گیربکس اتوماتیک چگونه کار می‌کند؟ حالت‌ها و نحوه عملکرد

گیربکس اتوماتیک با استفاده از مجموعه چرخ‌دنده خورشیدی، کلاچ‌های چندصفحه‌ای و کنترل هیدرولیکی یا الکتروهیدرولیکی، بدون نیاز به دخالت راننده، دنده مناسب را متناسب با سرعت و شرایط رانندگی انتخاب و اعمال می‌کند. تسلط بر این مکانیزم و نحوه عیب‌یابی آن، پایه اصلی دوره آموزش تعمیر گیربکس اتوماتیک است. راننده تنها با جابه‌جایی اهرم تعویض حالت، بین وضعیت‌های مختلف مانند پارک، دنده عقب، خلاص و حرکت جابه‌جا می‌شود.
اهرم تعویض حالت جعبه‌دنده یا گیربکس اتوماتیک، مطابق شکل (۱)، دارای حالت‌های مختلفی است. توجه داشته باشید که در اکثر خودروها، شرط تغییر وضعیت اهرم تعویض حالت، فشار دادن پدال ترمز است.

شكل 1- اهرم تعويض حالت گیربکس اتوماتیک

حالت‌های مختلف اهرم گیربکس اتوماتیک (P, R, N, D) چیست؟

• p: به معنی Parking  می باشد. در اين وضعيت شفت خروجی گيربكس توسط ضامنی قفل شده و از حركت خودرو جلوگيری می كند.
• R: به معنی Reverse يا دنده عقب می باشد. پس از قرار گيری اهرم تعويض حالت در اين موقعيت با رها كردن پدال ترمز، خودرو به سمت عقب حركت می‌كند.
• N: به معنی Neutral يا خلاص می باشد. در اين حالت گيربكس در وضعيت خلاص قرار می گيرد.
• D: به معنی Drive يا حركت می باشد. با قرارگيری اهرم تعويض حالت در اين موقعيت، با رها كردن پدال ترمز، خودرو شروع به حركت به سمت جلو مي كند و به صورت اتوماتيك با افزايش سرعت خودرو گيربكس نيز در دنده های بعدی قرار می گيرد.

به طور مثال در يك گیربکس اتوماتیک (جعبه دنده اتوماتیک) چهار سرعته، با قرارگيری اهرم در وضعيت D  ابتدا گيربكس در دنده يك قرار گرفته و به تدريج با افزايش سرعت خودرو ، گيربكس در دنده‌هاي 2 و3 و4  قرار می‌گيرد.

• 2: در اين وضعيت عبارات مختلفی مانند 2 ، 2D ، 2L ، 2S و غيره نوشته می‌شود و بدين معناست كه گيربكس فقط مجاز به استفاده از دنده‌های يك و دو می‌باشد. اين وضعيت خاص حركت خودرو در سرازيری های ملايم می‌باشد.
• L: در اين موقعيت نيز عبارات متفاوتی مانند 1 ، 1D ، 1L ، 1S  و غيره نوشته می‌شود و به اين معناست كه گيربكس فقط مجاز به استفاده از دنده يك می باشد . اين وضعيت خاص حركت خودرو در سرازيری های تند می‌باشد.

در گيربكس اتوماتيک امروزی به دليل استفاده از كنترلرهای الكتريكی و الكترونيكی، قابليت ديگری نيز به اهرم تعويض حالت اضافه شده است. اين قابليت كه با حرف M ، مطابق شكل(2) نشان داده می‌شود به معنی Manual يا تعويض دنده دستی گیربکس اتوماتیک  در زمان مناسب و به دلخواه راننده می‌باشد و به اين نوع گيربكس‌های اتوماتيك Tip Tronic گفته می‌شود .

در اين حالت با قراردادن اهرم تعويض حالت در وضعيت M ، ابتدا گيربكس در دنده يك قرار می‌گيرد، هر زمانی كه نياز به استفاده از دنده دو توسط راننده احساس شد، كافی است ضربه‌ای ملايم به اهرم تعويض درجهت رو به جلو اعمال شود، از اين رو گيربكس در دنده دو قرار می‌گيرد و با اعمال ضربات رو به جلو بعدی به اهرم تعويض حالت گيربكس ، جعبه دنده در دنده‌های سه و چهار نيز قرار می‌گيرد .
چنانچه نياز با كاهش دنده باشد، كافی است كه راننده ضربه‌ای ملايم در جهت رو به عقب به اهرم تعويض اعمال كند، از اينرو گيربكس درهردنده‌ای كه باشد به يك دنده پايين تر تغيير وضعيت می دهد .

 وضعيت  Sport  و Snow 

• Snow : دركنار اهرم تعويض حالت كليدی قرار می‌گيرد که كنار آن علامت يخبندان، برف يا برفك حك شده است. با فشار دادن اين كليد چراغ يا LED پشت آن روشن می‌شود و حاکی از قرار گرفتن گيربكس در شرايط برفی می‌باشد. در اين حالت شروع به حركت خودرو به جهت جلوگيری از سرخوردن ، از دنده دو آغاز شده و عمل تعويض دنده در دورهای (دور موتور) پايين تر انجام می‌گيرد و شتابگيری خودرو نيز كاهش می يابد. در این حالت از لغزش چرخ های محرک خودرو بر روی سطح جاده جلوگیری می شود.
• Sport : اين كليد با علامت S دركنار اهرم تعويض قرار گرفته و در صورت فعال شدن علاوه بر روشن شدن چراغ يا LED داخل آن،گيربكس اتوماتيک در وضعيت Sport قرار مي گيرد. در اين شرايط عمل تعويض دنده در دورهای (دور موتور) بالاتر صورت گرفته كه منجر به شتابگيری بيشتر شده و مصرف سوخت و آلودگی نیز افزایش می یابد .

لازم به ذکر است که در گیربکس‌های Tip Tronic ، به دلیل وجود حالت دستی یا M، حالت های 1L و 2L حذف شده و راننده با استفاده از حالت دستی می تواند گیربکس را به طور دلخواه در هر دنده‌ای قرار دهد .

برای تعويض دنده اتوماتيك در گيربكس‌های اتوماتيك از مكانيزم خاصی استفاده می‌شود كه از چند چرخ دنده تشكيل شده و اصطلاحاً به آنها مجموعه چرخ دنده خورشيدی  گفته می شود. مجموعه خورشيدی ساده در شكل (3) نشان داده شده است .

1-محور چرخ دنده های هرزگرد كه قفسه گفته می‌شود  2-شفت قفسه  3-خورشيدی  4-هرزگرد  5-رينگی

شكل3- مجموعه چرخ دنده خورشيدی ساده

در مجموعه‌های خورشيدی مطابق شكل (3) محور سه چرخ دنده هرزگرد (4) را به هم وصل كرده و به آن قفسه می‌گويند. تعداد هرزگردها می‌تواند 2 ،3 يا چهار چرخ دنده باشد.
شكل (4) نيز مجموعه خورشيدی ساده را از نمايی ديگر نشان می‌دهد.

1- رينگی 2- خورشيدی 3- قفسه

شكل 4- مجموعه چرخ دنده خورشيدی ساده

از آنجائيكه مجموع چرخ دنده خورشيدی دارای سه عضو بوده كه با يكديگر در تعامل مي باشند لذا برای انتقال قدرت توسط اين مجموعه بايد يك عضو را ثابت نمود تا تكيه گاه عضو ورودی يا محرك شده و از طریق عضو خروجی يا متحرك قدرت منتقل شود .
رابطه (2-2) حاكم بر عملكرد مجموعه چرخ دنده خورشيدی ساده می‌باشد :

ZR : تعداد دندانه رينگی

Zs : تعداد دندانه خورشيدی

n R : تعداد دور رينگی

n s : تعداد دور خورشيدی

n c : تعداد دور قفسه

نكته : چنانچه به جای هر كدام از چرخ دنده‌های هرزگرد درمجموعه چرخ دنده خورشيدی ساده از دو چرخ دنده هرزگرد استفاده شود ، نوع ديگري از مجموعه چرخ دنده خورشيدی بدست مي آيد كه به آن مجموعه چرخ دنده خورشيدی دوبل معروف بوده و در شكل (5) و (7) قابل ملاحظه می‌باشد رابطه حاكم بر اين نوع مجموعه خورشيدی به صورت رابطه (3-2) می باشد .

شکل 5-مجموعه خورشیدی دوبل

برای بررسی عملكرد مجموعه خورشيدی ساده ، مطابق ذیل يكی از اعضا را ورودی يا محرك در نظر گرفته، عضوی ديگر را خروجی يا متحرك و عضو سوم را ثابت كرده و نسبت انتقال بدست مي‌آيد :

نحوه محاسبه نسبت دنده در مجموعه چرخ‌دنده خورشیدی

حالت اول : كاهش دور – افزايش گشتاور و تعويض جهت دور

در اين حالت خورشيدی محرك ، رينگی متحرك و قفسه را ثابت در نظر گرفته و از طريق رابطه 1 نسبت دنده استخراج می گردد .
تعداد دورچرخ دنده متحرك /تعداد دورچرخ دنده محرك = تعداد دندانه چرخ دنده محرك/تعداد دندانه چرخ دنده متحرك =i

قفسه ثابت می باشد بنابراين NC=0 و درنتيجه :

در اين وضعيت با توجه به علامت منفی ، جهت دورعوض می‌شود و با توجه به اينكه ZR/ZS عددی بزرگتر از يك می باشد، دور كاهش و گشتاور افزايش می يابد. ازاين حالت مي توان به عنوان دنده عقب استفاده كرد :

حالت دوم : افزايش دور – كاهش گشتاور و تعويض جهت دور

در اين وضعيت خورشيدی متحرك ، رينگی محرك و قفسه را ثابت در نظر گرفته و از طريق رابطة (2-2) نسبت دنده استخراج می شود :

با ثابت بودن قفسه بنابراين n=0 :

در اين حالت نيز با توجه به علامت منفی ، جهت دور عوض مي شود. با توجه به اينكه ZS/ZR عددی كوچكتر از يك می‌باشد، دور افزايش يافته و گشتاور كاهش می يابد. از اين حالت نمی‌توان درخودرو بعنوان دنده عقب استفاده نمود به خاطر آنکه سرعت زیاد می باشد .

حالت سوم : كاهش دور- افزايش گشتاور بدون تغيير جهت دور

در حالت سوم خورشيدی محرك ، قفسه متحرك و رينگي را ثابت در نظر گرفته و با توجه به رابطة (2-2) نسبت دنده بدست مي آيد :
چون رينگی ثابت است بنابراين nR=0 :

در اين حالت با توجه به علامت مثبت جهت دور عوض نمی‌شود و چون مقدار عددی بزرگتر از يك است دور كاهش و گشتاور افزايش می‌يابد. از اين حالت می توان به عنوان دنده يك استفاده نمود.

حالت چهارم : افزايش دور – كاهش گشتاور و بدون تغيير جهت دور

در اين حالت، خورشيدی متحرك ، قفسه محرك و رينگی را ثابت درنظرگرفته و با توجه به رابطه (2-2) نسبت دنده  در جعبه دنده اتوماتیک بدست می آيد .

چون رينگی ثابت است بنابراين nR=0 :

در ان حالت نيز جهت دور عوض نمی‌شود ولی چون مقدار  عددی كوچكتر از يك است دور افزايش وگشتاور كاهش می‌يابد. از اين حالت می‌توان به عنوان Over Drive استفاده كرد.

حالت پنجم : كاهش دور – افزايش گشتاور ، بدون تغيير جهت دور

در اين حالت خورشيدی ثابت ، رينگی محرك و قفسه را متحرك در نظر گرفته و با توجه به رابطه (2-2) نسبت دنده استخراج می‌گردد.

با توجه به اينكه خورشيدی ثابت است بنابراين ns=0 :

با توجه به علامت مثبت جهت دور عوض نمی شود و چون مقدار عددی بزرگتر از يك می‌باشد، دوركاهش و گشتاور افزايش می‌یابد. از اين حالت می توان بعنوان دنده دو استفاده نمود.

حالت ششم : افزايش دور- كاهش گشتاور بدون تغيير جهت دور

در اين وضعيت خورشيدی ثابت ، رينگی متحرك و قفسه را محرك در نظر گرفته و با توجه به رابطه (2-2) نسبت دنده محاسبه می‌گردد :

با توجه به ثابت بودن خورشيدی بنابراين ns=0 :

با توجه به علامت مثبت جهت دور عوض نمی شود و به دليل كمتر از يك بودن مقدار  دور افزايش و گشتاور كاهش می‌يابد. از اين حالت می‌توان به عنوان Over Drive استفاده نمود.

حالت هفتم : انتقال قدرت مستقيم

در اين حالت دو عضو را به طور همزمان محرك كرده و عضو سوم را متحرك در نظر گرفته و با توجه به رابطه (2-2) نسبت دنده محاسبه می‌گردد .
به طور مثال خورشيدی و رينگ را محرك و قفسه متحرك در نظر گرفته می شود :

يكی از شرايط رابطه فوق را به دلخواه مطابق ذيل در نظر گرفته :

و با توجه به اينكه خورشيدی و رينگی محرك هستند ، بنابراين دور اين دو عضو با هم برابر مي باشد .
با توجه به رابطه (2-2) :


در اين حالت دور و گشتاور تغيير نكرده و دور و گشتاور ورودی از عضو خروجی بدون تغيير در مقدار قدرت و جهت، خارج می‌گردد. از اين حالت بعنوان دنده مستقيم ( دنده 3 و4) می توان استفاده نمود.
چنانچه در مجموع چرخ دنده خورشيدی هيچ عضوی ثابت نباشد ولی عضو محرك وجود داشته باشد مجموعه در وضعيت خلاص قرارگرفته و انتقال قدرت صورت نمی پذيرد.
به طور خلاصه عملكرد يك مجموعه خورشيدی ساده مطابق جدول (2-2) می باشد .

جدول 2-2- عملكرد مجموعه خورشيدی ساده

بايد توجه كرد كه در عمل به دليل آنكه نمی توان جای شفت خروجی و ورودی را عوض کرد‌،  و شفت خروجی از طرفی همواره به یکی از اعضای مجموعه خورشیدی وصل بوده و از طرفی به میل گاردان یا پینیون دیفرانسیل به طور دائم متصل می‌باشد، نمی توان آن را به عنوان ورودی هم در نظر گرفت‌، از اينرو از هفت حالت فوق می‌توان، از سه وضعيت آن استفاده نمود .
بنابراین با یک مجموعه خورشیدی، گیربکس حداکثر سه دنده خواهد داشت، به جهت افزايش تعداد دنده در جعبه دنده اتوماتیک (گيربكس اتوماتیک) از تركيب چند مجموعه خورشيدی استفاده می‌شود .
عمل تثبيت ، محرك و متحرك نمودن اعضا توسط كلاچ‌های چند صفحه‌ای و باندهای ترمزی صورت می‌گيرد. اين كلاچ‌ها و باندها، فرمان خود را به صورت هيدروليكی يا الكتروهیدروليكی براساس الگوريتم كاملاً مشخصی دريافت كرده و عمل تعويض دنده در جعبه دنده اتوماتیک را انجام می‌دهند .

حالت‌های مختلف اهرم گیربکس اتوماتیک و نحوه محاسبه نسبت دنده در مجموعه چرخ‌دنده خورشیدی بررسی شد. برای آشنایی کلی با سایر انواع گیربکس خودرو (دستی، CVT، AMT و DCT)، مقاله انواع جعبه‌دنده یا گیربکس در خودرو را مطالعه کنید. همچنین اگر به‌دنبال مقایسه برندهای گیربکس اتوماتیک رایج در بازار ایران و هزینه تعمیرات آن‌ها هستید، مقاله گیربکس‌های اتوماتیک موجود در بازار ایران پاسخگوی شماست.

سوالات متداول

گیربکس اتوماتیک چگونه کار می‌کند؟

گیربکس اتوماتیک با استفاده از مجموعه چرخ‌دنده خورشیدی و کلاچ‌های چندصفحه‌ای که به‌صورت هیدرولیکی یا الکتروهیدرولیکی کنترل می‌شوند، بدون نیاز به دخالت راننده، نسبت دنده مناسب را برای هر شرایط رانندگی انتخاب و اعمال می‌کند.

دنده عقب در گیربکس اتوماتیک چگونه فعال می‌شود؟

با قرار دادن اهرم تعویض حالت در وضعیت R (Reverse) و رها کردن پدال ترمز، خودرو به سمت عقب حرکت می‌کند؛ در این حالت خورشیدی به‌عنوان عضو محرک عمل کرده و جهت چرخش تغییر می‌کند.

حالت M یا Tip Tronic در گیربکس اتوماتیک چیست؟

حالت M امکان تعویض دنده دستی توسط راننده را در گیربکس اتوماتیک فراهم می‌کند؛ با ضربه رو به جلو، دنده بالا می‌رود و با ضربه رو به عقب، دنده پایین می‌آید.

تفاوت حالت Sport و Snow در گیربکس اتوماتیک چیست؟

در حالت Snow، حرکت از دنده دو آغاز شده و تعویض دنده در دورهای پایین‌تر انجام می‌شود تا از لغزش چرخ‌ها جلوگیری شود؛ در حالت Sport، تعویض دنده در دورهای بالاتر رخ می‌دهد که شتاب‌گیری بیشتر ولی مصرف سوخت بالاتری دارد.

یک مجموعه چرخ‌دنده خورشیدی ساده حداکثر چند دنده ایجاد می‌کند؟

یک مجموعه خورشیدی ساده حداکثر سه وضعیت قابل‌استفاده دارد؛ به همین دلیل برای افزایش تعداد دنده در گیربکس اتوماتیک، از ترکیب چند مجموعه خورشیدی استفاده می‌شود.