گیر بکس اتوماتیک

بخشی از مقاله

گیر بکس اتوماتیک

بيشتر مردم با دو نوع اساسی گیربکس در اتومبیل ها آشنا هستند

:
گیربکس دستی : در گیربکس دستی راننده باید ابتدا پدال کلاچ را فشار دهد و بعد از دسته دنده برای تعویض دنده استفاده کند.
گیربکس اتوماتیک : در گیربکس اتوماتیک همه کار ها برای تعویض دنده توسط تورک کنورتور و کلاچ ها و مجموعه دنده های سیاره ای انجام می شود .

امروزه گیربکس دیگری بین این دو در دنیا عرضه شده که dual-clutch transmission نام دارد ، که همچنین گیربکس نیمه خودکار ، گیربکس دستی بدون کلاچ ("clutch less" manual transmission) و گیربکس دستی عمل کننده به صورت اتوماتیک(automated manual transmission) نامیده می شود .

در دنیای ماشین های مسابقه ای گیربکس های نیمه خودکار همچون گیربکس های دستی ترتیبی هر ساله به عنوان قسمت اصلی استفاده می شود . اما در جهان تولید وسایل نقلیه dual-clutch, or direct-shift gearbox که با طراحی خیلی خاص ، یک تکنولوژی نسبتاً جدیدی است .
در این قسمت توضیح داده خواهد شد که (DCT) چگونه کار می کند و مقایسه آن با دیگر گیربکس ها و این که چرا برخی این گیربکس را برای آینده پیشنهاد می کند.

Hands-On or Hands-Off
یک dual-clutch transmission وظیفه دو گیربکس دستی را همزمان انجام می دهد . و مرور طرز کار گیربکس های دستی در درک این مطلب موثر و مفید است . در گیربکس های دستی وقتی راننده می خواهد یک دنده را تعویض کند باید ابتدا جریان نیرو را از موتور به گیربکس را قطع کند (که این کار توسط کلاچ انجام می شود، یعنی پدال کلاچ را تا ته فشار دهد )

و سپس راننده از دسته دنده برای انتخاب دنده جدید استفاده می کند . در این مرحله دندانه های یک چرخ دنده در حال حرکت با دندانه های چرخ دنده ی دیگر با اندازه های مختلف درگیر می شود . از یک وسیله بنام سنکرونیزه برای match کردن دنده ها و جلوگیری از سایش دنده ها قبل از اینکه درگیر شوند استفاده می شود . حال یک دنده جدید تعویض شده و راننده پدال کلاچ را رها می کند ، که دوباره بین موتور و جعبه دنده و از جعبه دنده به چرخ ها نیرو وصل می شود .

بنابراین در گیربکس دستی معمولی جریان نیرو از موتور به چرخ ها پیوسته نیست (نیروی تحویلی به شفت قطع و مجدداً وصل می شود ) که این مکانیزم با عناوین(shift shock) یا(torque interrupt) شناخته شده است . نتیجه تعویض دنده برای راننده های بی تجربه به جلو و عقب پرتاب شدن سرنشینان است .

در طرح dual-clutch transmission از دو کلاچ استفاده شده ، اما بدون پدال کلاچ است . کنترل هیدرولیکی و الکترونیکی پیچیده در کلاچ ها فقط در گیربکس های اتوماتیک استاندارد مورد استفاده قرار می گیرد . در DCT هر چند ، کلاچ ها مستقلانه به کار می افتند .

یک کلاچ برای کنترل دنده های (R-1-3-5 ) و دنده های (2-4-6 ) بوسیله کلاچ دیگر کنترل می شوند . به این گونه قرار گرفتن دنده ها برای تعویض دنده بدون قطع کردن جریان نیرو از موتور به گیربکس می توان بطور مداوم استفاده کرد .
این شبیه کار آن است:

راننده می تواند روش کاملاً اتوماتیک را انتخاب کند ، که وظیفه تغییر تمامی دنده ها توسط کامپیوتر انجام می شود . در این مدل راننده یک رانندگی خیلی شبیه به گیربکس اتوماتیک معمولی را تجربه می کند . زیرا در گیربکس DCT یک دنده به ترتیب خارج و در دنده دیگر وارد می شود که تکان ها و لرزش ها در تعویض دنده تقلیل می دهد . خیلی مهم است که ، در تغییر دنده تحت فشار از یک جریان نیروی پیوسته حمایت می شود .

Transmission Shafts and Multi-plate Clutches
یک شفت دو تکه در مرکز گیربکس DCT قرار دارد، که برخلاف گیربکس های معمولی که همه دنده ها بر روی شفت ورودی سوار هستند در گیربکسDCT دنده های شفت ورودی بر روی دو شفت ورودی جدا از هم قرار دارند .

چگونه این ممکن است ؟ شفت خروجی یکپارچه و توخالی است و محفظه در آن تعبیه شده است که شفت ورودی در داخلش قرار گرفته شده ، شفت خروجی توخالی دنده های 2 و 4 را تغذیه می کند در حالیکه شفت ورودی دنده های 1و 3و5 را تغذیه می کند .

شکل زیر نشان دهنده این است که گیربکس DCT در پنج دنده مرتب شده است توجه نمائید به اینکه یک کلاچ کار دنده های دوم و چهارم را کنترل می کند در حالیکه کلاچ دیگر که مستقل از کلاچ اول است دنده های 1و 3و 5 را کنترل می کند این حالتی است که اجازه می دهد تا دنده با سرعت زیاد درگیر شود و به صورت پایداری نیرو را ارتباط دهد یک گیربکس معمولی نمی تواند چنین عملی را انجام دهد چرا که برای در گیری همه دنده ها از یک کلاچ بهره می گیرد .

به دلیل شباهتی که بین dual-clutch transmissionو گیربکس اتوماتیک وجود دارد ممکن است شما فکر کنید که این گیربکس (DCT ) به تورک کنورتور نیازمند است ( تورک کنورتور قسمتی است که گشتاور موتور را به گیربکس انتقال می دهد) با اینکه DCT به تورک کنورتور نیازی ندارد در عوض بطور معمول در بازار ها گیربکس DCT از یک کلاچ چند صفحه ای روغنی بهره می گیرد یک کلاچ wet نوعی کلاجی است که در آن اجزایی کلاچ با روغن در ارتباط هستند . به جهت کاهش اصطکاک و دمای تولید شده، برخی از کارخانه های سازنده گیربکس های DCT ‌،درصد ارتقای DCT هایی هستند که از کلاچ خشک مثل کلاجی که در گیربکس های معمولی مورد استفاده قرار می گیرد اما همه وسایلی که از گیربکس های DCTبهره می گیرند امروزه از کلاچ های روغنی بهره می گیرند . بیشتر موتور سیکلت ها نیز از یک کلاچ چند صفحه ای روغنی استفاده می کنند .

مثل تورک کنورتور ،کلاچ چند صفحه ای روغنی نیز از فشار هیدرولیکی به جهت به حرکت در آوردن دنده ها استفاده می کند سیال ، کارش را در داخل پیستون کلاچ انجام می دهد همانطور که در شکل بالا دیده می شود وقتی کلاچ درگیر است فشار هیدرولیک درون پیستون به فنرهای( حلقه ای) فشار وارد می کند که دیسک ها و صفحات را روی یکدیگر فشار وارد کرده و فیکس می شوند . صفحات اصطکاکی دندانه های داخلی دارند که هم شکل و هم اندازه سوراخ ها splines یا محفظه کلاچ است در هنگام چرخش این محفظه با مجموعه دندانه هایی که نیرو را انتقال می دهند مرتبط است . کلاچ DCT ، Audi هم یک فنر حلقه ای کوچک دارد و هم ، یک فنر دیافراگمی بزرگ در کلاچ چند صفحه ای روغنی اش دارد .

براى خلاص كردن كلاچ، فشار سيال داخل پيستون كم‌شده است. این امر به فنر های پیستون اجازه استراحت می دهد ( فشار برابری دارد ) و در نتیجه فشار روی صفحات کلاچ و دیسک ها بر داشته می شود .

Pros and Cons
خوشبختانه مشخص شده است که چرا گیربکس DCT به عنوان یک گیربکس دستی خودکار طبقه بندی می شود . اصولاً رفتار و عملکرد DCT کاملاً شبیه یک گیربکس معمولی استاندارد است این گیربکس یک شفت ورودی جهت جای گیری دنده ها ، سیستم سنکرونیزه و یک کلاچ دارد چیزی که DCT ندارد یک پدال کلاچ است ، براى اينكه كامپيوترها، سيم‌پيچ‌ها و هيدروليك تعويض واقعى را انجام مىدهند .

Driver experience تنها یکی از مزایایی متعدد گیربکس DCT است. به دلیل درگیر شدن در 0.008 ثانیه DCT از هر وسیله دیگر موجود در بازار پر شتاب تر است . به دلیل جذب ظربه های ناشی از درگیری دنده بر شفت ها این گیربکس بدون ضربه( یا شوک) به نرمی شتاب می گیرد نرم تر از گیربکس های معمولی و حتی نرم تر از گیربکس های اتومات از همه بهتر این که ( DCT ) به رانندگان حق انتخاب می دهد که برای لذت بیشتر از رانندگی خودشان درگیر کردن دنده ها را بر عهده می گیرند و یا به کامپیوتر اجازه دهند همه این کار ها را انجام دهد .

شاید بتوان گفت که بیشتر پیشرفت های انجام شده در DCT به علت بهبود هزینه سوخت صورت گرفته است زیرا نیروی موتور ارسالی به گیربکس قطع نمی شود و کارآیی ( بازده ) سوخت به میزان زیادی افزایش می یابد بیشتر کارشناسان می گویند DCT شش سرعته بازده سوخت را به نسبت یک دنده اتومات 5 سرعته ، 10 درصد افزایش می دهد

. بیشتر کارخانه های سازنده خودرو به تکنولوژی DCT علاقمند شده اند با وجود این برخی خودرو سازان در هزینه های ناشی از تغییر خط تولید به منظور ساخت گیربکس جدید محتاط هستند . ممکن است این کار در ابتدا باعث افزایش هزینه ساخت ماشین های مجهز DCT شود که ممکن است خریداران را نسبت به پرداخت این هزینه دلسرد کند .

به علاوه ، تولید کنند گان آماده صرف هزینه های سنگین در جهت بهبود تکنولوژی گیربکس هستند یکی از نمونه هی بر جسته CVT است یک CVT نوعی گیربکس اتومات که از سیستم فولی و یک تسمه یا زنجیر به جهت ایجاد نسبت دنده ها در محدوده وسیعی هستند CVT ها همچنین ضربه را کاهش داده ( هنگام درگیری دنده ) و نسبت بازده سوخت را افزایش می دهند اما از CVT برای انتقال گشتاور زیاد در ماشین های سنگین نمی توان استفاده کرد .

DCT ها این مشکل (انتقال گشتاور زیاد) را ندارند و برای ماشین های سنگین مناسب هستند. در اروپا ، گیربکس های معمولی به دلیل بازده سوخت و ایجاد گشتاور دلخواه ، ترجیح داده می شوند برخی پیش بینی کرده اند که DCT می تواند 25 درصد بازار را تسخیر کند فقط 1 درصد ماشین ها در سال 2012 در غرب اروپا با CVT تولید خواهد شد
Past, Present and Future
مردی که dual-clutch gearbox را اختراع کرد یکی از پیشگامان مهندسی صنعت اتومبیل بود . Adolphe Kégresse مشهورترین شخص است که کامیونت ها را توسعه بخشید وسیله ای که با لاستیک های بسیار زیاد ساخته شده بود تا پای به زمینهای ناهموار و هر نوع مسیری بگذارد در سال 1939 ، Adolphe Kégresse ایده ساخت dual-clutch transmission به ذهنش رسید و او به طور افسانه واری آرزو داشت که درCitroënاستفاده شود اما بدبختانه سود بیشتر در تجارت جلوی پیشرفت در آینده را گرفت.

گیربکس های کنترل الکترونیکی
گیربکس های کنترل الکترونیکی که در بعضی از خودروهای جدید ظاهر شد ، هنوز از هیدرولیک برای به کار انداختن کلاچ و باندها استفاده می کند ، اما هر مدار هیدرولیک توسط یک سولونوئید الکتریکی کنترل می شود . که باعث ساده شدن لوله کشی در گیربکس می شود و به طرحهای کنترلی بسیار پیشرفته اجازه می دهد .

ما در بخش قبلی بعضی از استراتژی های کنترل را که به صورت مکانیکی فعالیت های گیربکس را کنترل می کنند را دیدیم . گیربکس های کنترل الکترونیکی طرحهای کنترلی بسیار پیچیده ای دارند . که علاو ه بر نشان دادن سرعت وسیله نقلیه و موقعیت دریچه گاز ،کنترل گر های گیربکس سرعت موتور را نیز نشان می دهد ، اگر پدال ترمز فشار داده شده باشد و حتی سیستم ترمز ضد قفل را هم نشان می دهد .

استفاده از این اطلاعات و یک استراتژی کنترل پیشرفته بر اساس یک منطق مبهم است . یعنی روش برنامه ریزی سیستم های کنترل بر مبنای استدلالات انسانی است .گیربکس های کنترل الکترونیکی کارهای مانند زیر را می توانند انجام دهند :
• تعویض دنده به طور اتوماتیک ( به دنده پایین ) در سراشیبی برای کنترل سرعت و کاهش سایش لنت های ترمز .
• تعویض دنده ( به سمت بالا و افزایش سرعت ) موقعی که در یک سطح لغزنده ترمز می کنید ، برای کاهش گشتاور ترمزی اعمال شده توسط موتور .

• جلو گیری از افزایش سرعت موقعی که در جاده های مارپیچ رانندگی می کنید .
بیاید در مورد ویژگی آخر بحث کنیم ، یعنی جلو گیری از افزایش سرعت موقعی که در یک جاده مارپیچی می پیچید . اجازه دهید بگوییم که شما در یک سر بالای که یک جاده کوهستانی مارپیچ است رانندگی می کنید . وقتی شما در قسمت راست جاده رانندگی می کنید گیربکس دنده را به 2 تعویض می کند که به شما شتاب کافی و قدرت بالا روی دهد . وقتی شما وارد یک جاده مارپیچ می شوید ، پدال گاز را رها می کنید و احتمالاً ترمز می کنید .

بیشتر گیربکس ها دنده را به 3 تعویض خواهند کرد یا حتی اوردرایو ، موقعی که شما پایتان را از پدال گاز برداشته اید . سپس وقتی در مارپیچ شتابتان را کم می کنید ، آنها دوباره دنده را به سمت پایین تعویض می کنند . اما اگر شما با یک خودرو داری گیربکس دستی رانندگی کنید احتمالا به همان دنده به رانندگی خود ادامه می دهید . بعضی از گیربکس های اتوماتیک با سیستم کنترل پیشرفته می توانند این وضعیت را آشکار سازند ، بعد از این که شما دو تا از پیچ ها را بپیچید ، می فهمند که دنده را به دنده بالا تر تعویض نکند .

شیر دستی ، سوپاپ دستی ،سوپاپ تعویض دنده دستی (Manual valve): شیر ماسوره ای در سیلندر پمپ یک جعبه دنده خودکار که راننده از طریق میله بندی ، با دست آن را به کار می اندازد
سوپاپ راه دهنده ، شیر راه دهنده (Shift valve) : در جعبه دنده خودکار ، شیری که امکان تعویض دنده و تغییر نسبت چرخ دنده را فراهم می آورد

سیلندر پمپ گیربکس ، محفظه سوپاپ ،جعبه سوپاپ (Valve body) : قطعه ریخته گری نصب شده در سینی زیر گیربکس که بیشتر شیر های جعبه دنده خودکار هیدرولیکی در آن قرار دارد .

موقعی که گیربکس را در حالت اوردرایو قرار می دهیم ، بسیاری از قسمت ها باید وصل و قطع شود. حامل سیاره ای به وسیله کلاچ به پوسته تورک کنورتور وصل می شود . دنده خورشیدی کوچک به وسیله یک کلاچ از توربین جدا می شود ( قطع می شود ) بنابراین آن می تواند خلاص بچرخد ، دنده خورشیدی بزرگ توسط باند نگه داشته می شود ( ثابت ) . بنابراین آن نمی تواند بچرخد. هر بار که دسته دنده را فشار می دهیم یک سری از اتفاقات با درگیر شدن و آزاد شدن کلاچ ها و باندها ی مختلف رخ می دهد .
بیاید نگاهی به باندها داشته باشیم .
باند ها
در این گیربکس دو باند وجود دارد . باندها در یک گیربکس معمولاً فولادی هستند ، که به دور بخشی از دستگاه چرخ دنده های انتقال توان (دارم کلاچ ) پیچده می شوند ، و به پوسته متصل شده اند . آنها توسط سیلندر های هیدرولیک در داخل گیربکس به کار انداخته می شوند

نمونه ای از باند

در شکل بالا ، شما می توانید یکی از باندها را در داخل پوسته گیربکس ببینید . دنده خارج شده اند . میله فلزی ( کار انداز ، تیغه فشاری) به پیستون وصل شده ، که باند ها را کار می اندازد .