- Cutiile automate schimbă treptele fără pedala, optimizând cuplul motorului.
- Senzorii viteză, turație, accelerație și temperatură a uleiului monitorizează funcționarea.
- DSG/PDK cu dublu ambreiaj oferă schimbări rapide, fără întreruperea fluxului de putere.
- Istoria include Gogu Constantinescu și Hydramatic, 1939, prima cutie în serie.
Vă întrebați cum reușește o cutie automată să schimbe treptele de viteze fără intervenția șoferului? De ce nu mai există pedala de ambreiaj și ce se întâmplă în cutie când schimbătorul este în poziția Drive?
Cutiile de viteze automate au revoluționat industria auto prin capacitatea lor de a optimiza performanțele motorului și de a oferi un confort superior la volan. În acest articol, vom explora în detaliu principiul de funcționare al acestor transmisii complexe, tipurile disponibile pe piață și componentele esențiale care le fac să funcționeze.
Notă istorică: Primul prototip de transmisie automată a fost creat de inventatorul român Gogu Constantinescu și montat pe un autoturism în 1923. Deși performanțele inițiale erau slabe, această inovație a pus bazele dezvoltărilor ulterioare. General Motors a perfecționat conceptul și a lansat prima cutie automată produsă în serie - Hydramatic - în 1939.
Rolul și importanța cutiei de viteze automate
Scopul principal al unei cutii de viteze automate este de a lucra în tandem cu motorul, schimbând treptele de viteze fără intervenția șoferului. Având în vedere că un motor funcționează optim într-o anumită plajă de turaţie, transmisia este cea care mărește sau micșorează cuplul motorului în funcție de necesități.
Calculatorul electronic al cutiei monitorizează în permanență parametrii de funcționare prin intermediul mai multor senzori:
- Senzorul de viteză al vehiculului
- Senzorul de turaţie al motorului
- Senzorul de poziție al pedalei de accelerație
- Senzorul de temperatură al uleiului de transmisie
Fără o cutie de viteze, mașinile ar avea doar un singur raport de viteze, ceea ce le-ar face inutilizabile în condițiile reale de circulație. Un raport fix pentru viteza maximă ar însemna plecări extrem de grele de pe loc și un motor care ar funcționa la turație maximă la viteze mari.
Angrenajele din cutia de viteze permit utilizarea corectă și eficientă a turației motorului, optimizând în același timp viteza de operare. Spre deosebire de transmisia manuală, cutia automată utilizează angrenajele planetare pentru a produce diferitele rapoarte de viteze.
Tipurile principale de cutii de viteze automate
Fiecare producător auto alege să utilizeze un anumit tip de transmisie automată, în funcție de modelul de automobil și cerințele specifice. Iată cele mai importante tipuri disponibile pe piață:
Cutia de viteze cu dublu ambreiaj (DSG/PDK)
Considerată cea mai performantă dintre toate tipurile de cutii automate, acest model are un principiu de funcționare bazat pe două ambreiaje care funcționează în sincron. Fiecare ambreiaj cuplează câte o treaptă pe rând, asigurând schimbări extrem de rapide fără întreruperea fluxului de putere.
Structural, cutia cu dublu ambreiaj este formată din două cutii manuale montate în paralel:
- Una cu trepte impare (1, 3, 5, 7)
- Una cu trepte pare (2, 4, 6, 8)
Tipuri de ambreiaje:
- Cu ambreiaje uscate: un singur disc, comandate electric, utilizate pe motoare cu cupluri moderate
- Cu ambreiaje umede: discuri multiple, comandate hidraulic, pentru motoare cu cupluri mari
Producători și denumiri comerciale:
- Volkswagen/Audi: DSG (Direct Shift Gearbox) și S-Tronic
- Porsche: PDK (Porsche Doppel Kupplunggetriebe)
- Ford: PowerShift
- Mercedes-Benz: SpeedShift DCT
- Renault: EDC (Efficient Dual Clutch)
Cutia cu convertizor de cuplu (transmisia clasică)
Acest tip de cutie este utilizat de majoritatea producătorilor premium precum BMW, Mercedes-Benz și Jaguar. Generația modernă a acestor transmisii poate avea până la 10 trepte de viteze și este cunoscută pentru confortul superior și schimbările liniștite.
La turații scăzute, motorul decuplează transmisia prin intermediul hidrotransformatorului care înlocuiește ambreiajul clasic. Acest sistem funcționează ca un “mesager” al mișcării către cutie cu ajutorul uleiului de transmisie ATF (Automatic Transmission Fluid).
Avantaje:
- Schimbări foarte line ale vitezelor
- Durabilitate crescută
- Capacitate mare de transmitere a cuplului
- Consum redus (la modelele moderne)
Cutia CVT (Continuously Variable Transmission)
Utilizată în principal de producătorii asiatici (Nissan, Toyota, Subaru), cutia CVT este cunoscută și ca “transmisia cu o singură viteză” datorită principiului său diferit de funcționare.
Aceasta reușește să mărească puterea mișcării de rotație pe baza unui lanț sau unei curele care își modifică în permanență diametrul, oferind un număr infinit de rapoarte de transmisie.
Istoric interesant:
- Prima încercare de cutie CVT: Leonardo da Vinci (1490)
- Prima versiune modernă: George Constantinescu (1926)
Caracteristici:
- Accelerare liniară, fără întreruperi
- Consum redus de combustibil
- Funcționare silențioasă
- Mentenanță specifică (schimb ulei frecvent)
Cutia robotizată (AMT)
Aceasta este cea mai ieftină variantă de cutie automată, fiind prezentă la modelele Dacia și Opel din segmentele de intrare. Mulți specialiști nu o consideră o cutie automată în adevăratul sens al cuvântului, deoarece este bazată pe mecanismul cutiei manuale.
Principiul de funcționare se bazează pe:
- Mecanismul clasic al cutiei manuale
- Timoneria înlocuită cu servomecanisme electrohidraulice
- Comanda automată a ambreiajului
- Posibilitatea de control manual prin padele
Dezavantaje:
- Schimbări mai lente decât alte tipuri
- Întreruperea puterii la schimbarea vitezelor
- Durabilitate mai redusă în trafic urban
Cutia secvențială
Aparutǎ între 1970-1980, cutia secvențială a fost dezvoltatǎ pentru a schimba vitezele mult mai rapid decât cutia manuală. Numele indică faptul că vitezele se schimbă secvențial, fără posibilitatea de a omite o treaptă.
Bazată pe o cutie manuală modificată, pedala de ambreiaj și timoneria au fost înlocuite de sisteme electronice sau hidraulice. Treptele pot fi schimbate automat sau manual, de către șofer, fără întârzieri.
Utilizare:
- Mașini de curse (Formula 1, WRC)
- Vehicule sportive de înaltă performanță
- Motociclete sportive
Componentele principale ale cutiei automate
O cutie de viteze automată cu convertizor de cuplu este alcătuită din trei părți principale:
- Hidrotransformatorul (convertizorul de cuplu)
- Angrenajele planetare cu frânele și ambreiajele multidisc
- Calculatorul electrohidraulic (Mecatronic)
Structura detaliată (exemplu cutie 7G-Tronic Mercedes-Benz)
Convertizorul de cuplu:
- Turbină de intrare
- Stator (redirector)
- Rotor (pompă centrifugală)
- Ambreiaj de blocare controlat
Sistemul hidraulic:
- Pompa de ulei (presiune variabilă)
- Supape electromagnetice (solenoid)
- Modul electrohidraulic de control
- Senzori de turație și poziție
Tren cinematronic:
- Mecanisme planetare Ravigneaux
- Frâne multidisc (B1, B2, B3, BR)
- Ambreiaje multidisc (K1, K2, K3)
- Pin de blocare pentru Parking
Hidrotransformatorul - inima cutiei automate
Motivul pentru care o mașină poate sta pe loc cu motorul pornit este discontinuitatea fluxului de putere dintre motor și transmisie. Hidrotransformatorul îndeplinește acest rol, fiind poziționat în partea din față a cutiei.
Carcasa convertorului este prinsă cu bolțuri de volanta motorului, rotindu-se la aceeași viteză cu motorul. Funcțiile principale sunt:
- Intermediază transferul de putere motor-cutie
- Mărește cuplul produs de motor (multiplicare 2:1 până la 3:1)
- Permite funcționarea motorului la ralanti cu mașina oprită
Componentele hidrotransformatorului:
Pompa (impeller):
- Tip centrifugal, montată pe carcasa convertorului
- Se rotește la turația motorului
- Creează fluxul de ulei către turbină
- Design similar cu al unui ventilator
Stator:
- Poziționat între pompă și turbină
- Redirectează uleiul din turbină înapoi la pompă
- Mărește cuplul la pornire
- Reduce cuplul la viteze mari
- Formă similară elicei unui avion
Turbina:
- Conectată la arborele de intrare al cutiei
- Se poate roti cu viteză diferită față de pompă
- Primește energia hidraulică de la pompă
- Design oglindă față de pompă
Ambreiajul de blocare: Datorită pierderilor hidraulice, turbina se rotește mai lent decât pompa. La viteze mari, acest lucru reduce eficiența. Ambreiajul de blocare conectează mecanic pompa de turbină, eliminând pierderile și îmbunătățind randamentul cu 10-15%.
La cutiile moderne, hidrotransformatorul funcționează doar la pornire (0-25 km/h) și la schimbarea vitezelor. În rest, rămâne blocat pentru eficiență maximă.
Angrenajele planetare și sistemele de control
Când automobilul atinge viteze mai mari, este necesar mai puțin cuplu pentru menținerea vitezei. Transmisia poate mări sau micșora cuplul prin rapoartele de transmisie - raport mare = cuplu mic și invers.
Componentele angrenajelor planetare:
Roata dințată centrală (Sun Gear):
- Poziționată în centrul ansamblului
- Poate fi fixă sau rotitoare
- Determină direcția și viteza de rotație
Roțile dințate planetare:
- 3-4 roți mici în jurul celei centrale
- Fiecare cu ax propriu pe un suport comun
- Orbitează în jurul roții centrale
- Suportul poate fi element de ieșire
Angrenajul inelar (Ring Gear):
- Roată exterioară cu dinți interiori
- Înconjoară tot ansamblul planetar
- Poate fi element de intrare sau ieșire
Sistemele de control:
Frânele multidisc:
- Discuri metalice cu material de fricțiune
- Opresc rotația unei componente planetare
- Controlate hidraulic prin supape
- Presiune proporțională cu cuplul
Ambreiajele multidisc:
- Conectează două componente pentru rotația comună
- Discuri multiple pentru capacitate mare
- Acționare hidraulică progresivă
- Material de fricțiune organic sau ceramic
Calculatorul electrohidraulic (Mecatronic)
Această componentă complexă este responsabilă de acționarea hidraulică a tuturor cuplajelor. Termenul “mecatronic” combină aspectele mecanice și electronice:
Sistemul electronic:
- Procesor dedicat pentru transmisie
- Algoritmi adaptativi de schimbare
- Interfață cu calculatorul motor
- Memorie pentru stilul de condus
Senzori și actuatori:
- Senzori de turație intrare/ieșire
- Senzori de presiune hidraulică
- Senzor temperatură ulei ATF
- Supape electromagnetice proportionale
Sistemul hidraulic:
- Plăci cu canale hidraulice
- Supape de reglare presiune
- Acumulatori de presiune
- Filtre integrate
Mecatronicul calculează momentul exact pentru schimbarea vitezei pe baza:
- Vitezei vehiculului și accelerației
- Turației motorului și sarcinii
- Poziției pedalei de accelerație
- Temperaturii uleiului și componentelor
- Stilului de condus detectat
Semnificația pozițiilor schimbătorului: P R N D
Spre deosebire de cutia manuală care are numerotate treptele, cutia automată prezintă literele P R N D, fiecare cu o funcție specifică:
Pozițiile de bază:
P (Park) - Parcare:
- Blochează rotile motrice prin pin mecanic
- NU înlocuiește frâna de parcare
- Obligatoriu pentru oprirea/pornirea motorului
- Deblocare doar cu pedala de frână apăsată
R (Reverse) - Marșarier:
- Mersul înapoi cu toate treptele disponibile
- Poate fi selectat doar cu mașina oprită
- De obicei necesită apăsarea unui buton
- Limitare electronică de viteză (25-30 km/h)
N (Neutral) - Neutru:
- Decuplarea completă motor-roți
- Utilizat la stționări lungi (>20 secunde)
- Necesar pentru tractare
- Permite pornirea motorului
D (Drive) - Mers:
- Modul normal de circulație
- Folosește toate treptele forward
- Schimbări automate optimizate
- Prioritate pentru confort și eficiență
Moduri suplimentare:
S (Sport):
- Schimbări la turații mai ridicate
- Răspuns îmbunătățit la accelerație
- Păstrarea treptelor mai mult timp
- Cartografii mai agresive
E (Eco):
- Optimizat pentru consum redus
- Schimbări timpurii la turații mici
- Răspuns lin la accelerație
- Debranșare convertizor frecventă
A (Adaptive):
- Învățarea stilului de condus
- Adaptare automată Sport/Eco
- Analiză parametri condus în timp real
- Personalizare comportament cutie
Winter/Snow:
- Pornire în treapta a 2-a
- Tractiune limitată pentru aderența pe zăpadă
- Schimbări la turații joase
- Intervenție sistem stabilitate
Avantajele cutiei de viteze automate
În ultimii ani, transmisia automată a câștigat teren considerabil față de cea manuală datorită numeroaselor avantaje:
Performanțe superioare:
- Schimbări corecte și rapide (DSG: 150ms)
- Transmiterea unor cupluri mari (până la 1000+ Nm)
- Amplificarea cuplului motor (factor 2-3x)
- Eficiență energetică îmbunătățită (10+ trepte)
Confort și siguranță:
- Eliminarea oboselii în trafic urban
- Funcționare optimă pe distanțe lungi
- Imposibilitatea calării motorului
- Control electronic al tracțiunii
Tehnologie avansată:
- Sisteme adaptive și predictive
- Integrare cu GPS pentru anticiparea traseului
- Moduri de condus personalizabile
- Diagnosticare electronică avansată
Mentenanța și durata de viață
Pentru funcționarea optimă și durabilitatea maximă, cutiile automate necesită:
Schimbul uleiului ATF:
- Interval: 60.000-100.000 km (funcție de tip)
- Ulei specific recomandat de producător
- Schimb complet cu spălare sistem
- Verificare filtru hidraulic
Controale periodice:
- Scanare calculator pentru erori
- Verificare senzori și actuatori
- Test presiuni hidraulice
- Inspecție mecanică componente
O cutie automată bine întreținută poate depăși 300.000-500.000 km, oferind performanțe constante și fiabilitate ridicată pe toată durata de viață.
Evolucția tehnologică continuă a transmisiilor automate le-a transformat din simple sisteme de confort în componente sofisticate care contribuie semnificativ la performanțele, eficiența și siguranța automobilelor moderne. De la primul prototip românesc la cutiile cu 10+ trepte de astăzi, drumul a fost lung, dar rezultatele sunt cu adevărat impresionante.
Surse foto: mercom.ro, auto-bild.ro, cars.ro, 4tuning.ro, constructionmanuals.tpub.com, micro-tronik.com, artofmanliness.com, e-automobile.ro, motorstory.ro
