Многоступенчатая автоматическая коробка передач, с которой большинство из нас хорошо знакомо, зависит от двух технических разработок: гидротрансформатора и планетарной передачи. Гидротрансформатор представляет собой развитие концепции появившейся несколько раньше гидромуфты. При использовании в автомобиле гидромуфты маховик заменяется «бубликом», который разрезан вдоль на две половины. Одна половина (насосное колесо) приводится во вращение от вала двигателя, а другая (турбинное колесо) связана с ведущим валом коробки передач. «Бублик» частично заполняется жидкостью, соответствующим образом герметизируется, а каждая его половинка оборудуется большим количеством направляющих лопаток определенной формы. Крутящий момент от двигателя передается на коробку передач через жидкость, которая циркулирует внутри «бублика», от насосного колеса к турбинному. Когда передаваемый крутящий момент небольшой или его нет, автомобиль удерживается тормозами, преодолевая незначительную величину передаваемой энергии.


Простая гидромуфта передает крутящий момент без изменения, за исключением небольшой части, которая теряется при перемешивании жидкости. Однако если установить между двумя вращающимися половинками неподвижный направляющий аппарат «ротор», входящий момент будет умножаться. В этом заключается принцип работы современного гидротрансформатора. В зависимости от формы лопаток ротора может быть достигнуто умножение в соотношении 2,4:1 на низких оборотах (чем выше умножение, тем менее эффективной становится передача при нормальных скоростях). Ценность эффекта умножения заключается в том, что он дает возможность быстрого, резкого старта, а также возможность уменьшения передаточного числа первой передачи, которое в свою очередь снижает число передач в коробке и, кроме того, обеспечивает дополнительные преимущества. Когда обороты двигателя увеличиваются, увеличение момента уменьшается и при нормальной скорости движения автомобиля оно отсутствует, за исключением некоторых экспериментальных трансмиссий, в которых делаются попытки создания ротора с изменяющимся направляющим аппаратом, который изменяет направление потока жидкости с целью его выравнивания и сохранения эффекта. Эти попытки ни в коем случае нельзя назвать напрасными, вспомните, что многие современные турбонагнетатели имеют лопатки с изменяемой геометрией, и большинство современных двигателей турбореактивных самолетов регулируют направление потока роторов, которые установлены между каждым рядом лопаток компрессора с осевым потоком. Управление увеличением крутящего момента при всех скоростях даст возможность уменьшить число передач в автоматических коробках, но ряд инженеров рассудил, что легче добавить больше передач, чем увеличивать сложность конструкции применением гидротрансформатора с переменной геометрией.


Современный гидротрансформатор — хорошо проверенный и надежный компонент, обычно он имеет тот же диаметр, что и маховик в обычной трансмиссии. Кольцо его «бублика» сейчас более плоское и скорее напоминает овал, а не точную окружность, что уменьшает его размеры (особенно на переднеприводных автомобилях с поперечным расположением двигателя), причем без особой потери эффективности. Большинство современных гидротрансформаторов также оборудуются блокирующим устройством, которое ликвидирует возможность проскальзывания при включении высшей передачи, что повышает общую эффективность.


Другим жизненно важным компонентом обычной автоматической коробки передач является планетарная коробка передач, которая использует давно известный принцип, хотя и вызывающий некоторое замешательство. Простая планетарная передача состоит из центральной «солнечной» шестерни и наружной шестерни в виде кольца, у которого зубья расположены внутри, а эти две шестерни связаны между собой посредством нескольких (обычно трех) шестерен, называемых «сателлиты», смонтированных на общей раме. Теоретически любая из трех составных частей может вращаться, в то время как одна из двух оставшихся должна быть заторможена каким-нибудь тормозом, тогда с третьей можно получать выходной момент. Существуют несколько более сложные вариации на основе этой схемы.


Некоторые из них «внешне-наружные», другие с удвоенным числом сателлитов, но самым важным аспектом является возможность получения различных передаточных чисел без необходимости разъединения привода от двигателя. При соответствующей конструкции планетарной передачи с внутренним зацеплением управление легко осуществляется ленточными тормозами или автоматическими сцеплениями. Ленточные ремни охватывают снаружи внешнюю «коронную» шестерню и затормаживают ее или отпускают. Автоматические сцепления — это многодисковые «мокрые» устройства (т.е. заполненные трансмиссионной жидкостью), которые могут быть сделаны компактными, мощными и прогрессивными в работе. После того как была сконструирована коробка передач, остается сконструировать систему контроля, которая гарантирует своевременное переключение передач.


В действительности это настолько сложная задача, что первое серьезное применение гидромуфты и планетарных механизмов на европейских автомобилях в 30-е годы, из которых самым известным был Daimler (а также на целом поколении лондонских автобусов), оставляло действительный выбор передач за водителем. В коробке передач Wilson управление осуществлялось перемещением маленького рычага селектора (в более поздних моделях автомобилей — электрическим выключателем) в положение, соответствующее последующей передаче вверх или вниз. В действительности, переключение происходило после того, как один раз нажималась педаль, находившаяся на месте педали сцепления. При этом создавался гидромеханический импульс, который отпускал тормозную ленту коронной шестерни одного ряда планетарной передачи и последовательно (или через небольшое время) затормаживал тормоз следующего ряда. Гидромуфта была нужна, только когда автомобиль останавливался или трогался (сразу после включения первой передачи). Водители, которые стали использовать трансмиссию Wilson, в действительности наслаждались, когда они могли выбрать нужную передачу, например, когда они подъезжали к повороту и включали передачу простым движением ноги в нужный момент. На самом деле трансмиссия представляла собой то, что сейчас известно, как «секвентальное» переключение, когда простое перемещение рычага вперед-назад переключает передачи вверх или вниз. Некоторые послевоенные автомобили высшего класса оборудовались трансмиссией Wilson вплоть до 1950 года.


Однако со временем американские инженеры нашли удовлетворительный метод и сделали переключение передач полностью автоматическим, и с 1940 года такие трансмиссии стали наиболее популярными в США. Европейские водители сильно сопротивлялись им на той основе, что они были тяжелыми и дорогими, что они уменьшают мощность двигателя и увеличивают расход топлива и, возможно, еще потому, что первые автоматы самостоятельно изменяли передачу, когда водитель ее выбрал.


Конечно, некоторые из первых автоматов, предлагавшихся для европейских автомобилей среднего размера, плохо подходили для этой цели. Возможно, хуже всех подходила 2-ступенчатая автоматическая коробка передач Powerglide, предлагавшаяся как опция на автомобиль Vauxhall Victor в 1960 г. Это была подходящая коробка для «ленивого» автомобиля с 5-литровым двигателем V-8 в стране автострад, но становилась почти пугающей, когда соединялась с 1,6-литровым двигателем и возникала необходимость обгона на «забитой» двухрядной дороге. Со временем специалисты по автоматическим трансмиссиям выяснили, что даже с гидротрансформатором, помогающем при трогании, для сред-неразмерных европейских автомобилей требуется, как минимум, 4-ступенчатая коробка передач.


Тем временем проблема лучшего соответствия и чувствительности автоматических коробок передач решалась в двух направлениях. Во-первых, удивительно сложная гидромеханическая система управления, разработанная американцами, была заменена электронным контролем. Первым, кто впервые в мире в середине 70-х годов запустил в производство автоматы с электронным управлением, был Renault. Во-вторых, появилось направление, возглавленное японцами, в котором была использована способность современных компьютерных систем реагировать «адаптивным» способом, используя так называемую «неформальную логику», которая, наконец, дала возможность автоматическим трансмиссиям уверенно производить переключения приятным для водителя способом, не просто при определенной комбинации скорости и нагрузки, но согласуясь с условиями движения и даже стилем вождения водителя и его желаниями. Эти системы управления могут не только определить разницу между спокойным, неторопливым или агрессивным водителем, но и оттенки между этими двумя крайностями. Также они на шаг впереди селекторных переключателей, устанавливаемых на некоторых продаваемых коробках, с помощью которых водитель может сам переключать режимы «комфорт», «нормальный» или «спорт». Такие коробки передач всегда программируются так, чтобы избежать нежелательного переключения вверх, если водитель убрал ногу с педали акселератора, особенно на спуске. Другой особенностью, которая двадцать лет назад показалась бы странной для пользователя автоматической коробкой (но приветствовалась бы), является переключение автомата вниз, когда применяется резкое торможение. Водителю обычно остается одно в этих коробках с «неформальной логикой» — выбрать «зимний» режим, чтобы исключить включение первой передачи и предотвратить проскальзывание ведущих колес на заснеженных и обледенелых поверхностях.