اگر از دهه ۱۹۵۰ میلادی و دوران پیدایش اولین گیربکس های اتوماتیک تولید انبوه جنرال موتورز به قرن ۲۱ام و صنعت امروزی خودروسازی گذر کنیم، عجایب و پیشرفتهای خیره‌کننده تکنولوژی را شاهد خواهیم بود. از گیربکس‌های ۲ و ۳ سرعته اتوماتیک قدیمی گرفته تا گیربکس‌های ۶، ۸ و ۱۰ سرعته اتوماتیک، گیربکس های دو کلاچ و ضریب متغیر (CVT) پیشرفته امروزی.
می‌توان گفت برای هر نوع کاربری از سواری‌های سایز کوچک شهری تا شاسی‌بلندهای بزرگ و سنگین وزن آفرودی، گیربکس‌های اتوماتیک پیشرفتهای طراحی و تولید شده‌اند. سوال آن است که پس چه نیازی به گیربکس اتوماتیک ۱۰ سرعته وجود دارد؟ در این مقاله به این پرسش ساده پاسخ خواهیم داد.
طراحی و توسعه
ضرب المثل مشهوری می‌گوید که نیاز مادر تمامی اختراعات است. در مورد پیدایش گیربکس‌های اتوماتیک جدید ۹ سرعته عرضی (Transverse) و ۱۰ سرعته طولی (Longitudinal) که به صورت مشترک توسط فورد و جنرال موتورز طراحی شده‌اند، همین موضوع صدق می‌کند.
از سال‌های پس از ۲۰۱۰، قوانین فدرال در خصوص میزان آلایندگی تولیدی خودروها و میزان مصرف سوخت آن‌ها در بزرگ‌ترین و مهم‌ترین بازار خودرو جهان یعنی آمریکای شمالی، رو به دشوارتر شدن گذاشت. قوانین جدید سازمان حفاظت از محیت زیست ایالات متحده آمریکا (EPA) که هر روز سخت‌گیرانه‌تر از روز قبل اجرا می‌شد، خودروسازان را مجبور به استفاده از تکنولوژی‌های جدید و به‌کارگیری پیشرانه‌های کوچک‌تر و کم مصرف‌تر کرد. یکی از تکنولوژی‌های زاده این موضوع به‌کارگیری گیربکس‌های اتوماتیک ۹ سرعته عرضی جدید برای خودروهای سواری و کراس‌اوورهای کوچک و گیربکس اتوماتیک ۱۰ سرعته طولی جدید برای شاسی بلندها، خودروهای لوکس و اسپرت بود.
چرا گیربکس اتوماتیک ۱۰ سرعته
پاسخ به این پرسش که «چرا ۱۰ سرعت؟» به مفهوم ضریب دنده و نحوه عملکرد گیربکس در انتقال نیرو در تناسب با گشتاور تولیدی پیشرانه‌های احتراق داخلی بازمی‌گردد. می‌دانیم که پیشرانه‌های احتراق داخلی بر اساس چرخه کاری، بیشینه گشتاور خود را در یک دور موتور مشخص تولید می‌کنند و این گشتاور است که به خودرو شتاب می‌دهد. در نتیجه هماهنگ بودن هر دنده بر اساس دور موتور مورد نظر و تناسب آن با بازه گشتاور تولیدی، به معنای دستیابی به بهینه‌ترین عملکرد، بالاترین شتاب و کمترین میزان مصرف سوخت است.
حالا هرچقدر تعداد دنده‌های ارائه‌شده از سوی گیربکس بیشتر باشد، پیشرانه احتراق داخلی با سادگی بیشتر در بازه تولید بیشینه گشتاور قرار می‌گیرد و برای دستیابی به دور موتور مورد نظر، تلاش کمتری کرده و از این رو سوخت کمتری مصرف می‌کند. اینجا است که گیربکس‌های دارای تعداد دنده بیشتر وارد بازی می‌شوند. حالا سوال دیگری که ذهن مخاطب صنعت خودرو را به خود مشغول می‌کند این است که پس چرا جعبه دنده CVT نه؟!
ضعف گیربکس CVT
اولین عامل طراحی و تولید گیربکس‌های CVT یا همان گیربکس‌های اتوماتیک ضریب متغیر، قابلیت شبیه‌سازی هزاران دنده و حفظ تناسب دائمی ضریب مورد نظر با دور موتور خودرو بود. به همین دلیل استفاده از این گیربکس در خودروهای سایز کوچک با پیشرانه‌های ضعیف در دستور کار خودروسازان قرار گرفت. به نظر می‌رسد که مشکل حفظ تناسب میان ضریب دنده و دور موتور یک بار حل شده بود، پس چه نیازی به استفاده از گیربکس اتوماتیک ۱۰ سرعته و ۹ سرعته وجود داشت؟
مسئله به مشکلات فنی و ذات طراحی گیربکس CVT بازمی‌گردد. این گیربکس‌ها ضمن ارائه عملکردی بسیار نرم و بهینه، در انتقال گشتاورهای بسیار زیاد که مطلوب خودروهای اسپرت، شاسی بلندهای سنگین و خودروهای لوکس است، به‌شدت مشکل دارند. به عبارت بهتر، گیربکس‌های CVT توان انتقال گشتاور بالا و تحمل فشارهای شدید را ندارند. از آن گذشته سواری ارائه‌شده از سوی این گیربکس‌ها بسیار کسالت‌بار و غیر اسپرت است. در نتیجه استفاده از جعبه دنده CVT در شاسی بلندهای آفرودی سنگین، خودروهای لوکس و خودروهای اسپرت از همان ابتدا منتفی شد.
اگر بتوان تعداد دنده‌های گیربکس‌های اتوماتیک معمولی را به اندازه کافی افزایش داد، می‌توان ضمن تحمل گشتاور و تنش‌های زیاد، ساختاری مشابه به ضرایب نامحدود گیربکس‌های CVT ایجاد کرد و تا حد ممکن به بازده بالای این گیربکس‌های ضعیف، ساده و ارزان‌قیمت نزدیک شد. این دقیقا همان کاری است که فورد و جنرال موتورز در طراحی و تولید گیربکس اتوماتیک ۱۰ سرعته و ۹ دنده جدید خود انجام داده‌اند.
به عنوان مثال، برای درک عملکرد گیربکس اتوماتیک معمولی با تعداد دنده زیاد می‌توان به لکسوس LC500 با گیربکس اتوماتیک ۱۰ سرعته اشاره کرد که ضمن داشتن پیشرانه ۵ لیتری به قدرت ۴۷۱ اسب بخار و گشتاور ۵۴۰ نیوتن.متر، در گذر از یک اتوبان ۶۴۰ کیلومتری، توانست به مصرف سوخت متوسط ۸ لیتر در هر ۱۰۰ کیلومتر دست یابد که معادل مصرف بنزین یک هاچبک سایز کوچک شهری با پیشرانه ۱.۵ لیتری است.
گیربکس خاص
گیربکس جدید ۹ سرعته در ساختار عرضی، ویژه خودروهای سواری کوچک و انواع کراس اوور توسط جنرال موتورز و گیربکس اتوماتیک ۱۰ سرعته جدید در ساختار طولی، ویژه خودروهای اسپرت، شاسی بلندها و وانت‌های بزرگ و خودروهای لوکس به وسیله فورد طراحی شد و در سال ۲۰۱۸ روی محصولات وقت هر دو خودروساز آمریکایی به بازار جهان عرضه و معرفی شد. قرار بود گیربکس اتوماتیک ۱۰ سرعته طولی در فشرده‌ترین حالت ممکن طراحی شود تا نیازی به اعمال تغییر در پلتفرم خودروهای در حال تولید نباشد. در نتیجه این گیربکس‌های جدید با پاره‌ای از ویژگی‌های فنی مدرن طراحی و تولید شده‌اند که در ادامه مهم‌ترین آن‌ها را معرفی می‌کنیم.
ابعاد مهندسی شده
ساختار گیربکس ۱۰ سرعته جدید با وجود داشتن ۲ تا ۴ دنده بیشتر از گیربکس‌های اتوماتیک رایج فورد و جنرال موتورز، ابعادی برابر با گیربکس‌های ۶ و ۸ سرعته قدیمی دارند. در نتیجه نصب آن‌ها روی خودروهای در حال تولید بسیار ساده است.
واحد کنترل جدید
واحد کنترل گیربکس (TUC) برای این جعبه‌دنده‌های جدید یک واحد کاملا نوین و متمایز با طراحی جنرال موتورز است که قابلیت اعمال تغییرات متناسب با خودرو و پیشرانه به‌کاررفته در آن را بسیار ساده و دقیق می‌سازد.
سرعت تعویض دنده
برخلاف انتظار، یکی از دلایلی که خودروسازان آمریکایی هرگز به سراغ استفاده از گیربکس‌های اتوماتیک دو کلاچ (DCT) نرفتند، آن بود که سرعت تعویض دنده‌ها در گیربکس‌های اتوماتیک معمولی ساخت خودروسازان آمریکایی سریع‌تر از نمونه‌های دو کلاچ پیشرفته و گران‌قیمت اروپایی است. در گیربکس‌های جدید ۹ و ۱۰ سرعت فورد و جنرال موتورز، سرعت تعویض دنده‌ها بین ۲۶ تا ۳۶ درصد سریع‌تر از پرسرعت‌ترین گیربکس دو کلاچه جهان، یعنی گیربکس دو کلاچ پورشه معروف به PDK انجام می‌گیرد. در نتیجه سادگی طراحی، هزینه تولید و نگهداری پایین در این گیربکس‌های جدید حفظ شده، ضمن آن‌که سرعت تعویض در آن بیشتر از PDK است.
کاهش اتلاف انرژی دورانی
توربین گیربکس اتوماتیک ۱۰ سرعته و ۹ دنده جدید، ۲۶ سانتیمتر قطر دارد که بسیار کوچک به حساب می‌آید. این توربین ضمن داشتن طراحی بهینه‌شده، دارای سیستم قفل توربین (لاک‌آپ/Lock-Up) است و در داخل گیربکس نیز از کلاچ‌ها و ترمزهای جدید استفاده شده است. این سیستم در ترکیب با روغن گیربکس دارای گران‌روی (ویسکوزیته) بسیار کم، باعث کاهش خیره‌کننده اتلاف انرژی دَوَرانی در گیربکس شده و بهبود محسوس عملکرد را به همراه دارد که در کاهش مصرف سوخت خود را نشان می‌دهد. همچنین خنک‌کاری و روان‌کاری اجزا نیز بهتر انجام می‌شود.
ضرایب دنده
با داشتن ۱۰ ضریب دنده متمایز، گیربکس جدید دارای ۶ ضریب سنگین، ضریب ۱.۰۰ در دنده هفت و سه ضریب سبک (اوور درایو/Over Drive) است. سه دنده اوور درایو مخصوص استفاده برای سرعت کروز (سرعت ثابت) در اتوبان‌ها و جاده‌های مسطح است که نقش اصلی را در کاهش دور موتور و کاهش مصرف سوخت بازی می‌کنند.
خودروهای با گیربکس ۱۰ سرعته
در حال حاضر از میان محصولات فورد و جنرال موتورز، فورد F150، شورولت کامارو ZL1، شورولت تاهو و ساب‌اربن RST، جی ام سی یوکان دنالی و کادیلاک اسکالید به گیربکس اتوماتیک ۱۰ سرعته جدید مجهز هستند که با تغییر محسوس در میزان مصرف سوخت همراه بوده‌اند.
شرکت خودروسازی کرایسلر همچنان از گیربکس ۸ سرعت اتوماتیک تورک فلایت (TorqueFlite) بهره می‌گیرد که چند سال پیش با مشارکت شرکت ZF آلمان طراحی و ساخته شد. عملکرد این گیربکس در محصولات پرقدرت کرایسلر و مرسدس بنز نیز نتیجه‌ای مشابه به گیربکس‌های ۹ و ۱۰ سرعت جدید فورد و جنرال موتورز به همراه داشت. از این رو احتمال بسیار قوی وجود دارد که کرایسلر و ZF نیز برای محصولات نسل بعدی خود به تولید نسل جدید گیربکس‌های ۱۰ سرعت اقدام کنند.
نویسنده: شهاب انیسی
