۵ مورد از پیچیده‌ترین گیربکس‌های تاریخ خودرو؛ از مدل T تا کونیگزگ

در نگاه اول، وظیفه گیربکس چندان پیچیده به نظر نمی‌رسد؛ انتقال نیروی موتور به چرخ‌ها و فراهم کردن نسبت‌های مختلف دنده برای حرکت خودرو؛ اما وقتی وارد ساختار داخلی بعضی گیربکس‌ها می‌شویم، ماجرا کاملاً متفاوت است. یک گیربکس اتوماتیک سیاره‌ای معمولی که در بسیاری از خودروهای مجهز به گیربکس‌های غیر CVT استفاده می‌شود، صدها قطعه متحرک دارد و درک نحوه عملکرد آن بدون آشنایی با اصول کار این سیستم چندان ساده نیست.

در مقابل، گیربکس‌های CVT دست‌کم از نظر اصول عملکرد، ساختار نسبتاً ساده‌تری دارند و گیربکس‌های دستی نیز عموماً مکانیسم سرراست‌تری دارند؛ اما در تاریخ صنعت خودرو، نمونه‌هایی وجود دارند که یک یا چند قدم فراتر از این سطح از پیچیدگی رفته‌اند. در این فهرست سراغ گیربکس‌هایی می‌رویم که یا قطعات متحرک بسیار بیشتری نسبت به نمونه‌های معمول دارند یا شیوه عملکردشان به شکلی است که حتی برای یک گیربکس مدرن نیز غیرمعمول به نظر می‌رسد. البته پیچیده بودن لزوماً به معنای غیرقابل اعتماد بودن یا مهندسی بیش از حد نیست؛ مسئله این است که سازوکار انتقال قدرت در این نمونه‌ها به شکل غیرمعمولی پیچیده است.

دلایل این پیچیدگی نیز متفاوت است. برای مثال، بعضی گیربکس‌ها باید میان قوای محرکه برقی و موتور احتراقی هماهنگی ایجاد کنند، مانند e-CVT تویوتا. برخی دیگر تعداد زیادی دنده دارند تا عملکرد یا مصرف سوخت را بهبود دهند؛ نمونه‌ای مانند گیربکس ۱۰ سرعته Ford 10R80. با این حال، در اینجا بیشتر روی نمونه‌های عجیب و متفاوت تمرکز می‌کنیم؛ از فناوری خودروهای هایپرکار گرفته تا سازوکارهایی که به زمانی برمی‌گردند که مهندسان هنوز در حال کشف بهترین روش‌های انتقال قدرت بودند.

گیربکس دستی شش ‌سرعته امروزی از نظر اصول عملکرد، فناوری کاملاً شناخته‌شده‌ای است. البته مانند هر گیربکس دیگری، برای درک دقیق نحوه کار آن باید کمی با سازوکارش آشنا بود، اما در حالت کلی گیربکس‌های دستی ساده، مقاوم و بادوام هستند. اگر بخواهیم عملکرد آن را در یک جمله توضیح دهیم، باید گفت که یک کلاچ بین موتور و گیربکس قرار دارد و راننده با فشردن پدال کلاچ، هنگام تعویض دنده ارتباط موتور و گیربکس را قطع می‌کند تا موتور بتواند در دور آرام به کار خود ادامه دهد. این کلاچ نیز معمولاً به‌صورت مکانیکی و از طریق ارتباط مستقیم با پدال کنترل می‌شود؛ اما در سوپراسپرت جدید فراری، ماجرا کاملاً متفاوت است.

12Cilindri Manuale در واقع تلاش فراری برای ترکیب دو دنیای متفاوت است. برخلاف برخی سیستم‌های کلاچ خودکار مانند Sensonic ساب، فراری از یک کلاچ خودکار در کنار پدال فیزیکی کلاچ استفاده کرده است. این سیستم در اصل یک کلاچ سیم برقی یا Fly-by-Wire است که می‌تواند بسته به انتخاب راننده، در قالب یک گیربکس اتوماتیک هشت‌سرعته یا یک گیربکس دستی شش‌سرعته عمل کند. پدال سوم در این سیستم عملاً نقش یک کلید را نیز ایفا می‌کند. با فشردن آن، کنترل مجموعه کلاچ دوکلاچه به سیستم الکترونیکی سپرده می‌شود. حتی امکان خاموش کردن موتور هنگام رها کردن نادرست کلاچ نیز وجود دارد؛ درست مانند یک گیربکس دستی معمولی.

در واقع فراری تلاش کرده مزایای یک گیربکس دوکلاچه را با تجربه رانندگی یک گیربکس دستی ترکیب کند؛ رویکردی که احتمالاً از محبوبیت دوباره گیربکس‌های دستی در میان علاقه‌مندان نیز تأثیر گرفته است؛ اما به جای استفاده از یک گیربکس دستی سنتی، مهندسان فراری سیستمی بسیار پیچیده‌تر ساخته‌اند که حتی گیربکس‌های دوکلاچه معمولی این شرکت را ساده جلوه می‌دهد.

چطور می‌توان یک گیربکس دستی خودکار ۹ سرعته ساخت که بتواند در عرض چند میلی‌ثانیه میان چندین دنده جابه‌جا شود؟ راه‌حل معمول استفاده از گیربکس دوکلاچه یا DCT است؛ هرچند این نوع گیربکس محدودیت‌هایی دارد. یک DCT می‌تواند با سرعت بسیار بالا یک دنده را به دنده مجاور تغییر دهد، اما اگر راننده بخواهد مثلاً از دنده ۹ مستقیماً به دنده ۳ برود، سیستم باید مراحل بین این دو دنده را نیز پشت سر بگذارد. کونیگزگ برای حل این مشکل سراغ راهکار متفاوتی رفت و آن را LST یا Light Speed Transmission نامید.

این گیربکس در مفهوم متعارف، یک گیربکس دوکلاچه نیست، زیرا به بیش از دو کلاچ مجهز شده است. عملکرد آن تا حدی شبیه سیستم‌های پیش‌انتخاب‌کننده است. برای درک ساده‌تر، می‌توان آن را با گیربکس‌های مخصوص مسابقات درگ مقایسه کرد که از چند مجموعه انتقال قدرت مستقل تشکیل شده‌اند و مانند قطعات لگو پشت سر هم قرار می‌گیرند. کونیگزگ این ایده را در قالب یک مجموعه یکپارچه و بسیار فشرده از چرخ‌دنده‌ها و کلاچ‌ها پیاده کرده است. نتیجه، گیربکسی است که در کونیگزگ جسکو استفاده می‌شود و می‌تواند بدون توجه به فاصله میان دنده‌ها، تقریباً به همان سرعت یک گیربکس دوکلاچه مدرن تعویض دنده کند.

این ویژگی در یک خودرو با ۹ دنده اهمیت زیادی دارد. هنگام کاهش دنده، اگر سیستم مجبور باشد تک‌تک دنده‌ها را طی کند، زمان بیشتری برای رسیدن به نسبت دنده مورد نیاز موتور لازم خواهد بود. LST این محدودیت را از بین می‌برد و در عین حال با ساختار فشرده و وزن پایین مورد نیاز یک هایپرکار هماهنگ می‌شود. ترکیب تعداد زیاد کلاچ‌ها و چرخ‌دنده‌ها در چنین ابعاد کوچکی، LST را به یکی از منحصربه‌فردترین گیربکس‌های تولیدی تاریخ خودرو تبدیل کرده است.

گیربکس PDK پورشه را می‌توان نمونه‌ای تولیدانبوه‌تر از ایده‌ای دانست که کونیگزگ در LST به شکل بسیار افراطی‌تری توسعه داده است؛ البته PDK برخلاف LST نمی‌تواند چندین دنده را به‌صورت مستقیم پشت سر بگذارد و همچنان تعویض دنده‌های خود را به شکل متوالی انجام می‌دهد. ایده اصلی PDK در ظاهر ساده است: تصور کنید گیربکسی بتواند پیش‌بینی کند راننده به کدام دنده نیاز خواهد داشت و همان دنده را از قبل آماده کند؛ بنابراین زمانی که راننده دنده را بالا یا پایین می‌برد، انتقال قدرت تقریباً بدون تأخیر انجام می‌شود.

پورشه این ایده را ابتدا در سال ۱۹۸۸ برای خودروی مسابقه‌ای 962C گروه C توسعه داد. سیستم اولیه بسیار پیچیده و ناپایدار بود، اما سرعت تعویض دنده آن قابل توجه بود. همین تجربه زمینه توسعه چیزی را فراهم کرد که پورشه آن را Porsche-Doppelkupplungsgetriebe یا همان گیربکس دوکلاچه پورشه نامید. حدود دو دهه بعد، این فناوری سرانجام راه خود را به خودروهای جاده‌ای باز کرد؛ اما پیچیدگی PDK فقط به مکانیسم تعویض دنده محدود نمی‌شود. گیربکس باید ابتدا تشخیص دهد راننده به کدام دنده نیاز دارد و سپس بتواند دو دنده را همزمان در حالت آماده‌باش قرار دهد.

برای پاسخ به بخش اول، مجموعه‌ای از حسگرها وارد عمل می‌شوند. برای بخش دوم نیز گیربکس به دو مجموعه از بسیاری از اجزای اصلی نیاز دارد؛ از دو کلاچ گرفته تا دو شفت و دو مجموعه چرخ‌دنده. در هر لحظه یکی از کلاچ‌ها درگیر است و دیگری آماده ورود به مدار می‌شود و این فرآیند باید به‌صورت لحظه‌ای و هماهنگ انجام شود. همین ساختار پیچیده باعث شده PDK یکی از پیشرفته‌ترین نمونه‌های گیربکس دوکلاچه در صنعت خودرو باشد.

در نگاه نخست، گیربکس DCT8 آکورا شباهت زیادی به PDK پورشه دارد. این گیربکس نیز از یک ساختار ترنس‌اکسل استفاده می‌کند و با کمک حسگرها و سیستم‌های الکترونیکی تلاش می‌کند دنده مورد نیاز راننده را پیش‌بینی و از قبل آماده کند؛ اما یک تفاوت مهم باعث شده DCT8 آکورا در این فهرست قرار بگیرد: این گیربکس برخلاف بیشتر گیربکس‌های دوکلاچه، از مبدل گشتاور استفاده می‌کند.

مبدل گشتاور معمولاً در گیربکس‌های اتوماتیک سنتی دیده می‌شود. این قطعه امکان انتقال نرم نیرو میان موتور و گیربکس را فراهم می‌کند و در نمونه‌های مدرن، با استفاده از کلاچ داخلی می‌تواند ارتباط مکانیکی مستقیم‌تری میان موتور و گیربکس ایجاد کند. یکی از نقاط ضعف گیربکس‌های دوکلاچه سنتی، به‌خصوص در سرعت‌های پایین، می‌تواند رفتار نسبتاً خشک یا ناهماهنگ آنها باشد. این مسئله هنگام پارک کردن یا حرکت بسیار آهسته بیشتر خودش را نشان می‌دهد. آکورا تلاش کرده با اضافه کردن مبدل گشتاور، نرمی حرکت در سرعت‌های پایین را با سرعت تعویض دنده یک DCT ترکیب کند.

از طرف دیگر، این گیربکس مانند سایر DCT ها به دو مجموعه از اجزای اصلی، از جمله چرخ‌دنده‌ها و شفت‌ها، نیاز دارد؛ بنابراین نتیجه نهایی، ترکیبی نسبتاً غیرمعمول از دو فناوری متفاوت است؛ گیربکسی که تلاش می‌کند سرعت گیربکس دوکلاچه را با نرمی گیربکس اتوماتیک سنتی تلفیق کند.

پیش از ظهور گیربکس‌های DCT، AMT و دیگر فناوری‌های مدرن، تنها تعداد محدودی از خودروهای تولیدانبوه به سیستم‌های انتقال قدرت پیشرفته مجهز بودند و یکی از مشهورترین آنها به فورد مدل T تعلق داشت. در آن دوران، حتی بسیاری از اصول اولیه طراحی خودرو هنوز به شکل امروزی تثبیت نشده بود. مهندسان درباره بهترین محل قرارگیری دسته‌دنده، ترمز دستی، پدال گاز و کلاچ و حتی نحوه انتقال نیرو هنوز به یک استاندارد مشخص نرسیده بودند.

خود مدل T از نظر بسیاری از بخش‌ها خودرویی ساده بود، اما گیربکس آن با استانداردهای امروزی یکی از عجیب‌ترین سازوکارهایی است که در یک خودروی تولیدانبوه به کار گرفته شد. این گیربکس از جهاتی به گیربکس‌های اتوماتیک امروزی شباهت داشت، زیرا از مجموعه‌ای از چرخ‌دنده‌های سیاره‌ای استفاده می‌کرد. این مجموعه سه حالت اصلی داشت: دنده بالا، دنده پایین و دنده عقب. درگیری این دنده‌ها نیز با مجموعه‌ای از نوارهای مخصوص انجام می‌شد که به دور مجموعه گیربکس قرار داشتند. این سیستم در واقع تکامل‌یافته طرح‌های سیاره‌ای قبلی بود و به‌گونه‌ای طراحی شده بود که بتوان آن را در تعداد زیاد تولید و تعمیر کرد.

اهمیت گیربکس مدل T فقط در پیچیدگی یا عجیب بودن آن خلاصه نمی‌شود. این سیستم یکی از نخستین نمونه‌هایی بود که تلاش کرد فناوری انتقال قدرت سیاره‌ای را برای تولید انبوه آماده کند. نمونه‌های قدیمی‌تر، مانند برخی خودروهای پیش از مدل T از جمله فورد مدل N، حتی محفظه کامل گیربکس نداشتند و اجزای داخلی و سیستم روانکاری آنها در معرض آلودگی ناشی از جاده‌های آن دوران قرار می‌گرفت. به همین دلیل، گیربکس مدل T را می‌توان یکی از مراحل مهم در مسیر تکامل گیربکس‌های مدرن دانست؛ سیستمی که شاید از دید مهندسی امروز عجیب به نظر برسد، اما در زمان خود گامی مهم برای ساده‌سازی و تولید انبوه فناوری انتقال قدرت محسوب می‌شد.