Автопроект: знакомство с роботом

Сделаю небольшое отступление от истории приобретения, владения и прочих страданий, и расскажу кое-что про такую деталь автомобиля, как коробка передач. Кто знает, тот знает, а я расскажу для тех, кто не очень понимает, что это — не все ездят за рулём, и тем более мало кто сознательно стремится поездить на самых разных машинах и понять их различия.

В машине есть двигатель и колёса. Двигатель крутится с какой-то скоростью в зависимости от нажатия педали газа, причём в разных диапазонах оборотов он выдаёт разную мощность. Колёса крутятся со скоростью, соответствующей скорости движения. Поэтому традиционный двигатель с горящим внутри ископаемым топливом нельзя просто соединить с колёсами — он не сможет покрыть нужный диапазон скоростей вращения и мощности.

Для старта нужна очень низкая скорость вращения и высокая мощность, машину нужно толкать очень сильно. В движении для поддержания скорости нужна высокая скорость вращения, но низкая мощность, машина уже разогналась и её нужно слегка подталкивать.

Для решения этой проблемы придумали такую штуку, как коробка передач. Это редуктор с изменяемыми передаточными числами. Он может преобразовать быстрое, но слабое (легко остановить) вращение в медленное, но очень сильное (не остановишь), и наоборот.

Сначала коробки передач были ручными, так называемыми механическими, MT (Manual Transmission). Водитель может включить нужную передачу в зависимости от ситуации, и он должен делать это постоянно: первые секунды начала движения первая, чтобы двигателю хватило сил столкнуть машину с места, потом вторая для разгона, третья, четвёртая — чем выше скорость, тем выше передача. Подъехал к светофору или повороту — замедляешься и снижаешь передачи.

Каждая передача соответствует определённому диапазону скорости движения. Когда-то очень давно их было всего две, потом три, потом долгое время нормой были четыре и пять, а в наше время делают ещё больше — для оптимального использования мощности двигателя и меньших провалов в скорости движения: переключение передачи требует некоторого времени, 1-3 секунд (выжал педаль, передвинул рычаг, плавно отпустил педаль).

В момент переключения передачи связь двигателя с колёсами (так называемое «сцепление») разрывается, и это таит опасность. Во-первых, в движении в этот момент машина становится нестабильной, может случиться неконтролируемый занос даже при движении по прямой, но особенно в повороте. Во-вторых, если машина стояла на месте под уклон, на выжатом сцеплении она весело начнёт весело катиться под этот самый уклон, а там ведь могут быть другие машины, и очень близко, например, всего в 40 сантиметрах, если дело происходит на дороге на светофоре.

В связи с этим сейчас в автошколах учат не двигаться на выжатом сцеплении, даже при торможении для остановки, и нажимать педаль исключительно для быстрого (но плавного и осторожного) переключения передачи. То есть двигатель должен быть связан с колёсами максимальное количество времени.

Поначалу все так и ездили и никто не жаловался. Но всё-таки лень — двигатель прогресса, и ещё в древности придумали автоматизацию всего этого процесса, устраняющую множество премудростей: автоматическую коробку передач с так называемым гидротрансформатором, AT (Automatic Transmission).

Ручка управления автоматом только выбирает режим работы: парковка, движение назад, нейтралка (нужна для сервиса), движение вперёд: PRND. Иногда есть особые дополнительные режимы и ручное переключение передач.

Главное, что нужно про всё это знать — ты включаешь движение вперёд или назад, и больше не трогаешь рычаг до полной остановки машины, а иной раз и до завершения многочасовой поездки. Движение управляется двумя педалями: отпустил тормоз — машина медленно покатилась в нужную сторону, даже если она стоит на горке с обратным уклоном. Нажал газ — машина ускоряется, передачи переключаются сами по себе, довольно плавно и без разрыва связи с колёсами. Отпустил газ — машина плавно замедляется, нажал тормоз — замедляется сильно.

Автомат — практически идеальное решение, отточенное десятилетиями. Но у него есть проблемка: он устроена очень сильно иначе и гораздо сложнее, чем механическая коробка. Сложно — значит дорого и не очень надёжно (хотя такие коробки уже лет 20 как надёжнее классической механики). К тому же, из-за принципа действия автомат заметно повышает расход топлива. И человечество начало придумывать, как бы немного схалтурить и получить что-то типа автомата, но дешевле.

Первое такое решение издревле используется на мопедах, и с какого-то момента начало применяться на автомобилях, даже на больших и тяжёлых. Это вариатор, CVT (Continuously Variable Transmission): ременная передача с плавно изменяемым размером шкивов (конусы, двигающиеся относительно друг друга).

С точки зрения водителя вариатор ведёт себя как автомат, и даже лучше: он и сам движется при отпускании тормоза, не откатываясь на горке, и движение на нём абсолютно плавное, так как ступенчатого переключения в нём нет вообще, а расход топлива с ним самый оптимальный. В органах управления вариатор не отличается от автомата, те же самые режимы и их обозначения. Может быть даже ручной режим с программной имитацией передач, так как физически переключать просто нечего.

Но у вариатора есть проблемка: это решение по своему принципу работы не очень хорошо подходит для больших нагрузок, и по некоторым причинам оно весьма сложное технически. А значит, снова дорогое и менее надёжное, чем классический автомат. Собственно, реальный вариатор на автомобиле может даже содержать и гидротрансформатор тоже.

И наконец, наступает 21 век. Обещание Электроника сбылось: вкалывают роботы, счастлив человек. Разработки шли ещё с 1960-х годов, но только к 21 веку технологии оказались готовы к массовой реализации компромиссного решения: если человеку лень дёргать рычаг и жать педали на механической коробке передач, нужно просто посадить рядом с ним робота, и пусть он следит за обстановкой, жмёт педаль сцепления и дёргает рычаг, а водитель будет только жать газ и тормоз, крутить руль и материться в окошко. Дёшево и сердито!

Первые роботы примерно так и устроены: обычная механическая коробка передач, к которой приделано два исполнительных механизма, выжимающий сцепление и перемещающий рычаг выбора передачи. Компьютер в машине следит за скоростью и оборотами, и выполняет нужные действия. Называется всё это безобразие роботизированная коробка передач, AMT (Automated Manual Transmission). Надёжность механики, помноженная на надёжность исполнительных механизмов и компьютера — что может пойти не так?

И долгое время всё шло не так. Сама идея здравая, но есть нюансы. Мощность исполнительных механизмов (так называемых актуаторов): начали с соленоидов, которые требуют большой ток для работы; продолжили электромоторчиками, но у них не хватает сил и нужен редуктор, а редуктор — это медленно. Понадобилась гидравлика, а это усложнение и удорожание. Алгоритмы ошибались в оценке ситуации и переключали передачи невпопад, особенно по причине задержки в исполнении: ситуация успела поменяться и уже нужна другая передача, а ещё не завершилось включение ранее запрошенной.

Дополнительная проблема у ранних роботов — хотя педали сцепления у водителя нет, она есть у робота, и он выжимает её когда надо ему, а не водителю. В частности, это значит, что машина не ползёт вперёд при отпускании тормоза, и начинает скатываться с горки. Нужно пользоваться ручным тормозом, придерживая её до момента схватывания сцепления. Оперативнее работать газом, как на обычной механике, здесь не получится — пока сцепление разомкнуто роботом, как ни жми газ, мощность на колёса не передаётся, а робот будет смыкать его так быстро, как может, то есть очень медленно.

За 20 лет роботы выросли и возмужали. Теперь это очень эффективное и надёжное решение, постепенно вытесняющее все прочие альтернативы. Правда, и технически теперь это совершенно другая конструкция, очень сложная, но благодаря массовости и развитию компьютерных технологий уже не такая дорогая. Называется она DCT (Dual-Clutch Transmission).

Во-первых, теперь это не одна, а как бы две механические коробки передач в одном корпусе: пока на одной выбирается передача, работает другая. При этом реализуется свойство «преселективности». Передачи выбираются заранее — не та, какая нужна сейчас, а та, какая по прогнозу алгоритма понадобится через пару секунд, и в нужный момент происходит мгновенная смена коробок передач.

Во-вторых, сами передачи стали короче, их стало больше. Например, 6 или 7. Вместе с двойным сцеплением это дало отсутствие ощутимых разрывов мощности и провалов, ощущение практически как на вариаторе. И расход топлива такой же идеальный.

В-третьих, хотя машины с роботом конструкционно не ползут вперёд при отпускании тормоза и также подвержены скатыванию, это компенсируется электронными помощниками. У современного робота может быть режим имитации классического автомата, когда движение начинается при отпускании тормоза. Или же это так называемая система помощи на подъёме, которая появилась и на механических коробках: компьютер некоторое время придерживает тормоз, давая водителю начать движение на уклоне, и отпускает его, когда движение началось.

И вот, всего лишь одну стену текста спустя мы добрались до моего Ситроена. В начале 2000-х годов все автопроизводители начали пытаться делать роботизированные коробки. И французы, в те времена почему-то решившие, что они гуру в области электроники, конечно не отставали — с автоматизацией трансмиссии они экспериментировали ещё с 1950-х годов.

Решения разных компаний назывались по разному, но технически в один период времени это примерно одно и то же, с одним и тем же необычным рычагом выбора режима, который вы сразу опознаете визуально.

Конкретно во времена Citroen C2, первого поколения Citroen C3 и Peugeot 207, это была роботизированная коробка SensoDrive, в народе также известная как «Сексодрайв». Представляет из себя самый ранний вариант технологии: механическая коробка с одним сцеплением и два актуатора, плюс очень тугодумный компьютер.

И вот именно с таким чудом техники я и приобрёл C3 Pluriel. Это было осознанное решение ещё при поиске C2: именно эта технология прошла мимо меня, сейчас это уже старина, и познакомиться с ней другого шанса уже не будет. Познакомился и больше не хочу ни за какие деньги. Но опыт интересный. Настоящий ретро-гейминг от мира автомобилей. На уровне Atari 2600.

Проблем у SensoDrive немного: он очень плохо работает и очень ненадёжный. В общем-то и всё. Но если работает, то как-то ездить можно. Значительно лучше, чем никак, но хуже всех прочих вариантов. Хоть это и не механика, на нём тоже нужно учиться ездить, понимая все нюансы.

Управляется это дело так. Есть две педали, тормоз-газ, и рычаг, который по сути содержит кнопки без фиксации. Качаем его вверх — повышаем передачу, вниз — понижаем, вправо — выбираем нейтраль, вправо и вниз — выбираем заднюю. Также у некоторых машин есть подрулевые лепестки, дублирующие качания рычага вверх и вниз (у моей есть).

При включении зажигания машина стоит (катится) на нейтрали. Можно выбрать первую или заднюю передачу, и нажатием на газ начать движение — теперь при движении вперёд робот будет переключать передачи сам, а на остановке через некоторое время (но не сразу) сбрасывать на нейтраль, и нужно снова включать первую. Ведёт он себя как ученик автошколы, делает всё очень медленно и бестолково. Провал во время переключения передач катастрофический: машина успевает замедлиться при движении накатом, пока включается новая передача. Ездить очень страшно!

Также есть вариант перед началом движения нажать кнопку под рычагом, либо же в движении качнуть рычаг вверх или вниз, либо нажать на лепестки под рулём. Тогда система перейдёт в ручной режим: будет включать ту передачу, которую выбрал водитель. Это позволяет двигаться более динамично и осознанно, без борьбы со странными решениями робота, но само переключение происходит всё так же неторопливо. Ручной режим полезен в пробках. чтобы робот не дёргал передачи почём зря.

В общем, удовольствие сомнительное. С одной стороны, ездить всё же проще, чем на механике. С другой стороны, страшно, и всё равно надо следить за откатом машины, а из средств противодействия ему — только ручник. Автоматическим удержанием на уклоне эти машины ещё не оснащались.

Вышесказанное справедливо для исправной системы. Исправной она бывает редко. Проблемно в ней всё, но особенно — актуатор, выжимающий сцепление (на фото выше он). Для выжима сцепления нужна сила богатыря, но французы поручили это 12-вольтовому моторчику с редуктором и пластиковыми элементами. Ломается приблуда часто, стоит дорого, менять ещё дороже, так как сервисы очень не любят французов и их владельцев.

Также, как в любой механической коробке, есть собственно диск сцепления — расходный элемент, который надо периодически надо менять, и это тоже стоит денег.

Ну и самое печальное, есть французская электроника. Это самое слабое место всех французов: она сложная и ненадёжная. Компьютер коробки в любой непонятной ситуации принимает меры для безопасности: выключает передачу! Это может произойти на ходу, на месте, в пробке. В том числе это может произойти при просадке в бортовой сети или от перегрева блока управления коробкой (часто происходит в пробках), или если происходит непонятное с калибровками (компьютеру постоянно нужно знать, где находится точка смыкания сцепления).

В результате получается следующая история. Едешь-едешь, вдруг машина запищала, замигала «снежинкой» (индикатор проблем с коробкой), и переходит на нейтраль, останавливаясь в самом неподходящем месте. Делай что хочешь. Помогает постоять минутку, выключить-включить зажигание, и она снова едет. Если не поможет, надо скинуть клемму аккумулятора, накинуть обратно — робот протестирует систему и возможно согласиться заработать. Очень опасное поведение.

Из-за неадекватного поведения робота он может переключать передачи слишком часто, а в блок управления заложен лимит на один миллион переключений. После этого в нём возникает неустранимый код ошибки, и робот окончательно слетает с катушек. Лечится разнообразными народными средствами: заменой, прошивкой, блоком-обманкой. Я ещё не так глубоко занырнул в эту кроличью дыру. Буду держать в курсе.

Конкретно мой экземпляр находится в состоянии кота Шредингера. Вроде бы всё работает, диск сцепления не кончился, актуаторы срабатывают. Но система всё равно периодически выключает передачу, или не хочет её включать после запуска машины. Причём логика этого непонятна. Вероятно виноват блок BSM и просадка напряжения в бортовой сети. Но это не точно, так как до знающих людей я пока доехать не могу (найти их непросто), а сам я сварщик не настоящий. Но я учусь.

Впрочем, этот самый капризный чудо-робот хотя и является одной из больших (и потенциально дорогостоящих) проблем в моём Pluriel, но не единственной и не главной.