۱۲ فناوری جذاب که در آینده به خودروها راه پیدا می‌کنند

ممکن است وقتی به امکانات بسیاری که امروزه در دسترس ما قرار دارند، بنگریم؛ فکر کنیم که این امکانات دیگر برای ما کافی هستند. اما هر چه پیش می‌رویم متوجه می‌شویم باز هم فناوری‌های جدیدی هستند که از سوی صنایع مختلف به ما معرفی می‌شوند و پیشرفت و حرکت روبه‌جلو در اکثر بخش‌ها تبدیل به امری روزمره شده است. اما در ادامه می‌خواهیم مروری داشته باشیم بر ۱۲ فناوری جالبی که اخیرا در کنگره‌ی جهانی جامعه‌ی مهندسان اتومبیل ۲۰۱۷ معرفی شده‌اند.

برای توسعه‌ی این سوپرشارژر، ۸ سال زمان در بخش تحقیق و توسعه‌ی شرکت Hansen Engine Technologies در مینه‌سوتای آمریکا صرف شده است. اما سرانجام این تلاش‌ها به بار نشست و هنسن امسال در رویداد SAE، اقدام به معرفی سوپرشارژر حجم متغیر خود کرد. ایده‌ای که منجر به تولید این نوع از سوپرشارژرها شده است بسیار ساده به نظر می‌رسد: مهندسان نمی‌خواستند میل‌لنگ خودرو انرژی خود را صرف فراهم کردن هوای فشرده‌ای کند که پیشرانه نیازی به این حجم از هوا ندارد.

این نوع سوپرشارژر از نوع دو پیچی (Twin-screw) است که تا اینجای کار با یک طرح متداول مواجه هستیم. اما در محفظه‌ی سوپرشارژر یعنی بخشی که هوزینگ نامیده می‌شود، یک صفحه‌ی کشویی متحرک قرار دارد که در زمان‌هایی که نیازی به هوای فشرده وجود ندارد، باز می‌شود و سبب می‌شود میزان تولید هوای فشرده توسط سوپرشارژر به صفر برسد. در چنین حالتی تنها یک مقدار جزئی اتلاف انرژی، آن‌هم به‌صورت اصطکاک قطعات وجود خواهد داشت و دیگر انرژی پیشرانه صرف فشرده کردن هوا نخواهد شد. نحوه‌ی عملکرد این بخش متحرک کاملا هماهنگ با پدال گاز خودرو است به این صورت که اگر پدال گاز را تا میزان یک‌سوم فشار دهید صفحه‌ی متحرک باز خواهد بود، سپس در صورتی که پدال گاز را به میزان دوسوم فشار دهید این صفحه بسته‌ می‌شود و سوپرشارژر شروع به تولید هوای فشرده می‌کند. در صورتی هم که پدال گاز را تا انتها بفشارید، ضمن اینکه دور موتور تا انتها افزایش پیدا می‌کند جعبه‌دنده نیز یک دنده‌ی معکوس می‌دهد تا حداکثر توان خودرو را بتوان مورد استفاده قرار داد. در چنین حالتی به دلیل بالا رفتن دور موتور، معمولا توربوشارژرها اقدام به باز کردن سوپاپ Wastgate می‌کنند؛ اما در این سوپرشارژر جدید دیگر نیازی به چنین قطعه‌ای وجود ندارد و برای تخلیه‌ی فشار اضافه، کافی است همین صفحه‌ی متحرک کمی باز شود.

نتیجه‌ی چنین مکانیزمی این است که ضمن اینکه راندمانی در حد توربوشارژر داریم، مهم‌ترین مزایای سوپرشارژرها یعنی عملکرد در بازه‌ی وسیع دور موتور نیز در اختیار راننده قرار دارد. در صورتی که سایر آزمایشات مربوط به این سوپرشارژر به‌خوبی پیش رود، در آینده‌ای نزدیک شاهد خواهیم بود که سوپرشارژرهای حجم متغیر تبدیل به یکی از مهم‌ترین بازیگران در عرصه‌ی پیشرانه‌های پرخوران کوچک خواهند شد.

این نوع جدید پیشرانه‌، زاییده‌ی تفکرات یک کمپانی کوچک به نام Monolith Engines است که در ایالت ویسکانسین آمریکا مستقر است. البته باید ذکر کرد که این پیشرانه هنوز به‌طور کامل آماده نشده است و به همین دلیل در نمایشگاه SAE تنها یک مدل از بلوک آن به نمایش درآمد که توسط چاپگر ۳ بعدی تولید شده بود. در داخل این بلوک کوچک، یک سیلندر با طول زیاد قرار دارد که درون آن دو عدد پیستون در جهت مخالف یکدیگر قرار دارند. نکته‌ی این پیستون‌ها این است که برخلاف پیستون‌های عادی که امروزه مورد استفاده قرار دارند، از نوع دوطرفه هستند؛ یعنی هر دو سمت آن‌ها قابلیت مواجه با احتراق و انتقال نیرو دارد، به این ترتیب در این پیشرانه شاهد سه عدد محفظه‌ی احتراق هستیم که یکی در بین دو پیستون قرار دارد و دوتای دیگر هم در سمت مخالف هر پیستون. در دو انتهای سیلندر نیز دو عدد میل‌لنگ وجود دارند که با یکدیگر به‌صورت متقارن هستند. همچنین تقارن بسیار دقیق این پیشرانه سبب می‌شود پیستون‌ها دقیقا با یکدیگر هم‌مرکز باشند و به این ترتیب اصطکاک آن‌ها به حداقل میزان ممکن می‌رسد. این پیشرانه از نوع انژکتوری است و برای تنفس آن نیز به‌جای سوپاپ هر مجراهای ورود هوا (همانند پیشرانه‌های دو زمانه) استفاده شده است.

سازنده‌ی این پیشرانه، آن را پیشرانه‌ی یک زمانه یا تک سیکل نام‌گذاری کرده و دلیل این نام‌گذاری این است که در این پیشرانه هیچ یک از کورس‌های پیستون‌ها توسط حرکت پیستون دیگر انجام نمی‌شود و پیستون کاملا متکی به نیروی خود است. همچنین در این پیشرانه، دیگر همانند پیشرانه‌های دو زمانه شاهد مخلوط شدن روغن موتور با هوا نیستیم. پیشرانه‌ی به نمایش درآمده تنها ۱.۲ لیتر حجم دارد و دارای ابعاد ۶۰×۳۰×۱۳ سانتی‌متر است و ۳۶ کیلوگرم وزن دارد. با این حساب چنین پیشرانه‌ای می‌تواند قدرتی حدود ۲۰۰ اسب بخار تولید کند. این پیشرانه پتانسیل بالایی برای استفاده به‌عنوان ژنراتور برق یا به‌عنوان موتور دوم در خودروهای هیبریدی دارد.

Rausch & Pauscj که به‌اختصار Rapa نامیده می‌شود، یک قطعه ساز آلمانی است که بیشتر به دلیل ساخت سیستم تعلیق Active Body Control برای خودروهای مرسدس بنز مشهور است، البته این شرکت سیستم‌های مشابهی نیز برای دیگر خودروسازان می‌سازد. اما خودروی شاسی‌بلند جدید مرسدس بنز یعنی مدل GLS جدید که در همین تابستان به بازار خواهد آمد، به یک سیستم تعلیق جدید مجهز خواهد شد و اولین مرسدس بنزی است که به کمک‌فنر روغنی فعال مجهز می‌شود.

در سیستم Active Body Control  از یک پمپ مرکزی استفاده شده است که هوا یا روغن را به تعلیق خودرو پمپ می‌کند؛ اما در این سامانه‌ی جدید، هر چهار کمک‌فنر خودرو به سیستم برق ۴۸ ولتی متصل و به‌صورت مستقل دارای پمپ هیدرولیک برقی هستند. این پمپ‌ها این توانایی را دارند تا در هر ثانیه، تا ۵ بار جهت خود را عوض کنند که به این معنا است که دارای فرکانس کارکرد ۵ هرتز هستند. چنین عملکردی به این کمک‌فنرها اجازه می‌دهد بتوانند کنترل بهتری روی حرکات بدنه‌ی خودرو داشته باشند و این در حالی است که سیستم تعلیق فعلی مرسدس بنز دارای فرکانس ۲ الی ۳ هرتز است. از نظر ساختار داخلی، این فنرها تفاوت چندانی با کمک‌فنرهای متداول ندارند؛ اما این توانایی را دارند که با استفاده از داده‌هایی که از یک دوربین دید جلو دریافت می‌کنند، خود را برای چاله‌ها و پستی بلندی‌های خیابان آماده کنند و به این ترتیب در هنگام افتادن در یک چاله، جریان روغن به داخل کمک‌فنر پمپ می‌شود تا بدنه‌ی خودرو ثابت باقی بماند. در هنگام رانندگی عادی نیز این کمک‌فنرها قابلیت این را دارند تا با کمک پمپ و جریان روغن خود اقدام به تولید برق کنند و به این ترتیب نقش یک سیستم بازیابی انرژی را نیز بازی می‌کنند. با وجود عملکردی که این سیستم از خود نشان می‌دهد، انتظار می‌رود که همانند Active Body Control، در این نوع سیستم تعلیق نیز نیازی به میل موج گیر یا آنتی‌رول بار وجود نداشته باشد. از نظر هزینه در حال حاضر این سیستم قیمت بالایی دارد؛ اما پیش‌بینی می‌شود در صورتی که به تولید انبوه برسد، همانند ABC قیمت آن کاهش پیدا کند.

تمامی شرکت‌های بزرگ خودروسازی دارای یک بخش ویژه هستند که وظیفه‌ی خریداری و آزمایش محصولات رقیب را دارند. در این بخش‌ها، خودروهای رقیب خریداری‌ و قطعه‌قطعه می‌شوند تا بخش‌ها و فناوری‌های آن‌ها مورد بررسی و تحقیق قرار بگیرند. این خودروها در پایان تحقیقات کاملا تکه‌تکه خواهند بود و دیگر قابل استفاده نیستند. اما یک شرکت آمریکایی مستقر در ایلینوی به نام Caresoft Global Inc، اقدام به معرفی روشی مسالمت‌آمیزتر برای این تحقیقات کرده است که در این روش، از یک دستگاه اشعه‌ی ایکس بزرگ با قدرت ۹ مگاولت استفاده می‌شود که به یک نرم‌افزار مخصوص نیز برای تحلیل داده‌ها و تصاویر به‌دست‌آمده مجهز است. برای مقایسه بد نیست بدانید که دستگاه‌های سی‌تی اسکنی که در بیمارستان‌ها و برای مصارف پزشکی کاربرد دارند، قدرتی در حدود ۱۰۰ کیلوولت دارند و می‌توانند تمامی بخش‌های بدن یک انسان را مورد بررسی قرار دهند. این دستگاه در یک محفظه‌ی بزرگ بتنی نصب می‌شود و اسکن کردن یک دستگاه تسلا مدل X P90D با آن، سه هفته زمان می‌برد تا سازنده بتواند به اطلاعات مورد نیاز خود دست پیدا کند و با استفاده از این داده‌ها، اقدام به ساخت یک مدل هندسی از بخش‌های مختلف این خودرو کند. در قسمت‌هایی هم که قطعات با دقت و تلورانس بسیار بالایی در کنار یکدیگر نصب شده‌اند، شاید نیاز باشد ابتدا آن بخش را دمونتاژ و سپس اسکن کرد تا بتوان اطلاعاتی دقیق در خصوص ابعاد آن‌ها به دست آورد.

این دستگاه اسکن، توانایی تشخیص چگالی مواد مختلف را دارد و به این ترتیب می‌تواند تشخیص دهد که بخش‌های مختلف خودرو از چه موادی ساخته شده‌اند و می‌تواند موادی چون آلومینیوم و پلاستیک را از یکدیگر تفکیک دهد. البته نقطه‌ضعف این سیستم این است که توانایی تشخیص آلیاژها را ندارد؛ بنابراین اگر مهندسان بخواهند اطلاعات به‌دست‌آمده را برای کارهای حساسی چون تست تصادف مورد استفاده قرار دهند همچنان نیاز است که قطعات بدنه و شاسی را جداگانه مورد تحلیل قرار دهند.

همچنین بنا به گفته‌ی Caresoft، این اسکنر مگاولتی به هیچ یک از بخش‌های الکترونیکی خودرو آسیب نمی‌رساند. نرم‌افزار این سامانه همچنین می‌تواند قیمت تولید قطعات مختلف را تخمین بزند. ارزش این نرم‌افزار زمانی مشخص می‌شود که بدانید هزینه کالبدشکافی خودروهای الکتریکی چون شورولت بولت، تسلا و هیوندای یونیک بسیار بالا است. Caresoft همچنان در حال کار روی متدهایی است که بتواند هزینه‌های تحقیقاتی خودروسازان را کاهش دهد.

توربین‌هایی که درون توربوشارژر قرار دارند، می‌توانند تا بیش از ۱۰۰ هزار دور بر دقیقه سرعت بگیرند که عدد بسیار بالایی است؛ اما باید گفت که تمامی این توربین‌ها دارای یک ماکزیمم دور مجاز هستند. برای اینکه توربین از این حداکثر دور مجاز تجاوز نکند در توربین‌های بزرگ یک حسگر سنسور روی شفت مرکزی توربوشارژر نصب می‌شود که دور توربین را محاسبه می‌کند؛ اما در خودروهای سواری و پیشرانه‌هایی که توربوهای کوچکی دارند، فضای کافی برای قرار دادن این حسگر وجود ندارد و سازندگان مجبورند به‌جای استفاده از حسگر به معادلات ریاضی رجوع کنند و معیارهای دیگری چون فشار و بوست توربو را مد نظر قرار دهند. از طرفی چنین اطلاعاتی باید به‌دقت محاسبه شوند و اطمینان حاصل شود که در نبود حسگر سرعت، توربین از حداکثر دور مجاز تجاوز نخواهد کرد. برای حل این مشکل یک شرکت سوئیسی به نام جکت، ایده‌ی جدیدی مطرح کرده است که در آن یک حسگر در سمت خنک توربوشارژر نصب می‌شود که البته نوع این حسگر نیز برخلاف حسگرهای مقاومتی متداول از نوع القایی است. این حسگر هر بار که یکی از پره‌های توربین از کنار آن می‌گذرد، یک جریان بسیار ضعیف را دریافت می‌کند و مزیت این نوع حسگر این است که می‌تواند در سرعت‌های بسیار پایین نیز عمل کند در حالی که حسگرهای سوارشده روی شفت مرکزی تنها می‌توانند دورهای بالا را تشخیص دهند. در حال حاضر تنها بنتلی در مدل‌های قدرتمند خود از این حسگر استفاده می‌کند؛ اما در آینده این حسگرهای به خودروهای کوچک‌تر و ارزان‌تر نیز راه پیدا می‌کنند.

گوریلا گلس‌ پوشش‌ مقاومی است که برای حفاظت از صفحه نمایش تلفن‌ همراه به کار می‌روند. حال مهندسان به این فکر افتاده‌اند که از گوریلا گلس در نمایشگر داخل خودروها نیز استفاده کنند. گوریلا توانایی این را دارد تا هم به‌صورت تخت و هم به‌صورت منحنی مورد استفاده قرار گیرد و می‌توان آن را در رنگ‌های مختلف نیز تولید کرد که به این ترتیب ،می‌توان در هر نوع خودرویی از آن استفاده کرد، البته محدودیت‌هایی در خصوص نوع خم شدن گوریلا وجود دارد که سازندگان باید به آن‌ها توجه کنند.

در بخش قبلی به گوریلا گلس اشاره کردیم؛ اما یک مورد منفی در مورد گوریلا این است که اثر انگشت روی آن باقی می‌ماند. برای رفع این مشکل، یک شرکت فعال در حوزه‌ی نانو در ماساچوست به نام NBD اقدام به معرفی راه حلی برای این آن کرده است. اکثر پوشش‌هایی که برای این منظور به کار می‌روند از انواعی هستند که دافع مواد روغنی هستند؛ اما محصول جدید NBD که InvisiPrint نام دارد از انواع Oleophilic است که مواد روغنی از روی آن پراکنده می‌شوند. البته اینجا زیاد به مباحث شیمی نخواهیم پرداخت اما در همین حد می‌توان اشاره کرد که این پوشش جدید ماندگاری بسیار بالاتری در مقایسه با پوشش‌های نانوی فعلی دارد. در حال حاضر محصول NBD توسط بسیاری از شرکت‌ها در حال بررسی است و به‌خصوص برای محافظت از لنز دوربین‌ گزینه‌ی بسیار مناسبی است.

تعداد زیادی از خودروهای دیفرانسیل جلو هستند که از اکسل‌های الکتریکی استفاده می‌کنند؛ اما این اکسل جدید که e-AAM نام دارد، انعطاف‌پذیری بسیار بالاتری را به نمایش می‌گذارد و می‌تواند انعطاف بیشتری برای چرخی که در دایره‌ی بیرونی پیچ قرار دارد فراهم کند. یک موتور الکتریکی روی این اکسل وجود دارد که با ضریب ۹ به ۱ و ۱۱ به ۱ است و یک مجموعه‌ی دنده سیاره‌ای نیز در آن وجود دارد که سه نوع وضعیت انتقال نیروی عادی، دیفرانسیل باز و حالت بردار گشتاور را فراهم می‌کند. این سیستم این توانایی را دارد تا دقیقا به میزانی که لازم است گشتاور را به چرخ‌ها انتقال دهد. البته اکسل مذکور هنوز به مرحله‌ی تولید نرسیده است، اما شرکت‌های بسیاری به‌طور هم‌زمان در حال کار روی فناوری مشابه هستند.

این یک اکسل است که برای خودروهای دیفرانسیل عقب کاربرد دارد و در حالی که وزنی ۳۰ درصد کمتر از اکسل‌های متداول دارد؛ اما می‌تواند ۲۰ درصد گشتاور بیشتری منتقل کند. این اکسل همچنین دارای یک طراحی مدولار است و می‌توان آن را برای استفاده در خودروهای مختلفی مورد استفاده قرار دارد؛ به این صورت که بسیاری از بخش‌های مختلف و بدنه‌ی آن را می‌توان بسته به کاربری و طراحی خودرو تعویض کرد. در سایر بخش‌ها نیز امکان استفاده از دیفرانسیل معمولی، الکترونیکی یا قفل شونده وجود دارد. دقت نصب دنده‌ها در این اکسل نیز بسیار بالا است و سبب شده تا صدای تولیدی از چرخ‌دنده‌ها به میزان ۵ دسی‌بل کاهش پیدا کند. AAM در حال مذاکره با خودروسازان مختلف است و امید دارد تا قبل از سال ۲۰۲۱ بتواند این اکسل را به مرحله‌ی تولید برساند.

سیستم‌های انتقال نیروی کنترل شونده، همانند موتور ژنراتورها امروز کاربرد بسیاری پیدا کرده‌اند و به‌خصوص در خودروهای هیبریدی استفاده‌ی گسترده‌ای از آن‌ها می‌شود. موتورهای مقاومتی گرچه دارای قدرت کمتری در مقایسه با موتورهای دیگر هستند؛ اما قیمت پایینی دارند و ساختار آن‌ها نیز ساده است و چون فاقد مگنت دائمی و سیم‌پیچ هستند، پروسه‌ی ساخت آن‌ها نیز ارزان‌قیمت است. از طرف دیگر موتورهای روتور آهنی می‌توانند با تغییر جریان، جهت چرخش خود را نیز عوض کنند و به همین دلیل در استپر موتورها کاربرد زیادی دارند. این نوع موتورها همچنین می‌توانند در هر دو جهت به‌عنوان موتور یا ژنراتور عمل کنند که این خاصیت این موتورها برای نصب پس از جعبه‌دنده و روی اکسل بسیار کارآمد است. این نوع موتورها از نوع ۴۸ ولتی هستند و در دو مدل به بازار عرضه خواهند شد که دارای قدرت موتوری ۷ و ۱۵ کیلوواتی هستند و در هنگام عمل کردن به‌عنوان ژنراتور نیز می‌توانند ۱۰ و یا ۲۰ کیلووات قدرت تولید کنند. ضریب راندمان این موتورهای جدید نیز ۸۰ و ۸۸ درصد است.

نورپردازی در خودروهای مدرن از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است؛ برای همین منظور یک شرکت آلمانی فعال در حوزه‌ی شیمی اقدام به رونمایی از دو محصول جدید کرده است. اولین محصول EndLighten نام دارد و یک صفحه است که در صورتی که به یک لبه‌ی آن نور بتابد کل صفحه روشن خواهد شد. محصول دیگر Satinice نام دارد و هنگامی که آن را در مقابل منابع نوری قرار دهید، با وجودی که نور را از خود عبور می‌دهد، اما منبع نوری را پنهان می‌کند. البته میزان عبور نور از این صفحه ۸۶ درصد است و این بدان معنا است که اگر بخواهیم از این محصول برای چراغ عقب خودرو استفاده کنیم، دیگر نور چراغ‌ها تا فاصله‌ی مطمئن نخواهند رسید و برای جبران این مسئله باید از چراغ‌های قوی‌تری استفاده کرد. در حال حاضر هر دوی این محصولات در حال گذراندن آزمایشات مربوطه برای استفاده از لنزهای چراغ‌ها هستند. یک نکته‌ی مثبت دیگر در مورد این دو محصول این است که بر خلاف لنزهای فعلی، در صورتی که در معرض آفتاب و اشعه‌ی فرابنفش قرار بگیرند، دیگر حالت کدر پیدا نمی‌کنند و تغییر رنگ نمی‌دهند. در حال حاضر هنوز هیچ خودرویی از این محصولات استفاده نمی‌کند؛ اما در برخی مدل‌های ATV مورد استفاده قرار گرفته‌اند.

گاهی اوقات ایده‌های ساده بسیار کارآمد هستند. مثال چنین موردی، ایده‌ی جالب یک شرکت کالیفرنیایی به نام Tensor است که در آن حسگر فشار سیستم تهویه‌ی مطبوع را با درب مخزن و یونیت خشک‌کن (درایر) یکپارچه کرده‌اند. بدین ترتیب ۳ نقطه‌ای که احتمال بروز نشتی از آن‌ها وجود دارد، حذف شده‌اند که این نقاط شامل اورینگ‌ها، سوپاپ‌ها و اتصالات هستند. چنین ایده‌ای می‌تواند در هر خودرو ۲.۵ دلار صرفه‌جویی در مبلغ و به میزان ۴۰ گرم صرفه‌جویی در مصرف آلومینیوم به همراه داشته باشد. این ایده به‌صورت آزمایشی روی یک دستگاه شورولت کروز اجرا شده است؛ اما هنوز به مرحله‌ی تولید انبوه نرسیده است.