مقالات خودرو : خودروهای سبز : 5 نوآوری برای داشتن خودروهایی سبک‌تر و زیباتر

5 نوآوری برای داشتن خودروهایی سبک‌تر و زیباتر

از هر زاویه‌ای نگاه کنیم، می‌بینیم که دوران وفور و فراوانی بنزین ارزان به سر رسیده است، از طرفی لازم هم نیست تا ابد از قیمت گران سوخت رنج ببریم. تا قبل از سال 2005، خودروهای سواری به طور میانگین در هر صد کیلومتر 21.3 لیتر سوخت مصرف می‌کردند، پایین آوردن مصرف سوخت هم نه آسان بود و نه کم هزینه. خوشبختانه مهندسین و دانشمندان آستین ها را بالا زدند و با هدف تولید خودروهایی کم مصرف، چندین و چند راهکار ارائه دادند. یکی از حوزه هایی که خیلی خوب می‌توان روی آن کار کرد و مصرف سوخت را پایین آورد، حوزه خودروهای سبک، یا همان حوزه خودروهای سواری و وانت است. در این حوزه سعی می‌شود با استفاده از مواد اولیه پیشرفته، سازه های ابتکاری و سیستم های نوآورانه، وزن کل خودرو را چند کیلوگرم پایین آورد. تخمین زده می‌شود به ازای هر 10 درصد کاهش وزن، مصرف سوخت بین 6 تا 7 درصد پایین آورده شود. به این ترتیب، حتی یک کاهش وزن کوچک هم وقتی به هزاران قطعه به کار رفته در یک خودرو تعمیم داده شود، می‌تواند بسیار موثر و کارگشا باشد. چندین دهه است که برای رسیدن به این هدف تلاش شده و حاصل کار این است که امروزه وزن یک سدان معمولی حدود 1,361 کیلوگرم است. 30 سال پیش همین وزن به 2,041 بالغ می‌شد. علاوه بر این خودروها بسیار مجهز و ایمن شده‌اند و به خانه یا دفترکار متحرک تبدیل گشته‌اند. ادامه روند سبک سازی خودروها وابسته به اتخاذ رویکردهایی هوشمندانه است تا با استفاده از آن ها بتوان اجزاء و قطعات سبک‌تری تولید کرد. در ادامه مطلب به پنج نوآوری بسیار هوشمندانه اشاره خواهیم کرد که باعث می‌شوند اجزاء خودروها سبک‌تر و سبک‌تر بشوند.

1.موتور روی چرخ

یکی از سنگین‌ وزن‌ترین بخش های یک خودرو، قلب آن است و آن هم چیزی نیست جز: موتور. اجزاء موتور که عبارتند از پوسته، میل لنگ و پیستون ها و بسیاری قطعه ریز و درشت دیگر، از فلزات بسیار محکم و مقاوم در برابر حرارت ساخته می‍‌شوند. این قطعات باید بتوانند ضربه و حرارت بی وقفه را تحمل کنند. این ضربه و حرارت توسط هزاران انفجار کنترل شده تولید می‌شود که در موتور صورت می‌گیرند. موتورهای سنتی برای دستیابی به همین هدف بسیار سنگین بودند و وزن موتور یک خودرو سواری معمولی به چند صد کیلوگرم بالغ می‌شد. وقتی موتور کار می‌کند، مجبور است نیروی چرخشی خودش را به دو یا به هر چهار چرخ منتقل کند. برای انجام این کار به گیربکس، پولوس و بسیاری اجزاء دیگر احتیاج است که به نوبه خودشان وزن را افزایش می‌دهند و بهره‌وری را پایین می‌آورند. حتی موتورهای الکتریکی هم که روی تک تک چرخ ها نصب می‌شوند به قطعات زیادی نیاز دارند که بهره‌وری را پایین می‌آورند. این  موتورها توسط یک کامپیوتر کنترل می‌شوند که هرگاه لازم باشد به آن ها دستور می‌دهد چرخ را بچرخانند. در سال 2010 کمپانی های میشلن و ونچوری (Venturi) روی این فناوری خیلی کار کردند و حاصل کارشان این شد که کمپانی میشلن سیستم Active Wheel را روی کانسپت ونچوری Volage کار گذاشت. این سیستم نه تنها روی هر چرخ یک موتور الکتریکی نصب کرده است، بلکه یک ترمز الکتریکی قوی و سیستم تعلیق فعال نیز ارائه کرده است (ابته همه و همه در داخل چرخ)! علاوه بر طراحی قطعات، جنس آن ها هم از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. ادامه مطلب را بخوانید تا با موادی آشنا بشوید که باعث می‌شوند قطعات یک خودرو سبک‌تر بشوند.

2. مواد پلاستیکی

در فیلم سینمایی فارغ‌التحصیل (The Graduate) که در سال 1967 اکران شد، آقای مک‌گرو (که نقش آن را والتر بروک بازی می‌کند) جمله‌ای نصیحت‌وار به بنجامین (با بازی داستین هافمن) می‌گوید که به یکی از معروف‌ترین دیالوگ های تاریخ سینما تبدیل شده است، و آن جمله از این قرار است: "فقط می‌خواهم یک کلمه به تو بگویم... پلاستیک. پلاستیک آینده درخشانی دارد، به آن فکر کرده‌ای؟". چند دهه بعد، ثابت شد که این گفته آقای مک‌گرو نه تنها پیشگویانه بلکه واقعاً هم درست بوده است. سر و کله پلاستیک در هر جنسی که می‌خریم ظاهر شد، از بسته‌بندی گرفته تا خود آن جنسی که خریداری کرده‌ایم. امروزه، پژوهشگران به دنبال راه هایی می‌گردند که پلاستیک ها همه کاره‌تر و محکم‌تر بشوند و بتوانند شرایط سخت را تحمل کنند. کمپانی Polimotor تا آن جا پیش رفته است که تولید موتورهای پلاستیکی را در دستور کار قرار داده و مدعی است وزن این گونه موتورها 30 درصد از وزن موتورهای تمام فلزی کمتر است. خلاصه کلام این که به احتمال زیاد پلاستیک را همه جا خواهید دید. علاوه بر اجزاء داخل کابین مانند تزیینات، دسته ها، کنسول ها و پنل ها، از پلاستیک برای ساخت سپرهای جلو و عقب، رکاب ها و قاب آینه ها نیز استفاده خواهد شد. دیری نخواهد گذشته که شاهد تولید خودروهایی خواهیم بود که کل بدنه‌شان از پلاستیک ساخته شده و ساختن بدنه از آلومینیوم یا فولاد به تاریخ پیوسته است. حتی می‌توان از حدود 2.5 میلیون تن بطری آب معدنی که سالیانه دور ریخته می‌شوند، استفاده بهتری کرد. برای مثال، می‌توان از کانسپت هیوندای QarmaQ نام برد که کل بدنه آن از بطری های آب معدنی بازیافت شده ساخته شده است. یک "ماده شگفت‌انگیز" دیگر نیز وجود دارد که خیال دارد جای قطعات فلزی را بگیرد و استحکامش نیز به همان اندازه، یا شاید هم بیشتر باشد. ادامه مطلب را بخوانید تا اصلاعات بیشتری درباره آن به دست بیاورید.

3. فیبر کربن

فیبرکربن ماده تازه واردی در صنعت خودروسازی نیست. این ماده ابتدا در صنعت هوافضا مورد استفاده قرار گرفت، سپس ماشین های مسابقه‌ای از آن استفاده کردند تا سبک‌تر بشوند، بعد از آن هم این فناوری راه خودش را به سوی صنایع دیگر باز کرد. شاید استفاده از کاپوت، بادشکن و حتی صفحات بدنه از جنس فیبرکربن خیلی هم با کلاس باشد، به خصوص که رنگ نشده باشند و بافت کربن نیز مشخص باشد. فیبرکربن از نوارهای اتم کربن ساخته شده است که به شکل رشته در آمده‌ و طبق الگویی ساده در هم تنیده شده‌اند. وقتی صفحات فیبرکربنی در یک رزین مخصوص غوطه‌ور بشوند، حاصل کار ماده‌ای خواهد بود که به اندازه فولاد محکم است ولی نصف آن وزن دارد (از آلومینیوم هم 30 درصد سبک‌تر است). این ماده درست مانند فایبرگلاس عمل می‌کند ولی از آن هم محکم‌تر است. گفتنی است مدت ها طول خواهد کشید تا استفاده از فیبرکربن سبک، برای مشتری ها  مقرون به صرفه باشد و بتواند عدم استفاده از فولاد را توجیه کند. بسیاری از خودروسازان، به ویژه کمپانی های لکسوس و بی ام و قصد دارند طی تحقیقاتی وسیع و گسترده به روش هایی دست پیدا کنند که هزینه تولید فیبرکربن را پایین بیاورند. در این میان، کمپانی لکسوس یک خط تولید سه بعدی و خارق‌العاده راه اندازی کرده است که می‌تواند علاوه بر بافتن الیاف فیبرکربن و شکل دادن آن ها به صورت صفحات تخت، آن ها را به شکل اجزاء مختلف بدنه نیز در بیاورد. 

4. باتری های کوچک‌تر و سبک‌تر

وقتی خودروها متکی به باتری هایی سنگین (به خصوص باتری های سربی و اسیدی قدیمی) باشند تا نیازهای برقی‌شان را برطرف کنند، خودروسازان چطور می‌توانند به فکر ساختن خودروهایی سبک باشند؟ تا همین چند سال پیش، باتری های سربی، منبع اصلی تولید برق در خودروها بودند، شاید هم علتش این بود که تولید این باتری ها آسان بود. کمی بعد باتری های هیبریدی نیکل-فلز (NiMH) به بازار آمدند که سبک‌تر بودند و می‌توانستند برق زیادی در خودشان ذخیره کنند. از این نوع باتری به طور گسترده‌ای در خودروهای هیبریدی استفاده می‌شد. امروزه کمپانی های خودروساز همه توجه‌شان را به خودروهای هیبریدی و تمام برقی معطوف کرده‌اند تا آن ها را به استانداردهای دولتی نزدیک کنند. با این حال، باتری های NiMH به خاطر ظرفیت کمی که برای ذخیره برق دارند، نتوانسته‌اند انتظار خریداران را برآورده کنند. این ظرفیت ذخیره انرژی "چگالی انرژی" نامیده می‌شود و نشان می‌دهد که باتری ها قادر نیستند به اندازه سوخت های فسیلی، در خودشان انرژی ذخیره کنند. کمی بعد، باتری های لیتیوم-یونی وارد میدان شدند که در مقایسه با باتری های اسیدی یا NiMH دارای چگالی انرژی بالاتری بودند. مدت های زیادی از این نوع باتری ها در لپ تاپ و سایر لوازم برقی باتری دار استفاده می‌شد ولی وقتی بیش از حد داغ می‌شدند، بسیار برای ترکیدن مستعد بودند. اگرچه ترکیدن این باتری ها بسیار نادر بود ولی همین نقص بزرگ می‌توانست مصرف کنندگان را به آتش بکشد، به همین خاطر بسیاری از خودروسازان از تولید انبوه آن خودداری کردند تا وقتی که ثابت بشود خطرناک نیستند و درست کار می‌کنند. با این حال، کمپانی تسلا تصمیم گرفته است در خودروی برقی و اسپرت Roadster که واقعاً عملکرد بالایی دارد، از این نوع باتری استفاده کند. و اما زمان استفاده از باتری های لیتیوم-یونی در خودروها به سرعت فرا می‌رسد. پژوهشگران موسسه فناوری ماساچوست (MIT) روشی پیدا کرده‌اند که با استفاده از آن می‌توان تعداد دفعات شارژ و دوام این نوع باتری ها را بالا برد (در این روش به جای کبالت و لیتیوم، از نیکل و لیتیوم استفاده شده است). ابداع این روش نشان می‌دهد که لیتیوم سبک وزن، می‌تواند به خودروسازان کمک کند در آینده چند کیلوگرم از وزن خودروها بکاهند.

5. سیستم Drive-by-wire

معمولاً وقتی مردم از "خودروهای برقی" حرف می‌زنند، بر این باورند که خودرو دارای یک موتور برقی است که چرخ ها را به حرکت در می‌آورد، ولی معنای آن می‌تواند چیز دیگری هم باشد. این عبارت به خودروهایی اشاره می‌کند که اتصالات کوچک و سبک الکتریکی را جایگزین اتصالات مکانیکی حجیم با وزن زیاد کرده اند. معمولاً به این گونه خودروها  "Drive-by-wire" یا x-by-wire می‌گویند. این اجزاء الکتریکی و الکترونیکی، باعث می‌شوند سیستم سوخت رسانی، فرمان و حتی ترمز بهتر کار کند. این فناوری خاص نیز از جت های جنگنده گرفته شده است و برای نخستین بار در سال 1978 و در جت جنگنده F-16 مورد استفاده قرار گرفت. خلبانان جت های جنگنده ابتدا به شوخی آن را "جت برقی" صدا می‌کردند ولی بعد از این که بارها در میدان نبرد برتری خودش را ثابت کرد به آن لقب "افعی" داده شد. بعد از آن اتصالات by-wire در هواپیماهای نظامی و باربری مورد استفاده قرار گرفتند و در نهایت هم به صنعت خودروسازی راه پیدا کردند. از آن جایی که استفاده از سیستم by-wire باعث می‌شود فضای کمتری اشغال شود، طراحان خودرو می‌توانند فضای بیشتری به پا و سر اختصاص بدهند و مقررات دست و پا گیر کمتری داشته باشند. وزن سیستم by-wire نیز کمتر است و به خودروها اجازه می‌دهد سریع‌تر حرکت کنند و مسافت بیشتری را بپیمایند. البته همه از کاربرد سیستم های تمام الکترونیکی راضی نیستند. هر چه باشد ممکن است این گونه سیستم ها هم درست مثل نرم افزارهای کامپیوتری به اشتباه برنامه ریزی شوند. هیچکس دلش نمی‌خواهد ترمزها به حرفش گوش نکنند، آن هم درست وقتی که به آن ها احتیاج مبرم دارد. از طرفی، سیستم های مکانیکی هم فرسوده می‌شوند و مشکلات دیگری برایشان پیش می‌آید. مانند بسیاری از نوآوری های دیگری که در صنعت خودورسازی صورت گرفته است، مدتی زمان می‌برد تا مردم این نوآوری را بپذیرند و عادی تلقی کنند، ولی وقتی برتری خودش را به اثبات برساند به طور گسترده‌ای از آن استفاده خواهد شد.