Por Que o Número de Marchas Não Para de Aumentar?

O número de marchas aumenta para manter o motor na estreita faixa de rotações em que ele produz sua potência e torque da forma mais eficiente: As relações mais curtas em direção à primeira marcha multiplicam o torque na arrancada, enquanto as relações mais longas em direção às marchas superiores reduzem as rotações do motor e o consumo de combustível em velocidades de rodovia. Nos anos 1990, os carros típicos tinham de 3 a 5 marchas à frente, enquanto nos últimos dois anos-modelo esse número chegou a pelo menos 6, e em alguns modelos a 10.

Por Que o Número de Marchas Aumenta? Faixa de Rotações Eficiente do Motor

Considere o mapa de funcionamento de um motor de combustão interna. Seja a gasolina ou diesel, o motor possui uma faixa relativamente estreita de rotações (RPM) em que produz sua potência e torque máximos enquanto consome o mínimo de combustível. É exatamente essa a função da transmissão: Manter a velocidade de rotação que vai até a roda dentro dessa zona ideal do motor. Quanto maior o número de marchas, mais frequentemente o motor funciona dentro dessa faixa ótima; cada marcha oferece uma relação mais finamente ajustada para manter as rotações do motor.

Em um veículo com poucas marchas, porém, o motor é obrigado a se contentar com a marcha mais próxima da velocidade atual. O resultado é funcionar em rotações mais altas do que o necessário. Rotações altas significam mais combustível por unidade de tempo e também desgastam mais o motor. Se estabelecermos uma cadeia de raciocínio simples: Mais rotações significam mais esforço do motor, mais combustível, mais estresse e mais desgaste. Inverter essa cadeia é a força motriz fundamental da corrida pelas marchas.

Os papéis das marchas baixas e das marchas superiores são completamente diferentes. A primeira marcha de relação curta multiplica o torque na roda, tornando possíveis a arrancada e a subida de ladeiras. Já as marchas overdrive de relação longa reduzem as rotações do motor em velocidades de rodovia, diminuindo tanto o consumo quanto o ruído percebido na cabine. A questão é a seguinte: Quanto mais relações intermediárias você comprimir entre esses dois extremos, menos as rotações do motor caem e mais eficiente ele permanece.

Distribuição das Relações: A Lógica de Engenharia da Transmissão de 10 Marchas

Quando o número de marchas aumenta, não apenas os degraus intermediários se multiplicam; a faixa total de relações, ou seja, o ratio spread, também pode se ampliar. Nas transmissões modernas de 10 marchas, a primeira marcha tem uma relação muito mais curta para uma arrancada agressiva, enquanto a marcha mais alta é muito mais longa do que antes para uma condução em rotações baixas. Os degraus intermediários, por sua vez, permanecem pequenos. Relação numérica alta na arrancada, marcha superior longa em cruzeiro: Exigir desempenho e eficiência da mesma transmissão já não é uma contradição, mas um objetivo de design.

Os degraus mais curtos têm uma segunda vantagem: As interrupções nas trocas de marcha diminuem. Quando o giro do motor cai demais entre uma marcha e outra, a troca é sentida e a aceleração é interrompida. À medida que os degraus ficam mais estreitos, essa transição se torna mais suave e mais rápida; os automáticos modernos de 8-10 marchas podem saltar quatro ou cinco marchas de uma vez graças a trocas rápidas de embreagem e um software de controle inteligente. Por exemplo, o computador de controle do câmbio de 10 marchas desenvolvido em conjunto pela Ford e pela GM contém mais de 1 milhão de linhas de código, mais que o dobro do câmbio de 6 marchas anterior, e pode fazer quedas bruscas de rotação conforme o movimento do pedal do acelerador.

O que mudou em números?

Exemplos concretos tornam o efeito do número de marchas mensurável. O Ford F-150 do modelo 2017 alcançou com o câmbio de 10 marchas um consumo de combustível na cidade e na rodovia 1 mpg melhor em cada um, e 2 mpg melhor na versão 4x4, em comparação com a versão de 6 marchas do ano anterior; o tempo de 0-60 mph diminuiu 0,2 segundo. Nas versões de reboque do mesmo ano-modelo foram atingidos 375 hp de potência e 470 lb-ft de torque, com capacidade de reboque de 12.200 libras. Um quadro semelhante existe também no lado dos sedãs: No Chevrolet Malibu de 2017, a passagem de 8 para 9 marchas aumentou a eficiência de combustível em aproximadamente %3.

Dados divulgados pela ZF em 2012 mostram o quanto a relação entre o número de marchas e o consumo pode ser dramática: um automático de 8 marchas promete uma melhoria de %21-24 em relação a um automático de 3 marchas; em comparação com 6 marchas, a economia é de cerca de 11%, e em comparação com 5 marchas, de 14%. A ZF de 9 marchas visa uma melhoria de até 16% em relação à de 6 marchas. Os valores das fichas técnicas da ZF 8HP apontam na mesma direção: 12% menos consumo em relação à 6HP de 6 marchas, e 14% menos em relação à de 5 marchas. Vistos com olhar de engenheiro, esses números não são coincidência, mas a matemática direta dos degraus de relação.

O Preço das Muitas Marchas: Complexidade, Peso e Custo

Cada marcha adicional significa elementos de embreagem extras, componentes de corpo de válvulas mais complexos e mais controle computadorizado. Mais peças móveis trazem inevitavelmente um maior potencial de problemas mecânicos e uma unidade de câmbio mais cara. A GM investiu 323 milhões de dólares em sua fábrica de câmbios de alta marcha em Romulus, Michigan; esse valor é a medida de quão sério é o investimento industrial exigido pelos automáticos de muitas marchas.

O peso também está no centro da discussão. Uma perspectiva crítica é a seguinte: O peso é inimigo do desempenho; os fabricantes deveriam buscar maneiras de deixar os veículos mais leves em vez de adicionar mais marchas. Essa crítica não é injusta, porque cada ganho é comprado com complexidade mecânica. Por outro lado, os retornos decrescentes também são inevitáveis: embora ainda se possa ver benefícios além de 8 e 9 marchas, ao passar para 11-12 marchas entram em cena retornos decrescentes que causam problemas de arquitetura. As equipes de engenharia da Ford e da GM veem a 10 marchas como o ponto ideal dessa curva de benefícios.

Há também a questão da continuidade. A transmissão de 10 marchas não é a solução ideal para todos os veículos; espera-se que, dependendo dos mercados regionais, as transmissões de 6 marchas permaneçam relevantes por muito tempo. Pelo seu lado, a GM calcula que sua transmissão de 9 marchas, voltada para modelos de tração dianteira, possa cobrir tanto o segmento premium quanto o de marchas elevadas, e destaca que ambas as transmissões foram projetadas como unidades estanques e isentas de manutenção por toda a vida útil.

8 marchas ou 10 marchas? A alternativa à dispersão de relações

A transmissão de 10 marchas não é a única perspectiva. A escola ZF defende transmissões de 8 marchas com uma dispersão de relações mais ampla, em vez de passos curtos, e a 8HP goza de amplo reconhecimento como uma unidade rápida e refinada o suficiente para servir tanto a esportivos quanto a sedãs de luxo. Uma comparação prática confirma isso: numa comparação das versões com transmissões de 8 e 10 marchas feita em uma Chevrolet Silverado Z71 de 2020, não foi encontrada nenhuma vantagem clara da 10 marchas sobre a de 8; a ampla dispersão de relações da ZF fazia o trabalho.

A lição daqui é que o que importa não é tanto o número de marchas em si, mas a dispersão de relações e a proximidade dos degraus. A transmissão de 10 marchas destaca-se como uma escolha forte, especialmente em cenários de reboque e transporte de cargas pesadas; para veículos leves e uso diário, uma transmissão de 6 a 8 marchas bem ajustada costuma ser suficiente. "Quanto mais marchas, melhor" é uma fórmula que raramente funciona corretamente no mundo da engenharia.

CVT e DCT: As alternativas ao número de marchas

As automáticas de várias marchas não são o único caminho. A CVT, com seu sistema de correia e polias, oferece um número infinito de relações e pode manter o motor no ponto ideal de eficiência sem precisar trocar de marcha; na maioria dos casos, proporciona melhor economia de combustível do que uma automática convencional. Em contrapartida, o caráter de condução proporcionado pela estrutura de correia e polias não agrada a todos, e a questão da durabilidade surge em aplicações de alto torque. As transmissões de dupla embreagem (DCT) oferecem um caminho válido não apenas para veículos focados em desempenho, mas também para modelos que buscam equilibrar velocidade e eficiência.

Um ponto de virada interessante é a superioridade histórica das automáticas sobre as manuais: a partir do ano-modelo 2016, as transmissões automáticas alcançaram, ou pelo menos igualaram, as transmissões manuais em eficiência de combustível. Até uma década atrás, a suposição de que "o manual consome menos" era válida em quase todas as categorias, mas as relações cerradas das automáticas de várias marchas inverteram essa equação. O verdadeiro objetivo da corrida das marchas não era o desempenho, mas a eficiência de combustível; é evidente que os padrões CAFE (Corporate Average Fuel Economy) dos EUA foram a força motriz dessa tendência. O ganho de desempenho veio como um subproduto da primeira marcha curta e das trocas rápidas.

Por que os veículos elétricos não contam marchas?

Os motores elétricos têm uma característica que invalida toda essa discussão: eles produzem torque quase constante do zero até a rotação máxima. Não é preciso procurar uma faixa estreita de rotações "eficientes"; o motor mostra praticamente o mesmo comportamento em toda a faixa. Por isso os veículos elétricos se contentam com uma transmissão de velocidade única. O aumento no número de marchas era uma solução para a faixa estreita de eficiência do motor de combustão interna; quando a faixa estreita de eficiência desaparece, a necessidade de multiplicar relações também desaparece. A comparação com a alavanca também é esclarecedora: Nas bicicletas, a força humana é produzida numa faixa muito estreita, por isso são necessárias 18 marchas ou mais; nos caminhões também podem existir 18 marchas devido às cargas pesadas. O número de marchas fecha a lacuna entre o caráter do motor e a função do veículo.

Quantas Marchas São Suficientes? A Razão Correta dos Rendimentos Decrescentes

Mas qual é o número ideal? Não há uma resposta clara e mensurável, mas os limites são conhecidos. Em veículos leves e de pouca potência, 5 marchas ainda podem ser suficientes, tanto em termos de custo de produção quanto do potencial de desempenho do veículo. Para caminhões pesados, 18 marchas fazem sentido porque a diferença na necessidade de relação entre carregado e vazio é abissal. Em automóveis de passageiros, 6 a 8 marchas atendem à maioria dos cenários; 10 marchas ganham sentido em veículos de motor grande que visam simultaneamente reboque em plena carga, aceleração rápida e baixo consumo em cruzeiro. Do lado dos fabricantes, Ford e GM veem 10 marchas como o ponto ideal, enquanto a opinião contrária considera o peso e a complexidade de muitas marchas desnecessários. Ambos os lados estão parcialmente certos: A resposta correta depende da função do veículo, e cada marcha adicional precisa ser compensada pelo ganho na economia de combustível. Caso contrário, o número de marchas torna-se um recurso que fica bonito no papel, mas cobra seu preço na estrada.

Fontes

• High-Gear Transmissions: How Many Gears Are Enough? - Automotive Fleet
• A Shift to High MPG - Green Car Journal
• ZF 8HP transmission - Wikipedia
• FOTW #1127: Since Model Year 2016 - U.S. Department of Energy
• The Need for 10-Speeds - MOTOR Information Systems
• Chevy Silverado Z71 8-speed vs. 10-speed - TFLtruck
• CVT vs. Automatic Transmission - MotorTrend