انواع گیربکس های اتوماتیک: بررسی فنی و مقایسه

گیربکس های اتوماتیک یکی از مهم‌ترین اجزای خودروهای مدرن هستند که با خودکار کردن فرایند تعویض دنده، رانندگی را آسان‌تر و راحت‌تر می‌کنند. این سیستم‌ها با انتقال قدرت از موتور به چرخ‌ها، امکان رانندگی بدون نیاز به کلاچ و تعویض دستی دنده را فراهم می‌کنند. با پیشرفت فناوری، انواع مختلفی از گیربکس‌های اتوماتیک توسعه یافته‌اند که هر یک ویژگی‌ها، مزایا و معایب خاص خود را دارند. در این مقاله، به بررسی فنی چهار نوع اصلی گیربکس اتوماتیک شامل گیربکس‌های سنتی (با مبدل گشتاور)، متغیر پیوسته (CVT)، دوکلاچه (DCT) و دستی خودکار (AMT) می‌پردازیم. هدف این مقاله از مجله خودرو باماشین، ارائه اطلاعات دقیق و تخصصی برای کمک به علاقه‌مندان خودرو در انتخاب گیربکس مناسب است.

گیربکس های اتوماتیک از اوایل قرن بیستم شروع به توسعه کردند. در سال ۱۹۳۹، جنرال موتورز گیربکس هیدراماتیک را معرفی کرد که اولین گیربکس اتوماتیک تولید انبوه بود. این گیربکس از مبدل گشتاور و چرخ‌دنده‌های سیاره‌ای استفاده می‌کرد و پایه‌ای برای گیربکس‌های مدرن شد. در دهه‌های بعد، فناوری‌هایی مانند CVT و DCT معرفی شدند که کارایی و عملکرد را بهبود بخشیدند. امروزه، گیربکس‌های اتوماتیک با کنترل‌های الکترونیکی پیشرفته، به یکی از اجزای کلیدی خودروهای مدرن تبدیل شده‌اند.

گیربکس های اتوماتیک سنتی که به عنوان گیربکس‌های هیدرولیکی نیز شناخته می‌شوند، از یک مبدل گشتاور برای انتقال قدرت از موتور به گیربکس استفاده می‌کنند. این گیربکس‌ها به دلیل قابلیت اطمینان و عملکرد نرم، در بسیاری از خودروها، به ویژه خودروهای لوکس و SUVها، محبوب هستند.

مبدل گشتاور یک کوپلینگ سیال است که شامل سه جزء اصلی است: پمپ (ایمپلر)، توربین و استاتور. پمپ به موتور متصل است و با چرخش آن، سیال گیربکس (ATF) را به سمت توربین هدایت می‌کند. توربین به گیربکس متصل است و نیروی سیال را به حرکت مکانیکی تبدیل می‌کند. استاتور با هدایت جریان سیال، گشتاور را افزایش می‌دهد، به ویژه در سرعت‌های پایین که به آن تکثیر گشتاور می‌گویند (تا ۲.۵ برابر).

در داخل گیربکس، مجموعه‌های چرخ‌دنده سیاره‌ای (Planetary Gear Sets) نسبت‌های دنده مختلف را فراهم می‌کنند. این چرخ‌دنده‌ها توسط کلاچ‌ها و باندهای هیدرولیکی کنترل می‌شوند که با فشار سیال فعال می‌شوند. در گیربکس‌های مدرن، یک واحد کنترل گیربکس (TCU) یا واحد کنترل موتور (ECU) با استفاده از حسگرها، زمان تعویض دنده را بهینه می‌کند. برخی گیربکس‌ها، مانند ZF 8HP، تا ۸ یا ۱۰ دنده دارند که کارایی و عملکرد را بهبود می‌بخشند.

مزایا

• تعویض دنده نرم: انتقال قدرت روان و بدون شوک، مناسب برای رانندگی راحت.

• قابلیت اطمینان بالا: طراحی مقاوم، مناسب برای خودروهای سنگین و شرایط سخت.

• مناسب برای کاربردهای متنوع: از خودروهای سواری تا SUVها و خودروهای آفرود.

معایب

• مصرف سوخت بالاتر: به دلیل اتلاف انرژی در مبدل گشتاور، به ویژه در ترافیک.

• هزینه تولید و نگهداری بالا: پیچیدگی سیستم و نیاز به تعمیرات تخصصی.

• وزن بیشتر: تأثیر منفی بر عملکرد و مصرف سوخت خودرو.

مثال‌ها

• ZF 8HP استفاده شده در BMW M3 و بسیاری از خودروهای لوکس.

• Toyota AA80E در خودروهای تویوتا و لکسوس.

گیربکس‌های متغیر پیوسته (CVT) از یک سیستم پولی و تسمه یا زنجیر برای ارائه نسبت‌های دنده بی‌نهایت در یک محدوده خاص استفاده می‌کنند. این گیربکس‌ها به موتور اجازه می‌دهند تا در بهینه‌ترین دور موتور (RPM) کار کند که منجر به مصرف سوخت بهتر می‌شود.

رایج‌ترین نوع CVT از دو پولی متغیر قطر (یکی متصل به موتور و دیگری به محور خروجی) و یک تسمه فلزی یا زنجیر تشکیل شده است. با تغییر قطر پولی‌ها توسط محرک‌های هیدرولیکی، نسبت دنده به طور پیوسته تغییر می‌کند. این امر امکان شتاب‌گیری بدون وقفه را فراهم می‌کند، برخلاف گیربکس‌های سنتی که دنده‌ها را به صورت پله‌ای تغییر می‌دهند. برخی CVTها، مانند CVT هوندا، از نسبت‌های دنده مجازی برای شبیه‌سازی تعویض دنده سنتی استفاده می‌کنند تا حس رانندگی طبیعی‌تری ارائه دهند.

بیشتر بخوانید: روغن گیربکس چیست؟ و زمان تعویض آن

مزایا

• مصرف سوخت بهینه: حفظ موتور در دور بهینه، به ویژه در رانندگی شهری.

• شتاب‌گیری یکنواخت: بدون وقفه‌های ناشی از تعویض دنده.

• وزن کمتر: طراحی ساده‌تر نسبت به گیربکس‌های سنتی.

معایب

• احساس عدم پاسخگویی: به دلیل اثر "نوار لاستیکی"، ممکن است کند به نظر برسد.

• هزینه تعمیر بالا: تسمه‌ها و پولی‌ها در صورت خرابی گران هستند.

• قابلیت اطمینان کمتر: برخی مدل‌ها، مانند CVTهای نیسان، شهرت بدی در دوام دارند.

مثال‌ها

• Nissan CVT در مدل‌هایی مانند نیسان آلتیما.

• Honda 7-Speed CVT در هوندا سیویک و CR-V

گیربکس‌های دوکلاچه (DCT) از دو کلاچ جداگانه برای دنده‌های زوج و فرد استفاده می‌کنند که امکان تعویض دنده بسیار سریع را فراهم می‌کند. این گیربکس‌ها در خودروهای اسپرت و با عملکرد بالا محبوب هستند.

DCT شامل دو گیربکس دستی مستقل است که در یک محفظه قرار دارند. یک کلاچ دنده‌های زوج (۲، ۴، ۶) و کلاچ دیگر دنده‌های فرد (۱، ۳، ۵) را کنترل می‌کند. هنگامی که خودرو در یک دنده حرکت می‌کند، دنده بعدی در کلاچ دیگر از قبل انتخاب شده است. تعویض دنده با رها کردن یک کلاچ و درگیر کردن کلاچ دیگر در کسری از ثانیه انجام می‌شود. این فرایند توسط TCU و حسگرها کنترل می‌شود. برخی DCTها از کلاچ‌های مرطوب (Wet Clutch) برای عملکرد بهتر در گشتاور بالا استفاده می‌کنند، در حالی که کلاچ‌های خشک در خودروهای سبک‌تر رایج هستند.

بیشتر بخوانید: چرا دنده ماشین از جا می‌پرد؟ | دلایل از جا پریدن دنده

مزایا

• تعویض دنده سریع: زمان تعویض در حد میلی‌ثانیه، ایده‌آل برای رانندگی اسپرت.

• مصرف سوخت خوب: کاهش اتلاف انرژی در مقایسه با گیربکس‌های سنتی.

• احساس رانندگی اسپرت: پاسخگویی بالا و کنترل مستقیم.

معایب

• پیچیدگی بالا: طراحی پیچیده‌تر، نیاز به تعمیرات تخصصی.

• هزینه بالا: تولید و نگهداری گران‌تر.

• عملکرد ضعیف در ترافیک: کلاچ‌های خشک ممکن است در ترافیک سنگین بیش از حد گرم شوند.

مثال‌ها

• Volkswagen DSG در مدل‌هایی مانند گلف R

• Porsche PDK در پورشه ۹۱۱.

گیربکس‌های دستی خودکار (AMT) در واقع گیربکس‌های دستی هستند که با سیستم‌های خودکار برای کنترل کلاچ و تعویض دنده مجهز شده‌اند. این گیربکس‌ها در خودروهای اقتصادی محبوب هستند.

AMT از یک گیربکس دستی استاندارد استفاده می‌کند، اما کلاچ و تعویض دنده توسط محرک‌های هیدرولیکی یا الکتریکی کنترل می‌شوند. TCU بر اساس ورودی‌هایی مانند سرعت خودرو، دور موتور و موقعیت پدال گاز، زمان تعویض دنده را تعیین می‌کند. در حالت دستی، راننده می‌تواند با استفاده از اهرم یا پدال‌های تعویض دنده، دنده‌ها را انتخاب کند.

خواندن این مقاله نیز توصیه می‌شود: زمان تعویض روغن گیربکس دستی

مزایا

• هزینه پایین: ارزان‌تر از دیگر گیربکس‌های اتوماتیک.

• مصرف سوخت خوب: مشابه گیربکس‌های دستی، با کارایی بالا.

• انعطاف‌پذیری: امکان تعویض دستی دنده‌ها.

معایب

• تعویض دنده کند: تأخیر در تعویض دنده‌ها، به ویژه در مقایسه با DCT.

• احساس کمتر صاف: ممکن است تعویض دنده‌ها با تکان همراه باشد.

• عملکرد ضعیف در ترافیک سنگین: ممکن است در شرایط توقف و حرکت کند عمل کند.

مثال‌ها

• Maruti Suzuki AGS : در مدل‌هایی مانند بالنو.

• Magneti Marelli AMT : در خودروهای اقتصادی هندی.

با پیشرفت فناوری، گیربکس‌های اتوماتیک به سمت سیستم‌های پیشرفته‌تر مانند گیربکس‌های بی‌سیم (Transmission-by-Wire) حرکت می‌کنند. این سیستم‌ها از سیگنال‌های الکتریکی به جای اتصالات مکانیکی استفاده می‌کنند و امکان کنترل دقیق‌تر و ادغام با سیستم‌های خودران را فراهم می‌کنند. همچنین، در خودروهای برقی، نیاز به گیربکس‌های سنتی کاهش یافته است، اما گیربکس‌های تک‌ سرعته یا چند سرعته برای بهبود عملکرد در حال توسعه هستند.

بیشتر بخوانید: علائم خرابی گیربکس اتوماتیک

انتخاب گیربکس اتوماتیک مناسب به نیازها و ترجیحات راننده بستگی دارد. گیربکس های اتوماتیک سنتی برای راحتی و قابلیت اطمینان، CVTها برای مصرف سوخت بهینه، DCTها برای رانندگی اسپرت و AMTها برای بودجه‌های محدود مناسب هستند. با پیشرفت فناوری، این گیربکس‌ها همچنان در حال بهبود هستند تا تجربه رانندگی بهتری ارائه دهند. درک دقیق از نحوه عملکرد و ویژگی‌های هر نوع گیربکس می‌تواند به رانندگان کمک کند تا انتخابی آگاهانه داشته باشند.

منابع

Team-BHP: Guide on automatic transmissions

Wikipedia: Automatic transmission

Spinny: Types of Automatic Transmission

Tata AIG Blog: AMT vs CVT vs DCT vs IMT vs Torque Converter