گیربکس اتوماتیک AT چیست و چگونه عمل می کند؟

گیربکس اتوماتیک AT یکی از انواع سیستم های انتقال قدرت در خودروها است که طرفداران زیادی دارد. اما این سیستم چگونه عمل می کند؟

مروری کوتاه بر تاریخچه

گیربکس اتوماتیک AT برای اولین بار در سال ۱۹۲۱ توسط یک مهندس کانادایی به نام آلفرد هورنر مونرو معرفی شد. او توانست اختراع خود را در سال ۱۹۲۳ ثبت اختراع کند اما مشکلی که گیربکس ابداعی او داشت این بود که این گیربکس حالت دنده عقب و پارک نداشت. پس از آن کمپانی جنرال موتورز در سال ۱۹۳۷ اولین نمونه های گیربکس اتوماتیک را روی محصولات خود از جمله بیوک، کادیلاک و اولدزموبیل بکار برد و سپس در جنگ جهانی دوم از این گیربکس در برخی وسایل نظامی خود بهره برد. در سال ۱۹۴۸ بیوک اولین خودرویی بود که به مبدل گشتاور مجهز شد و تحولی در عملکرد گیربکس های اتوماتیک به وقوع پیوست. این روند از ابتدا تا کنون با پیشرفت علم و تکنولوژی  به نرمی و راحتی گیربکس ها و تعویض دنده در آنها کمک کرده تا جایی که امروزه بسیاری از خودروسازان مطرح نمونه گیربکس های ۸ سرعته و حتی بعضا با تعداد دنده بیشتر را در سبد محصولات خود دارند اما محصولات وطنی تا همین چند وقت پیش با گیربکس های فناوری قدیمی تولید می شدند به طور مثال خانواده ۲۰۶ و ۲۰۷ از گیربکس AL4 بهره می برده که ۴ سرعته است و معرفی آن به سال ۱۹۹۸ بر می گردد.

اجزای تشکیل دهنده گیربکس اتوماتیک AT

مجموعه چرخ دنده ها : قلب تپنده یک سیستم انتقال قدرت محل قرار گیری و چیدمان چرخ دنده ها در کنار یکدیگر و عملکرد آنها است که در این نوع گیربکس این بخش از سه نوع چرخ دنده خورشیدی، چرخ دنده های سیاره ای و چرخ دنده رینگی و حامل دنده های سیاره ای تشکیل شده که ترکیب عملکرد آنها با یکدیگر دنده های مختلف در رانندگی را ایجاد می کند. علت نام گذاری این مجموعه هم به نحوه قرارگیری چرخ دنده ها مربوط می شود که چرخ دنده خورشیدی در مرکز قرار می گیرد و بقیه چرخ دنده های کوچکتر همانند سیاره هایی در اطراف آن می چرخند.

شفت ها : محورهایی هستند که سایر قطعات و اجزای گیربکس اتوماتیک AT خصوصا مجموعه چرخ دنده های سیاره ای روی آن قرار دارند و شامل شفت ورودی و خروجی می باشد که در مطالب گذشته نیز بدان اشاره کردیم.

مجموعه صفحات کلاچ : مجموعه صفحات کلاچ که از چند دیسک یا صفحه تشکیل شده اند وظیفه آن ثابت نگه داشتن یا چرخش مجموعه چرخ دنده های سیاره ای برای ایجاد حالت های مختلف دنده است.

مبدل گشتاور : مبدل گشتاور به نوعی رابط بین موتور و گیربکس است که گشتاور و نیروی تولیدی موتور را از طریق جریان روغن به گیربکس می رساند و خود از بخش های پمپ روغن ، پروانه(پره ها) که به میل لنگ خروجی موتور متصل است و یک توربین تشکیل شده است. وظیفه اصلی مبدل گشتاور در سیستم انتقال قدرت به حرکت درآوردن روغن گیربکس است به طوری که گشتاور حاصل از موتور توسط یک مجموعه با نام مبدل گشتاور  شامل توربین، پره‌ها، استاتور، روغن و پمپ روغن از طریق جریان چرخشی روغن در یک سیکل بسته به داخل گیربکس اتوماتیک AT و از آنجا به سمت دیفرانسیل و چرخ‌ها منتقل می‌شود.

ساعت گیربکس : Valve Body که در داخل کشور آن را به نام ساعت گیربکس می شناسیم از تعدادی شیر برقی (سلونوئید) و مجراهای تو در تو تشکیل شده که توسط سنسور به ماژول گیربکس (TCU) یا همان Transmission Control Unit متصل می شود. هنگامی که TCU به سنسور های شیر برقی سیگنال های دریافت شده از سنسور های سایر قسمت ها مانند سنسور سرعت ، سنسور دریچه گاز و… را ارسال می کند شیر برقی ها جریان و میزان گردش روغن در گیربکس اتوماتیک AT را تعیین می کند که چه زمانی تعویض دنده صورت گیرد. در واقع ساعت گیربکس وظیفه نظارت و کنترل بر تعویض دنده ها از طریق سیگنال های دریافتی از TCU را برعهده دارد.خرابی یا گرفتگی هریک از اجزای این سیستم خصوصا شیر برقی ها می تواند عملکرد گیربکس و تعویض دنده ها را مختل کند.

واحد کنترل الکترونیکی (TCU) : گیربکس های اتوماتیک مدرن دارای یک واحد کنترل الکترونیکی (TCU) هستند که به عنوان مغز گیربکس عمل می کند. TCU سیگنال ورودی از سنسور های مختلف مانند موقعیت دریچه گاز، سرعت خودرو و… دریافت می کند تا بهترین زمان برای  تعویض دنده به بالا تر یا دنده معکوس را تعیین کند در واحد به طور مداوم شرایط رانندگی را کنترل می کند و سیگنال هایی را در کسری از ثانیه در اختیار ساعت گیربکس قرار می دهد تا تعویض دنده ها به موقع و نرمی هر چه بهتر انجام شود.

روغن گیربکس : روغن به عنوان یک سیال در سیستم انتقال قدرت وظیفه روانکاری و خنک کردن اجزای داخل گیربکس و جلوگیری سایش و خوردگی قطعات را بر عهده دارد.از دیگر وظایف اساسی روغن گیربکس می توان به کنترل دما از طریق انتقال حرارت،انتقال قدرت و گشتاور موتور از طریق مبدل گشتاور، روان کاری سطوح داخلی و چرخ دنده های داخل پوسته گیربکس نام برد.تعویض به موقع و منظم روغن گیربکس عمر قطعات داخلی را تا حد قابل توجهی بالا می برد.

پوسته گیربکس : یک محفظه بزرگ از جنس فلز چدن است که کلیه قطعات گیربکس را در بر می گیرد و از سایر قسمت ها مانند پیشرانه ،دیفرانسیل و… جدا می سازد.

عملکرد گیربکس گیربکس اتوماتیک AT

بر خلاف گیربکس دوکلاچه و دستی در این نوع گیربکس به جای استفاده از چرخ دنده جداگانه برای هر چرخ دنده ، سرعت های مختلف انتقال از طریق یک مجموعه چرخ دنده به نام مجموعه سیاره ای صورت می گیرد. گیربکس اتوماتیک AT با افزایش یا کاهش سرعت خودرو به طور خودکار دنده ها را تغییر می دهد و تغییر دنده ها بدون دخالت فیزیکی راننده و حذف پدال کلاچ از طریق وارد کردن سرعت چرخشی مختلف به دنده رینگی و خورشیدی و ثابت نگه داشتن و یا چرخش این چرخ دنده ها بواسطه مجموعه صفحات کلاچ و ترمز در گیربکس صورت می پذیرد.

در گیربکس اتوماتیک AT ابتدا مبدل گشتاور (torque converter) از طریق ایجاد فشار روغن توسط پره ها و انتقال آن به توربین گشتاور تولیدی موتور را به شفت ورودی منتقل می کند .در گیربکس اتوماتیک هیچ ارتباطی بین شفت ورودی و شفت خروجی وجود ندارد و ارتباط بین آنها توسط شفت میانی صورت می پذیرد. با فشرده شدن مجموعه صفحات کلاچ به یکدیگر عمل چرخش و یا قفل کردن انتخابی اجزای مختلف مجموعه چرخ دنده ها می‌تواند به نسبت‌های مختلف دور و گشتاور را تغییر دهد و دنده های مختلف را درگیر کند. به طور مثال در دنده یک با فشردن مجموعه کلاچ اول شفت ورودی و خروجی به یکدیگر متصل می شوند. از طرفی با فشردن مجموعه کلاچ دوم دنده رینگی درون محفظه نگه دارنده ثابت می شود و از حرکت باز می ایستد.

بنابراین در حالت دنده ۱ مجموعه کلاچ ۱ و ۲ همزمان درگیر می شوند و در این حالت شفت ورودی دنده خورشیدی مجموعه اول را به گردش در می آورد و از آنجا که دنده رینگی ثابت  شده است، شفت خروجی با سرعت یک سوم شفت ورودی می چرخد. این همان حالتی است که در دنده سنگین مانند دنده یک گشتاور بالا و دور پایین ایجاد می کند. برای رسیدن به نسبت دنده های بیشتر یک مجموعه دنده سیاره ای دیگر نیز می بایست وارد مدار شود. با فشردن مجموعه کلاچ اول و چهارم دنده خورشیدی هر دو مجموعه ها با سرعت شفت ورودی به چرخش در می آیند همچنین از آنجا که دنده رینگی مجموعه دوم نیز در حال گردش است، دنده خورشیدی و دنده رینگی هردو می چرخند و سرعت شفت خروجی بالا می رود و بدین صورت در حالت دنده ۲ گشتاور کاهش می یابد و سرعت افزایش می یابد.

همانگونه که ملاحظه کردید گیربکس اتوماتیک AT با تعیین جهت و میزان چرخش یا ثابت  نگه داشتن چرخ دنده ها می تواند دوران یا دور موتور را کاهش یا افزایش دهد و به همان میزان هم در میزان تغییر گشتاور خروجی از گیربکس به سمت چرخ ها تاثیرگذار باشد. همچنین برای درگیر شدن حالت دنده عقب می بایست دنده رینگی و کلاچ C5 درگیر شوند که باعث چرخش معکوس دنده خورشیدی شده و در نهایت شفت خروجی بطور معکوس شروع به چرخش می کند. بیشتر گیربکس‌های اتوماتیک جدید این قابلیت را دارند که راننده به صورت دستی ضریب دنده را انتخاب کند و به آن تیپ ترونیک گفته می‌شود که در ادامه نگاهی کوتاه به عملکرد این نوع گیربکس نیز خواهیم داشت.

 گیربکس تیپ ترونیک

گیربکس های تیپ ترونیک به نوعی زیرمجموعه و شاید بتوان گفت نسل جدیدی از گیربکس های اتوماتیک AT هستند که در آن راننده می تواند علاوه بر حالت تعویض دنده اتومات، درصورت لزوم تعویض دنده ها را از طریق شیفتر های تعبیه شده پشت فرمان یا اهرم تعویض دنده بصورت دستی انجام دهد. این نوع گیربکس اتوماتیک AT به شما اجازه را می دهد زودتر یا دیرتر از زمان بندی تعریف شده توسط کامپیوتر مرکزی گیربکس اقدام به تعویض دنده ها کنید و عملکردی شبیه به گیربکس دنده ای دارد. این حالت رانندگی به علت اینکه راننده می تواند دور موتور را تا حدی بیشتر از حد نرمال و تعریف شده بالا ببرد برای رانندگی های اسپرت و پرهیجان بسیار مناسب است خصوصا اینکه در خودروهای اسپرت شهری و سوپر اسپرت ها شیفتر های پشت فرمان این لذت را دوچندان می کند اما در هر حال کلاچ گیری تماما توسط سامانه هوشمند جعبه دنده اتومات انجام خواهد شد.

البته ناگفته نماند در برخی خودروها به منظور جلوگیری از آسیب دیدن مجموعه موتور  و گیربکس اتوماتیک AT، چنانچه راننده بخواهد دور موتور را بیش از حد بالا ببرد کامپیوتر خودرو اجازه آن را نمی دهد و تعویض دنده بصورت خودکار انجام می شود. همچنین به علت ایجاد دور موتور و گشتاور بالا تر توسط راننده این حالت برای عبور از مسیرهای پر پیچ و خم و سبقت های ناگهانی در جاده های دوطرفه نیز می تواند کارآمد باشد.

باید ها و نبایدهای استفاده از گیربکس اتوماتیک

قرار دادن گیربکس در حالت Nدر توقف های کوتاه مدت : در بسیاری مواقع افراد در ترافیک های کوتاه مدت و یا پشت چراغ قرمز به منظور کاهش مصرف سوخت خودرو را سریعا در حالت خلاص قرار می دهند که این کار نه تنها مصرف سوخت را کاهش نمی دهد بلکه تغییر مداوم حالت های رانندگی بین حالت درایو و خلاص می تواند عمر قطعات داخلی گیربکس را کاهش دهد .لذا بهتر است در این مواقع اتوهلد خودرو را فعال نمایید و فقط برای توقف های طولانی گیربکس را حالت پارک یا خلاص قرار دهید.

تغییر وضعیت دنده پیش از توقف کامل : تعویض دنده ها پیش از سکون کامل خصوصا  در تغییر وضعیت از حالت D به R می تواند باعث کاهش عمر مفید قطعات گردد. لذا ضروری است ابتدا خودرو در حالت سکون کامل قرار گیرد سپس اقدام به شیفت کردن نمایید.

رانندگی با سطح پایین روغن گیربکس : روغن همواره سیال حیاتی برای تمامی قطعات فنی از جمله پیشرانه و گیربکس است و هر گونه کاستی در کیفیت یا کمیت آن می تواند باعث خوردگی و ساییدگی  قطعات داخلی گیربکس اتوماتیک AT و به دنبال آن کاهش عمر مفید آن گردد. روغن گیربکس بهتر است در فواصل بین ۵۰ تا ۶۰ هزار کیلومتر تعویض گردد.

عادات بد رانندگی : عادات بد رانندگی شامل رانندگی هیجانی ، شتاب گیری و معکوس کشیدن های ناگهانی، بکسل کردن بار توسط خودرو، رانندگی طولانی مدت در مسیرهای سربالایی بدون توقف و قرار گرفتن در  ترافیک های سنگین و طولانی مدت به طوری دمای گیربکس از حد معمول بالا برود و خنک نگردد می تواند باعث از دست رفتن خاصیت خنک کنندگی روغن و خرابی زودرس قطعات داخلی گردد و عمر را به طور قابل ملاحظه ای کاهش می دهد.

تعویض دنده غیر اصولی در سطوح شیب دار : شیفت کردن دنده از R و D به حالت پارک P در هنگام پارک کردن و توقف طولانی مدت بخصوص در سطوح ناهموار و شیب دار می تواند باعث آسیب به گیربکس ، خراب شدن و بعضا شکستن دنده پارک شود. لذا می بایست ابتدا گیربکس را در حالت خلاص N قرار دهید و پس از فعال کردن ترمز دستی دنده را در حالت P قرار دهید تا فشار مضاعف بر اجزای گیربکس وارد نشود .

ایرادات و خرابی های شایع گیربکس

نشت روغن :  روغن با نقش سیال بودن خود باعث روانکاری و همچنین خنک کاری قطعات داخل پوسته گیربکس می شود و هرگونه کاهش در سطح روغن و یا از بین رفتن خاصیت آن می تواند باعث کاهش عمر قطعات گیربکس گردد. نشتی روغن که ایرادی شایع می باشد ممکن است به دلیل خرابی واشرها و قطعات پمپ روغن و ساعت گیربکس باشد.

تعویض دنده نامنظم : مشکل تعویض دنده یا تعویض با تاخیر دنده ها یکی از ایرادات شایع در گیربکس های اتوماتیک است. مشکل تعویض دنده ممکن است به دلیل خرابی شیر برقی ها و یا مسدود  شدن مجراهای داخل ساعت گیربکس ساعت ، مستهلک شدن اجزای کلاچ و ترمز در گیربکس اتفاق افتد. در صورت وجود هرگونه اختلال در تعویض دنده ها بهتر است در اولین فرصت به یک تعمیرکار متخصص گیربکس مراجعه نمایید.

خرابی مبدل گشتاور : مبدل گشتاور جزء موثر در گیربکس های اتوماتیک AT است که انتقال نیرو و گشتاور  بین موتور و گیربکس را از طریق جریان روغن امکان پذیر می کند. مشکلات رایج مبدل گشتاور شامل نشت روغن،خرابی توربین و پمپ روغن می باشد. علائم خرابی مبدل گشتاور شامل لرزیدن در هنگام شتاب گیری، درگیر شدن با تاخیر دنده ها یا لغزش گیربکس است.

درگیر نشدن حالت درایو : اگر پس از قرار دادن دنده در حالت درایو خودرو همچنان گاز می خورد و حرکت نمی کند می تواند علت آن به خرابی شیر برقی های ساعت گیربکس باز گردد.

خارج شدن  خودکار از دنده : اگر پس از قرار دادن دسته دنده هدر هر حالت رانندگی ، بطور خودکار دنده خلاص شد علت آن می تواند به خرابی گیربکس و شیر برقی های آن برگردد. البته که باید سایر قسمت های گیربکس نیز به دقت مورد بررسی قرار گیرد.

مزایای استفاده از گیربکس اتوماتیک AT

۱ – به دلیل  عمر و سابقه بیشتر این نوع گیربکس ها نسبت به انواع دو کلاچه و CVT هزینه تعمیرات آن به مراتب کمتر بوده و تعمیرکار متخصص آن نیز دردسترس تر است.

۲ – امکان تعویض دنده بصورت دستی و یا از طریق شیفتر پشت فرمان در این گیربکس فراهم است که لذت رانندگی را دوچندان می کند. همچنین در مسیرهای سراشیبی که ممکن است نیاز به تنظیم گشتاور بصورت دستی دارید این گیربکس اتوماتیک AT با حالت تیپ ترونیک خود می تواند بسیار کار راه انداز باشد.

۳ – گیربکس های اتوماتیک به دلیل حذف فیزیکی پدال کلاچ و کاهش زحمت راننده در کنترل وسیله نقلیه در مسافت های طولانی بویژه ترافیک های سنگین می تواند باعث کاهش قابل توجه خستگی راننده و به دنبال آن افزایش ایمنی گردد.

معایب استفاده از گیربکس AT

۱ – این گیربکس در مقایسه با انواع CVT ، گیربکس دستی  و دوکلاچه مصرف سوخت بالاتری دارد.

۲ – شتاب گیری کمتر این خودروها نسبت به نمونه های مجهز به گیربکس دستی.اگرچه امروزه تقریبا می توان گفت تمامی تولیدات خودروسازان مجهز به طیف گیربکس های اتوماتیک است اما لذت رانندگی و شتاب گیری بیشتر گیربکس های دستی بر کسی پوشیده نیست.

۳ – هزینه نگه داری و تعمیرات این گیربکس ها نسبت به نمونه های دستی به مراتب بالا تر بوده و درصورت خرابی هزینه های گزاف بر مالک خودرو وارد خواهد نمود.

۴ – هزینه تولید گیربکس اتوماتیک AT از سایر سیستم های انتقال قدرت بیشتر است و به همین دلیل خودروهایی که به این نوع گیربکس مجهز هستند معمولا قیمت بالاتری دارند.