Automatische transmissies: hoe werken ze?

Sinds enkele jaren is de automaat niet langer een trage en brandstofslurpende transmissie. De automaat is geëvolueerd tot een geavanceerd staaltje techniek dat in sommige gevallen beter en sneller kan schakelen dan de mens. Welke typen automaten zijn er te krijgen en hoe werken ze?

De conventionele automaat

De conventionele automaat, zoals die thans nog in veel auto's geleverd wordt, werd voor het eerst geïntroduceerd door het Amerikaanse Oldsmobile. Een conventionele automaat telt net als een handmatige versnellingsbak een aantal vaste versnellingen (bij een automaat vaak aangeduid als "trappen") waartussen geschakeld kan worden. Een automaat schakelt door koppelingen te verbinden met bepaalde assen op het tandwielstelsel (het "planetaire stelsel". Iedere as heeft een andere overbrenging, waardoor verschillende versnellingen ontstaan. De werking van een conventionele automaat is dus sterk vergelijkbaar met die van een handmatige transmissie. Schakelen gebeurt geheel automatisch door middel van hydraulica (oliedruk). Omdat een automaat werkt zonder koppeling is er een ander mechanisme nodig om de aandrijfkrachten over te brengen van de versnellingsbak op de aandrijfas. Dit gebeurt middels een koppelomvormer. Een koppelomvormer maakt op zijdezachte wijze verbinding tussen twee assen. Dat doet hij door gebruik te maken van de massatraagheid van vloeistof (olie). In de koppelomvormer zitten twee onafhankelijk van elkaar bewegende delen (de pomp en de turbine). Wanneer het toerental wordt opgevoerd, wordt door de centrifugale kracht de olie in de koppelomvormer naar buiten gedrukt waardoor de pomp en turbine langzaam tegen elkaar worden gedrukt, wat zorgt voor een geleidelijke verbinding van de assen.

De conventionele automaat kende in het begin voornamelijk vier trappen. Dit zal voornamelijk met zijn Amerikaanse herkomst te maken hebben: in de Verenigde Staten wordt vrijwel iedere nieuwe auto verkocht met automaat. Van oudsher rijden Amerikanen auto's met grote, koppelrijke motoren (vooral vroeger de zogenaamde "long stroke" motoren, motoren met een lange arbeidsslag). Voor een motor met een hoog koppel (draaimoment, ook wel aangeduid als trekkracht) is het geen probleem om gekoppeld te zijn aan een automaat met slechts vier versnellingen. Toen de automaat ook in Europa aan een opkomst begon, duurde het niet lang voordat er automaten met vijf of zes versnellingen verschenen. Tegenwoordig zijn er zelfs automaten met zeven of acht versnellingen. Dit is logisch, omdat een automaat met meerdere versnellingen een aantal belangrijke voordelen heeft. Allereerst is er het rijgemak en de prestaties. Vergelijk het met rijden op een fiets met drie versnellingen. Met een dergelijke fiets is het niet gemakkelijk om tegen een steile helling op te rijden omdat je maar kunt kiezen uit drie versnellingen. Een grote kans dat ze allemaal of te zwaar of te licht zijn, omdat er onderling erg veel verschil in zit. Met een fiets met eenentwintig versnellingen zal het een stuk makkelijker gaan, omdat er hoogstwaarschijnlijk een geschikte (of zelfs meerdere) versnelling tussen zit. Het zelfde principe gaat op voor een automatische transmissie in een auto. Een auto uitgerust met een automaat met zes of zeven trappen zal doorgaans een grotere souplesse tonen dan een viertraps automaat. Des te meer trappen een automaat heeft, des te minder toerenverval er tussen de versnellingen bestaat, hetgeen accelereren gemakkelijker maakt (de auto blijft gemakkelijker in de "powerband", het toerengedeelte waarin de motor het meeste vermogen levert). Ook hebben meerdere trappen een gunstig effect op het verbruik van de auto, de motor hoeft minder hard te werken en bij regelmatige belasting kan er al snel naar de hoogste versnelling worden geschakeld.

Naast de standaard versnellingen kennen veel conventionele automaten nog een aantal specifieke modi om het schakelgedrag aan de omstandigheden aan te passen. Bekend zijn de modi "D" (drive, normale, automatische werking automaat), "P" (parkeerstand), "N" (neutraal) en "R" (reverse, achteruit). Sommige automaten kennen een stand waarin de bak vast kan worden gezet in een bepaalde versnelling, handig voor bij klimmen of afdalen (zodat er op de motor kan worden geremd). Doorgaans worden deze versnellingen aangeduid met "2" of "3", het getal dat aangeeft in welke versnelling de bak kan worden vastgezet. Ook kennen sommige automaten een winterstand ("W"). In de winterstand rijdt de automaat doorgaans in de 2e versnelling weg en schakelt hij bij lagere toerentallen op om wielspin te voorkomen. Ook een sportstand ("S", auto schakelt later op en eerder terug) en een economiestand "E", auto schakelt eerder op en later terug om zo zuinig mogelijk te rijden) komen vaak voor.

De halfautomaat.

De meeste automatische transmissies die tegenwoordig in auto's worden geleverd, zijn eigenlijk halfautomaten. Een halfautomaat kan op twee manieren omschreven worden: als een geautomatiseerde handbak of als een automaat met handmatige modus. De meeste halfautomaten kunnen dus zowel handmatig worden bediend (schakelen zonder koppelen en zonder gas los te laten) en kunnen tevens volautomatisch (als zijnde een conventionele automaat) gereden worden. Sommige halfautomaten kennen echter geen automatische modus, maar alleen de geautomatiseerde handmatige modus. De werking van een halfautomaat is gelijk aan die van een automaat. Wanneer er in de handmatige modus wordt gereden, bepaalt niet de computer maar de bestuurder wanneer er wordt geschakeld. Schakelen gebeurt niet middels het traditionele H-patroon (zoals bij een handbak), maar door het bedienen van een pook die doorgaans naar voren of naar achteren kan worden gehaald. Door de pook naar voren te duwen, krijgt de transmissie een signaal dat hij moet opschakelen. Dit gebeurt vervolgens op eenzelfde manier als bij een conventionele automaat. Haalt de bestuurder de pook naar zich toe dan schakelt de bak terug. Overigens zijn de meeste halfautomaten beveiligd: zo kan er vaak alleen worden gestart in de neutrale stand, kan er niet worden opgetrokken in de hogere versnellingen en weigert de automaat terug te schakelen bij een hoog toerental (dit om schade te voorkomen) of om op te schakelen bij een te laag toerental (omdat dan onvoldoende trekkracht voorhanden is). Sommige halfautomaten hebben programmatuur die de bestuurder overrulet als de automaat "denkt" een betere oplossing te hebben. Zo kan het zijn dat de bestuurder flink gasgeeft en ervoor kiest om niet terug te schakelen, maar de versnellingsbak dit toch doet omdat hij "weet" dat hij bij een bepaalde snelheid in een versnelling lager beter kan accelereren. Overigens doen niet veel halfautomaten dit omdat het door veel bestuurders als hinderlijk wordt ervaren.

De continu variabele transmissie.

De oorsprong van de CVT (continu variabele transmissie) ligt in een Nederlands product. Hub van Doorne ontwikkelde in de jaren '50 de Variomatic, waarmee DAF later veel roem vergaarde. De hedendaagse CVT is een doorontwikkeling van de Variomatic. De continu variabele transmissie is, zoals zijn naam al doet vermoeden, continu variabel. Dat wil zeggen dat deze transmissie traploos werkt en dus geen versnellingen kent. Dit komt door de ingenieuze werking van twee poelies. Een CVT bestaat uit twee assen met aan beide een poelie. De ene as is de hoofdas, afkomstig uit de motor, de andere as drijft de wielen aan. Beide assen/poelies zijn met elkaar verbonden door een duwband. De breedte van de poelies is variabel. Als de duwband bij beide poelies in het midden loopt, zijn de poelies allebei even breed en is er een overbrengingsverhouding van 1:1. Door veranderingen in het toerental nemen de centrifugale krachten toe of af. Dit heeft tot gevolg dat de ene poelie in elkaar wordt geduwd. Omdat de duwband door beide poelies moet lopen, betekent dit automatisch dat de andere poelie uit elkaar wordt geduwd. Doordat de breedte van de poelies aan elkaar gerelateerd is (wordt de ene minder breed, dan wordt de andere breder) ontstaat er een andere overbrenging. Hierdoor heeft een CVT geen versnellingen, de poelies passen zich aan en regelen zo het toerental. Een groot voordeel van de CVT is de manier waarop hij met zijn vermogen omgaat. Wanneer er rap versneld dient te worden, kan de transmissie zichzelf "vastzetten" op een hoog toerental, wat betekent dat hij de poelies zo blijft aanpassen dat er een constant hoog toerental vast wordt gehouden. Een CVT automaat staat dus garant voor uitstekende prestaties. Wie snel van 0-100 km/u wil sprinten geeft vol gas en zal zien dat de motor constant (bijvoorbeeld) 6.000 toeren per minuut blijft draaien, totdat de bestuurder gas terug neemt. De motor opereert dan constant in het toerengebied waarin hij het meeste vermogen levert (dit is uiteraard per motor verschillend). Aan de andere kant is het zo dat veel mensen de CVT als onrustig ervaren, juist vanwege dit constant hoge toerental dat kan worden aangehouden. Wie flink gasgeeft zal dikwijls worden getrakteerd op een hoog toerental en bijbehorend motorgeluid. De CVT kent naast dit sportieve karakter ook een hele andere kant: wie het gas met mate doseert, zal een regelmatige, naadloze en stille versnelling ervaren. De afgelopen jaren is de CVT sterk verbeterd en belangstelling hiervoor neemt dan ook toe. Een CVT kan worden geleverd in onder andere de Nissan Murano en diverse modellen van Audi, waarbij hij als "Multitronic" door het leven gaat.

De transmissie met dubbele koppeling.

De transmissie met dubbele koppeling is een noviteit die eind jaren '90 door Audi werd geïntroduceerd onder de naam "DSG" (Dual Shift Gearbox). Tegenwoordig gaat deze transmissie verder onder de naam S-Tronic. Steeds meer autofabrikanten komen met een eigen variant van de DSG/S-Tronic, zo introduceerde Volvo eind 2007 de "Powershift" transmissie. Het principe van de transmissie met dubbele koppeling is als volgt: de transmissie kent twee assen waarop het tandwielstelsel is aangebracht. Op één as bevindt zich de vertanding van de even versnellingen, op de andere as bevindt zich de vertanding van de oneven versnellingen en de achteruit. Omdat de versnellingen over twee assen zijn verdeeld, hoeft de transmissie niet van versnelling te schakelen, maar slechts van as, hetgeen zorgt voor razendsnelle schakeltijden. Een groot voordeel is dat de volgende versnelling altijd klaarstaat. Wanneer de bestuurder in de 1e versnelling rijdt, is de andere as inactief maar meteen klaar voor gebruik omdat hij meedraait met de actieve as. Wanneer het tijd is om over te schakelen, gaat de transmissie simpelweg over op de andere as, waardoor op de eerste (die nu inactief is) meteen weer de 1e en 3e versnelling klaarstaan. Overigens is ook de transmissie met dubbele koppeling een halfautomaat: net als een gewone halfautomaat kent deze transmissie een handmatige schakelmodus.

Enkele bekende automaten.

Hieronder een korte beschrijving van enkele veelvoorkomende automaten in verschillende soorten:

Alfa Romeo: Selespeed.

De Selespeed is een sportieve halfautomaat die geschakeld kan worden doormiddel van flippers achter het stuurwiel. Tevens kan hij volautomatisch worden gereden. Hij is leverbaar op de 147, GT, 159, Brera en Spider.

Alfa Romeo: Q-Tronic.

Q-Tronic is een halfautomaat van Alfa Romeo. De Q-Tronic bak kan volautomatisch worden gereden of handmatig worden bediend middels het naar voren of naar achteren halen van de pook. Leverbaar op de 159, Brera en Spider.

Audi: S-Tronic.

Halfautomaat met dubbele koppeling van Audi, ging voorheen door het leven als DSG.

Audi: Multitronic.

Continu variabele transmissie.

Audi: Tiptronic

Sequentieel te schakelen halfautomaat (schakelen door pook naar voren of achteren te halen)

BMW: Steptronic

Sequentieel te schakelen halfautomaat

BMW: SMG (Sequentiële Manuele Transmissie) / SMG Drivelogic

Sequentieel te schakelen halfautomaat (met flippers achter het stuur) met diverse automatische programma's die de bestuurder in staat stellen om een passend programma voor de omstandigheden te kiezen.

Citroën: SensoDrive

Sequentieel te schakelen halfautomaat (met flippers achter het stuur)

Mercedes-Benz: 7G-TRONIC

Sequentieel te schakelen halfautomaat.

Mitsubishi: Allshift

Sequentieel te schakelen halfautomaat.

Nissan: M-CVT

Continu variabele transmissie van Nissan, leverbaar op de Murano.

Renault: Quickshift

Sequentieel te schakelen halfautomaat.

Volkswagen: DSG

Halfautomaat met dubbele koppeling. Dezelfde als die van Audi, maar bij Volkswagen bestaand onder de oude naam.

Volvo: Powershift

Halfautomaat met dubbele koppeling.