گیربکس اتوماتیک AT چیست؟ بررسی کامل به همراه مزایا و معایب

گیربکس های اتوماتیک AT معروف ترین و پرکاربرد ترین نوع گیربکس های اتوماتیک هستند که از قدیم الایام روی بسیاری از خودرو ها مورد استفاده قرار می گرفتند. این گیربکس ها ساختار کاملا متفاوتی با گیربکس های دنده دستی و یا دو کلاچه دارند و نحوه عملکرد آن ها نیز کاملا متفاوت است. در این مقاله قصد داریم تا گیربکس اتوماتیک را تشریح کنیم، تاریخچه ساخت این گیربکس ها را بیان کنیم، اجزای مختلف این گیربکس را معرفی کرده و نحوه عملکرد آن ها را بیان کنیم و در نهایت، ضمن بیان مزایا و معایب این گیربکس ها نکات نگهداری از گیربکس اتوماتیک را نیز آموزش دهیم.

گیربکس اتوماتیک AT چیست؟

گیربکس اتوماتیک AT یا همان Automatic Transmission، یک مدل از انواع گیربکس اتوماتیک و معروف ترین آن ها است که تمام خودروسازان از دهه های انتهایی قرن بیستم به طور گسترده از آن استفاده می کردند. با وجود اینکه امروزه گیربکس های CVT و DCT نیز جای خود را در بازار خودرو باز کرده اند اما همچنان گیربکس های AT به دلیل عملکرد عالی و بی نقص خود، محبوب ترین گیربکس در میان رانندگان هستند.

در این گیربکس ها عمل تعویض دنده به صورت خودکار انجام می شود و دیگر خبری از پدال کلاچ در کابین خودرو نیست. به جای دنده های مختلف که در گیربکس دستی با گرفتن پدال کلاچ قابل تعویض بود، در گیربکس اتوماتیک چند حالت مختلف رانندگی وجود دارد که با فشردن پدال ترمز می توان میان آن ها جابجا شد. این حالات عبارتند از:

1. حالت پارک (Park - P)

این حالت تنها برای پارک کردن خودرو مورد استفاده می گیرد و هنگامی که لیور دنده در این حالت قرار بگیرد، گیربکس با قفل کردن شفت خروجی خود مانع از حرکت خودرو خواهد شد.

1. حالت دنده عقب (Reverse - R)

در این حالت خودرو روی دنده عقب قرار خواهد گرفت و به سمت عقب حرکت می کند.

1. حالت خلاص (Neutral - N)

حالت خلاص گیربکس؛ با قرار دادن لیور در این حالت هیچ دنده ای درگیر نخواهد بود و خودرو به صورت آزادانه می تواند حرکت کند.

1. حالت حرکت (Drive - D)

حالت عادی رانندگی؛ در این حالت دنده ها درگیر شده و با برداشتن پا از روی پدال ترمز خودرو شروع به حرکت کرده و به صورت خودکار دنده ها را تعویض می کند.

1. حالت دنده سنگین (Low - L)

در این حالت گیربکس در سنگین ترین دنده یعنی دنده 1 قرار می گیرد و تا زمانی که لیور در این حالت باشد عمل تعویض دنده انجام نخواهد شد. این حالت برای حرکت در سربالایی های سنگین، سراشیبی های تیز و مواردی از این قبیل کاربرد دارد.
این حالت اکثرا در مدل های قدیمی تر گیربکس های اتوماتیک وجود دارد و این روزها جای خود را به حالت دستی یا تیپ ترونیک داده است، این حالت در بازار ایران در خودروهایی مانند هیوندای آوانته، نیسان ماکسیما و… وجود داشت.

1.  حالت دستی (Manual - M)

حالت دستی؛ این حالت تنها در گیربکس های اتوماتیک مجهز به تیپ ترونیک وجود دارد و در واقع جایگزین حالت L است. تیپ ترونیک به راننده اجازه می دهد که با حرکت دادن لیور و یا شیفتر های پشت فرمان تعویض دنده ها را به صورت دستی انجام دهد. حالت M گیربکس در مواردی مانند رانندگی در ترافیک، رانندگی در سربالایی یا سرپایینی و رانندگی اسپرت کاربرد دارد.

تاریخچه

گیربکس "کالسکه بدون اسب" که در سال 1904 اختراع شد به عنوان اولین گیربکس اتوماتیک در صنعت خودروسازی شناخته می شود. این گیربکس که ساخت ایالات متحده بود تنها دو دنده جلو داشت و بشدت مستعد خرابی بود زیرا نمی توانست به خوبی در برابر نیرو های ناشی از تعویض دنده مقاومت کند.
در سال های بعدی اختراع دنده سیاره ای گام مهمی در جهت پیشرفت به سمت گیربکس های اتوماتیک مدرن بود. در دهه های بعدی کانسپت گیربکس اتوماتیک بیشتر توسعه یافت و در سال 1932 اولین گیربکس اتوماتیک که با روغن هیدرولیک کار می کرد توسط دو مهندس برزیلی اختراع شد. این اختراع چند سال بعد توسط جنرال موتورز تکامل یافت و با نام Hydra-Matic به تولید انبوه رسید. این اختراع پس از جنرال موتورز توسط سایر کمپانی های معروف نیز استفاده شد.
در سال 1948، برای اولین بار بیوک از مبدل گشتاور به جای کوپلینگ سیال استفاده کرد. در سال 1964 نیز جنرال موتورز برای اولین بار گیربکس اتوماتیکی را ساخت که 5 حالت اصلی دنده (P - R - N - D - L) را داشت. پس از آن این حالات دنده ها به یک استاندارد برای تمامی گیربکس ها تبدیل شد.

در طول دهه 80 کم کم تمامی مبدل های گشتاور به لاک آپ کلاچ مجهز شدند و از سوی دیگر واحد های کنترل الکترونیکی (شیر برقی ها) جای کنترل مکانیکی سیستم هیدرولیک گیربکس را گرفتند.
اولین گیربکس 6 دنده اتوماتیک در سال 2002 توسط شرکت ZF معرفی شد که در BMW سری 7 اتاق E65 استفاده شد. یک سال پس از آن نیز مرسدس بنز از یک گیربکس 7 دنده اتوماتیک در تولیدات خود استفاده کرد. تویوتا نیز در سال های بعدی موفق به تولید گیربکس های 8، 9 و 10 دنده اتوماتیک شد.

معرفی اجزای گیربکس اتوماتیک AT

گیربکس اتوماتیک AT از 3 مجموعه شاخص تشکیل شده که در کنار سایر اجزا باعث فعالیت گیربکس می شوند. این اجزا عبارتند از:

• مبدل گشتاور یا تورک کانورتر (Torque Converter)

مبدل گشتاور در گیربکس اتوماتیک در واقع همان نقشی را ایفا می کند که دیسک و صفحه در یک گیربکس دنده دستی دارد، انتقال توان کنترل شده از موتور به گیربکس.
توضیح دادن کامل نحوه عملکرد مبدل گشتاور خود نیازمند یک مقاله جداگانه و طولانی است اما به طور کلی و ساده می توان گفت که مبدل گشتاور از 3 قطعه اصلی تشکیل شده؛ پمپ (ایمپلر)، استاتور و توربین.
پمپ نیرو را به طور مستقیم از موتور دریافت می کند و شروع به چرخش می کند. با چرخش پمپ، روغن داخل مبدل گشتاور نیز شروع به حرکت کرده و از طریق کانال های روغن داخل پمپ به سمت استاتور می رود. استاتور با تغییر جهت دادن به روغن آن را با فشار و سرعت بیشتری به سمت توربین می فرستد و توربین را حرکت می دهد. حرکت توربین که خود به شفت ورودی گیربکس متصل است باعث ایجاد حرکت در گیربکس می شود. گفتنی است که سرعت توربین همواره از سرعت پمپ کمتر است و تنها زمانی که گیربکس در آخرین دنده باشد و راننده در حال گاز دادن به خودرو نباشد، صفحه کلاچی که در پشت توربین قرار دارد (لاک آپ کلاچ) درگیر می شود و سرعت توربین را با پمپ یکسان سازی می کند. این عمل باعث می شود تا خودرو در هنگام حرکت با دنده نهایی اندکی افت دور موتور را احساس کند که به رانندگی نرم و کاهش مصرف سوخت کمک می کند. (اگر تجربه رانندگی با گیربکس اتوماتیک را داشته باشید با این حالت آشنا هستید)

• مجموعه دنده سیاره ای

مجموعه دنده سیاره ای در گیربکس اتوماتیک نقش دنده های مختلف در گیربکس دستی را ایفا می کند.
این مجموعه که شکلی شبیه به یک منظومه شمسی دارد در واقع متشکل از یک دنده خورشیدی در مرکز است که به شفت میانی گیربکس و شفت خروجی متصل شده و چند چرخ دنده دیگر که در اینجا به آن ها دنده سیاره می گویند به دور آن در حال حرکت اند. دور دنده سیاره ها خود توسط یک چرخ دنده بزرگ رینگی احاطه شده که خود آن نیز به شفت خروجی گیربکس متصل است. دنده های سیاره ای در واقع رابط میان دنده خورشیدی و دنده رینگی هستند.

مجموعه دنده سیاره ای با نوع حرکت خود ضرایب مختلف دنده را بوجود می آورد. اگر سرعت حرکت دنده خورشیدی بیشتر از دنده رینگی باشد ضریب دنده سنگین است (Underdrive). و اگر سرعت حرکت دنده رینگی بیشتر از دنده خورشیدی باشد ضریب دنده سبک است (Overdrive). و اگر سرعت حرکت دنده خورشیدی با دنده رینگی یکسان باشد انتقال نیرو به صورت مستقیم انجام می شود.
(برای درک بهتر عملکرد دنده سیاره ای ویدیو نحوه عملکرد گیربکس اتوماتیک را تماشا کنید)

• سیستم کنترل کننده هیدرولیکی

گیربکس اتوماتیک AT یک سیستم کنترل کننده هیدرولیکی دارد که در تمام گیربکس های مدرن به صورت الکترونیکی مدیریت می شود. این سیستم کنترل کننده هیدرولیکی خود چند عضو دارد که شامل اویل پمپ، کانال های روغن (ساعتی) و شیر برقی (سلنوئید) ها است.
اویل پمپ روغن را داخل ساعتی گیربکس به چرخش در می آورد و سپس شیر برقی ها با فعالیت خود مسیر حرکت روغن را در ساعتی تعیین می کنند. روغن گیربکس که پس از طی مسیر در ساعتی به نقطه مورد نظر رسیده از طریق یک کانال وارد گیربکس شده و با ایجاد فشار روی صفحه کلاچ های داخل گیربکس آن ها را درگیر می کند تا سرعت چرخش مجموعه دنده سیاره ای را تغییر دهند و عمل تعویض دنده به صورت خودکار انجام شود.

گیربکس اتوماتیک AT چگونه کار می کند؟

همانطور که گفته شد، گیربکس اتوماتیک از 3 بخش مبدل گشتاور، مجموعه دنده سیاره ای و سیستم کنترل کننده هیدرولیکی تشکیل شده. مبدل گشتاور نیروی مستقیم را از موتور دریافت کرده و ضمن تعدیل، آن را از طریق شفت ورودی به گیربکس منتقل می کند. در گیربکس نیروی ورودی به شفت میانی منتقل می شود که در یک گیربکس 6 دنده، 3 مجموعه دنده سیاره ای به آن متصل هستند. آخرین مجموعه دنده سیاره ای که در انتهای گیربکس قرار گرفته به شفت خروجی متصل است و سرعت گردش آن، ضریب دنده را تعیین می کند. سایر دنده سیاره ای ها به صورت توالی به یکدیگر متصل بوده و در نهایت به دنده سیاره اصلی وصل می شوند. وظیفه آن ها این است که با دوران با سرعت های مختلف، سرعت دنده سیاره ای اصلی را تنظیم کنند.

اما این عمل چگونه انجام می شود؟ داخل گیربکس اتوماتیک چندین پک کلاچ وجود دارد که بر روی ورودی شفت و دور دنده سیاره ای ها قرار گرفته اند. این کلاچ ها با درگیر شدن به صورت همزمان، سرعت دنده سیاره ای را تنظیم می کنند. به طور مثال، در یک گیربکس 6 دنده اتوماتیک، درگیری کلاچ C1 باعث انتقال نیروی ورودی به دنده خورشیدی شده و درگیری کلاچ C5، دنده رینگی اصلی را ثابت نگه می دارد. بنابراین، با درگیر شدن کلاچ C1 و C5 به طور همزمان، دنده خورشیدی شروع به حرکت کرده و دنده رینگی ثابت می ماند؛ در این حالت ما ضریب دنده 1 را بدست می آوریم. (برای درک کامل این موضوع ویدیو نحوه عملکرد گیربکس اتوماتیک در انتهای پاراگراف را مشاهده کنید)
اما عمل درگیری کلاچ ها به چه صورت انجام می شود؟ وظیفه درگیر کردن کلاچ ها را سیستم کنترل کننده هیدرولیکی برعهده دارد. برای درگیر شدن هر کلاچ، شیر برقی مرتبط با آن در سیستم کنترل کننده فعال شده و روغن پرفشار را در ساعتی گیربکس به سمت کلاچ مورد نظر حرکت می دهد. روغن به محض ورود به گیربکس از طریق کانال های موجود در ساعتی، با ایجاد فشار کلاچ را قفل می کند تا دنده سیاره ای ها به سرعت مد نظر برسند.

مزایای گیربکس اتوماتیک AT

گیربکس های اتوماتیک AT به علت مزایای خاص خود در میان رانندگان محبوب ترین گیربکس از میان انواع گیربکس اتوماتیک هستند.
رانندگی با گیربکس های اتوماتیک AT بسیار راحت و ساده است. این گیربکس ها نه کندی و سر و صدای گیربکس های CVT را دارند و نه برخی رفتار های عجیب گیربکس های DCT و AMT را. انتقال قدرت مناسب، رانندگی نرم و تعویض دنده های روان باعث می شود تا تجربه رانندگی با این گیربکس ها لذت بخش باشد.

همچنین گیربکس های اتوماتیک AT با وجود ساختار بسیار پیچیده همچنان استهلاک و هزینه های تعمیرات کمتری از گیربکس های CVT و DCT دارند.
و در نهایت، خودرو های مجهز به گیربکس اتوماتیک AT به علت حرکت با دور موتور مناسب استهلاک موتوری کمتری دارند و عمر مفید بالاتری را تجربه می کنند.

معایب گیربکس اتوماتیک AT

معایب گیربکس های اتوماتیک AT اما انگشت شمار و بعضا برای راننده بی اهمیت هستند.
در وهله اول باید گفت که اتلاف انرژی در یک گیربکس اتوماتیک AT بیشتر از سایر گیربکس ها است. این اتلاف انرژی باعث می شود که در شرایط ایده آل خودروی مجهز به گیربکس اتوماتیک AT اسب بخار سر چرخ کمتری داشته باشد و شتاب گیری آن مقداری ضعیف تر از همان خودرو با گیربکس DCT یا دنده ای شود.
همچنین مصرف سوخت خودروی مجهز به گیربکس اتوماتیک AT اندکی بالاتر از سایر گیربکس ها است که دلیل این موضوع هم به همان مبحث اتلاف انرژی بر میگردد.
در نهایت، یک گیربکس اتوماتیک AT هزینه ساخت بالاتری نسبت به گیربکس CVT یا DCT دارد و به همین علت برخی خودروسازان ترجیح می دهند تا برای صرفه جویی در هزینه ها از این مدل گیربکس استفاده نکنند.

نکات نگهداری از گیربکس اتوماتیک AT

برای افزایش عمر مفید گیربکس های اتوماتیک و جلوگیری از وقوع خرابی و ایجاد هزینه های سنگین، نکاتی وجود دارند که رعایت آن ها هنگام رانندگی با خودرویی که مجهز به گیربکس اتوماتیک لازم و ضروری است. رعایت کردن این موارد بسیار آسان است و نتیجه آن در افزایش عمر گیربکس کاملا چشمگیر.

1. در هنگام شروع حرکت از گاز دادن در حالت N و سپس بردن دنده روی D (لانچ کردن به سبک گیربکس های دنده دستی) بشدت خودداری کنید. اگر قصد لانچ کردن با خودرو را دارید بهتر از استال کردن (قرار دادن دنده روی D و فشردن همزمان گاز و ترمز) استفاده کنید. هرچند این کار نیز به تورک کانورتر فشار وارد می کند.
2. هنگام حرکت از خلاص کردن خودرو و حرکت روی حالت N خودداری کنید. این کار کمکی به کاهش مصرف سوخت خودرو نخواهد کرد و تنها باعث کاهش عمر گیربکس می شود. مصرف خودرو در حالت D کمتر از N خواهد بود.
3. به طور کلی، هنگامی که خودرو در حال حرکت حتی در سرعت پایین است از تغییر حالت گیربکس میان D و N و R خودداری کنید. اگر قصد دنده عقب رفتن دارید ابتدا صبر کنید تا خودرو کامل متوقف شود و سپس اقدام به تغییر حالت دنده کنید.
4. توصیه می شود که در توقف های زیر 1 دقیقه (مانند ترافیک های شهری یا چراغ قرمز های کوتاه) گیربکس را خلاص نکنید و در حالت D باقی بمانید. اما برای توقف های طولانی مدت بهتر است گیربکس خلاص شود.
5. اگر گیربکس شما به تیپ ترونیک مجهز است توصیه می شود برای رانندگی در ترافیک خودرو را در دنده 1 یا 2 قرار دهید. این کار موجب می شود تا گیربکس با عدم انجام تعویض دنده های پیاپی میان دنده 1 و 2، استهلاک کمتری را تجربه کند.
6. در نهایت، توصیه اکید می شود که در هنگام پارک کردن خودرو ابتدا خودرو را خلاص کنید، ترمز دستی را بکشید و سپس پای خود را از روی پدال ترمز بردارید تا وزن خودرو روی ترمز دستی بیافتد. سپس دنده را به حالت P ببرید. عدم انجام این کار باعث کاهش شدید عمر گیربکس خواهد شد.

به غیر از این موارد که رعایت آن ها واجب است، انجام سرویس های دوره ای گیربکس اتوماتیک نیز بشدت حائز اهمیت است. لازم است تا حتما در موعد های مقرر شده در دفترچه خودرو اقدام به تعویض روغن و فیلتر روغن گیربکس اتوماتیک شود. همچنین بسیار مهم است که روغن استفاده شده در گیربکس مطابق گرید، استاندارد و حجم ذکر شده در دفترچه خودرو باشد.
توصیه می شود تا به علت حساسیت این موضوع، تعویض روغن گیربکس را در نمایندگی ها یا تعمیرگاه های معتبر گیربکس اتوماتیک انجام دهید و از تعویض روغن گیربکس در تعویض روغنی های نامعتبر اکیدا خودداری کنید.