за этого сцепления остаются сухими и, в конечном итоге, теряют свои фрикционные свойства.

DSG (Коробка передач с прямым переключением передач)

Используя аналогичную настройку коробки передач с двойным сцеплением, в коробке передач с прямым переключением (DSG) используются два сцепления, которые поочередно отключаются при переключении передач.Эта установка обеспечивает быстрое переключение передач и более плавное ускорение. Современные системы также обеспечивают топливную экономичность, превосходящую механические коробки передач. Система DSG — это трансмиссия «мокрого типа», поэтому рассчитывайте на десятилетия эксплуатации при регулярной замене жидкости.

Коробка передач Tiptronic

Обычно применяемая в автомобилях с высокими характеристиками или спортивными автомобилями, также известная как «мануматическая», трансмиссия tiptronic была впервые разработана компанией Porsche в 90-х годах.Он работает аналогично механической коробке передач, но вместо педали сцепления использует преобразователь крутящего момента. Существует возможность автоматического переключения передач и возможность для водителя отменить автоматический режим для ручного выбора передач. Имеется встроенная функция безопасности, которая не позволяет водителю повредить коробку передач из-за превышения числа оборотов при переключении на пониженную передачу.

Статьи по теме

CVT vs DCT vs Automatic — в чем разница и что лучше? 5 преимуществ вождения с механической коробкой передач Как водить вариатор — вот несколько советов Почему вариаторы такие эффективные — упрощенное объяснение Понимание различий между CVT, DCT и обычным АКПП
Как работает трансмиссия с двойным сцеплением | Hyundai Media Newsroom
Чтобы ответить на вопрос, нам нужен небольшой урок истории.Большинство водителей знают о двух типах трансмиссии, используемых при переключении передач на дороге; ручной и автоматический.
Те, кто научился водить машину с механической коробкой передач, несомненно, помнят уроки владения педалью сцепления и рычагом переключения передач. В ручном режиме водитель нажимает на сцепление и управляет ручкой с помощью набора шестерен. Если не сделать плавный ход, автомобиль может раскачиваться, что означает не всегда комфортную поездку для пассажиров.
Автоматическая коробка передач, обычно ассоциируемая с американскими автовладельцами, выполняет всю работу за водителя, используя сцепления, гидротрансформатор и шестерни.
Коробка передач с двойным сцеплением (DCT) находится посередине. Этот тип технологии, также известный как полуавтоматическая трансмиссия, был обычным явлением в кругах автоспорта, но стал постоянно появляться в крупносерийных моделях.
Развитие трансмиссии с двойным сцеплением
Считается, что этот тип трансмиссии был изобретен французским военным инженером Адольфом Кегрессом до Второй мировой войны, но из-за проблем с его бизнесом он так и не разработал рабочую модель.
Проблема с механическими коробками передач того времени заключалась в том, что ими было сложно управлять, требуя силы и времени, что вдохновило Kégresse на разработку плавной самопереключающейся коробки передач.
Однако только в 1980-х годах DCT вернулась в мир гоночных автомобилей, где вопрос времени означал, что в соревнованиях учитывалась каждая секунда. Тогда только в начале 2000-х он дебютировал в коммерческом автомобиле, подчеркнув, что DCT является относительно новой и быстро развивающейся технологией в автомобильной промышленности.
Как работает DCT?
Хотя преимущества автоматической коробки передач по сравнению с механической кажутся очевидными (принимая на себя нагрузку с водителя), почему двойное сцепление рассматривается как все более популярная альтернатива, когда автоматические системы менее дороги и менее сложны?
Причина в том, что DCT обеспечивает более быстрое переключение передач и большую экономию топлива, повышая эффективность по сравнению с другими типами трансмиссий.
Границы | Компактные редукторы для современной робототехники: обзор
Введение
Промышленные роботы составляют основу нескольких крупных традиционных производств, включая автомобилестроение и электронику.Сегодня многие регионы мира видят реальную возможность возродить обрабатывающую промышленность, внедряя роботов на малых и средних предприятиях (МСП) и в вспомогательные услуги, как правило, в здравоохранении (SPARC, 2015).
Для крупномасштабных промышленных сред с высокой степенью автоматизации преимущество роботизированных решений по сравнению с людьми-операторами в основном заключается в (i) большей доступности и (ii) способности перемещать — обычно большие — полезные грузы с исключительной точностью позиционирования и с высокой скоростью.Эти аспекты имеют решающее значение при разработке и выборе подходящих технологий для промышленного робота, особенно для первичных двигателей и трансмиссий, обеспечивающих движение этих устройств.
Применения в производстве и персональном обслуживании малых и средних предприятий бросают вызов этой традиционной парадигме робототехники. Ключ к успеху в этих новых приложениях лежит в очень высокой степени гибкости, необходимой для обеспечения безопасного и эффективного прямого сотрудничества с людьми для достижения общих целей.Эта цель требует, чтобы роботы сначала развили способность безопасно взаимодействовать с людьми в дисциплине, обычно называемой pHRI — физическое взаимодействие человека и робота.
pHRI оказывает широкое влияние на срабатывание роботов. Опыт, накопленный за последние десятилетия, в основном в области робототехники в сфере здравоохранения, показывает, что для безопасного и эффективного взаимодействия с людьми роботы должны в основном двигаться, как люди, и, следовательно, жертвовать некоторыми из своих традиционных преимуществ с точки зрения полезной нагрузки, точности и скорости.Эта ситуация привела к обширным исследованиям в последние годы, охватывающим оптимальный выбор первичных двигателей и передач для срабатывания HRI (Zinn et al., 2004; Ham et al., 2009; Iqbal et al., 2011; Veale and Xie, 2016 ; Verstraten et al., 2016; Groothuis et al., 2018; Saerens et al., 2019).
Эти работы относятся к более широкой области исследований, изучающих оптимизацию соединения между первичным двигателем и коробкой передач для данной задачи в автоматических машинах. Краткий обзор основных разработок в этой области дает полезные сведения, позволяющие понять влияние коробки передач на общую производительность системы.Паш и Серинг (1983) определили важность инерции при срабатывании и предложили использовать передаточное число для согласования инерции двигателя и отраженной нагрузки как средство минимизации потребления энергии для чисто инерционной нагрузки. Чен и Цай (1993) применили эту идею к области робототехники и определили результирующую способность к ускорению конечного эффектора как определяющий параметр. Ван де Стрете и др. (1998) разделили характеристики двигателя и нагрузки, чтобы распространить этот подход на общую нагрузку, и предоставили метод определения подходящих передаточных чисел для дискретного набора двигателей и коробок передач.Roos et al. (2006) изучали выбор оптимального привода для трансмиссии электромобилей, добавляя вклад КПД коробки передач. Giberti et al. (2010) подтверждают, что инерция ротора, передаточное число, КПД коробки передач и инерция коробки передач являются наиболее важными параметрами для выбора срабатывания, и предлагают графический метод оптимизации этого выбора для динамической задачи. Петтерссон и Олвандер (2009) снова сосредоточились на промышленных роботах и представили метод, моделирующий коробку передач с упором на массу, инерцию и трение.Резазаде и Херст (2014) используют очень точную модель двигателя и включают фундаментальный критерий выбора полосы пропускания в дополнение к минимизации энергии. Дрессчер и др. (2016) исследуют влияние трения на планетарный редуктор, в котором кулоновское трение является доминирующим механизмом трения, и демонстрируют, как КПД редуктора обычно становится преобладающим над КПД двигателя при высоких передаточных числах.
По сравнению с исходными моделями коробок передач, использовавшихся в этих работах, где коробки передач моделировались как идеальные передаточные числа, сложность моделей постепенно возрастала.Тем не менее, необходимо сделать важные — и нереалистичные — упрощения, чтобы добиться хорошей практической применимости этих методов. Таким образом, не учитываются такие важные эффекты, как жесткость на кручение и потерянное движение, а модели инерции и эффективности коробки передач сильно упрощены. Это оправданный подход для множества приложений, где упрощенные методы могут помочь инженерам выбрать подходящие трансмиссии. Однако в HRI эти свойства слишком важны для пригодности коробки передач, и их нельзя так сильно упростить.
Следовательно, необходим другой подход, чтобы предоставить полезные рекомендации по выбору коробки передач в HRI, избегая чрезмерной сложности задач оптимизации в этой области. Предоставление подробных сведений об эксплуатационных свойствах и характеристиках различных технологий редукторов для обоснованного выбора — еще один вариант, следуя традициям таких работ, как Schempf and Yoerger (1993) или Rosenbauer (1995). Следуя этому подходу, Siciliano et al. (2010), Ли (2014), Шейнман и др.(2016), а также Фам и Ан (2018) предоставляют интересные обзоры высокоточных редукторов для современной робототехники. Однако технологии не анализируются достаточно подробно, чтобы получить хорошее представление о сложных механизмах, в которых они влияют на выполнение роботизированной задачи.
Основная цель этого обзора состоит в том, чтобы дополнить эти работы подробным анализом основных принципов, сильных сторон и ограничений доступных технологий. Помимо возможности прогнозирования будущего технологий редукторов в робототехнике, этот подход может помочь неспециалистам по редукторам определить подходящие технологии компактных редукторов для многофакторных требований новых робототехнических приложений (López-García et al., 2018). Для специалистов по коробкам передач из других областей этот анализ может помочь им получить полезную информацию о конкретных потребностях приложений HRI.
Это исследование начинается с краткого описания основных требований к будущим роботизированным трансмиссиям, чтобы затем представить систему оценки, предназначенную для оценки пригодности и потенциала конкретной технологии коробок передач для этой области. Эта структура включает в себя сильную перспективу pHRI и новый параметр — коэффициент скрытой мощности — для оценки эффективности, присущей определенной топологии редуктора.Эта новая структура используется в первую очередь для обзора традиционных технологий редукторов, используемых в промышленных роботах, и новых технологий передачи, которые в настоящее время находятся в процессе выхода на рынок. Наконец, в конце документа приводится краткое изложение выводов, сделанных в результате этого обзора, вместе с нашими выводами и рекомендациями.
Система оценки роботизированных трансмиссий с расширенными возможностями HRI
Контроль
Управление роботизированными устройствами — очень широкая и сложная тема, которая является предметом обширной исследовательской литературы.В этом разделе мы ограничимся введением основных принципов линейности и отраженной инерции, которые являются основными для понимания влияния редуктора на управление.
Хотя в целом скорость и точность являются противоречивыми требованиями, обычные роботизированные устройства превосходны в достижении высокой точности позиционирования на высокой скорости благодаря использованию жестких приводов с очень линейным поведением (Cetinkunt, 1991). Включение роботизированной трансмиссии влияет на сложность управления в основном двумя способами: вносит дополнительную нелинейность и сильно влияет на отраженную инерцию.
Нелинейности, вызванные включением трансмиссии, принимают в основном форму люфта и / или трения и уменьшают полосу пропускания системы, создавая важные проблемы управления (Schempf, 1990). Заявление о зубчатых колесах приводит к люфту, трению и (нежелательному) соответствию, что затрудняет точное управление. (Hunter et al., 1991) сегодня так же актуально, как и почти 30 лет назад. Для некоторых технологий большие кинематические ошибки передачи и, в частности, нелинейное трение также могут вызывать значительные нелинейности.
Передачи также сильно влияют на отраженную инерцию системы. В роботизированном устройстве инерция первичного двигателя обычно на несколько порядков меньше, чем у полезной нагрузки, что делает систему нестабильной и создает серьезные проблемы с управлением. Добавление трансмиссии сильно снижает инерцию полезной нагрузки, которую видит первичный двигатель и которая отражается на него, на коэффициент, равный квадрату передаточного отношения трансмиссии. Таким образом, тщательный выбор трансмиссии может привести к более сбалансированной инерции на обеих сторонах трансмиссии, способствуя минимизации энергопотребления и созданию более надежной, стабильной и точной системы (Pasch and Seering, 1983).
Отраженная инерция особенно важна, когда рабочие органы претерпевают быстрые и частые изменения скорости и / или крутящего момента, что очень часто встречается в задачах автоматизации и робототехники. В этих случаях вводится перспектива пропускной способности, чтобы подтвердить способность системы отслеживать эти изменения (Sensinger, 2010; Rezazadeh and Hurst, 2014). Это лежит в основе принципа управляемости задним ходом, способности системы демонстрировать низкий механический импеданс, когда она приводится в действие с естественной выходной мощности (с обратным приводом).Это особенно важно при частом двунаправленном обмене энергией между роботом и его пользователем, что типично для реабилитационных устройств или экзоскелетов. Как демонстрируют Ван и Ким (2015), управляемость коробки передач задним ходом включает в себя комбинированный эффект отраженной инерции, отраженного демпфирования и кулоновского трения, и поэтому она тесно связана с эффективностью коробки передач.
Это подчеркивает важность для оценки управляющего воздействия определенной технологии коробки передач как ее передаточного отношения, так и нелинейностей (люфт, трение), которые она вносит.
Безопасность
Промышленные роботы традиционно размещаются за забором в хорошо структурированной среде, где они могут воспользоваться преимуществами своих быстрых и точных роботизированных движений, не подвергая опасности целостность человека-оператора.
Безопасный pHRI, включающий возможность безопасного перемещения в неструктурированной / неизвестной среде, обязательно тесно связан с управляемостью. Текущая стратегия, используемая робототехниками для достижения этой цели, состоит из формирования механического импеданса (Calanca et al., 2015), то есть позволяя контроллеру соответствия управлять сложным динамическим соотношением между положением / скоростью робота и внешними силами (Hogan, 1984).
Принцип прост: чтобы обеспечить хорошую адаптацию к неопределенной среде, а также целостность человека-оператора / пользователя во время взаимодействия с роботизированным устройством, последний должен двигаться в соответствии с требованиями человека (Karayiannidis et al. др., 2015). Это подчеркивает важность импеданса и внутреннего соответствия (De Santis et al., 2008) и объясняет появление нового типа внутренне гибких приводов для pHRI (Ham et al., 2009), где требуется высокая степень соответствия (Haddadin and Croft, 2016).
С точки зрения управления, инерция полезной нагрузки, отраженная к первичному двигателю, уменьшается на коэффициент, соответствующий квадрату передаточного числа. Точно так же обычно небольшая инерция ротора первичного двигателя усиливается тем же фактором при отражении в сторону полезной нагрузки, который должен быть добавлен к инерции, возникающей в результате движения роботизированного устройства и груза по соображениям безопасности, а также из соображений безопасности. ограничение рабочих скоростей.
Хотя в большинстве актуаторов pHRI сегодня используются редукторы с высоким передаточным числом, некоторые известные робототехники Seok et al. (2014), Сенсингер и др. (2011) видят большой потенциал робототехники в использовании двигателей с высоким крутящим моментом (бегунок), требующих очень малых передаточных чисел. Новые производители робототехнических решений, такие как Genesis Robotics из Канады или Halodi Robotics AS из Норвегии, предлагают приводы для робототехники, основанные на этих принципах. По их мнению, увеличение инерции двигателя и уменьшение передаточного числа должно приводить к снижению инерции двигателя, отражаемой на рабочий орган, что позволяет повысить рабочие скорости и / или полезную нагрузку без ущерба для целостности оператора.Низкие передаточные числа также имеют дополнительное преимущество в пропускной способности: они имеют меньшее трение и люфт, уменьшая вклад нелинейностей от коробки передач. С другой стороны, умеренное передаточное число не может компенсировать нелинейные условия сцепления — обычно зубчатый крутящий момент (Siciliano et al., 2010).
Более пристальный взгляд на технические характеристики этих новых двигателей вызывает некоторые вопросы с точки зрения достижимой эффективности, веса или компактности, а также последствий для оборудования, возникающих в результате чрезмерной тяги к высоким электрическим токам (HALODI Robotics, 2018; GENESIS Robotics, 2020).
Подводя итог, нет полного согласия о том, как лучше всего подойти к безопасному срабатыванию для робототехники. Тем не менее, сильные естественные связи между безопасностью и управляемостью столь же очевидны, как и решающее значение передаточного числа трансмиссии и ее нелинейностей.
Вес и компактность
Облегченная конструкция имеет первостепенное значение для обеспечения совместимости безопасности и хорошей производительности в новых приложениях робототехники (Albu-Schäffer et al., 2008). Новейшие коллаборативные роботы (коботы), такие как облегченный робот KUKA, разработанный в сотрудничестве с Институтом робототехники и мехатроники Немецкого аэрокосмического центра (DLR), живут по этому принципу и, следовательно, сильно отличаются от тяжелых и громоздких традиционных промышленных роботов.Благодаря более низкой инерции, легкие коботы обеспечивают более высокую производительность — более высокие скорости — без ущерба для безопасности пользователя.
Этот выгодный аспект облегченной конструкции имеет и другие преимущества. Для мобильных робототехнических систем меньший вес означает большую автономию. В носимых вспомогательных роботизированных устройствах, включая протезы и экзоскелеты, легкий вес также является ключевым аспектом для повышения комфорта (Toxiri et al., 2019).
Высокая компактность — еще одна характеристика, присущая этим новым роботизированным устройствам: от коботов до вспомогательных устройств, компактность дает преимущества в маневренности и удобстве взаимодействия.
В роботизированных приложениях, предполагающих тесное сотрудничество с людьми или предоставление мобильных услуг, позиции по своей природе весьма неопределенны. Легкие и компактные конструкции особенно выгодны (Loughlin et al., 2007) для этих применений с двумя последствиями: первичные двигатели и трансмиссии — обычно самые тяжелые элементы в роботизированном устройстве — должны быть легкими и компактными, но легкие конструкции имеют тенденцию требовать меньший крутящий момент
В отличие от веса коробки передач, определение подходящего критерия для оценки вклада коробки передач в компактность системы является более сложной задачей.Физический объем определенно играет роль, но наш опыт показывает, что реальная форма коробки передач имеет тенденцию иметь большее влияние. Еще один аспект, о котором стоит упомянуть, — это наличие в некоторых конфигурациях редукторов свободного пространства для размещения материала или движущихся частей, таких как электродвигатели или выходные подшипники, также могут представлять особый интерес. Поэтому мы решили включить в нашу схему оценки приблизительную форму (диаметр × длина) выбранной коробки передач, в то время как наличие дополнительного места можно напрямую оценить с помощью предоставленных цифр для каждой из конфигураций.
Эффективность и виртуальная мощность
Эффективность
В таких областях, как автомобильные или ветряные турбины, эффективность редукторов долгое время находилась в центре внимания. С другой стороны, в робототехнике эффективность до недавнего времени не становилась ключевым параметром при выборе подходящей коробки передач (Arigoni et al., 2010; Dresscher et al., 2016).
Более высокая эффективность — более низкие потери — позволяют снизить энергопотребление и прямо положительно влияют как на эксплуатационные расходы, так и на воздействие машины или устройства на окружающую среду.Для мобильных и носимых роботизированных устройств повышение эффективности также помогает снизить вес системы — требуются батареи меньшего размера — и в конечном итоге приводит к большей автономности и лучшему удобству использования (Kashiri et al., 2018).
В коробках передач есть еще одно дополнительное преимущество в снижении потерь: большинство механических трансмиссий, используемых в робототехнике, имеют замкнутую форму и используют некоторый вид контакта зубьев для передачи крутящего момента и движения между первичным двигателем и рабочим органом. Благодаря этому кинематическое отношение между входной ω _In и выходной скоростями ω _Out заблокировано числом зубцов и определяет его передаточное отношение i _K.В коробке передач без потерь передаточное отношение i _τ между выходным и входным крутящими моментами τ точно соответствует обратной кинематической трансмиссии с противоположным знаком. Но в реальной коробке передач наличие потерь изменяет это равенство, и, поскольку кинематическое передаточное число заблокировано числом зубьев, абсолютное значение передаточного числа крутящего момента должно уменьшаться пропорционально потерям:
ωInωOut = iK = — η iτ = -ητOutτIn; где η — КПД системы.
Следовательно, высокие потери в коробке передач означают, что меньший крутящий момент доступен для рабочего органа и требуются более высокие передаточные числа для достижения такого же усиления крутящего момента.
Редукторы подвержены нескольким видам потерь. Чтобы классифицировать их, мы принимаем критерии, предложенные Talbot and Kahraman (2014), и разделяем их на зависимые от нагрузки (механические) потери мощности, возникающие из-за скольжения и качения контактных поверхностей, как в контактах шестерен, так и в подшипниках, и нагрузки -независимые (спиновые) потери мощности — возникают из-за взаимодействия вращающихся компонентов с воздухом, маслом или их смесью.
Виртуальная сила
Термин виртуальная мощность, насколько известно авторам, был первоначально введен Ченом и Анхелесом (2006), но это явление, объясняющее аномально высокие потери, присутствующие в некоторых планетных топологиях, долгое время было известно под разными названиями, включая Blindleistung (Wolf, 1958; Mueller, 1998) и скрытая или бесполезная мощность (Macmillan and Davies, 1965; Yu and Beachley, 1985; Pennestri and Freudenstein, 1993; Del Castillo, 2002).
Из-за своего принципа действия коробка передач всегда включает в себя сторону с высокой скоростью и низким крутящим моментом и сторону с высоким крутящим моментом и низкой скоростью. Следовательно, его внутренние зубчатые зацепления обычно подвержены либо высокому крутящему моменту и низкой скорости, либо условиям высокой скорости и низкого крутящего момента. Однако в некоторых коробках передач из-за их специфической топологии некоторые зацепления шестерен могут одновременно взаимодействовать с высокой скоростью и высоким крутящим моментом. Зубчатые зацепления могут легко достичь КПД выше 98%, но поскольку генерируемые потери приблизительно пропорциональны произведению относительной скорости двух зубчатых элементов и крутящего момента, передаваемого через зацепление (Niemann et al., 1975), на этих высоконагруженных сетках появляются неожиданно большие потери. Виртуальная мощность обеспечивает основу для оценки вклада этого явления, которое в дальнейшем мы будем называть Топологической эффективностью редуктора.
Некоторые из вышеупомянутых авторов предлагают методы для оценки топологической эффективности данной конфигурации и определения ее влияния на общую эффективность системы. В рамках Chen and Angeles (2006) виртуальная мощность определяется как мощность, измеренная в движущейся — неинерциальной — системе отсчета.Скрытая мощность , представленная Ю и Бичли (1985), соответствует виртуальной мощности, когда опорная рамка является несущим элементом коробки передач, а виртуальное передаточное число — это соотношение между виртуальной мощностью и мощностью, генерируемой внешним крутящим моментом. применяется по ссылке. Используя эти элементы, мы определяем Latent Power Ratio топологии коробки передач как отношение суммы скрытых мощностей во всех зацеплениях к мощности, потребляемой коробкой передач.Таким образом, большой коэффициент скрытой мощности соответствует низкой топологической эффективности и указывает на сильную тенденцию к возникновению больших потерь за счет зацепления.
Чтобы облегчить понимание практического влияния на общую эффективность топологической эффективности, характеризующейся скрытым коэффициентом мощности, данной конфигурации редуктора, мы используем на этом этапе уравнения, предложенные Макмилланом и Дэвисом (1965) для расчета упрощенный пример.
Комплектный редуктор для робототехники обычно включает в себя несколько зацепляющих контактов, каждый из которых имеет разные рабочие условия и параметры, что приводит к различной эффективности зацепления.Эти КПД очень высоки в оптимизированных зубчатых зацеплениях — часто выше 99% — и позволяют упростить наши расчеты, учитывая общую уникальную эффективность зацепления η _м = 99% во всех зацепляющих контактах в нашем редукторе.
Во-первых, эталонный редуктор, идеальный с точки зрения топологической эффективности, имел бы только одно зацепление и коэффициент скрытой мощности L = 1. Таким образом, потери мощности внутри этого эталонного редуктора можно легко рассчитать как функцию входной мощности. как:
Таким образом, общая эффективность зацепления всего редуктора соответствует эффективности одиночного зацепляющего контакта:
ηsys, идеально = PIN-PLossPIN = ηm = 99%;
Неидеальный редуктор с таким же типовым η _m во всех его зацеплениях и со скрытым коэффициентом мощности L, характеризующим его топологический КПД, указывает на то, что общие потери в редукторе можно приблизительно оценить следующим образом:
Ploss, L≈ PIN * L * (1-ηm)
И общая эффективность зацепления всей коробки передач теперь составляет:
ηsys, L = PIN-PLoss, LPIN≈L * ηm + (1-L)
Что для η _м = 99% и для значения L = 50 дает:
Этот результат следует частично релятивизировать, потому что накопленные потери в первых зацеплениях, задействованных вдоль различных внутренних потоков мощности в коробке передач, приводят к тому, что меньшая виртуальная мощность, как предсказано этими уравнениями, будет течь через последующие зацепления.Эффект от этого состоит в том, что КПД обычно будет падать немного медленнее с коэффициентом скрытой мощности, а более реалистичное значение для предыдущего расчета обычно будет между 55 и 60%.
Чтобы частично компенсировать это большое влияние топологической эффективности на общую эффективность, конфигурации с большим скрытым коэффициентом мощности требуют чрезвычайно высокой эффективности зацепления: для достижения эффективности системы> 70% системе с L = 100 требуется средняя эффективность зацепления. выше 99.5%.
Поэтому в нашем дальнейшем анализе мы сосредоточимся только на оценке вклада топологической эффективности в эффективность коробки передач. Это позволяет нам использовать упрощенный метод для расчета коэффициента скрытой мощности, который, в первую очередь, не учитывает влияние на потери, вызванные уменьшением крутящего момента. Соответствующие расчеты, использованные для определения коэффициента скрытой мощности различных конфигураций редукторов, проанализированных в этой работе, включены в Приложение I.
Подводя итог, чтобы охарактеризовать важный эффект КПД коробки передач, мы оценим порядок величины трех параметров: (i) потери, зависящие от нагрузки, (ii) пусковой момент без нагрузки и (iii) коэффициент скрытой мощности.Хотя на него дополнительно влияет статическое трение, а не только кулоновское и вязкое трение, мы выбрали пусковой крутящий момент без нагрузки (относительно номинального крутящего момента) в качестве практического способа характеристики потерь, не зависящих от нагрузки. Наши обмены с производителями редукторов показывают, что это обычная практика, она не зависит от входной мощности и легко доступна в технических данных производителя.
Производительность
По сравнению со специальными машинами и машинами для автоматической сборки промышленные роботы не могут достичь тех же стандартов точности и скорости.Оба аспекта пришлось скомпрометировать, чтобы обеспечить большую степень гибкости и мобильности, а также рабочего пространства (Rosenbauer, 1995). С этой точки зрения HRI — это всего лишь еще один шаг в том же направлении: чтобы соответствовать дальнейшим потребностям гибкости и мобильности в неструктурированной среде, необходимы дополнительные компромиссы с точки зрения точности и скорости. Этот переход отражен на рисунке 1.
Рисунок 1 . Графическое описание перехода основных задач задач от машин через промышленных роботов и коботов к людям-операторам.
Точность и повторяемость
Множество аспектов редуктора вносят вклад в общую точность полного роботизированного устройства. Эти аспекты долгое время находились в центре внимания традиционной робототехники и сегодня хорошо изучены, так как работы, подобные работам Майра (1989), Шемпфа и Йоргера (1993) или Розенбауэра (1995), содержат очень хорошие ссылки для понимания этих сложных влияний. Эти исследования выявили особенно важную роль, которую играет потеря хода и жесткость на кручение.
Lost Motion — это дальнейшее развитие принципа люфта, который описывает полное вращательное смещение, создаваемое приложением ± 3% от номинального входного крутящего момента.
Жесткость на кручение характеризует податливость на кручение всех элементов редуктора, задействованных в полном потоке сил, под действием внешнего крутящего момента. Это достигается путем блокировки входа редуктора и постепенного увеличения крутящего момента, прилагаемого на выходе, при этом регистрируются изменения жесткости на кручение, приводящие к отклонениям от идеально линейного поведения.
По своей природе точные — малые потери хода и линейная высокая жесткость на кручение — редукторы упрощают задачу управления и обеспечивают высокую точность, идеально подходят для управления положением, в то время как менее точные редукторы создают более серьезные проблемы для управления положением и могут использоваться для более гибкого управления . В технологиях редукторов, где скорость оказывает сильное влияние на потери или с особенно нелинейным трением, также необходимо учитывать вклад этих элементов в точность.
Чтобы охарактеризовать возможности точности, наша конструкция включает потерю движения и жесткость на кручение, а также субъективную оценку изменения эффективности, вызванного изменениями скорости / крутящего момента.
Скорость и полезная нагрузка
Промышленные роботы могут обрабатывать большие полезные нагрузки за счет большой инерции. Для коботов, с другой стороны, соображения безопасности подразумевают, что они не должны обрабатывать такие большие полезные нагрузки, но благодаря более легкой конструкции они действительно могут достичь большего отношения полезной нагрузки к массе.
Соображения безопасности также ограничивают степень, в которой это снижение массы может быть использовано для увеличения рабочих скоростей (Haddadin et al., 2009). Тем не менее, более низкий крутящий момент способствует использованию более легких и быстрых электродвигателей, что в принципе требует более высоких передаточных чисел для этих приложений.
Критерий для характеристики вклада коробки передач в скорость и характеристики полезной нагрузки должен отражать эти аспекты и побуждать нас использовать в нашей структуре (i) максимальную входную скорость, (ii) максимальный воспроизводимый выходной крутящий момент — так называемый момент ускорения — и номинальный крутящий момент, (iii ) передаточное число и (iv) отношение крутящего момента к массе как для номинального, так и для момента ускорения.
Сводка
Определение характеристик роботизированных коробок передач — сложная задача: высокая универсальность этих устройств и их сложное взаимодействие с первичными двигателями и системами управления делают прямое сравнение их характеристик особенно сложным.
Передаточное отношение продемонстрировало сильное влияние на производительность робототехнической системы. Это объясняет его предпочтительную роль в литературе, посвященной оптимизации срабатывания роботов, и растущий интерес робототехников к возможностям использования переменных передач (Kim et al., 2002; Карбон и др., 2004; Страмиджоли и др., 2008; Жирар и Асада, 2017). Хотя мы убеждены, что трансмиссии с регулируемой передачей являются очень многообещающими и определенно будут способствовать формированию будущего ландшафта робототехники, мы ограничили наш анализ здесь компактными коробками передач с постоянным передаточным числом. На данный момент мы считаем, что нам лучше всего подойдет этот ограниченный объем, который может также способствовать выявлению потенциальных областей применения и подходящих технологий для трансмиссий с переменным передаточным числом.
На основе этого анализа мы предлагаем схему оценки будущих роботизированных коробок передач на основе следующих параметров:
• Передаточное число
• Ускорение и номинальный выходной крутящий момент
• Вес
• Форма: диаметр × длина
• Ускорение и номинальный крутящий момент к массе
• КПД: пиковое значение и субъективная зависимость от скорости и крутящего момента
• Топологическая эффективность: коэффициент скрытой мощности
• Пусковой крутящий момент при прямом и обратном движении без нагрузки в% от номинального входного крутящего момента
• Потери, не зависящие от нагрузки
• Потерянное движение
• Максимальная входная скорость
• Жесткость на кручение
Наша структура включает также эталонный вариант использования, характерный для множества задач pHRI согласно нашему собственному опыту: моменты ускорения более 100 Нм и передаточные числа более 1: 100, для которых необходимо оптимизировать вес, компактность и эффективность.
Обзор технологий передачи данных, используемых в настоящее время в промышленных роботах
Электродвигатели, оснащенные механическими трансмиссиями, обычно используются в качестве исполнительных механизмов в робототехнике (Rosenbauer, 1995; Scheinman et al., 2016), а также в промышленных роботах. Эти механические трансмиссии почти неизбежно основаны на какой-то зубчатой передаче (Sensinger, 2013).
Благодаря их большей способности снижать общий вес и поскольку электродвигатели имеют тенденцию иметь более высокий КПД на высоких рабочих скоростях, другой характеристикой промышленных роботизированных трансмиссий является использование относительно больших коэффициентов передачи (передаточных чисел), обычно выше 1:40. (Розенбауэр, 1995).
Планетарные редукторы: чрезвычайно универсальная платформа
Планетарные зубчатые передачи
(PGT) — это компактные, универсальные устройства, широко используемые в силовых передачах. Благодаря характерной коаксиальной конфигурации и хорошей удельной мощности они особенно подходят для вращающихся первичных двигателей, таких как электродвигатели.
PGT
могут использовать две дифференцированные стратегии для достижения высоких коэффициентов усиления: (i) добавление нескольких ступеней обычных, высокоэффективных PGT — здесь называемых редукторами и представленных на рисунке 2 — или (ii) использование особенно компактных конфигураций PGT с возможностью получения высоких передаточные числа.
Рисунок 2 . Внутреннее расположение редуктора Neugart с указанием его основных элементов, адаптировано из Neugart (2020) с разрешения © Neugart GmbH. Он также включает схему базовой топологии.
Хотя использование нескольких ступеней редукторов позволяет наилучшим образом использовать эффективность зацепления высоких шестерен и приводит к высокоэффективным редукторам, это обычно приводит к тяжелым и громоздким решениям. Компактные конфигурации PGT с другой стороны могут достигать высоких передаточных чисел в очень компактных формах, но они страдают от удивительно высоких потерь, связанных с высокими виртуальными мощностями (Crispel et al., 2018).
Особенно компактная конфигурация PGT для высоких передаточных чисел была впервые изобретена Вольфромом (1912) и использовалась в редукторах серии RE компании ZF Friedrichshafen AG (ZF), предназначенных для промышленных роботов (Looman, 1996). Эта конфигурация, показанная на Рисунке 3, сильно зависит от Virtual Power, и ZF представляет собой единственное известное коммерческое применение конфигураций PGT, отличное от обычных редукторов. Хотя производство серии RE было прекращено в 90-х годах, Wolfrom PGT в последнее время пользуются растущим интересом сообщества исследователей робототехники, как мы резюмировали в предыдущей статье авторов (López-García et al., 2019а).
Рисунок 3 . Внутреннее устройство ZF серии RG Wolfrom PGT для роботизированных приложений адаптировано из Looman (1996) с разрешения © 1998 Springer-Verlag Berlin Heidelberg. Он также включает схему базовой топологии.
В таблице 1 представлена оценка PGT. Несмотря на завышенные размеры для нашего теста, мы использовали ZF RG350 Wolfrom PGT, чтобы попытаться оценить потенциал конфигураций PGT с высоким коэффициентом передачи, основываясь на имеющихся доказательствах его пригодности для достижения высоких коэффициентов (Арнаудов и Караиванов, 2005; Mulzer, 2010 ; Капелевич и AKGears LLC, 2013).Для редукторов мы выбрали — при поддержке производителей — подходящие решения из портфолио Wittenstein и Neugart. Стоит отметить важную роль, которую играет максимальное передаточное число на ступень в редукторе: в то время как Виттенштейн ближе к максимуму осуществимости, определяемому избеганием контакта между соседними планетами, Нейгарт выбирает в своей серии PLE (серия PLFE может достигать 1: 100 соотношений только в два этапа) более ограничительный подход и, следовательно, для достижения общего усиления 1: 100 требуется три этапа вместо двух для Виттенштейна.Это приводит к менее компактным решениям и более низкой эффективности для приложения 1: 100, но позволяет Neugart достичь более высокого выигрыша — до 1: 512 — без фундаментальных изменений в весе, размере или эффективности.
Таблица 1 . Схема оценки решений с планетарной зубчатой передачей.
Редукторы
имеют вес около 4 кг, что нельзя напрямую сравнивать с увеличенными размерами RG350. RG350 имеет форму с большим диаметром и меньшей длиной, чем редукторы.Что касается отношения крутящего момента к весу, значения обоих решений кажутся относительно близкими.
Редукторы
имеют сильное преимущество в их хорошем КПД (выше 90%), который также менее чувствителен к изменениям рабочих условий, а пусковые моменты холостого хода очень низкие. Конфигурации с высоким коэффициентом полезного действия показывают, насколько сильно ограничивается топологическая эффективность, что приводит к снижению эффективности. Это, вероятно, объясняет, почему редукторы сегодня являются доминирующей технологией PGT в робототехнике.
PGT показывают самые высокие входные скорости (до 8 500 об / мин), но их потери хода также самые большие (4–6 Arcmin) в обычных редукторах. В робототехнике PGT широко использовались в первых промышленных роботах, в то время как в последние десятилетия их использование сильно сократилось, в основном из-за их ограничений, связанных с уменьшением люфта. Несмотря на то, что существуют механизмы, ограничивающие изначально более значительную обратную реакцию PGT, на практике они основаны на введении определенной предварительной нагрузки, отрицательно влияющей на их эффективность (Schempf, 1990).
Гармонические приводы: легкий редуктор деформационной волны без люфта
Редуктор Strain Wave был изобретен Массером (1955) и нашел широкое применение в 70-х годах, первоначально в аэрокосмической отрасли. Его основное космическое применение было в качестве элемента механической передачи в аппарате лунохода Аполлона-15 в 1971 году (Schafer et al., 2005).
Его название происходит от характерной деформации его Flexspline , нежесткой, тонкой цилиндрической чашки с зубьями, которая служит выходом.Flexspline входит в зацепление с фиксированным сплошным круглым кольцом с внутренними зубьями шестерни, Circular Spline , в то время как он деформируется вращающейся эллиптической заглушкой — волновым генератором , как это видно на рис. 4. Редукторы этого типа являются наиболее распространенными. обычно называют Harmonic Drive © (HD) из-за очень эффективной стратегии защиты IP.
Рисунок 4 . Внутренняя конфигурация коробки передач Harmonic Drive CSG (слева), адаптированная из Harmonic Drive (2014) с разрешения © 2019 Harmonic Drive SE, и коробка передач E-Cyclo (справа), адаптированная из SUMITOMO (2020) с разрешения © Sumitomo Drive, 2020 Germany GmbH.Также включена схема их базовой топологии KHV, используемая для расчета его скрытого коэффициента мощности в Приложении I.
Для нашего сравнительного анализа мы выбрали два подходящих редуктора Harmonic Drive, CSD-25-2A, предназначенный для интеграции в роботизированное соединение, чтобы обеспечить адекватные структурные граничные условия, и сверхлегкий редуктор CSG-25-LW, представляющий конструктивно достаточное решение. что может быть более прямо по сравнению с другими технологиями. Совсем недавно компания SUMITOMO представила новую коробку передач E-CYCLO, работающую также на принципе действия волны деформации.SUMITOMO предоставил нам доступ к своему самому последнему каталогу (SUMITOMO, 2020), что позволило нам включить его в наш тест (Таблица 2). Еще одна интересная волна деформации, очень похожая на гармонический привод, недавно была также представлена GAM в своей серии коробок передач для робототехники, которая включает также планетарные зубчатые передачи и циклоидные приводы (GAM, 2020).
Таблица 2 . Схема оценки решений волн деформации.
Выбранная модель CSG имеет значительно больший крутящий момент, чем предполагалось в нашем тесте.Форма имеет больший диаметр, чем длина, а вес значительно ниже, чем у других технологий, и обеспечивает наилучшее соотношение крутящего момента к весу среди проанализированных технологий. Действительно, характерное зацепление с несколькими зубьями обеспечивает большее сопротивление крутящему моменту, чем в PGT, что делает эту технологию очень подходящей для соединений, расположенных ближе к рабочему органу, где они часто встречаются в современных промышленных роботах.
Пиковый КПД ниже, чем у редукторов, и ближе к RG350, а КПД особенно чувствителен к условиям эксплуатации.Поезда Strain Wave демонстрируют большие потери, не зависящие от нагрузки, и пусковые моменты без нагрузки, особенно в условиях обратного движения, которые становятся особенно критическими для высоких скоростей и / или низких крутящих моментов (Harmonic Drive, 2014). Для роботизированных устройств HRI, подверженных частым изменениям скорости и полезной нагрузки в сочетании с обменом энергией между роботизированным устройством и пользователем, это означает, что средняя эффективность быстро падает ниже 40–50% (López-García et al., 2019b). Также стоит отметить их большой коэффициент скрытой мощности, указывающий на одновременное присутствие высоких крутящих моментов и скоростей в зацеплении зубьев, что также помогает объяснить относительно низкий КПД.
Еще раз, благодаря зацеплению с несколькими зубьями, можно достичь потерянных движений ниже 1 угловой минуты, что дает этому редуктору большое преимущество, которое помогает гармоническим приводам находить широкое применение в промышленных роботах. Они смогли вытеснить PGT из многих приложений, особенно после значительного улучшения характеристик, вызванного новой геометрией зубьев, представленной этой компанией в 90-х годах, что также улучшило линейность их жесткости (Slatter, 2000).
Максимальная входная скорость раньше была сильным ограничением для использования редукторов HD (Schempf, 1990), но новые достижения и улучшения конструкции позволяют им теперь достигать 7500 об / мин.
Циклоидные приводы: для высокой прочности и жесткости на кручение
С момента своего изобретения Лоренцем Брареном в 1927 году (Li, 2014) циклоидные приводы нашли применение в основном на лодках, подъемных кранах и в некотором крупном оборудовании, таком как прокатные станы или станки с ЧПУ. В циклоидных приводах эксцентричное входное движение создает шаткое циклоидальное движение одиночного большого планетарного колеса, которое затем преобразуется обратно во вращение выходного вала и приводит к высокой редукционной способности (Gorla et al., 2008), см. Рисунок 5.
Рисунок 5 . Внутренняя конфигурация циклоидных приводов SUMITOMO Fine Cyclo F2C-A15 и Fine Cyclo F2C-T155, идентифицирующая их основные элементы, адаптирована из SUMITOMO (2017) с разрешения © Sumitomo Cyclo Drive Germany GmbH, 2017. Он также включает схему лежащих в основе топологий.
Таблица 3 включает лидера рынка (NABTESCO RV) в этом сегменте и основных претендентов (SPINEA и SUMITOMO). RV от NABTESCO и серия Fine-Cyclo T от SUMITOMO включают в себя обычную ступень PGT с предварительным зацеплением.Полезная нагрузка этих устройств больше, чем требуется для нашего теста, и приводит к большому весу. Это уже дает ценную информацию: более компактные решения недоступны на рынке и, согласно информации, предоставленной некоторыми производителями, менее интересны, поскольку для них потребуется высочайшая точность производства и, в конечном итоге, приведет к высоким затратам.
Таблица 3 . Схема оценки решений для циклоидных приводов.
Формы аналогичны коробкам передач с волновой деформацией, а по весу больше и ближе к весам PGT по вышеупомянутым причинам.Отношение крутящего момента к массе больше, чем у PGT, но немного ниже, чем у редукторов с деформационной волной. Основное преимущество циклоидных приводов заключается именно в их способности выдерживать большие нагрузки и особенно ударные нагрузки, а также в минимальных затратах на техническое обслуживание.
Пиковый КПД выше, чем у редукторов с волновой деформацией, и ближе к КПД PGT, но КПД сильно зависит от условий эксплуатации (Михайлидис и др., 2014), а пусковые моменты холостого хода и коэффициент скрытой мощности высокие, как аналогично редукторам с волновой деформацией.
Хотя они, как правило, имеют некоторый люфт, который, если его конструкция часто компенсируется, достигает уровней, сопоставимых с уровнями редукторов с волновой деформацией, вероятно, за счет немного более высокого трения. Их жесткость на кручение — самая большая из проанализированных технологий редукторов.
Приводы
Cycloid имеют неотъемлемое ограничение на работу с высокими входными скоростями, вызванное наличием большого и относительно тяжелого планетарного (кулачкового) колеса, что приводит к большим инерциям и дисбалансу.Это мотивирует использование, как правило, двух планетарных колес, расположенных последовательно и смещенных на 180 градусов друг к другу, для устранения дисбаланса, уменьшения вибраций и увеличения входной скорости. Это объясняет, как благодаря объединению циклоидных приводов со ступенями предварительного зацепления, состоящими из обычных ступеней PGT, циклоидные приводы получили широкое распространение в робототехнике. Такое расположение повышает эффективность, снижает чувствительность к высоким входным скоростям и обеспечивает легкую адаптацию их передаточных чисел.В 90-х годах гармонические приводы доминировали на рынке роботизированных коробок передач, но усовершенствования циклоидной технологии позволили циклоидным двигателям начать покорять бездорожье, сначала в Японии, а затем в других местах (Rosenbauer, 1995). В настоящее время производители, такие как NABTESCO, SUMITOMO или NIDEC, предлагают циклоидные гибриды с интегрированным передаточным механизмом PGT, покрывающие более 60% рынка роботизированных коробок передач, и поэтому стали новой доминирующей технологией, особенно для проксимальных суставов, подверженных более высоким нагрузкам и меньшим ограничениям по весу (WinterGreen Исследования, 2018).
Наконец, стоит упомянуть наличие относительно большой пульсации крутящего момента, которая вносит нелинейности и усложняет их регулирование. Эта пульсация крутящего момента связана с необходимостью использования циклоидных профилей зубьев, чтобы избежать столкновения зубьев между большим планетарным колесом (-ами) и зубчатым венцом, что делает эти устройства чрезвычайно чувствительными к изменениям межцентрового расстояния, вызываемым даже небольшими производственными ошибками. Существует несколько попыток улучшить эту ситуацию, используя эвольвентные зубья, менее чувствительные к колебаниям межцентрового расстояния, с уменьшенными углами давления и / или коэффициентами контакта для минимизации радиальных сил и повышения эффективности (Morozumi, 1970), а также с использованием других форм нестандартных зубьев. -инволютные зубы (Коряков-Савойский и др., 1996; Хлебаня, Куловец, 2015).
Обзор новейших технологий передачи для робототехники
Усилитель крутящего момента REFLEX
Genesis Robotics привлекла большое внимание в сообществе робототехники с появлением их двигателя с прямым приводом, LiveDrive ^©. Согласно Genesis, LiveDrive в двух доступных топологиях — радиальном и осевом потоках — обеспечивает сравнительные характеристики в соотношении крутящего момента к массе. Двигатель с осевым магнитным потоком может достигать 15 Нм / кг, в то время как радиальный поток ограничивается максимум 10 Нм / кг.
Чтобы расширить спектр применения, Genesis Robotics представила совместимую коробку передач, получившую название Reflex , которая показана на рисунке 6. Эта литая под давлением сверхлегкая пластиковая коробка передач предназначена для легких роботов, и хотя изначально она была разработана для совместной работы с LiveDrive. и поэтому нацелен на передаточные числа ниже 1:30, он также способен обеспечивать передаточные числа до 1: 400 (GENESIS, 2018).
Рисунок 6 . Внутренняя конфигурация и основные элементы редуктора Reflex адаптированы из GENESIS Robotics (2020) с разрешения © 2019 Genesis Robotics.Он также включает схему базовой топологии.
В основе топологии лежит топология Wolfrom PGT с несколькими меньшими планетами (Klassen, 2019), в которой реактивное (неподвижное) кольцевое зубчатое колесо разделено на две части для балансировки в соответствии с конструкцией, первоначально предложенной Россманом (1934) и используемой в качестве хорошо в передаче Hi-Red Tomcyk (2000).
В редукторе Reflex выходное кольцо также разделено для облегчения сборки с косозубыми зубьями. Еще одним интересным аспектом этой конструкции является заклеенная лентой форма планет, которая, как подозревают авторы, связана с возможностью предварительной нагрузки системы для достижения нулевого люфта, который, как утверждает Genesis, возможен с этой коробкой передач.По заявлению компании, гибкость пластиковых планетарных колес также дает преимущество в уменьшении люфта.
К сожалению, пока нет независимых тестов для подтверждения заданных характеристик, и никаких официальных данных, особенно по эффективности, на данный момент от Genesis не имеется, поэтому в Таблицу 4 включено только значение Latent Power Ratio, вытекающее из его топологии.
Таблица 4 . Рамки оценки новых технологий редукторов.
Таким образом, хотя лежащая в основе топология Wolfrom указывает на то, что эффективность, безусловно, будет сложной задачей, эта инновационная коробка передач демонстрирует большой потенциал для переосмысления существующих технологий и их адаптации к будущим потребностям робототехники. Genesis Robotics недавно вступила в интересное партнерство с известными промышленными компаниями, такими как Koch Industries Inc. и Demaurex AG.
Проезд Архимеда
IMSystems из Нидерландов является дочерней компанией Делфтского технологического университета, созданной в 2016 году для использования изобретения Archimedes Drive (Schorsch, 2014).
Привод Архимеда снова повторяет топологию редуктора Wolfrom (также с разрезным реактивным зубчатым венцом в некоторых его конструкциях), но включает в себя революционное новшество в использовании роликов вместо зубчатых колес для замены зубчатых контактов контактами качения, см. Рисунок 7. Контролируемая деформация планетарных роликов позволяет передавать крутящий момент между планетами аналогично колесам транспортного средства.
Рисунок 7 . Внутренняя конфигурация привода Архимеда с деталями, показывающими его планеты Flexroller, адаптирована из IMSystems (2019) с разрешения © 2019 Innovative Mechatronic Systems B.V., со схемой лежащей в основе топологии.
Характеристики, представленные в таблице 4, взятой из брошюры компании (IMSystems, 2019) и доступной по запросу, показывают, что использование топологии Wolfrom дает этому устройству возможность достигать очень высоких передаточных чисел в компактной форме, но это также приводит к низкой топологической эффективности. Согласно IMSystems, замена контакта зубьев шестерни на контакт качения способствует минимизации контактных потерь, которые, в частности, при передаче крутящего момента между планетарной передачей и кольцевыми роликами должны компенсировать высокое латентное соотношение мощности и приводить к максимальному КПД. около 80% (IMSystems, 2019).Никаких данных о пусковых моментах или потерях, не зависящих от нагрузки, не предоставляется.
Чтобы обеспечить передачу высокого крутящего момента без проскальзывания, необходимо строго контролировать деформацию роликов планетарного механизма, а также производственные допуски коробки передач. Это представляет собой одну из основных технологических проблем, и это ядро инноваций, вносимых этой технологией (Schorsch, 2014).
NuGear
STAM s.r.l. — частная инженерная компания, базирующаяся в Генуе, которая помогла разработать роботизированный сустав для гуманоидного робота I-Cub.Их NuGear — это нутационная коробка передач, которая изначально была задумана (Барбагелата и Корсини, 2000) для космических приложений, но может развить свой потенциал и для робототехники за счет исследования альтернативных производственных средств.
Пока нет общедоступной информации о рабочих характеристиках этой коробки передач, что означает, что мы можем предоставить здесь только предварительный анализ ее топологии и результирующих характеристик, которых можно ожидать на основе ограниченной информации, доступной в основном из проекта Caxman EU ( CAxMan, 2020), для которого NuGear был вариантом использования, и из доступных патентов (Barbagelata et al., 2016).
На рисунке 8 внутренняя структура NuGear представлена с использованием эквивалентной конфигурации PGT — для облегчения понимания абстрагируется аспект нутации. Таким образом становится ясно, что NuGear напоминает два PGT Wolfrom, для которых несущая используется в качестве входа, соединенных последовательно, и где каждый из них соответствует одному из двух этапов, определенных в Barbagelata et al. (2016). Это еще раз указывает на то, что в этой коробке передач будет присутствовать относительно высокий коэффициент скрытой мощности.Для передаточного числа 1: 100 и при условии сбалансированного усиления 1:10 на каждой из двух ступеней, как предложено в Barbagelata et al. (2016), мы получаем, используя уравнения, выведенные в Приложении I, коэффициент скрытой мощности 32, что указывает на топологическую эффективность, аналогичную таковой у Wolfrom PGT.
Рисунок 8 . Внутренняя конфигурация двухступенчатой коробки передач NuGear для версии с оппозитными контактами планет адаптирована из CAxMan (2020) с разрешения © Stam S.r.l. Он также включает схему базовой топологии.
Еще предстоит подтвердить, в какой степени использование методов аддитивного производства может помочь STAM s.r.l. снизить большие затраты на производство конических зубчатых колес, а также определить, сможет ли операция нутации достичь достаточной надежности и более компактной формы, которые могут открыть дверь для ее использования в области робототехники (CAxMan, 2020).
Двусторонний привод
Компания FUJILAB в Иокогаме предложила в Fujimoto (2015) коробку передач с высокой степенью управляемости для робототехники, которая особенно подходит для работы без датчика крутящего момента (Kanai and Fujimoto, 2018).
Как видно на Рисунке 9, конфигурация этого устройства снова аналогична PGT Wolfrom. При такой топологии Fujimoto et al. смогли достичь при передаточном числе 1: 102 КПД при движении вперед 89,9% и КПД при движении задним ходом 89,2%. Пусковой крутящий момент без нагрузки в обратном направлении составил 0,016 Нм в коробке передач с внешним диаметром ~ 50 мм (Kanai and Fujimoto, 2018). Стратегия достижения такой высокой эффективности с топологией Wolfrom заключается в оптимизации коэффициентов сдвига профиля (Fujimoto and Kobuse, 2017).
Рисунок 9 . Внутренняя конфигурация двустороннего привода, высокоэффективной коробки передач, способной обеспечивать передаточное число 1: 102 с использованием топологии Wolfrom, любезно предоставлено © Yasutaka Fujimoto.
Эти многообещающие результаты — см. Таблицу 4 — показывают, что выравнивание соотношений подвода и углубления посредством оптимизации коэффициентов смещения профиля может привести к чрезвычайно высокой эффективности зацепления. Насколько известно авторам, эта стратегия была первоначально предложена Хори и Хаяши (1994) и особенно интересна в топологии Wolfrom, где она в конечном итоге может обеспечить эффективность выше 90% в сочетании с высокими передаточными числами и компактными топологиями.
Привод подшипника шестерни
Вслед за новаторской работой в этой области Джона М. Враниша из НАСА, результатом которой стало изобретение планетарной передачи без водила во Вранише (1995) и подшипников с частичными зубьями (Враниш, 2006), NASA Goddard Space Центр управления полетами представил свою концепцию нового зубчатого подшипника в Вайнберге и др. (2008).
Северо-Восточный университет в Бостоне продолжил разработку этого нового привода для применения в роботизированных соединениях.Как видно на Рисунке 10, он включает в себя коробку передач Wolfrom, адаптированную для включения конструкции Vranish без опоры и зубчатых подшипников. Подшипники шестерен представляют собой контакты качения, которые предусмотрены для каждой пары зацепных шестерен в соответствии с их делительным диаметром и уменьшают нагрузку на подшипники коробки передач (Brassitos et al., 2013). Эта топология обеспечивает удобную интеграцию электромотора, который, следовательно, встроен в полую часть большого солнечного зубчатого колеса в конфигурации, специально предназначенной для космических приложений (Brassitos and Jalili, 2017).
Рисунок 10 . Внутренняя конфигурация зубчатого подшипника привода, включая встроенный бесщеточный двигатель, адаптирована из Brassitos and Jalili (2017) с разрешения © 2017 Американское общество инженеров-механиков ASME. Справа также показана основная топология Wolfrom с расщепленным реакционным кольцом.
В Brassitos and Jalili (2018) металлический прототип привода с зубчатым подшипником с передаточным числом 1:40 характеризуется жесткостью, трением и кинематической погрешностью.Измерения полностью соответствуют данным FUJILAB и подтверждают низкий пусковой момент без нагрузки в этой конфигурации (0,0165 Нм для внешнего диаметра коробки передач ~ 100 мм). После экспериментального измерения жесткости, трения и кинематической погрешности их привода (Brassitos and Jalili, 2018) интегрировали эти значения в динамическую модель, которая затем была смоделирована и сравнена с откликом скорости разомкнутого контура системы при свободном синусоидальном движении, показав хорошие результаты. корреляция и предлагает очень удобную высокую линейность передачи.
Предварительные измерения показали хороший комбинированный КПД двигателя и коробки передач Wolfrom с передаточным числом 1: 264 (Brassitos et al., 2013), что не очень хорошо коррелирует с рассчитанным скрытым коэффициентом мощности 196. КПД не был определен. снова в центре внимания недавних статей авторов, и мы, к сожалению, не смогли на данный момент подтвердить окончательные уровни эффективности, которых могут достичь новые прототипы.
В любом случае привод с зубчатым подшипником дает очень интересные возможности для использования потенциала топологии Wolfrom в робототехнике.Возможность удаления несущей конструкции и встраивания электродвигателя в коробку передач в общем корпусе позволяет получить впечатляюще компактные конструкции. Возможность использования продольных роликов зубчатых подшипников для уменьшения радиальной нагрузки на подшипники также является многообещающим вариантом для повышения компактности и повышения эффективности (Brassitos et al., 2019).
The Galaxie Drive
Schreiber and Schmidt (2015) защищает основные инновации, включенные в Galaxie Drive, коробку передач, которую WITTENSTEIN в настоящее время выводит на рынок прецизионных коробок передач через свой стартап Wittenstein Galaxie GmbH, созданный в апреле 2020 года.
Хотя таблица данных и подробная информация еще не доступны, также раскрыты принцип работы и ожидаемая прибыль. Galaxie Drive представляет новый кинематический подход, основанный на линейном наведении одиночного зуба в зубчатом картере Teeth Carrier , но, по мнению этих авторов, его топология напоминает топологию деформационно-волнового механизма, см. Рис. 11. Гибкая линия заменена зубцами Держатель, включающий два ряда отдельных зубцов, выполнен с возможностью радиального перемещения и зацепления с круговым шлицем в качестве вращающегося многоугольного вала выполняет роль генератора волн с многоугольным периметром (Schreiber and Röthlingshöfer, 2017).Следовательно, несколько отдельных зубьев входят в зацепление одновременно с круговым шлицем — так же, как в Harmonic Drive. Это, вместе с двухточечным контактом с высокой устойчивостью к крутящему моменту между каждым отдельным зубом и держателем зубов, обеспечивает этому устройству характерный нулевой люфт, высокую жесткость на кручение и эталонное соотношение крутящего момента к весу, по словам производителя.
Рисунок 11 . Деталь зацепления зубьев коробки передач Galaxy (R) DF адаптирована из Schreiber (2015) с разрешения © 2020 Wittenstein Galaxie GmbH.Он включает схему базовой топологии KHV.
В ходе прямого обмена мнениями представители Виттенштейна подтвердили, что очевидная проблема трения между отдельными зубьями и их направляющим круговым кольцом решена, и Galaxie может достичь максимальной эффективности выше 90%. Из-за лежащей в основе конфигурации KHV ожидаются большие коэффициенты скрытой мощности, но пока невозможно получить дальнейшее представление об эффективности зацепления, которая будет результатом радиального движения зубьев, которое включает новую логарифмическую спиральную боковую поверхность зуба (Мишель, 2015).
Изначально привод Galaxie Drive предназначался для высокоточного оборудования, где высокая жесткость и сопротивление крутящему моменту могут помочь увеличить скорость и производительность. В будущем мы, безусловно, сможем оценить потенциал этой инновационной технологии также для робототехнических приложений.
Обсуждение
Новое поколение робототехнических устройств меняет приоритеты в выборе подходящих коробок передач. Вместо высочайшей точности на высоких скоростях эти устройства предъявляют более строгие требования к легким и очень эффективным устройствам с механическим усилением.
Сверхлегкие приводы деформационных волн (HD, E-cyclo), безусловно, находятся в очень хорошем положении для удовлетворения этих потребностей, что подтверждается их нынешним доминированием в области коботов. При рассмотрении привода волны деформации для роботизированной задачи pHRI работа при низких крутящих моментах и скоростях должна быть сведена к минимуму, если эффективность должна быть максимальной. Хотя их оптимизированная геометрия зубьев способствует более линейной жесткости на кручение, трение остается в значительной степени нелинейным и зависит от направления, вызывая также определенные ограничения использования.Храповой механизм в результате ударной нагрузки является дополнительным ограничением, которое следует учитывать для этого типа коробки передач, которое E-Cyclo не должен иметь (SUMITOMO, 2020).
Циклоидные приводы
прошли долгий путь, чтобы в конечном итоге стать доминирующей технологией в промышленных роботах. Благодаря технологическим достижениям, направленным на уменьшение люфта и ограничений скорости ввода, они теперь могут обеспечивать хорошую точность с приемлемой эффективностью, несмотря на высокие скрытые коэффициенты мощности, возникающие из-за базовой топологии KHV, эквивалентной топологии приводов с волновой деформацией.Использование ступени перед зацеплением также вносит важный вклад в достижение этой цели за счет повышения базовой топологической эффективности. Сверхлегкие конструкции, подобные конструкции SPINEA, демонстрируют интересный потенциал, но в конечном итоге потребуются более прорывные подходы, такие как пластиковые материалы, чтобы удовлетворить потребности в более легких коробках передач и более высоких передаточных числах, необходимых для HRI. Пока это не станет возможным, циклоидные приводы можно рассматривать только для больших полезных нагрузок, когда их больший вес и результирующая инерция не критичны для работы.Когда исключительная точность не требуется, можно избежать мер компенсации люфта в пользу повышения эффективности и более низких пусковых моментов. В любом случае следует позаботиться о том, чтобы адекватно управлять пульсацией крутящего момента, и, вероятно, необходимо будет остаться на этапе перед включением, чтобы обеспечить высокие скорости входного двигателя.
Невозможность планетарных редукторов уменьшить люфт при сохранении хорошей производительности и ограничения жесткости на кручение ограничили их использование в промышленной робототехнике. Тем не менее, PGT чрезвычайно универсальны, что демонстрирует их широкое использование во множестве современных промышленных устройств.И они изначально эффективны, надежны и относительно просты — дешевы — в производстве. Это может объяснить недавний интерес робототехников к PGT и почему пять из шести изученных здесь принципиально инновационных редукторов основаны на конфигурации PGT с высоким передаточным числом: топологии Wolfrom. Лучшая топологическая эффективность в сочетании с улучшением эффективности зацепления за счет модификации профиля или даже еще одного шага вперед по замене зубьев контактами качения — многообещающие особенности. В сочетании с возможностями, открываемыми их полой топологией, эти элементы потенциально могут привести к возвращению PGT в робототехнику.
Наше исследование показывает, что большая универсальность технологий редукторов, используемых в робототехнике, представляет собой серьезную проблему для прямого сравнения их характеристик. Как показывают примеры люфта и максимальной входной скорости, адекватные модификации конструкции могут надлежащим образом компенсировать большинство исходных слабых мест определенной технологии за счет компромиссов в других аспектах, обычно включая эффективность, размер, вес и стоимость. Точно так же большие скрытые коэффициенты мощности указывают на существенный топологический недостаток с точки зрения эффективности, но он также может быть — по крайней мере частично — компенсирован соответствующими модификациями.Таким образом, обучающий эффект заключается в том, что выбор подходящей технологии редуктора для определенного применения pHRI является чрезвычайно сложным процессом, требующим глубокого понимания фундаментальных недостатков, возможностей улучшения и производных компромиссов каждой технологии. Наша первоначальная цель исследования — внести свой вклад в простую таблицу выбора, способную помочь неопытным робототехникам в выборе подходящих технологий редукторов для своих робототехнических устройств, поэтому не могла быть достигнута.Вместо этого в этой статье собраны и объясняются основные параметры выбора и связанные с ними проблемы в каждой из доступных технологий, чтобы помочь инженерам-роботам pHRI развить необходимые навыки, необходимые для осознанного выбора подходящей, индивидуально оптимизированной коробки передач.
Два важных аспекта роботизированных редукторов для pHRI, к сожалению, не могут быть адекватно оценены в нашем исследовании на данном этапе: шум и стоимость. По мере приближения роботизированных устройств к людям шум привлекает все больше внимания робототехников.Редукторы, безусловно, представляют собой важный источник шума (переносимого воздухом и конструкциями), но, к сожалению, на данном этапе рекомендуется исключить шум из нашего анализа по двум основным ограничениям. Во-первых, большинство производителей редукторов еще не предоставляют количественных оценок шумовых характеристик, и когда они это делают, они, как правило, следуют другим методам испытаний, которые также не особенно подходят для рабочих условий в pHRI. Во-вторых, современные технологии коробок передач все еще должны пройти ожидаемый процесс оптимизации шума.
Стоимость также является важным параметром, делающим технологии pHRI более доступными, и поэтому становится важным при выборе подходящих редукторов для будущих робототехнических технологий. К сожалению, и здесь научному сообществу доступно недостаточное количество исходной информации для систематической справедливой оценки крупномасштабного экономического потенциала определенной технологии редукторов. Прежде чем можно будет определить подходящую основу для оценки этого потенциала, требуется большой объем исследовательской работы, которая явно выходит за рамки нашего исследования.
Эти два ограничения очерчивают основные рекомендации авторов для интересных направлений будущих исследований. Определение стандартных условий испытаний на воздушный и конструкционный шум в коробках передач, особенно адаптированных к типичным условиям эксплуатации и потребности в pHRI, могло бы позволить прямое сравнение различных технологий и способствовать их оптимизации шума. Кроме того, составление доступных моделей затрат для производственных процессов, связанных с изготовлением редукторов, и их адаптация к специфике конкретных технологий, используемых в робототехнике, позволит составить основу для оценки потенциала крупномасштабных затрат (и препятствий) разные технологии.
Авторские взносы
Все авторы принимали участие в предварительной работе, связанной с этой темой исследования, и внесли свой вклад в концептуализацию структуры, представленной в рукописи. PG работала над созданием подходящей системы оценки для выполнения анализа коробки передач и взяла на себя инициативу в написании рукописи и преобразовании ее в ее текущую форму. PG и ES в равной степени способствовали выявлению потенциально подходящих технологий и их анализу с помощью структуры.Все корректуры авторов прочитали и внесли свой вклад в окончательную версию статьи.
Финансирование
SC, ES (доктор философии) и TV (докторская степень) являются научными сотрудниками Исследовательского фонда Фландрии — Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek (FWO). Эта работа частично финансируется программой исследований и инноваций Европейского Союза Horizon 2020 в рамках Соглашения о гранте № 687662 — проект SPEXOR.
Конфликт интересов
Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Благодарности
Авторы хотели бы поблагодарить профессора Ясутака Фудзимото из Йокогамского национального университета, а также компании Neugart GmbH, Harmonic Drive SE, Sumitomo Drive Germany GmbH, Genesis Robotics, Innovative Mechatronic Systems B.V., Stam s.r.l. и Wittenstein Galaxy GmbH за любезную поддержку и полученные объяснения, а также за разрешение использовать прилагаемые изображения их устройств.
Дополнительные материалы
Дополнительные материалы к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https: // www.frontiersin.org/articles/10.3389/frobt.2020.00103/full#supplementary-material
Список литературы
Альбу-Шеффер, А., Эйбергер, О., Гребенштейн, М., Хаддадин, С., Отт, К., Вимбок, Т. и др. (2008). Мягкая робототехника. Робот IEEE. Автомат. Mag. 15, 20–30. DOI: 10.1109 / MRA.2008.927979
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Arigoni, R., Cognigni, E., Musolesi, M., Gorla, C., and Concli, F. (2010). «Планетарные редукторы: КПД, люфт, жесткость» в Международная конференция VDI по зубчатым колесам (Мюнхен).
Google Scholar
Арнаудов, К., Караиванов, Д. (2005). «Планетарные зубчатые передачи с высшим составом» в Международная конференция VDI по зубчатым колесам , Vol. 1904 (Мюнхен: VDI-Bericht), 327–344.
Барбагелата А. и Корсини Р. (2000). Riduttore Ingranaggi Conici Basculanti . Патент Италии № IT SV20000049A1. Рим: Ufficio Italiano Brevetti e Marchi.
Барбагелата А., Эллеро С. и Ландо Р. (2016). Планетарная коробка передач .Европейский патент № EP2975296A2. Мюнхен: Европейское патентное ведомство.
Брасситос, Э. и Джалили, Н. (2017). Разработка и разработка компактного высокомоментного роботизированного привода для космических механизмов. J. Mech. Робот. 9, 061002-1–061002-11. DOI: 10.1115 / 1.4037567
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Брасситос Э. и Джалили Н. (2018). «Определение характеристик жесткости, трения и кинематической погрешности в трансмиссиях с зубчатыми подшипниками», на Международной конференции по проектированию и проектированию ASME 2018, а также на конференции «Компьютеры и информация в инженерии» (Квебек: цифровая коллекция Американского общества инженеров-механиков).DOI: 10.1115 / DETC2018-85647
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Brassitos, E., Mavroidis, C., and Weinberg, B. (2013). «Зубчатый подшипниковый привод: новый компактный привод для роботизированных шарниров» на Международной конференции по проектированию и проектированию ASME 2013, а также на конференции «Компьютеры и информация в машиностроении» (Портленд, Орегон: цифровая коллекция Американского общества инженеров-механиков). DOI: 10.1115 / DETC2013-13461
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Брасситос, Э., Вайнберг, Б., Цинчао, К., и Мавроидис, К. (2019). Контактная система изогнутого подшипника . Патент США № US10174810B2. Вашингтон, округ Колумбия: Бюро по патентам и товарным знакам США.
Google Scholar
Каланка, А., Мурадор, Р., Фиорини, П. (2015). Обзор алгоритмов совместимого управления жесткими и фиксированными роботами. IEEE / ASME Trans. Мех. 21, 613–624. DOI: 10.1109 / TMECH.2015.2465849
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Карбоне, Г., Mangialardi, L., и Mantriota, G. (2004). Сравнение характеристик полнотороидальных и полутороидальных тяговых приводов. мех. Мах. Теория 39, 921–942. DOI: 10.1016 / j.mechmachtheory.2004.04.003
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Четинкунт, С. (1991). Проблемы оптимального проектирования в высокоскоростных высокоточных сервосистемах движения. Мехатроника 1, 187–201. DOI: 10.1016 / 0957-4158 (91)
-A
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Чен, К.и Анхелес Дж. (2006). Потери виртуальной мощности и механические потери мощности в зубчатых зацеплениях планетарных зубчатых передач. ASME J. Mech. Des. 129, 107–113. DOI: 10.1115 / 1.2359473
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Чен, Д. З., и Цай, Л. В. (1993). Кинематический и динамический синтез редукторных робототехнических механизмов. J. Mech. Des. 115, 241–246. DOI: 10.1115 / 1.2
3
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Crispel, S., López-García, P., Verstraten, T., Convens, B., Saerens, E., Vanderborght, B., and Lefeber, D. (2018). «Представляем составные планетарные передачи (C-PGT): компактный способ достижения высоких передаточных чисел для носимых роботов», на Международном симпозиуме по носимой робототехнике (Пиза), 485–489. DOI: 10.1007 / 978-3-030-01887-0_94
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Де Сантис А., Сицилиано Б., Де Лука А. и Бикки А. (2008). Атлас физического взаимодействия человека и робота. мех.Мах. Теория 43, 253–270. DOI: 10.1016 / j.mechmachtheory.2007.03.003
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Дель Кастильо, Дж. М. (2002). Аналитическое выражение КПД планетарных зубчатых передач. мех. Мах. Теория 37, 197–214. DOI: 10.1016 / S0094-114X (01) 00077-5
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Дрессчер, Д., де Фрис, Т. Дж., И Страмиджоли, С. (2016). «Выбор мотор-редуктора для повышения энергоэффективности», Международная конференция IEEE 2016 по усовершенствованной интеллектуальной мехатронике (AIM) (Банф, AB: IEEE), 669–675.DOI: 10.1109 / AIM.2016.7576845
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Фудзимото Ю. (2015). Эпициклический зубчатый привод и метод его проектирования . Патент Японии № JP2015164100. Токио: Патентное ведомство Японии.
Fujimoto, Y., and Kobuse, D. (2017). «Роботизированные приводы с высокой управляемостью назад», на международном семинаре IEEJ по обнаружению, срабатыванию, управлению движением и оптимизации (SAMCON) (Нагаока), IS2–1.
GAM (2020 г.). GSL Трансмиссионный редуктор .Каталог.
ГЕНЕЗИС (2018). Усилитель крутящего момента Reflex — движущая сила будущего . Tech Update Общайтесь.
Гиберти Х., Чинквемани С. и Леньяни Г. (2010). Влияние механических характеристик трансмиссии на выбор мотор-редуктора. Мехатроника 20, 604–610. DOI: 10.1016 / j.mechatronics.2010.06.006
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Жирар, А., Асада, Х. Х. (2017). Использование естественной динамики нагрузки с приводами с регулируемым передаточным числом. Робот IEEE. Автомат. Lett. 2, 741–748. DOI: 10.1109 / LRA.2017.2651946
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Горла К., Даволи П., Роза Ф., Лонгони К., Чиоцци Ф. и Самарани А. (2008). Теоретический и экспериментальный анализ циклоидного редуктора скорости. J. Mech. Des. 130: 112604. DOI: 10.1115 / 1.2978342
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Groothuis, S. S., Folkertsma, G.A., и Stramigioli, S. (2018). Общий подход к достижению стабильности и безопасного поведения в распределенных роботизированных архитектурах. Фронт. Робот. AI 5: 108. DOI: 10.3389 / frobt.2018.00108
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Хаддадин, С., Альбу-Шеффер, А., и Хирцингер, Г. (2009). Требования к безопасным роботам: измерения, анализ и новые идеи. Внутр. J. Робот. Res , 28, 1507–1527. DOI: 10.1177 / 0278364
3970
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Хаддадин, С., Крофт, Э. (2016). «Физическое взаимодействие человека и робота», в справочнике по робототехнике Springer (Cham: Springer), 1835–1874.DOI: 10.1007 / 978-3-319-32552-1_69
CrossRef Полный текст | Google Scholar
HALODI Robotics (2018). Revo1 ™ ДВИГАТЕЛЬ с прямым приводом [Брошюра], Moss. Доступно в Интернете по адресу: https://www.halodi.com/revo1 (по состоянию на 30 апреля 2020 г.).
Хэм, Р. В., Шугар, Т. Г., Вандерборг, Б., Холландер, К. В., и Лефебер, Д. (2009). Соответствующие конструкции приводов. Робот IEEE. Автомат. Mag. 16, 81–94. DOI: 10.1109 / MRA.2009.933629
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Гармонический привод A.G. (2014) Технические данные Наборы компонентов CSD-2A . Каталог.
Хлебаня Г., Куловец С. (2015). «Разработка плоскоцентрической коробки передач на основе геометрии S-образной шестерни», в 11. Kolloquium Getriebetechnik (Мюнхен), 205–216.
Google Scholar
Хоган, Н. (1984). «Управление импедансом: подход к манипуляции», в 1984 American Control Conference (Сан-Диего, Калифорния: IEEE), 304–313. DOI: 10.23919 / ACC.1984.4788393
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Хори, К., и Hayashi, I. (1994). Максимальный КПД обычных механических планетарных шестерен парадокса для редуктора. Trans. Jpn. Soc. Мех. Англ. 60, 3940–3947. DOI: 10.1299 / kikaic.60.3940
CrossRef Полный текст
Хантер И. В., Холлербах Дж. М. и Баллантайн Дж. (1991). Сравнительный анализ актуаторных технологий для робототехники. Робот. Ред. 2, 299–342.
Google Scholar
IMSystems (2019). проезд Архимеда.IMSystems — Drive Innovation [Брошюра], Делфт.
Икбал, Дж., Цагаракис, Н. Г., и Колдуэлл, Д. Г. (2011). «Дизайн носимого оптимизированного экзоскелета руки с прямым приводом», на Международной конференции по достижениям в области взаимодействия компьютера и человека (ACHI) (Гозье).
PubMed Аннотация | Google Scholar
Канаи Ю., Фудзимото Ю. (2018). «Бездатчиковое управление для экзоскелета с электроприводом с использованием приводов с высокой степенью обратного хода», на IECON 2018–44-й ежегодной конференции Общества промышленной электроники IEEE (Вашингтон, округ Колумбия: IEEE), 5116–5121.DOI: 10.1109 / IECON.2018.85
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Капелевич А. и AKGears LLC (2013). Анализ планетарных передач с высоким передаточным числом. Коэффициент 3, 10.
Google Scholar
Караяннидис Ю., Друкас Л., Папагеоргиу Д. и Доулжери З. (2015). Управление роботом для выполнения задач и повышения безопасности при ударах. Фронт. Робот. AI 2:34. DOI: 10.3389 / frobt.2015.00034
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Кашири, Н., Abate, A., Abram, S.J., Albu-Schaffer, A., Clary, P.J., Daley, M., et al. (2018). Обзор принципов энергоэффективного передвижения роботов. Фронт. Робот. AI 5: 129. DOI: 10.3389 / frobt.2018.00129
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Ким, Дж., Парк, Ф. К., Парк, Ю., и Шизуо, М. (2002). Проектирование и анализ сферической бесступенчатой трансмиссии. J. Mech. Des . 124, 21–29. DOI: 10.1115 / 1.1436487
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Классен, Дж.Б. (2019). Дифференциальная планетарная коробка передач . Международный патент № WO2019 / 051614A1. Женева: Всемирная организация интеллектуальной собственности, Международное бюро.
Google Scholar
Коряков-Савойский Б., Алексахин И., Власов И. П. (1996). Зубчатая передача . Патент США № US5505668A. Вашингтон, округ Колумбия: Бюро по патентам и товарным знакам США.
Google Scholar
Ли С. (2014). «Новейшие технологии проектирования зубчатых передач с большими передаточными числами», в материалах Proceedings of International Gear Conference (Lyon), 427–436.DOI: 10.1533 / 9781782421955.427
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Looman, J. (1996). Zahnradgetriebe (Зубчатые механизмы) . Берлин: Springer-Verlag. DOI: 10.1007 / 978-3-540-89460-5
CrossRef Полный текст
Лопес-Гарсия, П., Криспель, С., Верстратен, Т., Сэренс, Э., Конвенс, Б., Вандерборгт, Б., и Лефебер, Д. (2018). «Конструкция планетарного редуктора для активной носимой робототехники, основанная на анализе видов отказов и последствий (FMEA)», на Международном симпозиуме по носимой робототехнике (Пиза), 460–464.DOI: 10.1007 / 978-3-030-01887-0_89
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Лопес-Гарсия, П., Криспель, С., Верстратен, Т., Сэренс, Э., Вандерборгт, Б., и Лефебер, Д. (2019a). «Редукторы Wolfrom для легкой робототехники, ориентированной на человека», в Труды Международной конференции по зубчатым колесам 2019 (Мюнхен: VDI), 753–764.
Лопес-Гарсия, П., Криспель, С., Верстратен, Т., Сэренс, Э., Вандерборгт, Б., и Лефебер, Д. (2019b). «Настройка планетарных зубчатых передач для поддержки и воспроизведения конечностей человека», в MATEC Web of Conferences (Варна: EDP Sciences), 01014.DOI: 10.1051 / matecconf / 201928701014
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Лафлин, К., Альбу-Шеффер, А., Хаддадин, С., Отт, К., Стеммер, А., Вимбек, Т., и Хирцингер, Г. (2007). Легкий робот DLR: концепции проектирования и управления роботами в среде обитания человека. Ind. Робот. Int. J . 34, 376–385. DOI: 10.1108 / 01439
0774386
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Макмиллан Р. Х. и Дэвис П. Б. (1965). Аналитическое исследование систем раздвоенной передачи энергии. J. Mech. Англ. Sci . 7, 40–47. DOI: 10.1243 / JMES_JOUR_1965_007_009_02
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Mayr, C. (1989). Präzisions-Getriebe für die Automation: Grundlagen und Anwendungsbeispiele . Ландсберг: Verlag Moderne Industrie.
Мишель, С. (2015). Logarithmische spirale statt evolvente. Maschinenmarkt № . 18, 40–42.
Михайлидис А., Афанасопулос Э. и Оккас Э. (2014). «Эффективность циклоидного редуктора», в International Gear Conference (Lyon Villeurbanne), 794–803.DOI: 10.1533 / 9781782421955.794
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Морозуми, М. (1970). Эвольвентное внутреннее зацепление со смещением профиля . Патент США № US3546972A. Вашингтон, округ Колумбия: Бюро по патентам и товарным знакам США.
Google Scholar
Мюллер, Х. В. (1998). Die Umlaufgetriebe: Auslegung und vielseitige Anwendungen . Берлин; Гейдельберг: Springer-Verlag. DOI: 10.1007 / 978-3-642-58725-2
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Мульцер, Ф.(2010). Systematik hoch übersetzender koaxialer getriebe (докторская диссертация). Технический университет Мюнхена, Мюнхен, Германия.
Google Scholar
Musser, C. W. (1955). Деформационная передача . Патент США № US23A. Вашингтон, округ Колумбия: Бюро по патентам и товарным знакам США.
НАБТЕКО (2018). Прецизионный редуктор серии RV — N . CAT.180410. Каталог.
Нойгарт, А. Г. (2020). Линия эконом-класса PLE .Каталог.
Ниманн Г., Винтер Х. и Хён Б. Р. (1975). Maschinenelemente, Vol. 1 . Берлин; Гейдельберг; Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Спрингер.
Google Scholar
Pasch, K. A., and Seering, W. P. (1983). «О приводных системах для высокопроизводительных машин», в Машиностроение (Нью-Йорк, Нью-Йорк: Машиностроение Общества ASME-AMER), 107–107.
Pennestri, E., and Freudenstein, F. (1993). Механический КПД планетарных зубчатых передач. ASME J. Mech. Des . 115, 645–651. DOI: 10.1115 / 1.29
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Петтерссон, М., и Олвандер, Дж. (2009). Оптимизация трансмиссии промышленных роботов. IEEE Trans. Робот. 25, 1419–1424. DOI: 10.1109 / TRO.2009.2028764
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Фам А. Д. и Ан Х. Дж. (2018). Прецизионные редукторы для промышленных роботов, участвующих в четвертой промышленной революции: современное состояние, анализ, дизайн, оценка производительности и перспективы. Внутр. J. Precis. Англ. Manuf. Green Technol. 5, 519–533. DOI: 10.1007 / s40684-018-0058-x
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Резазаде, С., и Херст, Дж. У. (2014). «Об оптимальном выборе двигателей и трансмиссий для электромеханических и робототехнических систем», в Международная конференция IEEE / RSJ 2014 по интеллектуальным роботам и системам (Чикаго, Иллинойс: IEEE), 4605–4611. DOI: 10.1109 / IROS.2014.6943215
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Роос, Ф., Йоханссон, Х., Викандер, Дж. (2006). Оптимальный выбор двигателя и редуктора для мехатронных приложений. Мехатроника 16, 63–72. DOI: 10.1016 / j.mechatronics.2005.08.001
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Розенбауэр Т. (1995). Getriebe für Industrieroboter: Beurteilungskriterien . Kenndaten, Einsatzhinweise: шейкер.
Россман, А. М. (1934). Механизм . Патент США № US 1970251. Вашингтон, округ Колумбия: У.S. Ведомство по патентам и товарным знакам.
Google Scholar
Saerens, E., Crispel, S., García, P. L., Verstraten, T., Ducastel, V., Vanderborght, B., and Lefeber, D. (2019). Законы масштабирования для роботизированных трансмиссий. мех. Мах. Теория 140, 601–621. DOI: 10.1016 / j.mechmachtheory.2019.06.027
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Шафер И., Бурлье П., Хантшак Ф., Робертс Э. У., Льюис С. Д., Форстер Д. Дж. И Джон К. (2005). «Космическая смазка и характеристики шестерен гармонического привода», , 11-й Европейский симпозиум по космическим механизмам и трибологии, ESMATS 2005 (Люцерн), 65–72.
Google Scholar
Шейнман, В., Маккарти, Дж. М., и Сонг, Дж. Б. (2016). «Механизм и приведение в действие», в справочнике по робототехнике Springer (Cham: Springer), 67–90. DOI: 10.1007 / 978-3-319-32552-1_4
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Шемпф, Х. (1990). Сравнительное проектирование, моделирование и анализ управления роботизированными трансмиссиями (кандидатская диссертация). № WHOI-90-43. Кафедра машиностроения и Океанографический институт Вудс-Холла, Массачусетский технологический институт, Кембридж, Массачусетс, США.DOI: 10.1575 / 1912/5431
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Шемпф, Х. и Йоргер, Д. Р. (1993). Изучение доминирующих рабочих характеристик в трансмиссиях роботов. ASME J. Mech. Des. 115, 472–482. DOI: 10.1115 / 1.2
4
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Шорш, Дж. Ф. (2014). Составной планетарный привод трения . Патент Нидерландов № 2013496. Де Хааг: Octrooicentrum Nederland.
Google Scholar
Шрайбер, Х.(2015). «Revolutionäres getriebeprinzip durch neuinterpretation von maschinenelementen — Die WITTENSTEIN Galaxie®-Kinematik», в Dresdner Maschinenelemente Kolloquium, DMK (Дрезден), 2015. S.
Шрайбер, Х., Рётлингсхёфер, Т. (2017). «Кинематическая классификация коробки передач, содержащей отдельные упорные зубья, и ее преимущества по сравнению с существующими подходами», в Международной конференции по зубчатым колесам , ICG (Мюнхен).
Шрайбер, Х., и Шмидт, М.(2015). Getriebe. Патент Германии № DE 10 2015 105 525 A1. Мюнхен: Deutsches Patent- und Markenamt.
Google Scholar
Сенсинджер, Дж. У. (2010). «Выбор двигателей для роботов, использующих биомиметические траектории: оптимальные критерии, обмотки и другие соображения», в Международная конференция IEEE по робототехнике и автоматизации, 2010 г., (Анкоридж, AK: IEEE), 4175–4181. DOI: 10.1109 / ROBOT.2010.5509620
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Сенсинджер, Дж.W. (2013). КПД высокочувствительных зубчатых передач, например, циклоидных передач. ASME J. Mech. Des. 135, 071006-1–071006-9. DOI: 10.1115 / 1.4024370
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Сенсинджер, Дж. У., Кларк, С. Д., Шорш, Дж. Ф. (2011). «Внешний и внутренний роторы в роботизированных бесщеточных двигателях», , Международная конференция IEEE по робототехнике и автоматизации, 2011 г., (Монреаль, Квебек, IEEE), 2764–2770. DOI: 10.1109 / ICRA.2011.5979940
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Сеок, С., Wang, A., Chuah, M. Y. M., Hyun, D. J., Lee, J., Otten, D. M., et al. (2014). Принципы разработки энергоэффективного передвижения на ногах и их реализация на роботе-гепарде Массачусетского технологического института. IEEE / ASME Trans. Мех. 20, 1117–1129. DOI: 10.1109 / TMECH.2014.2339013
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Сицилиано Б., Шавикко Л., Виллани Л. и Ориоло Г. (2010). Робототехника: моделирование, планирование и управление . Лондон: Springer Science and Business Media. DOI: 10.1007 / 978-1-84628-642-1
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Слэттер Р. (2000). Weiterentwicklung eines Präzisionsgetriebes für die Robotik . Санкт-Леонард: Antriebstechnik.
Google Scholar
ПОЗВОНОЧНИК (2017). TwinSpin — высокоточные редукторы — Präzisionsgetriebe . Каталог.
Страмиджоли, С., Ван Оорт, Г., Дертьен, Э. (2008). «Концепция нового энергоэффективного привода», в Международная конференция IEEE / ASME 2008 по передовой интеллектуальной мехатронике (Сиань: IEEE), 671–675.DOI: 10.1109 / AIM.2008.4601740
CrossRef Полный текст | Google Scholar
СУМИТОМО (2017). Fine Cyclo® Spielfreie Präzisionsgetriebe . Каталог 9
DE 02/2017.
СУМИТОМО (2020). Приводы управления движением E-Cyclo®. Каталог F10001E-1.
Талбот Д., Кахраман А. (2014). «Методология прогнозирования потерь мощности планетарных передач», в International Gear Conference (Lyon-Villeurbanne), 26–28. DOI: 10.1533 / 9781782421955.625
CrossRef Полный текст
Томчик, Х. (2000). Регулирующее устройство с планетарной передачей . Европейский патент № EP1244880B1. Мюнхен: Европейское патентное ведомство.
Google Scholar
Toxiri, S., Näf, M. B., Lazzaroni, M., Fernández, J., Sposito, M., Poliero, T., et al. (2019). «Экзоскелеты с опорой на спину для профессионального использования: обзор технологических достижений и тенденций», в IISE Trans. Ок. Эргон. Гул. Факторы 7, 3–4, 237–249.DOI: 10.1080 / 24725838.2019.1626303
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Ван де Стрете, Х. Дж., Дегезель, П., Де Шуттер, Дж., И Бельманс, Р. Дж. (1998). Критерий выбора серводвигателя для мехатронных приложений. IEEE / ASME Trans. Мех. 3, 43–50. DOI: 10.1109 / 3516.662867
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Вил, А. Дж., И Се, С. К. (2016). На пути к совместимым и пригодным для носки роботизированным ортезу: обзор текущих и новых актуаторных технологий. Med. Англ. Phys. 38, 317–325. DOI: 10.1016 / j.medengphy.2016.01.010
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
Verstraten, T., Furnémont, R., Mathijssen, G., Vanderborght, B., and Lefeber, D. (2016). «Энергопотребление мотор-редукторов постоянного тока в динамических приложениях: сравнение подходов к моделированию» в IEEE Robot. Автомат. Lett. 1, 524–530. DOI: 10.1109 / LRA.2016.2517820
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Враниш, Дж.М. (1995). Планетарный привод без несущей, без люфта . Патент США № US5409431. Вашингтон, округ Колумбия: Бюро по патентам и товарным знакам США.
Google Scholar
Враниш, Дж. М. (2006). Подшипники с частичным зубчатым колесом . Патент США № US2006 / 0219039A1. Вашингтон, округ Колумбия: Бюро по патентам и товарным знакам США.
Google Scholar
Ван, А., Ким, С. (2015). «Направленная эффективность в редукторных трансмиссиях: характеристика обратного движения в направлении улучшенного проприоцептивного контроля», в Международная конференция IEEE по робототехнике и автоматизации (ICRA), 2015 г. (ICRA), (Сиэтл, Вашингтон: IEEE), 1055–1062.DOI: 10.1109 / ICRA.2015.7139307
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Вайнберг, Б., Мавроидис, К., и Враниш, Дж. М. (2008). Зубчатый подшипник привода . Патент США № US2008 / 0045374A1. Вашингтон, округ Колумбия: Бюро по патентам и товарным знакам США.
Google Scholar
WinterGreen Research (2018). Прецизионные редукторы с волновыми редукторами и редукторы RV и RD: доли рынка, стратегия и прогнозы, во всем мире, с 2018 по 2024 годы . WIN0418002.
WITTENSTEIN AG (2020 г.). Technische Broschüre SP + und TP + Getrieben. Каталог.
Вольф, А. (1958). Die Grundgesetze der Umlaufgetriebe . Брауншвейг: Фридр. Vieweg и Sohn.
Вольфром, У. (1912). Der Wirkungsgrad von Planetenrädergetrieben. Werkstattstechnik 6, 615–617.
Ю. Д., Бичли Н. (1985). О механическом КПД дифференциала. ASME J. Mech. Пер. Автомат. 107, 61–67.DOI: 10.1115 / 1.3258696
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Зинн М., Рот Б., Хатиб О. и Солсбери Дж. К. (2004). Новый подход к срабатыванию робота, удобного для человека. Внутр. J. Робот. Res. 23, 379–398. DOI: 10.1177 / 0278364
2193
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Объяснение: Типы автоматических коробок передач
Не все автоматические коробки передач одинаковы. Вот посмотрите на различные варианты, как они работают, и на разницу для пользователя
Автоматическая коробка передач в той или иной форме существует уже почти столетие.Придуманная в 20-х годах, но популяризированная в 40-х годах компаниями Cadillac и Oldsmobile, концепция устранения одного из самых сложных навыков вождения остается привлекательной вплоть до сегодняшнего дня. Автоматические трансмиссии исторически использовались, чтобы снимать нагрузку, избавляя водителя от необходимости нажимать сцепление, выбирать передачу, отпускать сцепление и — в автомобилях без синхронизатора — согласовывать обороты двигателя и трансмиссии, чтобы гарантировать чистое изменение. Вместо этого водители могут просто выбрать «Драйв» и отправиться в путь без каких-либо забот.В последнее время они также стали выбором трансмиссии для машин с серьезными характеристиками, способных справляться с экстремальной мощностью более безопасно и эффективно, чем это мог бы сделать человек-водитель. Но не все АКПП одинаковы. Итак, какие бывают типы, как они работают и есть ли разница для пользователей?
Гидротрансформатор / традиционный автоматический
На протяжении большей части прошлого века автоматический гидротрансформатор был практически единственным выбором, который у вас был.В этих коробках передач используется гидравлическая муфта, известная как преобразователь крутящего момента, которая действует как соединение между двигателем и коробкой передач. Этот гидротрансформатор обеспечивает проскальзывание сцепления без опасности износа компонентов. Он также без проблем справляется с серьезным запасом мощности — отлично подходит для современных автомобилей с высокими характеристиками. У ранней автоматики гидротрансформатора было несколько явных плюсов и минусов. Гидравлический характер гидротрансформатора без прочного соединения между двигателем и коробкой передач в сочетании с серьезным недостатком передач — обычно трех или четырех, но часто всего двух — означал, что эффективность несколько снижалась.Производительность тоже пострадала, и автоматика гидротрансформатора была медленнее, чем их современные конкуренты. С другой стороны, это самый простой и надежный вид автоматической трансмиссии, и к тому же они очень плавные — в те времена «глушилка» не всегда была оскорблением. В современных автомобилях с гидротрансформатором эти проблемы почти решены. Современный гидротрансформатор — одна из лучших трансмиссий, которую вы можете купить, способная обеспечить сверхплавное переключение передач, когда вы просто неуклюже, или острые как бритва, когда вы опускаете ногу.Механическая блокировка срабатывает, когда двигатель и коробка передач работают с одинаковой скоростью, что снижает потери через трансмиссию. Современные автобоксы также могут иметь до восьми передач, что способствует повышению производительности и экономии. Вы найдете современный гидротрансформатор во всем, от небольших экономичных автомобилей до самых роскошных и мощных машин на рынке. В настоящее время заказ такой действительно не является недостатком — если, конечно, вы не предпочитаете использовать механическую коробку передач.
Двойное сцепление
Как следует из названия, коробка передач с двойным сцеплением управляет двумя роботизированными механизмами сцепления.Обычно один имеет дело с шестернями с нечетными номерами, а другой — с шестернями с четными номерами, и две руки пересекают друг друга для быстрого переключения передач. Volkswagen Group первой установила коробку передач с двойным сцеплением в серийный автомобиль — на Golf R32 2003 года. После этого она стала популярной среди автомобилей с высокими характеристиками и стала предпочтительной автоматической коробкой передач для всего концерна Volkswagen — вы найдете ее во всем, от супермини до суперкаров. Это не просто инновация Volkswagen — у многих производителей в стойлах есть коробка с двойным сцеплением.Коробки с двойным сцеплением очень быстро переключаются под нагрузкой, а способ передачи мощности между сцеплениями означает, что при переключении передач практически отсутствует падение мощности. Они также могут быть очень плавными, что способствует расслабленному и устойчивому прогрессу. Экономия и производительность не сильно пострадали, а в некоторых случаях могут быть даже лучше, чем их аналоги с ручным управлением. В дебетовом режиме трансмиссии с двойным сцеплением могут испытывать колебания. Электронный контроллер коробки передач должен предсказывать действия водителя и реагировать соответствующим образом, и не всегда он понимает это правильно.Это наиболее очевидно в движении с остановкой и запуском, когда коробка с двойным сцеплением может колебаться, а также при трогании с места, на котором почти не останавливаются, например, на кольцевой развязке. Коробки передач с двойным сцеплением также могут быть очень хрупкими — ранние коробки передач Volkswagen DSG имеют довольно высокий процент отказов, как и другие, более современные коробки передач, такие как Ford Powershift.
вариатор
Бесступенчатая трансмиссия, используемая Nissan и некоторыми другими брендами, представляет собой очень интересную разновидность автоматической коробки передач.Это особенно интересно тем, что у него на самом деле нет шестерен — вместо этого он использует одно бесступенчатое передаточное число, чтобы теоретически получить любое количество «передач». Это позволяет изменять частоту вращения двигателя по желанию, чтобы обеспечить максимальную экономию топлива, повышенную производительность или сочетание того и другого. Традиционные вариаторы работают за счет использования v-образной формы между двумя коническими шестернями. При изменении диаметра конусов — параллельно, чтобы ремень оставался натянутым — изменяется передача, позволяя автомобилю выбирать собственное передаточное число.В других системах используются планетарные передачи, а в некоторых — конические ролики и поворотные колеса. Коробки передач CVT действительно имеют эксплуатационные потери, но способность запускать двигатель на наиболее эффективной скорости — а не на ближайшей передаче — означает, что они действительно могут быть очень эффективными. Результатом является довольно странное ощущение отсутствия связи — коробки передач CVT имеют тенденцию повышать обороты двигателя по спирали каждый раз, когда водитель ставит ногу, что приводит к неприятному эффекту «резиновой ленты», когда скорость движения достигает скорости двигателя.Некоторые производители попытались обойти это, создав «ступенчатую» разработку своих вариаторов — по сути, это точки, в которых трансмиссия будет сохранять свое представление о «передаче» и имитировать «коробку со ступенчатыми передаточными числами». Это может сделать трансмиссию немного менее неестественной, но в некоторой степени ставит под сомнение саму идею наличия бесконечно регулируемых передаточных чисел. Вариаторы очень популярны для использования в гибридных автомобилях. Их плавный характер делает их более естественными в использовании при переключении между электрическим и бензиновым питанием, а также они помогают поддерживать двигатель в оптимальной точке для подзарядки внутреннего аккумулятора автомобиля.
Автоматизированное руководство
Трансмиссия этого типа, используемая в Fiat 500, постепенно выходит из употребления, но остается на некоторых других автомобилях и небольших автоматах. Это самый маленький, легкий и дешевый способ установить автомат в автомобиль, но у него есть несколько недостатков. Автоматические механические коробки передач оставляют существующие системы ручного сцепления и коробки передач на месте и просто роботизируют работу — это все равно, что взять машину с механической коробкой передач и дать водителю бионическую переделку левой руке и ноге.Плюсы, как уже говорилось, в легкости и невысокой стоимости. Эти коробки передач очень просты и очень эффективны, и в них не нужно добавлять много компонентов в машину. С другой стороны, их простой характер просто не работает. Люди могут переключать передачи с помощью одного сцепления, потому что мы знаем, что делаем, еще до того, как мы это сделаем — роботы должны наверстать упущенное, и в результате переключения передач получаются некачественными, резкими и очень медленными. Обычно рекомендуется избегать автоматической механической коробки передач, если это возможно.
.