Анатомія VAG: Від динозаврів до преселективів: як VAG йшов до DSG через біль, перегріви та аутсорс. Частина 1: Сувора гідравліка, 010-та серія та геніальні «милиці».

Добридень.

Починаю цикл невеликих освітніх статтей про те, як VAG розробляв та проектував свої автоматичні коробки. Може комусь це буде цікаво) Погнали!

Сувора гідравліка, 010-та серія та магія дизельного "Е-режиму"

Коли ми сьогодні шукаємо причини стусанів у коробці, рука сама тягнеться за шнурком, щоб почитати помилки, подивитися графіки тиску чи звірити параметри з ELSA. Здається, що без адаптацій, CAN-шини та соленоїдів трансмісія взагалі не здатна адекватно працювати. Але якщо відмотати історію до кінця 70-х, коли під капоти залітала 3-ступінчаста серія 010, ми побачимо абсолютно інший всесвіт. Жодного соленоїда, жодного датчика Холла чи мікросхеми. Ця коробка була абсолютно сліпою і глухою з точки зору електроніки.

Як змусити купу алюмінію та сталі думати? Інженери VAG вирішили це питання за допомогою чистої гідродинаміки.

Серцем цієї системи була звичайна шестеренчаста помпа (Sichelzahnradpumpe), прикручена до задньої стінки картера. Вона качала ATF і створювала базовий лінійний тиск (Hauptdruck), який розходився по всьому гідроблоку. Але базовий тиск — це просто груба сила. Щоб коробка почала "розуміти" ситуацію на дорозі, інженерам довелося створити два унікальні механічні сенсори.  

Перший сенсор відповідав за швидкість. Замість звичних нам зубчастих вінець та індуктивних датчиків, на вихідному валу стояв механічний відцентровий регулятор (Fliehkraftregler). Його приводило в рух спеціальне черв'ячне колесо. Уяви собі металевий грибок з тягарцем всередині. Коли машина розганялася, цей тягарець (Fliehgewicht) під дією відцентрової сили відлітав убік і тягнув за собою крихітний золотник (Schieber). Чим вища швидкість — тим сильніше він відкривав магістраль, перетворюючи базовий тиск на так званий "тиск регулятора" (Reglerdruck). Цей тиск мандрував назад у гідроблок і своїм натиском повідомляв: "Швидкість зростає, час вмикати підвищену!"  

Але орієнтуватися тільки на швидкість не можна. Коробка має знати, наскільки агресивно ти тиснеш на газ. Тут у гру вступав другий сенсор — тиск навантаження (Gasdruck). Від дроселя під капотом йшов банальний трос (або тяга) до спеціального клапана в самій коробці — Gasdruckschieber. Щоразу, коли ти "давав тапку в підлогу", трос зміщував цей клапан, і той формував зустрічний тиск. Його завдання було діаметрально протилежним: він давив у відповідь і наказував системі "Водій вимагає динаміки, тримай передачу до останнього і не перемикайся!"  

І ось тут, у лабіринтах алюмінієвої плити гідроблока (Schieberkasten), відбувалася головна магія. Ці два потоки масла — Reglerdruck (швидкість) та Gasdruck (навантаження) — зустрічалися лоб в лоб на торцях перемикаючих золотників (Schaltschieber 1-2 та 2-3). Це був повноцінний аналоговий комп'ютер. Якщо ти плавно розганявся, тиск від коліс швидко пересилював слабкий тиск від дроселя, золотник зсувався і м'яко вмикав наступну передачу. Але варто було натиснути педаль глибше — і масивний зустрічний тиск газу блокував золотник, змушуючи мотор викручуватися на повну.  

А для екстрених обгонів німці передбачили окремий хардкорний механізм. Якщо ти продавлював педаль за межу повного газу, трос активував клапан кікдауну (Kickdownschieber). Він пускав магістральний тиск напряму в протихід відцентровому регулятору, гарантовано "збиваючи" передачу вниз. Усе це працювало виключно на пружинках, каліброваних отворах та ювелірно виточених алюмінієвих золотниках. Жодного байта коду, лише безвідмовна фізика рідин.  

Але справжній головний біль інженерів почався тоді, коли цей гідравлічний шедевр вирішили схрестити з атмосферними дизелями об'ємом 1.5 та 1.6 літра. Якщо бензиновий мотор якось терпів навантаження від автомата, то для слабенького дизеля це стало вироком для паливної економічності.

Уявіть типову міську ситуацію: ви зупиняєтеся на світлофорі, тримаєте ногу на гальмі, а селектор залишається в режимі "D". У цей момент гідротрансформатор напружується і через в'язкість ATF з усіх сил намагається штовхати машину вперед. Цей ефект називається повзучим режимом (Kriechen). Через такий жорсткий опір оберти слабкого дизеля починають просідати.

І що робить механічний ТНВД (паливний насос)? Його внутрішній відцентровий регулятор бачить, що холостий хід падає, і, щоб мотор не заглох, тупо збільшує подачу солярки в форсунки. Виходить абсурд: машина стоїть на місці, ви тиснете на гальма, а мотор "жере" паливо так, ніби ви тягнете причіп.  

Щоб якось врятувати ситуацію і не розробляти нову трансмісію з нуля, VAG пішов на хитромудрий інженерний костиль. Вони перекроїли гідроблок і додали на селектор нову магічну літеру — "Е" (Economy).  

Задумка була геніальною: змусити автомат фізично "вимикати зчеплення", коли водій відпускає педаль газу.

Щоб реалізувати це виключно на гідравліці, в плиту гідроблока врізали цілий каскад нових клапанів. Головним диригентом став клапан розчеплення (Auskuppelventil), який повісили на одну лінію з тросом газу.

Коли ви стоїте на світлофорі в режимі "Е" і знімаєте ногу з педалі газу, цей клапан механічно відкривається. Через нього миттєво стравлюється керуючий тиск газу. Відчувши це падіння, сусідній масивний золотник (Auskuppelschieber) зсувається і жорстко перекриває подачу головного магістрального тиску до муфти переднього ходу (Vorwärtskupplung).  

Фактично, муфта повністю розмикається. Коробка опиняється в нейтралі, хоча селектор стоїть у ходовому положенні! Двигун миттєво розвантажується, оберти вирівнюються, і ТНВД припиняє лити зайве паливо. Більше того, ця фішка працювала і на ходу: якщо на трасі кинути газ, муфта так само розмикалася, і машина котилася ідеальним накатом (Freilauf), взагалі не гальмуючи двигуном.  

Але інженери швидко зрозуміли, що створили нову проблему. Якщо після такого накату ви різко натиснете на газ, тиск миттєво вдарить по розімкнутій муфті. Фрикціони зімкнуться з такою силою, що удар порве подушки мотора, а водієві зламає шию. До того ж, звичайна тарілчаста пружина (Tellerfeder), яка роками стояла у муфті переднього ходу, просто б луснула від таких постійних циклів "увімкнув-вимкнув" на кожному світлофорі.  

Тут німці вмикають режим перфекціоністів. По-перше, вони викидають стару пружину з муфти і ставлять туди кастомну меандрову торсійну пружину (Mäanderfeder), яка витримує в десятки разів більше циклів стискання.  

По-друге, щоб змикання було м'яким, у канал управління вживляють золотник підведення (Anlegeschieber) у парі з крихітним пластинчастим клапаном (Plattenventil). Працювало це як швейцарський годинник:

Коли ви знову тиснете на газ, магістральний тиск летить до муфти. Але щойно фрикціони торкаються один одного і починають стискатися, тиск у магістралі різко підстрибує. Цей стрибок тиску давить на золотник підведення. Оскільки золотник має різний діаметр кілець (Ringflächen), він зміщується і перекриває основний широкий канал. Тепер залишки масла, необхідні для остаточного сильного стискання пакета, змушені протискуватися через мікроскопічний отвір пластинчастого клапана.  

Результат? Муфта підводиться швидко, але остаточне стискання відбувається повільно і плавно. Ви отримуєте ідеально м'який старт без жодного ривка. Це була вершина аналогової гідравліки, яка дозволила старому "автомату" стати дружнім до дизелів.  

Як загартовувалась сталь працювало залізо

Якщо з гідроблоком (мізками цієї коробки) ми вже розібралися, то тепер час зазирнути в її "м'язи" — планетарні ряди та гідротрансформатор, або, як кажуть в народі, "бублик". Німці тоді не страждали економією на металі і робили все з розрахунком на те, що коробка переживе кузов.

Основою всієї механіки були два планетарні ряди — переднього та заднього ходу (Vorwärtsplanetensatz та Rückwärtsplanetensatz). Щоб усе це крутилося як єдиний механізм, обидві планетарки сиділи на спільній сонячній шестерні (Sonnenrad), а в кожному ряді працювало по три сателіти (Planetenräder). Усі перемикання передач відбувалися монолітно, абсолютно без розриву потоку потужності (без розриву тяги). За те, щоб потрібні елементи планетарки вчасно зупинялися або крутилися, відповідав класичний набір: пакети фрикціонів, стрічкові гальма та роликова обгінна муфта (Rollen-Freilauf для 1-ї передачі). Жодних тобі сучасних смикань — сувора і надійна гідро-механіка.  

Але головним "згладжувачем" усіх стусанів і ударів по трансмісії виступав гідротрансформатор (Drehmomentwandler). Забудьте про звичне нам жорстке блокування (Lock-up), яке стоїть на сучасних коробках і вічно стирає свій фрикціон, забиваючи гідроблок пилом і стружкою. В 010-й серії була чиста гідравлічна класика, яка перетравлювала момент виключно за рахунок потоків мастила (ATF) і працювала у трьох основних режимах:  

• Режим трансформації (Wandlungsbereich): У момент старту з місця, коли різниця обертів насосного (Pumpenrad) та турбінного (Turbinenrad) коліс була максимальною, рідина розганялася так, що "бублик" працював як потужний помножувач крутного моменту. Він збільшував тягу від двигуна приблизно в 2,5 раза! Це давало ту саму паровозну динаміку на низах, навіть на дохленьких моторах.  
• Режим зчеплення (Kupplungsbereich): Коли тачка розганялася і співвідношення швидкостей насосного і турбінного коліс доходило десь до 0,85, трансформація моменту припинялася. Крутний момент на турбіні ставав рівним моменту мотора, і наш "бублик" починав працювати як звичайна гідромуфта.  
• Режим гальмування (Bremsbereich): Коли ти відпускав тапку (Schiebebetrieb), турбінне колесо за інерцією починало крутитися швидше за насосне. Тоді процес йшов у зворотний бік: тепер уже трансмісія крутила насосне колесо, а через нього і мотор, забезпечуючи повноцінне гальмування двигуном.  

Shift-Lock та шкандаль з Audi 5000

Так, через відсутність жорсткого блокування ця штука трохи більше жерла паливо і непогано так гріла АТФ-ку, бо в системі завжди було невелике проковзування. Але натомість вона давала ту саму "крейсерську", плюшеву плавність ходу, за яку діди так поважали старі вагівські "автомати".

Здавалося б, система повністю механічна і надійна, як кувалда. Інженери навіть продумали базовий захист — стартер крутив тільки в режимах "P" (Паркінг) та "N" (Нейтраль). Але життя завжди підкидає сюрпризи у вигляді людського фактору. Просто уяви: тачка тарахтить на паркінгу, хтось у салоні (водій, що потягнувся за бардачком, або дитина) випадково зачіпає селектор, коробка з жорстким хрустом вкидає "D" або "R", і машина "радісно стрибає" в найближчий стовп або сусідній бампер.  

​І це, до речі, не просто гаражна страшилка. Насправді електромагнітне блокування селектора з'явилося не від раптової турботи про безпеку дітей у салоні. Це був пожежний захід після грандіозного кіпішу в США в середині 80-х, який увійшов в історію як "Unintended Acceleration" (ненавмисне прискорення).

​Справа була так: американці тоді масово пересідали на новенькі Audi 5000 (так за океаном називали нашу 100/200 в кузові С3). І раптом посипалися сотні позовів до суду. Власники божилися, що при перемиканні з паркінгу в "Drive" або "Reverse" машина нібито сама, на повному газу, зривається з місця. Преса роздула неймовірну істерику, по телеку показували, як преміальні Ауді буквально пробивають цегляні стіни гаражів. VAG втрачав мільйони і репутацію.

​Коли ж інженери та експерти NHTSA розібрали ці випадки по кісточках, виявилося, що ніякої містики чи полтергейсту в гідроблоці немає. Проблема була тупо в педалях. Американці, які роками їздили на величезних диванах із рознесеними по різних кутах широченними педалями, просто плутали гальма з газом на більш щільному, збитому європейському педальному вузлі Audi. Вони тиснули на газ, будучи свято впевненими, що тиснуть на гальмо, вмикали передачу, машина зривалася вперед, водій у паніці давив "гальмо" в підлогу ще сильніше — і епічно влітав у стіну.

​Щоб прикрити цю діру в безпеці (і захистити машини від самих же водіїв), VAG викотив рішення — електромагнітне блокування селектора (Elektromagnetische Wählhebelsperre). Це був, мабуть, перший обережний крок дротів та релюшок у святая святих суворої механіки 010-ї серії. Сьогодні ми знаємо цю приблуду як звичайний Shift-Lock.  

​Працювала ця система за наступним алгоритмом:

​Коли ти вмикав запалювання, а ручка стояла в позиції "P", напруга одразу йшла на електромагніт, захований під кулісою.  

​Цей магніт піднімав спеціальний стопорний важіль (Sperrhebel), і той намертво фіксував тягу селектора через стопорний гвинт (Schaftschraube). Все, кнопка на ручці ставала дубовою, важіль не зрушити.  

​Хочеш поїхати? Треба виконати свідому дію — вижати педаль гальма. В цей момент "жабка" під педаллю (Bremslichtschalter) не лише запалювала стопаки, а й давала сигнал на хитре діодне реле (Diodenrelais).  

​Реле спрацьовувало, розмикало масу на електромагніт, стопор падав вниз — лунав характерний "клац", і можна було спокійно вмикати передачу.  

Щоправда, для самої Audi цей інженерний "костиль", який згодом став світовим стандартом безпеки для всіх АКПП, виявився лише слабкою втіхою. Чорний піар і розгромні сюжети на ТБ зробили свою справу — репутація бренду за океаном була розтоптана. Продажі полетіли у стрімке піке, і у підсумку цей скандал призвів до того, що до 1993 року Audi фактично повністю покинула ринок Америки. Бренд майже зник з континенту на довгі роки, поки не зміг тріумфально повернутися з абсолютно новими моделями та підходом.

​Економія повинна бути економною: апгрейд 1987 року

​Але найцікавіше німці утнули у 1987 році під час зміни модельного ряду (Modellwechsel '87). Вони подивилися на цю схему і вирішили, що діодне реле — це зайві деталі і костиль.  

​Вони вліпили на багатофункціональний вимикач заборони запуску (Anlaßsperrschalter) додатковий контакт "М" і... кинули масу на електромагніт прямо через нитки розжарювання ламп у задніх ліхтарях (Heckleuchte)!  

​Тобто, поки ти не тиснеш на гальма, струм спокійно стікає на масу через холодні лампочки стопів, і селектор заблокований. А от коли тиснув на педаль, на лампи (і на електромагніт з іншого боку) прилітав "плюс", магніт знеструмлювався і відпускав ручку.  

​Геніально і просто! Правда, у такої витонченої інженерії був один "гаражний" нюанс: якщо перегоряли обидві лампочки стопів (або хтось ставив діоди без "обманок"), маса зникала, і зняти машину з паркінгу ставало тим ще квестом.

Еволюційний тупик 010-ї серії: чому механіка здалася

Коробка 010 та її похідні вірою і правдою відпахали на багатьох поколіннях VAG. Це був справжній пам'ятник аналогової епохи. Коробка, яку можна було перебрати "на колінці" в гаражі, промити бензином, зібрати назад, і вона їхала. Її логіка була кришталево чистою і зрозумілою кожному "трушному" агрегатнику, який вмів читати гідравлічні схеми і не боявся брудних рук.

Але ближче до 90-х цей хитромудрий гідравлічний "калькулятор" остаточно вперся у свою еволюційну стелю. Вимоги до авто стрімко змінювалися, і стара добра залізяка вже тупо не вивозила нові реалії:

• Три передачі — це біль на трасі. Те, що було абсолютною нормою для неспішного автомобіля в 70-х, стало справжньою катастрофою для трас у 90-х. Мотори розривалися на високих обертах, акустичний комфорт пробивав дно, а крейсерська швидкість залишала бажати кращого.
• Втрати в "бублику". Відсутність жорсткого блокування гідротрансформатора (Lock-up) означала, що коробка завжди трохи буксувала. Так, це давало ту саму фірмову плюшеву м'якість і плавність, але безбожно крало динаміку і перетворювало дорогий бензин на тупе нагрівання ATF-ки.
• Конфлікт епох. Під капотами вже щосили прописувалися нові, більш технологічні двигуни з електронним впорскуванням. Двигун уже навчився "думати" мікросхемами, швидко міняти кути запалювання і якість суміші, а коробка залишалася сліпою і глухою. Налаштовувати точки перемикань під нові мотори виключно за допомогою системи пружинок, жиклерів, відцентрових регуляторів та банального троса газу стало просто неможливо.

Трансмісія гостро потребувала еволюційного стрибка. Гідроблоку потрібно було дати справжні, електронні "мізки", навчити його миттєво адаптуватися під стиль їзди, гратися з тиском, "просити" двигун скидати оберти при перемиканнях і намертво блокувати "бублик" на трасі для економії палива. А для цього замість чистої гідромеханіки піддон мали заповнити електромагнітні клапани — соленоїди, а під торпедою мав з'явитися окремий ЕБУ коробки.

Саме так народилося легендарне, масове і, будьмо відверті, місцями дуже капризне сімейство 095/096, з якого VAG і почав свою справжню цифрову еру "автоматів".

Але про те, як працювала їхня перша електроніка, навіщо туди запхали сумнозвісний шлейф, який вічно розсипався від масла, і як соленоїди відібрали роботу у центробіжного регулятора — ми детально поговоримо у наступній частині нашого циклу.

Далі буде!