Автоматична коробка перемикання передач (АКПП) у широкому сенсі — коробка передач, будова і механіка роботи якої дозволяють їй у процесі руху транспортного засобу самостійно визначати найбільш підходяще доступне передатне відношення, переходити (перемикатися) з одного передатного відношення на інше, забезпечувати спрощену для водія процедуру торкання з місця автоматично, найбільш оптимально підлаштовуючи зовнішню швидкісну характеристику двигуна під задану водієм швидкість руху.

АКП є одним із двох (нарівні з механічною коробкою) широко поширених типів коробок передач, що застосовуються на різнопланових колісних та гусеничних транспортних засобах.

Конструкція сучасних АКП може сильно відрізнятися, але з огляду на те, що в історичній ретроспективі переважна більшість АКП зроблено на основі планетарних коробок передач у зборі з гідротрансформатором, під АКП за умовчанням (якщо не обумовлено особливо) розуміється саме подібна конструкція. Щоб відрізнити її від роботизованих КПП і варіаторів, її називають «гідромеханічна трансмісія», «гідроавтомат», «планетарний автомат», «класичний автомат».

Конструкція гідромеханічної АКП

Гідротрансформатор АКП завжди є так званою «комплексною гідропередачею» — тобто гідропередачею, здатною працювати і як гідротрансформатор і як гідромуфта. Назва такої гідропередачі гідротрансформатором не зовсім коректна, але в контексті АКП вона загальновживана і тому допустима. Гідротрансформатор дозволяє розірвати потік потужності в собі і тим самим виконує функцію зчеплення. Саме за рахунок гідротрансформатора забезпечується можливість короткочасної зупинки автомобіля без необхідності переведення АКП в режим нейтралі. Гідротрансформатор дозволяє збільшувати крутний момент залежно від навантаження, що є перевагою будь-якої гідромеханічної АКП. Гідротрансформатор згладжує крутильні коливання двигуна. Також саме гідротрансформатор забезпечує можливість так званого «повзучого режиму», коли автомобіль на холостому ході двигуна може рухатися з дуже низькою швидкістю. Для економії палива гідротрансформатор блокується на переважній більшості режимів руху (з 20 км/год або з другої передачі). На АКП автобусів та гусеничних машин можливе використання гідротрансформатора як гідродинамічного гальма. Заповнення рідиною гідротрансформатора відбувається із загальної гідросистеми АКП. За умовчанням гідротрансформатор розташовується між двигуном і КП, але в трансмісіях вантажних автомобілів, автобусів і гусеничних машин гідротрансформатор також може розташовуватися всередині самої АКП між планетарними рядами.

Блокування гідротрансформатора являє собою фрикційну гідропідтискну муфту, що жорстко з'єднує насосне і турбінне колеса гідротрансформатора і вбудовану в загальну гідросистему АКП. Блокування не є обов'язковим елементом АКП: вона присутня на всіх сучасних АКП, але на АКП старих розробок (з чотирма передачами і менше) її могло не бути. На сучасних АКП блокування включається в роботу на всіх передачах переднього ходу, починаючи з першої. Світовим піонером подібного підходу стала компанія Porsche, випустивши в 1990 році чотириступінчасту АКП Tiptronic, на якій вперше блокування могло працювати на всіх передачах. Блокування як би вимикає гідротрасформатор з роботи, переводить його в режим прямої передачі та підвищує ККД усієї системи. Також блокування дозволяє ефективно гальмувати двигуном.

АКП (планетарна частина автоматичної передачі) складаються з планетарних редукторів (вони ж планетарні ряди), фрикційних і обгінних муфт, сполучних валів і барабанів. Також іноді застосовується гальмівна стрічка, яка загальмовує один з барабанів відносно корпусу коробки при включенні тієї чи іншої передачі. Винятком є ​​рідкісні АКП, у яких замість планетарної передачі використовуються вали з циліндричними шестернями постійного зачеплення та включенням передач індивідуальними гідропідтискними муфтами.

Фрикційні муфти (в побуті іноді називаються «пакетами фрикціонів») здійснюють перемикання передач з'єднанням або роз'єднанням елементів АКП - вхідного та вихідного валів та елементів планетарних редукторів, а також їх загальмовування відносно корпусу АКП. Муфта виглядає як щось середнє між зчепленням і синхронізатором в МКП і складається з барабана та хаба. Барабан має великі прямокутні шліци всередині, хаб – великі прямокутні зуби зовні. Між барабаном і хабом розташований пакет кільцеподібних фрикційних дисків, частина з яких виконана з металу і має виступи зовні, що входять у шліци барабана, а частина - з пластмаси і має вирізи всередині, куди входять зуби хаба. З'єднання фрикційної муфти відбувається за рахунок стискання пакета дисків гідравлічно, кільцеподібним поршнем, що встановлений у барабані. Олива до циліндра підводиться через спеціальні отвори (масляні канали) у барабані, валах та корпусі АКП.

Обгінна муфта вільно прослизає в одному напрямку та заклинює з передачею моменту в іншому. Зазвичай складається із зовнішнього та внутрішнього кілець та розташованого між ними сепаратора з роликами або кулачками. Використовується для зниження ударів у фрикційних муфтах при перемиканні передач (передача моменту починається тільки при підвищенні обертів двигуна після перемикання, що призводить до спроби однієї з деталей планетарного редуктора обертатися у зворотний бік і заклинювання її в обгінній муфті), а також для відключення гальмування двигуном на деяких режимах роботи трансмісії.

Пристрій управління АКП являє собою набір золотників (релейних клапанів), що керують потоками оливи до поршнів гальмівних стрічок та фрикційних муфт. Положення золотників задаються як вручну механічно (клапан мануал) рукояткою селектора, так і автоматично. Автоматика буває гідравлічною або електронною.

Гідравлічна автоматика використовує тиск оливи від відцентрового регулятора, з'єднаного з вихідним валом АКП, а також тиск оливи від натиснутої водієм педалі газу. Це дає автоматиці інформацію про швидкість автомобіля та положення педалі газу, на підставі якої перемикаються золотники.

Електронна автоматика використовує соленоїди, що переміщують золотники. Соленоїди та золотники зазвичай об'єднані в гідроблок. Кабелі від соленоїдів виходять поза межі АКП і йдуть до блоку управління, іноді об'єднаного з блоком управління упорскуванням палива та запалюванням. Рішення про переміщення соленоїдів приймається електронікою на основі інформації про положення педалі газу та швидкості автомобіля, а також положення рукоятки селектора.

У деяких випадках передбачена працездатність АКП навіть при повному виході з ладу електронної автоматики, але тільки з третьою передачею переднього ходу, або з усіма передачами переднього ходу, але з необхідністю їх ручного перемикання рукояткою селектора.

Режим ручного керування

Деякі автоматичні коробки передач мали режим ручного керування, у якому водій може перемикати передачі на власний розсуд, як у механічній коробці передач — за допомогою або переведеного в особливе положення штатного селектора, або окремого органу керування (клавіші, підрульові пелюстки тощо). Подібний функціонал був реалізований ще на найраніших автоматичних коробках передач - наприклад, в 1966 році Ford на моделі Fairlane GT/A пропонував Sport Shift, варіант автоматичної коробки передач Cruise-O-Matic, в якому була можливість перебрати всі три наявні передачі, рушивши з місця в режимі "1" передача) та D (при цьому коробка відразу перемикалася на третю передачу). Однак через низьку зручність використання широкого поширення такі конструкції не отримали.

Найбільш вдалим виявився TipTronic - режим роботи АКП з ручним перемиканням передач, реалізований компанією Porsche. Слово "типтронік" часто використовується як спільне для всіх аналогічних конструкцій інших виробників, хоча воно і є торговою маркою Porsche (інші виробники називають аналогічні конструкції інакше).

У цьому режимі вибір передачі здійснюється водієм вручну підштовхуванням важеля селектора у напрямках "+" та "-" — перехід на наступні передачі вгору та вниз. У канонічній конструкції автоматично здійснюється лише зниження передачі при падінні обертів двигуна до холостих. Трансмісії ряду виробників, крім того, автоматично підвищують передачу при досягненні граничних обертів двигуна. Механічно коробка передач при цьому така ж, як і звичайна АКП, змінено лише важіль селектора та автоматику управління. Ознака TipTronic-подібних АКП — Н-подібний виріз для переміщення важеля селектора і символи "+" та "-".

Управління роботою АКП

Види селекторів

Селектор дозволяє водієві вибрати поточний режим роботи АКП. Розташування важеля селектора може бути різним.

На автомобілях американського виробництва до 1990-х років в основному селектор був розташований на рульовій колонці, що дозволяло посадити на цілісному передньому дивані трьох людей. Для перемикання режимів роботи трансмісії його треба було потягнути на себе і перевести в потрібне положення, яке показувала стрілка на спеціальному покажчику квадранті. Спочатку квадрант розміщували на кожусі рульової колонки, пізніше його перенесли на більшості моделей у щиток приладів, зазвичай він розташовувався під спідометром.

До близького типу можна віднести і селектори, розташовані на панелі приладів поряд з рульовою колонкою, як наприклад у деяких моделей фірми Chrysler 1950-х років або Honda CR-V третього покоління.

Підлогове розташування селектора вперше з'явилося на спортивному Chevrolet Corvette в 1953 році, а згодом набуло широкого поширення на європейських машинах.

На японських автомобілях зустрічалися обидва варіанти, залежно від цільового ринку - на автомобілях для внутрішнього японського та американського ринків і в наш час зустрічаються підрульові селектори трансмісії, тоді як для інших ринків практично виключно використовуються підлогові.

В даний час зазвичай використовується підлоговий селектор.

На мінівенах та комерційних автомобілях вагонного та напівкапотного компонування, а також деяких позашляховиках та кросоверах з високою посадкою водія, досить велике поширення має розташування селектора на панелі приладів по центру (або високо на консолі).

Існують системи вибору режимів роботи трансмісії без важеля, в яких для перемикання використовуються кнопки. На деяких сучасних автомобілях важіль-селектор АКП замінюється на джойстик, у якого замість окремих фіксованих положень відповідних діапазонів трансмісії для послідовного перемикання між ними є два нефіксовані положення, що дозволяють «перегортати» режими роботи один за одним. Іноді замінюють на клавіші, «шайбу» що обертається та аналогічні пристрої з алгоритмом роботи, схожим на описаний вище.

Якщо система має важіль-селектор, вибір потрібного режиму здійснюється переміщенням в одне з можливих положень.

Для запобігання випадковим перемиканням режимів використовують спеціальні механізми захисту. Так, на автомобілях з підрульовим селектором для перемикання діапазону трансмісії треба потягнути важіль на себе, тільки після цього можна перевести в потрібне положення. У випадку підлогового важеля використовується як правило блокуюча кнопка, розташована збоку під великим пальцем водія (більшість моделей), зверху (наприклад на Hyundai Sonata V) або попереду на важелі (приклади - Mitsubishi Lancer X, Chrysler Sebring, Ford Focus II), або важіль необхідно трохи втопити. В інших випадках проріз для важеля виконується ступінчастим (багато моделей Mercedes-Benz, Hyundai Elantra платформи i30).

Як правило, між режимами, включення яких допустимо під час руху, можна переключитися і без натискання кнопки блокування - наприклад, на трансмісіях Volkswagen 1980-х років кнопку необхідно натискати тільки для переходу з P в R, R в N і з "2" в "1" (і назад). Між діапазонами N, D і 2 можна перемикатися без кнопки. Також багато сучасних моделей мають пристрій, що не дає перемістити важіль селектора АКП в положення руху, якщо не натиснута ​​педаль гальма, що також підвищує безпеку використання трансмісії.

Фірма Jaguar використовувала свого часу U-подібний проріз для важеля селектора, з поділами P, R, N і D з правого боку і D, 3, 2 - з лівого.

Якщо раніше алгоритм роботи селектора був жорстко заданий пристроєм механічного приводу до АКП, то сьогодні електронне управління коробкою передач в принципі дозволяє використовувати для перемикання між її режимами роботи будь-які пристрої введення з довільним алгоритмом роботи — єдиним стримуючим фактором є існуючі на даний момент стандарти, що передбачають стандартизацію режимів (P-R-N-D-L).

Основні режими роботи

Практично будь-яка автоматична трансмісія має такі режими, що стали стандартними з кінця 1950-х років:

• Р (англ. Park) — паркувальне блокування (включається під час паркування авто. Ведучі колеса заблоковані, блокування знаходиться всередині самої АКП і не пов'язано зі звичайним стоянковим гальмом);

• R (англ. Reverse) — задній хід (включається під час руху заднім ходом. Неприпустимо включати до повної зупинки автомобіля, на сучасних трансмісія часто існує блокування);

• N (англ. Neutral) — нейтральний режим (включається при короткочасній стоянці та при буксируванні на невелику відстань);

• D (англ. Drive) — рух вперед (включається при звичайній їзді вперед у звичайних умовах);

• M (англ. Manual), ± — рух вперед з ручним перемиканням передач (включається на бездоріжжі, для гальмування двигуном, в інших складних умовах керування) — з положення D важіль переводиться в бухту, розташовану ліворуч або праворуч, потім за бажанням можна перемикатися з поточної передачі на знижену (+).

• S (англ. Sport) — рух вперед з покращеною динамікою (включається при їзді в спортивному стилі, в складному потоці з обгонами).

Починаючи з кінця 1950-х років ці режими мають саме таку послідовність, а в 1964 році в США вона була закріплена як обов'язкова для використання американським Співтовариством автомобільних інженерів (SAE), в результаті чого стала по суті всесвітнім галузевим стандартом. Цей стандарт прийняла абсолютна більшість автомобілебудівних фірм навіть за межами США. 

Оскільки включення режимів R і P на ходу може спричинити поломку коробки передач, у сучасних моделях з електронним керуванням навіть у разі обходу водієм блокування, коробка передач не виконає помилкових команд, а просто залишиться в поточному діапазоні.

Додаткові режими роботи

У сучасних автоматичних трансмісіях з великою кількістю робочих діапазонів можуть бути додаткові режими роботи, а положення селектора можуть бути позначені інакше:

• (D), або O/D — овердрайв (ступінь з передатним відношенням менше одиниці), «економічний» режим руху з можливістю автоматичного перемикання на підвищуючу передачу. Найбільш підходить для рівномірного руху трасою;

• D3, або O/D OFF — відключення підвищуючої передачі (овердрайву), тобто, для чотириступеневої АКП - тільки I, II та III передачі. Активний режим, що найбільше підходить для руху по місту; Цей режим вимикається при вимкненні запалювання. Не забезпечуючи паливної економічності (при вищій швидкості роботи автомата) даний режим рекомендується виробниками, щоб при рваній міській їзді (не вище 70—80 км/год) не допускати багаторазового блокування/розблокування муфти гідротрансформатора, яка частково блокується при перемиканні на IV (або V передачі). Також у цьому режимі (як і 2 і L) відбувається гальмування двигуном;

• S (чи цифра 2) — спектр знижених передач (I і II або лише II передача), «зимовий режим»;

• L (чи цифра 1) — другий діапазон знижених передач (тільки I передача).

На тракторах, оснащених автоматичними трансмісіями, за допомогою селектора вибирається робочий діапазон швидкостей: уповільнені, силові, транспортні, а також напрямок руху. Тракторні АКП допускають примусове включення необхідної передачі трактористом.

АКП, на відміну механічної КП, підтримує гальмування двигуном не в усіх режимах. У режимах, де гальмування двигуном заборонено, трансмісія вільно прослизає в обгінних муфтах (як у велосипеді) і автомобіль рухається накатом. Наприклад, у деяких випадках перша передача з гальмуванням двигуном задіяна лише при виборі водієм положення «1». При виборі першої передачі автоматикою із положення «D» гальмування двигуном неможливе.

Кнопки керування

Також зустрічаються додаткові перемикачі (реалізовані, наприклад, у вигляді кнопок) режимів роботи АКП:

• Sport, або Power — перемикання передач відбувається на більш високих обертах двигуна. Більш динамічний розгін на шкоду економії палива;

• Winter, або Snow, — торкання відбувається з II або III передачі (для запобігання пробуксовування коліс), через можливе перегрівання коробки не рекомендується постійно їздити на цьому режимі. На деяких автомобілях з електроприводом дросельної заслінки, режим Snow коригує лінійність роботи педалі газу і збільшення обертів двигуна починається при більш сильному натисканні, ніж у звичайному режимі. Автомобіль при цьому рушає з першої передачі.

• Shift lock release або Shift lock – розблокування селектора при вимкненому двигуні.

У деяких випадках режим Sport задіюється автоматично при натисканні на педаль газу до упору (а з сучасними електронними системами управління — нерідко просто від сильного або різкого збільшення газу), в режимі «кікдауна» (Kickdown). У деяких випадках режим кікдауна заборонений при вимкненні режиму Overdrive.