امیرمسعود عابدین: گیربکس اتوماتیک امروز فراتر از یک وسیله مکانیکی برای تغییر دنده است؛ فناوری‌ای است که با تاریخچه‌ای بالغ بر یک قرن، در جهت بهبود راندمان، عملکرد و تجربه کاربر توسعه یافته است. با پیشرفت فناوری‌های رانندگی خودکار، شاید در آینده نزدیک دیگر خبری از گیربکس‌های سنتی نباشد، اما دانش ما درباره عملکرد آنها همچنان ارزشمند خواهد بود.
به همین بهانه قصد داریم تا نگاهی به تاریخچه گیربکس‌های اتوماتیک، بهترین‌های ایران و جهان و همچنین آخرین نوآوری‌ها در این زمینه نگاهی بیندازیم؛
آغاز ماجرا: اولین گام‌ها به سوی گیربکس اتوماتیک
ریشه‌های گیربکس‌های اتوماتیک در دهه ۱۹۲۰
اولین گیربکس اتوماتیک در سال ۱۹۲۱ توسط یک مهندس بخار کانادایی به نام آلفرد هورنر مونرو (Alfred Horner Munro) اختراع شد. مونرو دستگاه خود را طوری طراحی کرد که به جای مایع هیدرولیک، از هوای فشرده استفاده کند، بنابراین فاقد قدرت بود و هرگز به صورت تجاری به فروش نرسید. این طراحی انحرافی از سیستم‌های دستی سنتی بود، چرا که فرآیندها را خودکار می‌کرد، خطای انسانی را کاهش می‌داد و کارایی عملیات را افزایش می‌داد. کار مونرو زمینه را برای پیشرفت‌ها در گیربکس‌های اتوماتیک فراهم کرد.
گیربکس ویلسون در دهه ۱۹۳۰
تا دهه ۱۹۳۰، گیربکس ویلسون پدیدار شد. این گیربکس چهار دنده جلو و یک دنده عقب را ارائه می‌داد. سیستم جدید مفهوم تعویض دنده خودکار را بهبود بخشید و آن را برای استفاده روزمره عملی‌تر و قابل اعتمادتر کرد. گیربکس ویلسون به دلیل توانایی خود در تعویض دنده به صورت روان و بدون دخالت راننده، که تجربه رانندگی را به شدت افزایش می‌داد، قابل توجه بود. همانطور که تولیدکنندگان خودرو شروع به تشخیص مزایای سیستم‌های اتوماتیک کردند، تقاضا برای گزینه‌های رانندگی بهتر افزایش یافت که منجر به نوآوری‌های بیشتر شد.
اولین گیربکس اتوماتیک موفق: اولدزموبیل ۱۹۴۰
اولدزموبیل ۱۹۴۰ با معرفی گیربکس هیدراماتیک، نقطه عطفی در تاریخ خودرو رقم زد. این طراحی به اولین گیربکس اتوماتیک موفق تبدیل شد. سیستم هیدراماتیک تجربه رانندگی روان و بی‌دردسری را برای رانندگان فراهم کرد و نیاز به تغییر دنده‌های دستی را از بین برد. این نوآوری راه را برای پذیرش گسترده گیربکس‌های اتوماتیک در صنعت خودرو هموار کرد.
سیستم هیدراماتیک چگونه کار می‌کند؟ این گیربکس با استفاده از مایع هیدرولیک، کوپلینگ‌های سیال، کلاچ‌های چند صفحه‌ای و مجموعه‌های دنده سیاره‌ای عمل می‌کند تا تعویض دنده خودکار روان و انتقال قدرت کارآمد را تسهیل کند. هنگامی که راننده پدال گاز را فشار می‌دهد، موتور قدرت تولید می‌کند که به سیستم هیدرولیک منتقل می‌شود. این سیستم از یک سری کلاچ استفاده می‌کند که بسته به سرعت خودرو درگیر و خارج می‌شوند. این امر امکان تعویض دنده یکپارچه را بدون نیاز به تغییر دستی دنده توسط راننده فراهم می‌کند.
هیدرا اولدزموبیل نه تنها سایش و پارگی قطعات موتور و گیربکس را به حداقل رساند، بلکه تجربه رانندگی لذت‌بخش‌تر و قابل دسترس‌تری را نیز فراهم کرد. افراد عادی دیگر نیازی به مهارت‌های لازم برای کار با گیربکس دستی نداشتند. در عوض، مردم می‌توانستند از مزیت رانندگی در مناطق شهری یا روستایی از طریق تعویض دنده اتوماتیک روان هیدراماتیک لذت ببرند.
هیدراماتیک که توسط مهندس جنرال موتورز، ارل تامپسون (Earl Thompson) توسعه یافته بود، تا سال ۱۹۵۵ به طور مداوم ارتقا و بهبود یافت، اما طراحی و تئوری اساسی مورد استفاده در طول عمر بسیار طولانی آن ثابت ماند. جنرال موتورز در سال ۱۹۵۶ هیدراماتیک را با جت‌اوی (Jetaway) جایگزین کرد. جت موفقیت چشمگیری نداشت و به سرعت در سال ۱۹۶۹ جای خود را به توربو هیدراماتیک داد.
گیربکس اتوماتیک مدرن
برای درک تکامل گیربکس‌های دستی و اتوماتیک تا شکل امروزی آنها، ابتدا باید با نحوه عملکرد سیستم‌های فعلی آشنا شویم. بخش اصلی در گیربکس‌های اتوماتیک، سامانه هیدرولیک است. زمانی که راننده پدال گاز را فشار می‌دهد، نیروی تولیدشده توسط موتور به قطعه‌ای به نام مبدل گشتاور منتقل می‌شود. این مبدل نقش واسطه‌ای روان و نرم بین موتور و گیربکس را ایفا کرده و با تقویت گشتاور، انتقال قدرت به گیربکس را بهینه می‌کند.
درون گیربکس، مجموعه‌ای از چرخ‌دنده‌های موسوم به دنده‌های سیاره‌ای وظیفه ایجاد نسبت‌های مختلف دنده را بر عهده دارند. این مجموعه شامل یک چرخ‌دنده خورشیدی در مرکز، چند چرخ‌دنده سیاره‌ای در اطراف آن و یک چرخ‌دنده حلقوی در بیرون است. به دلیل ساختار خودکار این سیستم، راننده نیازی به تعویض دستی دنده‌ها ندارد.
علاوه بر این، واحدی به نام بدنه سوپاپ که به صورت الکترونیکی کنترل می‌شود، وظیفه تنظیم فشار هیدرولیک و تعیین زمان و نحوه درگیر شدن یا آزاد شدن کلاچ‌ها را بر عهده دارد. این کنترل دقیق موجب تعویض دنده‌های سریع‌تر و نرم‌تر شده، عملکرد کلی خودرو را بهبود می‌بخشد و بهره‌وری سوخت را نیز حفظ می‌کند.
مهم‌ترین تغییرات و بهبودها در طراحی گیربکس اتوماتیک تا به امروز، تعداد دنده‌ها و تغییر از عملکرد گیربکس کنترل مکانیکی به کنترل الکترونیکی است.
بهترین گیربکس‌های جهان
در میان بهترین گیربکس‌های اتوماتیک جهان، چند نمونه با عملکرد و ویژگی‌های خاص خود برجسته هستند. گیربکس ۹G-Tronic مرسدس بنز به خاطر تعویض دنده‌های بسیار روان، مصرف سوخت پایین و عملکرد قوی در مدل‌هایی مانند E کلاس و GLC شناخته می‌شود. گیربکس ZF بی‌ام‌و، به‌ویژه نسخه ۸ سرعته آن، در سری ۳ و ۵ این برند دیده می‌شود و دقت بالا و پاسخ‌دهی سریع را ارائه می‌دهد. گیربکس CVT که در خودروهایی مثل هوندا سیویک و نیسان آلتیما استفاده می‌شود، با حذف دنده‌های سنتی، انتقالی نرم و بدون لرزش دارد و بیشتر بر مصرف بهینه سوخت تمرکز دارد. فورد نیز با گیربکس ۱۰ سرعته SelectShift، تعادلی بین عملکرد قوی و بهره‌وری سوخت در مدل‌هایی مانند ماستنگ و F-۱۵۰ ارائه می‌دهد. آئودی با گیربکس دوکلاچه S Tronic در مدل‌هایی چون A۳ و A۴، تعویض‌های سریع و حس رانندگی اسپرت را هدف گرفته است. در نهایت، تویوتا با eCVT در خودروهای هیبریدی مثل پریوس و کرولا، تمرکز ویژه‌ای بر کاهش مصرف سوخت و رانندگی سازگار با محیط زیست دارد.
محبوب‌ترین گیربکس در ایران: CVT و دوکلاچه
در بازار ایران، گیربکس CVT (انتقال پیوسته متغیر) پراستفاده بوده است. این فناوری اولین بار با مدل DAF ۶۰۰ در ۱۹۵۸ و سپس در خودروهایی مانند سوبارو جاستی و نیسان میکرا رواج پیدا کرد. گیربکس‌های CVT به دلیل مصرف سوخت پایین، راندمان انتقال گشتاور بالا و تجربه رانندگی نرم، محبوب هستند؛ اما ضعف‌هایی مثل پاسخ‌دهی کمتر در حالت شتاب‌گیری را نیز دارند.
گیربکس DCT یا دوکلاچه، یک سیستم انتقال قدرت ترکیبی است که عملکردی میان گیربکس دستی و اتوماتیک دارد. در این سیستم، از دو کلاچ مستقل استفاده می‌شود؛ یکی برای دنده‌های زوج و دیگری برای دنده‌های فرد. این طراحی موجب می‌شود تا فرآیند تعویض دنده با وقفه حداقلی و در زمان بسیار کوتاه انجام گیرد. ساختار داخلی DCT معمولاً شامل چرخ‌دنده‌های سنتی با مکانیزم هیدرولیکی یا الکترونیکی کنترل‌شونده است. این نوع گیربکس به‌ویژه در خودروهای اسپرت و پرفورمنس بالا کاربرد فراوان دارد.
برای مقایسه بهتر این دو گیربکس، به مقاله «تفاوت گیربکس CVT و دوکلاچه چیست؟ » مراجعه کنید.
در خودروهای داخلی که توسط ایران‌خودرو و سایپا تولید می‌شوند، انواع مختلف گیربکس‌های دستی و اتوماتیک استفاده می‌شود. سایپا از گیربکس‌های اتوماتیک CVT در خودروهایی مانند کوییک اتوماتیک و شاهین استفاده می‌کند؛ ایران‌خودرو نیز برای محصولات جدید مانند دنا پلاس اتوماتیک و تارا اتوماتیک، گیربکس اتوماتیک ۶ سرعته AT۶ را به‌کار برده است.
علاوه بر این، ایران‌خودرو در حال حرکت به سمت تولید گیربکس‌های اتوماتیک پیشرفته‌تر است، از جمله برنامه همکاری برای تولید و ورود گیربکس دوکلاچه WET-۷DCT هفت سرعته در سال‌های آینده و خط تولید داخلی DCT توسط شرکت نیرومحرکه را دنبال می‌کند. همچنین محصولات آینده مانند کراس‌اوورها ری‌را و تارا قرار است با این گیربکس‌ها عرضه شوند.
جدیدترین دستاوردها: خودکارهای هوشمند و شبیه‌سازی گیربکس
در سال‌های اخیر، خودروسازان بزرگی مانند پورشه و آئودی از گیربکس‌های دوسرعته برای بهبود شتاب و رفاه کاربری استفاده کرده‌اند. برخی مدل‌های هیوندای مانند آیانیک ۵ N حتی تلاش کرده‌اند با شبیه‌سازی نرم‌افزاری تغییر دنده، حس رانندگی خودروهای سنتی را بازسازی کنند، گرچه در عمل همچنان فقط یک دنده فیزیکی وجود دارد!
چرا خودروهای برقی عملاً گیربکس ندارند؟
بر خلاف موتورهای بنزینی یا دیزلی که برای عملکرد بهینه نیازمند تغییر ضرایب دنده‌اند، موتورهای الکتریکی بالاترین گشتاور را از صفر دور در دقیقه تولید می‌کنند و تا بیش از ۲۰۰۰۰ دور در دقیقه قابلیت چرخش دارند. به همین دلیل اغلب خودروهای برقی فقط از یک نسبت گیربکس استفاده می‌کنند که ترکیب مناسبی بین شتاب اولیه و سرعت نهایی ارائه می‌دهد. تنها استثناهایی مانند پورشه تایکان و آئودی e‑tron GT از گیربکس دوسرعته برای ارتقاء محدوده سرعت و بهینه‌سازی مصرف استفاده کرده‌اند.
مزایا:
-
پیچیدگی کمتر، هزینه تولید و نگهداری پایین‌تر
-
شتاب نرم و پاسخ آنی به فشردن پدال گاز
-
عمر بیشتر و خرابی کمتر نسبت به گیربکس‌های چنددنده سنتی
معایب:
-
محدود شدن سرعت نهایی در برخی مدل‌ها
-
نبود حس تعویض دنده و تجربه رانندگی پویا که برخی رانندگان ترجیح می‌دهند
۵۸۳۲۲
