گیربکس اتوماتیک و انواع آن

۲ آذر ۱۴۰۱ گیربکس اتوماتیک و انواع آن

بخش بسیار بزرگی از اقدامات انجام شده در صنعت خودروسازی جهان به منظور دستیابی به سهولت و راحتی بیشتر در هدایت خودرو و کسب لذت بیشتر از سواری با آن انجام گرفته است. اهمیت این موضوع با ورود به دهه ۱۹۴۰ میلادی و گسترش چشمگیر حمل و نقل موتوری و استفاده فراگیر مردم از خودروهای احتراق داخلی به وضوح مشخص شد. از این رو شرکت جنرال موتورز در آخر دهه ۱۹۴۰ میلادی اولین گیربکس اتوماتیک تولید انبوه تاریخ را با نام هایدراماتیک (Hydra-Matic) روانه بازار کرد.

از آن دوران تاکنون بیش از هفت دهه می‌گذرد و حوزه طراحی و تولید گیربکس‌های اتوماتیک تغییرات و تحولات شگرفی به خود دیده است که حاصل پیشرفت‌های علمی در زمینه‌های مختلف است.

فاکتورهای اصلی در طراحی گیربکس

پیش از آن که به معرفی انواع گیربکس اتوماتیک بپردازیم، ابتدا باید بدانیم که این گیربکس‌ها با در نظر گرفتن چه فاکتورهایی طراحی و تولید می‌شوند و هدف نهایی از تولید آن‌ها چیست. وجود تنوع قابل توجه در دنیای گیربکس‌های اتوماتیک نشان از تلاش برای تامین نیاز‌های مختلف از زوایای مختلف دارد. اگرچه نوع گیربکس خودرو برای مشتری نهایی چندان اهمیتی ندارد و اتوماتیک بودن آن تنها اصل حیاتی برای مشتری به حساب می‌آید، اما این تنوع نشان دهنده پوشش دادن بخشی از نیاز‌های بخصوص از زاویه دید خودروساز است که در بودجه نهایی به کار رفته در فرایند طراحی و تولید نقشی چشمگیر دارد.

قیمت گیربکس

اولین فاکتور اساسی برای یک خودروساز به عنوان مالک یک بیزینس دارای تراکنش‌های مالی بسیار عظیم، موضوع قیمت است. منظور الزاما قیمت نهایی و تمام شده یک واحد اتوماتیک نیست بلکه خودروساز باید پیش از ورود به فرایند طراحی و تولید یک گیربکس اتوماتیک، از زیر و بم‌های مالی این پروژه آگاه باشد. خودروساز باید بداند که این گیربکس بخصوص در چه تیراژ و مقیاسی به تولید خواهد رسید و دقیقا کدام سگمنت از خودروها را پوشش خواهد داد. فرایند تولید شامل تامین متریال و قطعات مود نیاز، تامین مالی کارگران، هزینه‌های حمل و نقل و سود نهایی حاصل از فروش هر واحد گیربکس اتوماتیک نیز در این محاسبات موثر است.

فراگیری

شرکت‌های طراح و تولید کننده سیستم‌های انتقال نیرو، چه مستقل باشند و چه وابسته به شرکت خودروساز، معمولا گیربکس‌های خود را به صورت عمومی و رایج میان چند محصول طراحی و تولید می‌کنند که به این سبک طراحی در اصطلاح فنی، طراحی یونیورسال (Universal) یا طراحی همگانی گفته می‌شود. در نتیجه قطعه پرسود، قطعه‌ای است که تنها با یک بار طراحی و اعمال کم‌ترین تغییرات، بتواند طیف گسترده‌ای از نیازهای نهایی را پوشش دهد.

به عنوان مثال گیربکس‌های خانواده تورک فلایت (Torqueflite) کرایسلر با همکاری مهندسان شرکت مشهور ZF آلمان (یکی از برترین شرکت‌های اروپایی فعال در زمینه طراحی و تولید سیستم‌های انتقال نیرو و گیربکس) طراحی شده است. از این رو خانواده این گیربکس‌ها به صورت مشترک میان محصولات آمریکایی و اروپایی زیرشاخه استلانتیس (گروه خودروسازی بزرگ فیات- کرایسلر و پژو- سیتروئن) و محصولات آلمانی نظیر گروه مرسدس بنز استفاده می‌شود.

تعمیرات و تامین قطعات

گیربکس مورد طراحی پیش از ورود به فرایند تولید انبوه، به پروسه‌ای طولانی شامل انواع و اقسام تست‌های سنگین ایمنی و دوام وارد می‌شود. شرکت سازنده باید مطمئن شود که گیربکس مورد نظر فاقد ایراد اساسی و نقطه ضعف است. همچنین باید از عمر مفید تقریبی قطعات داخل آن و سازگاری قطعات داخلی با انواع روغن‌ها و مکمل‌ها در آب‌ و هوای مختلف و تحت شرایط رانندگی متنوع آگاه باشد تا بر اساس اطلاعات کسب شده، در راستای تولید و تامین قطعات یدکی مورد نیاز و تعمیرات دوره‌ای دوران گارانتی اقدام کند.

انواع گیربکس اتوماتیک

گیربکس‌های اتوماتیک به صورت کلی با نام Automatic Transmission (به اختصار AT) شناخته می‌شوند اگرچه ممکن است کارکرد برخی یا بیشتر قسمت‌ها در میان نسخه‌های مختلف آن مشترک باشد، اما در حقیقت تفاوت‌های بسیار زیادی بین آن‌ها وجود دارد که باعث می‌شود هر گیربکس اتوماتیک برای یک خودرو و یک سناریو بخصوص مناسب باشد. در نتیجه گیربکس اتوماتیک مورد نظر بر اساس نوع و کلاس خودرو نهایی، وزن خودرو و نوع کاربری آن از سوی خودروساز انتخاب می‌شود و سپس به تولید می‌رسد یا به تولید کننده سفارش داده می‌شود.

۱. گیربکس های AT

گیربکس AT

گیربکس‌های AT یا همان Automatic Transmission به سری گیربکس‌هایی گفته می‌شود که بر اساس اصول ابتدایی اولین گیربکس‌های اتوماتیک دهه ۱۹۴۰ میلادی طراحی و تولید می‌شوند. این گیربکس‌ها ممکن است بین دو تا ۱۰ دنده داشته باشند اما رویه عملکرد آن‌ها با تیکه بر یک مبدل گشتاور (Torque Convertor) یا توربین به عنوان جایگزین دیسک و صفحه در گیبکس‌های دستی، مجموعه‌ای از دنده‌های سیاره‌ای (Planetary Gear) و مجموعه‌ای از صفحات اصطکاکی (مجموعه کلاچ) ممکن می‌شود.

مجهز بودن آن‌ها به کامپیوتر گیربکس (TCU یا TCM) یا استفاده از سیستم قدیمی گاورنری، تاثیری در نوع نام‌گذاری این دست گیربکس‌ها ندارد. این دست گیربکس‌ها بیشترین تیراژ تولید در میان تمامی گیربکس‌های تولیدی روز جهان را به خود اختصاص می‌دهند.

+دوام قابل توجه

+سادگی طراحی و تولید

+پیچیدگی نسبتا کم

+سادگی تعمیرات

+قابلیت استفاده در طیف گسترده‌ای از خودروهای اقتصادی، روزمره، اسپرت و سنگین

+قابلیت اتفاده تمام اتوماتیک یا نیمه دستی

-سرعت نسبتا کم در تعویض دنده‌ها (در مدل‌های گاورنری قدیمی)

۲. گیربکس های AMT

گیربکس AMT

گیربکس‌های AMT یا Automated Manual Transmission همان‌طور که از نامش مشخص است، در حقیقت یک گیربکس دستی سنتی (MT یا Manual Transmission) است که برای اعمال کلاچ یا تعویض دنده‌ها، بر کنترل یک سیستم کامپیوتری تیکه دارد. در نتیجه مالک نهایی خودرو متوجه ماهیت دستی بودن ذات گیربکس به کار رفته در این خودور نمی‌شود چرا که تمامی اقدامات مورد نیاز در این دست گیربکس‌ها از سوی کامپیوتر کنترل و انجام می‌شود. در نتیجه گیربکس AMT دقیقا همان گیربکس دستی سنتی دارای دیسک و صفحه کلاچ است اما عملکرد آن در بیشتر موارد نیازی به دخالت مستقیم راننده ندارد.

گیربکس‌های AMT همانند گیربکس‌های AT، کاربردی فراگیر و گسترده در میان انواع خودروهای تولیدی جهان دارد. این گیربکس‌ها در حقیقت نمونه‌های پیشرفته‌تر و به تکامل رسیده گیربکس‌های نیمه اتوماتیک نظیر گیربکس‌های Autostik هستند که دخالت نسبی راننده (مخصوصا برای نیم کلاچ کردن خودرو در آغاز به حرکت اولیه) در آن‌ها واجب بود. از سال ۲۰۱۰ به بعد، این گیربکس‌ها به شکل گسترده‌ای با انواع نوین‌تر گیربکس‌های اتوماتیک جایگزین شدند و امروزه جز در برخی خودروهای اقتصادی روزمره شاهد حضور آن‌ها نیستیم.

+دوام قابل توجه به دلیل تکیه بر ذات کم استهلاک گیربکس دستی

+پیچیدگی کم

+تعمیرات ساده

+هزینه تولید پایین

+قابلیت استفاده در طیف گسترده‌ای از خودروهای اقتصادی، اسپرت و خودروهای سنگین

-کند یا به اصطلاح خنگ بودن گیربکس (مخصوصا در نسخه‌های اقتصادی و ارزان قیمت)

-عملکرد نامناسب و خارج از کنترل راننده در برخی سناریو‌های خاص

-لذت رانندگی کم

۳. گیربکس های DCT

گیربکس DCT

گیربکس‌های DCT یا Dual Clutch Transmission یا گیربکس‌های دو کلاچ، نام عمومی گروهی از گیربکس‌های نسبتا پیشرفته و مدرن امروزی است که همان‌طور که از نامش پیدا است، از دو مجموعه صفحات اصطکاکی (دو مجموعه کلاچ) برای دو شفت متفاوت از دنده‌ها در داخل گیربکس بهره می‌گیرد.

ذات فنی گیربکس‌های DCT از ترکیب دو گیربکس AT و دستی (MT) حاصل می‌شود. انتقال نیرو در این گیربکس‌ها بجای دیسک و صفحه، از سوی توربین یا مبدل گشتاور انجام می‌شود، اما درون آن‌ها از سیستمی مشابه به گیربکس‌های دستی، اما اندکی پیچیده‌تر ساخته شده است. در این گیربکس‌ها دو شفت اصلی مربوط به دنده‌های فرد (۱، ۳، ۵ و … عقب) و دنده‌های زوج (۲، ۴، ۶ و …) به صورت جداگانه و به کمک کامپیوتر و از طریق دو مجموعه کلاچ جداگانه کنترل شده و کامپیوتر گیربکس (TCU یا TCM) در هماهنگی کامل با کامپیوتر پیشرانه (ECU یا ECM) تصمیم می‌گیرد که دنده مورد نیاز بعدی کدام است. سپس با رها کردن مجموعه کلاچ درگیر و درگیر کردن مجموعه کلاچ مربوط به دنده بعدی منتخب، دنده مورد نیاز را انتخاب می‌کند.

سیستم مجموعه کلاچ این گیربکس‌ها در دو نمونه تَر (Wet یا دارای روغن) و خشک (Dry یا فاقد روغن) به تولید می‌رسند که نمونه تَر دارای وزن بیشتر و عمر مفید بیشتر و نمونه خشک دارای وزن کمتر و عمر مفید کمتر هستند. نمونه خشک بیشتر مناسب برای استفاده در خودورهای سبک وزن است.

+سرعت تعویض دنده بسیار سریع

+عملکرد صحیح، دقیق و خیره کننده در سناریوهای مختلف رانندگی

+قابلیت استفاده در طیف گسترده‌ای از خودروهای روزمره و اسپرت

+قابلیت انتقال گشتاور بالا در نمونه‌های تَر

-فرایند طراحی و تولید گران قیمت

-تعمیرات دشوار و هزینه‌بردار

-حساسیت و پیچیدگی به مراتب بیشتر از AT

-عمر مفید کم در نمونه‌های خشک

۴. گیربکس های ترتیبی یا Sequential

گیربکس ترکیبی

گیربکس‌های ترتیبی یا Sequential گروهی از گیربکس‌های دستی و اتوماتیک هستند که در آن‌ها، هر دنده بخصوص باید به ترتیب و با عبور از دنده بعدی یا قبلی انتخاب شود. در نسخه اتوماتیک این گیربکس‌ها خبری از پدال کلاچ نیست و توربین وظیفه انتقال نیرو پیشرانه به گیربکس را بر عهده دارد. اما همچنان انتخاب هر دنده همانند نسخه دستی، تنها با دخالت مستقیم و انتخاب شخص راننده و البته به ترتیب و با عبور از هر دنده میسر می‌شود. به عنوان مثال برای ورود به دنده سه از دنده یک، باید حتما از دنده دو عبور کرد. همچنین برای معکوس دادن از دنده شش به دنده یک و توقف کامل، باید با اعمال چهار ضربه به شیفتر دنده، به ترتیب از تمامی دنده‌های پنج، چهار، سه و دو عبور کرد و به دنده یک رسید. در نتیجه در این گیربکس هر بار بیشتر از یک دنده معکوس وجود نخواهد داشت.

اگرچه در گیربکس‌های ترتیبی اتوماتیک انتقال نیرو به صورت هوشمند و بدون دخالت راننده انجام می‌شود، اما تعویض هر دنده تنها با دخالت مستقیم و انتخاب شخص راننده انجام می‌شود. گیربکس‌های سیکوئنشال را می‌توان نمونه مشابه گیربکس‌های AMT دانست با این تفاوت که در گیربکس‌های AMT تعویض دنده‌ها نیز به کمک کامپیوتر و کاملا اتوماتیک انجام می‌شود. دقیقا به همین دلیل است که این گیربکس‌ها در خودروهای روزمره درون شهری استفاده نشده و بیشتر مورد استفاده در خودروهای مسابقه‌ای است. همچنین لازم به تاکید است که تمامی موتورسیکلت‌های دنده‌ای، دارای گیربکس ترتیبی هستند.

+دوام قابل توجه به دلیل ذات دستی گیربکس

+سرعت تعویض دنده بسیار سریع‌تر از گیربکس‌های MT و AMT

+هزینه طراحی و تولید کم

+تعمیرات ساده

+قابلیت استفاده در طیف گسترده‌ای از خودروها اقتصادی شهری و قدرتمند اسپرت

-ذات نیمه اتواتیک

-نیازمند دخالت مستقیم راننده برای تعویض دنده

-انتقال لذت تنها در شرایط مسابقه‌ای

۵. گیربکس های ضریب متغیر یا CVT

گیربکس ضریب متغیر

گیربکس‌های CVT یا Continuously Variable Transmission یا گیربکس‌های ضریب متغیر، اگرچه در دهه گذشته در خودروهای مونتاژی چینی بازار کشور بسیار رایج و مشهور شدند، اما این گیربکس‌ها به هیچ عنوان جدید نیستند. گیربکس‌های ضریب متغیر برای انتقال نیرو از پیشرانه به گیربکس همانند گیربکس‌های AT، AMT و DCT از توربین یا مبدل گشتاور بهره می‌گیرند اما ساختار داخلی آن‌ها هیچ شباهتی به گیربکس‌های اتوماتیک یا دستی (MT) ندارد.

این دست گیربکس‌ها از دو جفت پولی (قرقره) کله قندی شکل و یک تسمه فلزی با طول ثابت استفاده می‌کنند. در این گیربکس‌ها دو جفت قرقره کله قندی از بخش نوک (قسمت دارای قطر کمتر) رو به روی یکدیگر و بر دو شفت متفاوت (شفت ورودی و شفت خروجی) قرار می‌گیرند و تسمه فلزی این دو گروه قرقره را به یکدیگر متصل می‌کند.

با نزدیک و دور شدن هر دو قرقره مشترک روی یک شفت نسبت به یکدیگر و در تناسب با دو قرقره دیگر بر شفت دیگر، قطر هر گروه قرقره که تسمه فلزی دارای طول ثابت بر آن حرکت می‌کند در تضاد با دو قرقره دیگر تغییر می‌کند. در نتیجه تسمه فلزی دچار کشش نمی‌شود و طول ثابت خود را حفظ می‌کند، اما در عوض این تغییر معکوس در قطر هر گروه از قرقره‌ها، باعث شبیه‌سازی بی‌نهایت ضرایب دنده می‌شود که بر اساس وزن، سرعت و شتاب خودرو و از سوی کامپیوتر گیربکس انتخاب می‌شود.

این نوع گیربکس‌ها بر اساس دور ثابت ورودی (دور موتور ثابت) عمل کرده و برای کسب شتاب یا سرعت بیشتر، تکیه مستقیمی بر دور موتور ندارند چرا که با تغییر در قطر هر گروه از پولی‌ها، گشتاور، شتاب یا سرعت مورد نیاز تامین می‌شود. به همین دلیل دور پیشرانه در خودروهای مجهز به گیربکس CVT معمولا در یک بازه ثابت و مشخص است و صدای پیشرانه در آن‌ها بدون نوسان زیاد، پیوسته به گوش می‌رسد.

این دست گیربکس‌ها به دلیل عدم توانایی در انتقال گشتاور بالا، معمولا در خودروهای سبک اقتصادی شهری، خودروهای هیبرید با تمرکز بر کاهش مصرف سوخت، موتورسیکلت‌ها، اسنومبیل، دوچرخه‌های موتوردار ( موتورگازی یا موپِدها-نظیر موتور گازی رکس و براوُ) و تجهیزات سبک صنعتی ماننده اره موتوری استفاده می‌شود.

+سادگی طراحی و تولید

+هزینه بسیار کم تولید

+تعمیرات ساده

+وزن بسیار کم

+تاثیر زیاد در کاهش مصرف سوخت

-عدم توانایی انتقال گشتاور زیاد

-عدم قابلیت استفاده در خودروهای قدرتمند و سنگین

-ضعف فنی بسیار زیاد و درصد خرابی بسیار بالا

-پیوستگی صدای پیشرانه و آزار دهنده بودن آن در مسافت طولانی

-لذت رانندگی بسیار کم

-عمر مفید بسیار کم

-حساسیت بسیار بالا در برابر سناریوهای خاص رانندگی (رانندگی پرشتاب یا با وزن زیاد)

نقطه ضعف گیبرکس های اتومات

به یاد داشته باشید که تمامی گیربکس‌های اتوماتیک در یک نقطه ضعف مشترک هستند و آن هم عدم داشتن قابلیت انتخاب دنده معکوس مستقیم بیشتر از دو دنده است. به این معنا که تقریبا هیچ گیربکس اتوماتیکی به راننده این اجازه را نمی‌دهد که به عنوان مثال، به صورت مستقیم از دنده پنج به دنده دو معکوس بکشد. برخی از گیربکس‌های اتوماتیک تحت شرایط خاص و در صورت تایید دادن کامپیوتر گیربکس، تا دو دنده کمتر از دنده فعلی (مثلا از دنده پنج به دنده سه) معکوس می‌کشند، اما در بیشتر از آن، هر دنده باید به ترتیب و با گذر از دنده قبلی وارد معکوس شود.

اگرچه شاید بتوان در گیربکس‌های AT قدیمی فاقد کامپیوتر (سیستم گاورنری)، به صورت مستقیم از دنده چهار وارد دنده یک شد، اما باید بدانید که این کار با آسیب بسیار شدید و احتمال خرد شدن دنده‌ها یا شکستن پوسته گیربکس همراه خواهد بود.

بهترین گیربکس کدام است؟

آیا با این تفاسیر می‌توان در میان گیربکس‌های یاد شده، یکی را به عنوان برترین انتخاب کرد؟ شاید پاسخ دادن به این سوال به وضوح شب و روز یا سیاه و سفید نباشد. هر یک از این گیربکس‌ها به منظور تامین نیازی بخصوص طراحی و تولید شده‌اند و هر یک در صورت طراحی و تولید اصولی، نقش خود را به خوبی ایفا می‌کنند.

اما با در نظر گرفتن همه جوانب حیاتی نظیر قیمت نهایی خودرو مورد نظر، سگمنت و نوع کاربری خودرو، دوام فنی، عمر مفید، سهولت تعمیرات و نقاط ضعف، به جرات می‌توان گفت که برترین گیربکس مورد استفاده در حال حاضر دنیای صنعت خودرو جهان، نمونه‌های امروزی و پیشرفته گیربکس‌های AT هستند که پایه طراحی آن‌ها در حقیقت تکنولوژی ارتقا یافته دهه ۱۹۴۰ میلادی است.

گیربکس‌های AT امروزی با تکیه بر کنترل کامپیوتری و نظارت بر تمامی المان‌های ورودی از سنسورهای حرارت و سرعت، نه تنها بسیار سریع و دقیق عمل می‌کنند، بلکه دوام و طول عمر مفید خود را ارتقا داده و توانایی تحمل گشتاور و فشارهای بسیار زیاد و استهلاکی نسبتا پایین دارند. از این رو از نمونه‌های مختلف این گیربکس‌ها در انواع خودروهای روزمره اقتصادی، اسپرت‌های شهری، سوپراسپرت‌ها، شاسی بلندها، وانت‌های سنگین و انواع خودورهای تجاری استفاده می‌شود. در نتیجه شاید بتوان گیربکس‌های AT را برترین گیربکس‌ از تمامی جوانب دانست.

فروش آنلاین خودرو

نویسنده: شهاب انیسی