نه، خودروهای امروزی دنده زیادی ندارند

هر چه بیشتر در مورد ماشین ها می آموزم، بیشتر در مورد ماشین ها نمی دانم. این داستان های مهندسی اغلب با یک سوال ساده شروع می شوند. به جای اینکه یک پاسخ ساده بیاورم، متوجه شدم که این سوال در وهله اول سوال درستی نبود. این هفته نمایش این اصل است: آیا اتومبیل های امروزی دنده های زیادی دارند؟

ما در دنیایی با گیربکس های هشت، نه و ده سرعته اتوماتیک زندگی می کنیم. البته خودروهای برقی دارای تعویض دنده‌های تک سرعته ساده هستند و گیربکس‌های دستی به استثنای تعداد معدودی در شش سرعت ثابت مانده‌اند. اما در دنیای اتومات، به سختی می توانید کمتر از هشت دنده را پیدا کنید. چگونه به اینجا رسیدیم؟

برای پاسخ، ابتدا باید کمی بیشتر در مورد اصول طراحی گیربکس اتوماتیک بدانیم. یک اتوماتیک از یک سری دنده سیاره ای استفاده می کند که با کلاچ ها در آرایش های مختلف به هم متصل شده اند تا نسبت های رو به جلو خاصی را ارائه دهند. یک گیربکس سیاره ای منفرد دارای تعدادی نسبت رو به جلو است، اما همه آنها مفید نیستند.

جان کلی، استاد خودرو دانشگاه وبر توضیح می دهد: «در واقع هفت نسبت دنده ممکن برای یک مجموعه دنده سیاره ای وجود دارد. “برخی نسبت‌های دنده‌ای هستند که خیلی زیاد یا پایین هستند که قابل استفاده نیستند، مانند نسبت دنده 0.2:1 اوردرایو، پنج برابر اوردرایو. اما وقتی این دنده‌های سیاره‌ای را پشت به پشت در ترکیب‌های مختلف ترکیب می‌کنید، ده‌ها نسبت دنده ممکن را دریافت می‌کنید. ، بنابراین می توانید هر کدام را که می خواهید انتخاب کنید.”

برای ایجاد گیربکس با نسبت های رو به جلو مفیدتر، لزوماً به چرخ دنده های سیاره ای بیشتری نیاز ندارید. اگر به تاریخچه خودرو نگاه کنید، نمونه هایی از خودروهای چهار سرعته اتوماتیک با مجموعه دنده های دو، سه و حتی چهار وجود دارد. مدل محبوب هشت سرعته ZF دارای چهار مجموعه دنده سیاره ای است. جنرال موتورز و فورد مدل های 10 سرعته یکسانی دارند. اولی پنج کلاچ دارد، دومی شش کلاچ دارد، اما نکته باقی است. وجود دو ضریب دنده بیشتر در دسترس، تعداد قطعات را چندان افزایش نمی دهد.

کلی می گوید: «اگر بخواهم یک گیربکس هشت سرعته را با یک گیربکس 10 سرعته مقایسه کنم، تشخیص تفاوت برای شما مشکل خواهد بود.

ZF اولین شرکتی بود که گیربکس شش سرعته اتوماتیک را معرفی کرد. فورد، آیسین و دیگران مجوز طراحی را صادر کردند، که از دو چرخ دنده سیاره ای و یک چرخ دنده معمولی در یک واحد به نام Ravigneaux استفاده می کرد. علیرغم استفاده از چهار دنده مجزا برای هشت سرعته، این شرکت موفق شده است همه چیز را در بسته‌ای که تقریباً هم اندازه و در کل کمی سبک‌تر است، قرار دهد.

دکتر، مدیر پروژه در ZF. آلبرت دیک به یاد می آورد: «از دیدگاه ما، ما به یک راه حل بسیار هوشمندانه برای رسیدن به هشت سرعت رسیدیم، و در ابتدا همه گفتند، «خب، ما به هشت سرعت نیاز نداریم». او خندید و پیشگام ساخت موتور هشت سرعته بود. “این در مراحل اولیه توسعه بود، بنابراین ما چند نمایش انجام دادیم و فهمیدیم که داشتن هشت سرعت عالی است.”

BMW 760li 2009 اولین خودرویی است که دارای گیربکس هشت سرعته اتوماتیک است.

ZF در سال 2009، زمانی که خودروسازان به کوچک سازی روی آوردند، 8HP هشت سرعته اتوماتیک را معرفی کرد. هنگامی که به جای یک واحد تنفس طبیعی بزرگتر از یک موتور توربوشارژ کوچکتر استفاده می شود، محدوده عملکرد مفید موتور کاهش می یابد. شما اساساً به دنده های بیشتری نیاز دارید تا تعادل مناسب بین عملکرد، پاسخگویی و مصرف سوخت به دست آورید.

تنها راه برای نگه داشتن موتور در باند قدرت، داشتن دنده‌های انتقال است. [the transmission] شیفت ها دوام نمی آورند [the engine] کلی می‌گوید که از باند قدرت خارج شده است، بنابراین اجازه می‌دهد توهم یک موتور قدرتمند حفظ شود. اگر همان موتور را بردارید و یک جعبه دنده چهار سرعته در آن قرار دهید، از آن متنفر خواهید شد.»

دنده‌های بیشتر امکان پخش نسبت گسترده‌تری را فراهم می‌کنند که با تقسیم ضریب دنده اول بر نسبت دنده بالا محاسبه می‌شود. همانطور که دیک به سادگی بیان می کند، “هرچه پوشش نرخ شما بیشتر باشد، شرایط کاری متفاوت تری می توانید بدست آورید.”

در مقاله SAE در سال 2009 در مورد نسل اول ZF 8HP، مهندسان این شرکت خاطرنشان کردند که گیربکس هشت سرعته باعث افزایش 6 درصدی مصرف سوخت نسبت به 6 سرعته فعلی شده است. این تا حد زیادی به لطف افزایش تعداد نرخ‌های فوروارد (همچنین با کارایی‌های دیگر در جاهای دیگر کمک می‌شود) بود. نسخه های اولیه 8HP دارای نسبت 7.05 بودند، در حالی که آخرین نسخه ها بسته به مشخصات به 8.6 می رسد.

گسترش گسترده‌تر نسبت‌ها فقط به مصرف سوخت مربوط نمی‌شود.

خودروهایی با گیربکس های 8، 9 و 10 سرعته، نسبت دنده های اول، دوم و سوم بسیار پایینی دارند. این به شما شتاب بسیار سختی می دهد. آنها احساس خوبی دارند. این دنده محکم برابر با گشتاور بالا در چرخ ها است که به ظرفیت بکسل نیز کمک می کند. این یک دلیل بزرگ است که چرا وانت های امروزی رتبه بندی یدک کشی رو به افزایشی دارند.

کلی این معامله را بهترین معامله در جهان می داند. در واقعیت، یک گیربکس متغیر پیوسته (CVT) در بین انواع گیربکس کارآمدترین است زیرا نسبت دنده همیشه برای شرایط فعلی، صرف نظر از اینکه چه باشد، ایده آل است. اما گیربکس‌های CVT قابل اطمینان‌ترین گیربکس‌ها نیستند و مشتریان احساس وزوز را دوست ندارند، بنابراین یک اتوماتیک معمولی بهتر کار می‌کند. با سرعت بیشتر می‌توانید به راندمان CVT بدون ایراد نزدیک شوید.

با این حال، دکتر دیک در حال حاضر نیازی به بیش از هشت سرعت نمی بیند. (ZF یک گیربکس 9 سرعته تولید می کند، اما این برای وسایل نقلیه آفرود بدون جعبه انتقال اختصاصی با برد پایین است. دنده اول بسیار کم، برد پایین را برای رانندگی خارج از جاده شبیه سازی می کند، اما در اکثر شرایط کار این جعبه رفتار می کند. مانند یک هشت سرعته)

“فکر می کنم سال 2018 بود [we had a discussion] با برخی از مشتریان “آیا اضافه کردن چرخ دنده های بیشتر منطقی است یا اکنون آن را قطع می کنیم؟” دیک می گوید. ما به وضوح به یک نتیجه مشترک رسیدیم که منطقی نیست به سرعت 9 یا 10 حرکت کنیم، ما باید به سمت هیبریدی برویم، باید به سمت الکتریکی حرکت کنیم.

8HP همیشه با در نظر گرفتن هیبریدی ها طراحی می شد. این دستگاه قادر به پشتیبانی از یک ژنراتور استارت 48 ولتی یا یک موتور بزرگتر 400 ولتی در پشت سر هم یا به جای مبدل گشتاور بود. ZF همچنین به توسعه این فناوری‌های ترکیبی کمک می‌کند، بنابراین تمرکز سرمایه‌گذاری شرکت‌ها در آنجا منطقی است.

هیبرید ZF هشت سرعته استفاده شده توسط Stellantis.

سیستم هیبریدی به صاف کردن منحنی گشتاور موتور کمک می کند و به طور قابل توجهی محدوده عملکرد مفید را افزایش می دهد. آیا این بدان معنا نیست که شما می توانید با سرعت کمتری فرار کنید؟

«مشتریان ما می‌دانند که گاهی اوقات باتری‌ها تخلیه می‌شوند و سپس شما یک موتور احتراق داخلی را روشن می‌کنید [alone] دیک می‌گوید: «و البته وقتی در حالت هیبریدی رانندگی می‌کنید، با استفاده از گشتاور اضافی برای شارژ باتری، می‌توانید از نظر کارایی بسیار بهتر شوید.»

موتور الکتریکی همچنین به شما این امکان را می‌دهد که موتور کوچک‌تری را راه‌اندازی کنید و به بهره‌وری سوخت کمک بیشتری می‌کند

همچنین، خودروسازان 8HP را دوست دارند و درک می‌کنند، بنابراین نمی‌خواهند به چیز جدیدی روی آورند. توسعه انتقال بسیار گران است. به همین دلیل است که فورد و جنرال موتورز روی یک گیربکس ترکیب شدند. از این رو موارد جدید فقط در صورت نیاز ظاهر می شوند. هشت دنده کار می کند، پس چرا آن را عوض کنید؟

گیربکس نه سرعته ZF.

گزارش این موضوع باعث شد متوجه چیزی شوم. واقعاً مسئله این نیست که اتومبیل ها دنده های زیادی دارند، اما آیا اتومبیل ها در مدیریت تعداد دنده های خود به خوبی کار می کنند؟

دلایل خوبی برای انتخاب گیربکس های 8، 9 و 10 سرعته وجود دارد، اما آیا خودرو به دنبال دنده می گردد یا در زمان مناسب دنده را تعویض می کند؟ بخش بزرگی از فراگیر بودن ZF 8HP فقط به تعداد نسبت های رو به جلو یا گسترش نسبت نیست، بلکه این واقعیت است که به خوبی جابجا می شود. وقتی می‌توانید یک لحظه و کاملاً یکپارچه دنده‌ها را از 8 به 2 کاهش دهید، هشت خیلی زیاد نیست.

به عبارت دیگر، اگر پیچیدگی به خوبی مدیریت شود، از پیچیدگی خودروهای مدرن شکایت نخواهید کرد. اگر کار کالیبره کردن گیربکس را به خوبی انجام می دهید، دلایل زیادی وجود دارد که به هشت سرعت یا بیشتر تغییر دهید.