Двое в ванне
Опередив свое время лет на пятьдесят, концепция коробки передач с двумя сцеплениями должна была уйти в небытие еще до Второй мировой войны, как и тысячи других эксцентричных идей. Но в жизни преселектива была лысая добрая фея, которая довела его за ручку до королевского дворца.
Первые осмысленные идеи и патенты на тему конструкции коробки передач с двумя сцеплениями появились еще в 1930-х годах, но достаточно совершенных управляющих устройств тогда не существовало, поэтому справиться с еще одной педалью сцепления, пожалуй, мог только один человек — Фрэнк Лентини.
Все шло к тому, что преселектив станет еще одной несбыточной инженерной мечтой, как подводная магистраль между Европой и США или автомобили на картофеле, если бы эта концепция не запала в душу честолюбивому отпрыску семьи Порше и одержимому инженеру Фердинанду Пиху.
Продвигаясь в конце шестидесятых к должности технического директора Porsche, он в первый раз обратил внимание на преселектив — по-немецки тот назывался емким и легко запоминающимся словом doppelkupplungsgetriebe. И поручил инженерам проработать его проект.
Механически два сцепления сложной задачей не выглядели, но системы управления такой коробкой представляли собой инженерный кошмар из соленоидов, переключателей и замороченной гидравлики.
Одно сцепление в преселективных коробках «заведует» четными передачами (зеленый), второе — нечетными (красный). При разгоне на первой передаче вторая передача уже «включена», но ее шестерни вращаются вхолостую (сцепление разомкнуто). В какой-то момент электроника размыкает одно сцепление и смыкает другое, мгновенно и без разрыва потока мощности.
В то же время конструкторский отдел Porsche работал над антиблокировочной системой тормозов, но те задачи, которые в будущем удалось возложить на электронику, инженеры пытались решить механическим путем, и для уровня технологий шестидесятых годов забегали слишком вперед.
Тем не менее, идею вытащили из забвения, и когда в семидесятых прогремел топливный кризис, в Вайсзахе вновь заговорили о преселективе.
Цены на нефть уже дважды взлетали вверх, и прожорливый Porsche 928 с огромным V8 и трехступенчатым «автоматом» Mercedes-Benz становился жертвой обоих скачков. Арабо-израильский конфликт отложил запуск машины в серию, а исламская революция в Иране уронила спрос на нее. Нефть стоила все дороже, и в Porsche искали технические решения, которые сделают моторы экономичнее, но не повлияют на скорость.
На внутренних технических семинарах обсуждалось отключение половины цилиндров под частичной нагрузкой и некое подобие системы старт-стоп, которая десять лет спустя появилась на первых малолитражках, а также экзотическая коробка с двумя сцеплениями.
На гоночной трассе doppelkupplungsgetriebe могла бы мгновенно переключать передачи без разрыва потока мощности, на дорогах общего пользования она избавляла мотор от потерь внутри гидротрансформатора «автомата», где часть энергии терялась на бестолковое перемешивание жидкости.
Как это уже случилось с турбонаддувом, проверить новую коробку передач решили в гонках, а ее инжиниринг в 1982 году поручили трансмиссионному эксперту компании Райнеру Вюсту и сторонним разработчикам компонентов.
Новый прототип группы C – Porsche 956 – только начинал путь к званию самой успешной гоночной машины восьмидесятых и доминировал в гонках на выносливость, но приход в чемпионат Jaguar означал, что немцам нужно с осторожностью внедрять инновации и продолжать работать над скоростью и стабильностью.
Porsche 956 в дебютных «24 часах Ле-Мана» в 1982 году. В восьмидесятых модель 956/962 выиграет эту гонку еще пять раз, убив всю интригу и став самой успешной гоночной машиной десятилетия. Правда, PDK не будет к этому иметь никакого отношения.
Автоматические коробки до сих пор не добивались успехов в автоспорте, а первое воплощение Porsche-doppelkupplungsgetriebe (или просто PDK) пока представляло собой монстра с ручным управлением и сложным сочетанием автоматики и гидравлики.
В машине сохранялась педаль сцепления — ее нужно было выжимать, чтобы тронуться с места, но в дальнейшем можно было пользоваться только газом, тормозом и рычагом секвентального переключения передач справа от руля: от себя — передача выше, на себя — ниже, вправо — нейтраль. Работу рычага дублировали две кнопки на правой спице руля.
На руле хорошо видны кнопки переключения передач, прямо перед глазами – жидкокристаллический дисплей. Помимо полуавтоматической коробки, инженеры испытывали и полностью автоматический вариант PDK, но в гонках он так и не участвовал.
На подходе к повороту гонщик мог дернуть рычаг (или нажать кнопку) три раза на себя и сконцентрироваться на поведении машины, торможении и входе в поворот, тогда как автоматика последовательно опускалась на три ступени вниз. А теперь представьте, что так же работает коробка DSG на вашем Volkswagen Golf по дороге на работу!
Жидкокристаллическая панель перед гонщиком показывала текущую и «предвключенную» передачу, например 4/3 или 5/2, а переключения вниз происходили при падении оборотов до безопасного уровня. В те годы сходов из-за порвавшихся шестерней коробки передач или перекрученного мотора было предостаточно, и автоматика PDK страховала от таких случаев.
Переключения, правда, были довольно жесткими, что предопределяло высокие требования к материалам — керамика и карбон в те годы оставались экзотикой, и даже монокок Porsche 956 был алюминиевым. Поэтому инженеры увеличивали запас прочности за счет веса деталей.
Во второй половине восьмидесятых инженеры попробовали использовать композитные сцепления, и PDK работала еще лучше, но следующий заводской прототип Porsche строился уже без нее.
PDK была на бесконечные для автоспорта 25 килограммов тяжелее, чем стандартная для прототипов 5-ступенчатая секвентальная «механика» в магниевом корпусе и с однодисковым сцеплением Sachs, которая уже выиграла Ле Ман и рвала всех на этапах WSC
На протяжении первого сезона 1984 года инженеры ставили прототип PDK то на одну, то на другую машину, получали клубок проблем и полярные мнения гонщиков – от восхищения до жалоб на перегруженную заднюю ось, и отправляли все на доработку. Пока в 1985 году Porsche 962 с преселективом не закончил гонку на пятом месте, а в 1986 году победил на этапе в Монце.
Ханс Штук с восторгом рассказывал, как он любит ездить с PDK в дождь: пока соперники плавали по траектории, он мог мгновенно, нажав кнопку на руле, перейти на передачу выше и предотвратить занос. Но на этапе в Норисринге на его машине сгорел грошовый контакт, и Штук потерял чемпионский титул в личном зачете. В конструкции простой «механики», понятное дело, ничего подобного произойти не могло.
С одной стороны, у преселектива, наконец, появилась скорость: мгновенные переключения на разгоне не давали провалиться нагнетателю в турбояму, а в поворотах гонщик концентрировался на пилотаже и был всегда на нужной передаче. Даже разницу в массе с «механикой» свели к 15 килограммам.
С другой, гонщики не хотели зависеть от надежности преселектива во время ожесточенной борьбы в чемпионате, но на гражданских машинах подобные нагрузки почти не возникают, поэтому в Штутгарте задумались о серийном варианте PDK с возможностью автоматического управления. По тестовым полигонам уже колесили три мула с PDK — Porsche 944, 911 и 928.
Особенно остро новая коробка была нужна Porsche 911 — с конца семидесятых у немцев не было версии с двумя педалями для Северной Америки, а на этом рынке наличие «автомата» было критически важным.
Самый простой вариант – доработать существующую коробку Sportmatic, которая, по сути, была обычной «механикой» с автоматическим сцеплением и гидротрансформатором. Но к 1980-м годам недостатки ее конструкции окончательно перевесили все ее достоинства: она была неудачной по компоновке, а ее использование требовало особых навыков, вроде сброса газа при переключении.
Из-за отсутствия легкого и компактного «автомата» для модели 911, в Porsche в семидесятых использовали «механику» Sportmatic с гидротрансформатором и автоматизированным сцеплением. Это, впрочем, не освобождало от необходимости орудовать рычагом.
Оставалось два варианта: доработать под собственные нужды 4-ступенчатый «автомат» фирмы ZF либо довести до серийного производства PDK. Благо спортивная программа позволила ускорить разработку и помогла разобраться с главными болячками. Правда, согласно проведенным расчетам, запуск преселектива в серию был экономически целесообразен при объеме производства от 40 000 коробок в год, а компания Porsche в те годы не выпускала столько машин в принципе.
Тут-то в истории doppelkupplungsgetriebe снова возник ее загадочный покровитель.
К середине восьмидесятых Фердинанд Пих уже возглавлял отдел технического развития Audi, адаптируя наработки Porsche под собственный преселектив для раллийной машины группы B.
Первый прототип был установлен на Audi Sport quattro S1 Evolution 2 осенью 1985 года и, по словам Вальтера Рерля, эта машина напоминала пулю, которую рикошетило от поворотов. Старт сопровождался утопленной до пола педалью газа и мгновенными переключениями, без падения оборотов или давления турбины — первая сотня достигалась уже через 2,6 секунды.
Серийную же версию PDK Фердинанд Пих был не прочь адаптировать под новый представительский седан Audi V8 — инженеры как раз искали подходящую «автоматическую» трансмиссию. Судьба коробки передач с двумя сцеплениями теперь зависела не от Штутгарта, а Ингольштадта, и все сложилось… не в пользу PDK.
При Пихе Audi из конкурента «Фольксвагена» превратилась в премиальную марку и бросилась в погоню за Mercedes-Benz и BMW.
В конце концов, в Audi предпочли более традиционный «автомат» ZF. Несмотря на инженерное очарование идеи и авантюризм Пиха, мощному представительскому лимузину прожорливый, но плавный в работе гидротрансформатор подходил гораздо лучше.
История вновь сложилась не в пользу преселектива, и инженерам Porsche оставалось лишь заказать для 911 такую же трансмиссию ZF, отыгравшись на ее электронных мозгах. «Автомат», получивший название Tiptronic, позволял при необходимости переключать передачи вручную, рычагом или кнопками на руле. Сегодня эта опция доступна на любой малолитражке, но тогда была экзотикой.
С началом девяностых Porsche погрузилась в перманентный кризис — старые модели не продавались, новые были перелицованными старыми. Прощай, PDK?
До ренессанса второй половины девяностых и сногсшибательных финансовых рекордов внедорожника Cayenne было еще далеко, однако Пих уже успел добраться до кресла председателя совета директоров концерна Volkswagen, где больше не был ограничен ни чужим мнением, ни финансовыми или инженерными возможностями.
Все его эксцентричные проекты, вроде Bugatti Veyron, двигателя W8 или Volkswagen XL1, были еще впереди, а пока, спустя четверть века, настало время осуществления его давней мечты, которая получила новое имя: direct-shift gearbox, DSG.
Помимо затратных эксцентричных проектов, своим успехом Volkswagen обязан именно Фердинанду Пиху. Покупка целой плеяды брендов, унифицированные платформы, победа над Porsche в попытке установить над концерном контроль — везде прослеживается рука Пиха.
Внутренние потери в такой коробке были ниже, чем у «автомата», потолок момента и силовой диапазон шире, чем у «вариатора», а технические возможности концерна, находящегося на подъеме, практически безграничны.
По сути, любимую в Европе «механику» оставалось дополнить вторым сцеплением и управляющим гидроблоком (именно они делают преселектив тяжелее). Совместные с BorgWarner разработки заняли восемь лет, и в 2003 году мир увидел первую серийную коробку DSG — ее установили на 241-сильный Volkswagen Golf R32.
В качестве сцеплений немцы использовали мокрые фрикционы — два пакета вставленных друг в друга дисков в масляной ванне, которые сжимал гидронасос. Фрикционы могли выдержать значительный крутящий момент, а циркулирующее внутри масло эффективно охлаждало агрегат.
Идеальное решение для мощных машин, в конечной стоимости которых цена преселектива была не так заметна. Ведь в производстве DSG обходилась дороже «автомата». К тому же, плотно упакованные фрикционы даже в разжатом положении гоняли между собой масло, создавая сопротивление, а мощный масляный насос отнимал у мотора около четырех лошадиных сил.
Для маленьких моторов это оказалось критичным, и спустя пять лет в Вольфсбурге представили вторую версию DSG – с двумя сухими сцеплениями, которая предназначалась для машин мощностью до 150 лошадиных сил и крутящим моментом до 250 Нм.
В «мокрой» DSG для мощных моторов Volkswagen использовал две многодисковые муфты (слева), в «сухой» – два более традиционных сцепления. Сцепления нечетных передач крупнее, потому что подвергаются большим нагрузкам при трогании на первой передаче.
Потери на трение здесь были ниже, а на смену постоянно отнимавшему лошади у мотора механическому гидронасосу пришла электрика, включавшаяся только тогда, когда в гидроблоке падало давление.
Сегодня количество выпущенных DSG обоих типов уже идет на миллионы, но массовый и безальтернативный переход на такие трансмиссии в планах Volkswagen не стоит.
DSG оказалась не просто дороже «механики» — стоимость ее как опции за последние десять лет только увеличилась. Требования к экономичности и низким выбросам удорожают конструкцию, как это случалось с увеличенной мощностью гидроаккумулятора для надежной работы с системой старт-стоп, или заменой простого, но прожорливого механического гидронасоса электрическим.
Передаточные числа серийной 7-ступенчатой DSG и будущей 10-ступенчатой. Главное нововведение: наличие тепловозной первой передачи и супердлинной десятой.
А следующее поколение преселектива — уже 10-ступенчатого — будет механически еще сложнее. Инженеры нашли возможность установить на первичном и вторичном валах муфты переключения и найти дополнительные передачи без добавления самих шестеренок. Количество возможных комбинаций передач в такой коробке в перспективе достигает семнадцати. Значит, первую передачу можно сделать «тепловозной» на низах, а высшую — суперрастянутой, что позволит еще больше снизить обороты двигателя на шоссе.
Красивая история с хеппи-эндом про измазанную в трансмиссионном масле Золушку и всесильную, заботливую фею. Если бы не скандал с выбросами в США...
Перед отставкой Пих выступал за то, чтобы концерн возглавил глава Porsche Маттиас Мюллер, но победил Винтеркорн. После недавней отставки Винтеркорна этот пост достался именно Мюллеру.
Весной главу наблюдательного совета Volkswagen Фердинанда Пиха тихо отправили на покой «за недостатком взаимного доверия», а затем его обидчик, глава концерна Мартин Винтеркорн, ушел в отставку, когда на поверхность всплыл, казалось бы, незначительный секрет с манипуляциями результатами сертификационных тестов.
На этом фоне история DSG и роль ее «доброй феи» кажется особенно интересной. Ведь этот человек всегда добивался своего, чего бы это ему не стоило. /m