بررسي تازه‌ترين اختراعات ارزشمند دنياي اتومبيل

يك جعبه دنده و امكانات زياد
 

هشت دنده، حداكثر راحتي و واكنش فوق العاده در زمان تعويض دنده‌ها و بالاخره مصرف حداقل سوخت، از ويژگي‌هاي اين گيربكس است. چند سال پيش از اين هر فردي كه پيشنهاد مي‌كرد يك اتومبيل سوپراسپرت با توان توليدي 650 اسب بخار يا يك سدان تمام هيبريدي يا يك SUV دو ديفرانسيل مي‌تواند مجهز به همان گيربكس‌هاي اتوماتيك معمولي باشد، اين موضوع همواره با شك و ترديد مواجه مي‌گرديد. با وجود تنوع در بازار انواع خودرو، بيشتر تمركز روي خط انتقال نيرو و به خصوص گيربكس بوده و هست.
طي سالهاي گذشته تنوع مدل‌هاي انواع اتومبيل رشد چشمگيري كرده است. در حد فاصل‌ سالهاي 1990 تا 2006 فقط سازندگان آلماني اتومبيل تنوع مدل‌هاي خود را دو برابر كرده‌اند و طبق برآورد مركز تحقيقات اتومبيل آلمان تا سال 2010 در بازار اين كشور 500 مدل اتومبيل مختلف كه توسط 35 خودرو ساز ارائه شده، يافت خواهد شد، اين تنوع در سال 1990 فقط 315 مدل بود.
براي پايين نگه‌داشتن هزينه ساخت خط انتقال نيرو، سازندگان در جستجوي نمونه‌اي از يك گيربكس عمومي هستند، يعني گيربكسي كه به واسطه طراحي مدولار بتواند نيازهاي مختلف را تأمين كند. بنابراين ايده‌آل‌ترين راه‌حل يك گيربكس ساده است كه بتواند قابليت هماهنگي با نيازهاي مختلف مشتريان را داشته باشد و اين گيربكس همان گيربكس جديد 8 سرعته ساخت ZF است.
اين جعبه دنده نوآورانه جديد توليدي ZF فراتر از آن است كه مورد مقايسه قرار گيرد و با برخورداري از چهار مدل مختلف قابليت هماهنگ شدن با طيف گسترده‌اي از نيروي گشتاور را دارا بوده كه از 220 پاوند بر فوت شروع شده و تا 737 پاوند بر فوت ادامه پيدا مي‌كند، بنابراين مي‌تواند در انواع و اقسام وسايط نقليه در هر كلاس و گروهي مورد استفاده قرار گيرد. مدولار بودن، قابليت انطباق آن را افزايش داده و لذا مي‌تواند با انواع اتومبيل SUV و هيبريدي نيز هماهنگي لازم را داشته باشد.
انعطاف‌پذيري، زماني سودمند است كه گيربكس، توانايي انجام وظايف خود را داشته باشد بنابراين طراحان كمپاني ZF جعبه‌دنده‌اي ساخته‌اند كه در عين حال باعث صرفه‌جويي در مصرف سوخت نيز مي‌شود و اين ميزان كاهش معادل 11 درصد كمتر از نسل قبلي همين گيربكس‌ها بوده كه بخش عمده‌اي از آن مديون سيستم استاپ- استارت (توقف- حركت) و همين طور ساير عوامل تأثير گذار است. در بخش راحتي در تعويض دنده‌ها و سرعت انجام آن و چگونگي واكنش گيربكس، اين جعبه دنده به همان كيفيت گيربكس‌هاي 6 سرعته ساخت اين كمپاني است و حتي مي‌توان بيش از يك دنده را بدون اتلاف وقت هم‌زمان تعويض كرد. به طور نمونه اگر نياز به تعويض دنده در حالتي باشد كه اتومبيل با سرعت 70 كيلومتر در ساعت و در دنده 8 در حال حركت باشد، اين كار يعني تعويض دنده 8 به دنده 2، در كسري از ثانيه انجام مي‌گيرد.
جعبه دنده‌هاي هيبريدي باعث صرفه‌جويي در مصرف سوخت و حفظ منابع مي‌گردند و طبيعتا دي‌اكسيد‌كربن كمتري نيز توليد مي‌شود. جعبه دنده جديد به دليل برخورداري از ساختار مدولاري، انعطاف پذيري زيادي دارد و... قادر است بسياري از عمليات هيبريدي را انجام دهد. مدل‌هايي از اين گيربكس كه براي استفاده در اتومبيل‌هاي تمام هيبريدي يا هيبريدي معمولي طراحي و ساخته شده، فضايي معادل گيربكس‌هاي معمولي اشغال مي‌كنند.

تكنولوژي Start-Stop براي جعبه‌دنده‌هاي خودكار

در وسايط نقليه مجهز به گيربكس جديد ZF، چنان‌چه از تكنولوژي استارت- استاپ استفاده شده باشد، كمترين صرفه‌جويي در مصرف سوخت، معادل 5 درصد خواهد بود. اين را بايد يك نوآوري در گيربكس‌هاي اتوماتيك به حساب آورد چون به طور سنتي فشار هيدروليكي در اين گيربكس‌ها زماني ايجاد مي‌شود كه موتور وسيله نقليه، روشن و در حال كار باشد. معمولاَ بعد از روشن كردن موتور، افزايش فشار روغن در جعبه‌دنده توأم با تأخير خواهد بود اما اين به فاصله زماني فقط 350 هزارم ثانيه بعد از روشن شدن موتور، جعبه دنده آمادگي كار خواهد داشت كه اين مهم مديون سيستم ذخيره‌سازي روغن هيدروليكي به نام HIS است. مي‌توان اين مخزن را در فضاي داخلي گيربكس بدون آنكه فضاي اضافه‌اي را اشغال كند نصب كرد.
گيربكس 8 سرعته جديد ZF با ساختار مدولار، امكان و توانايي هماهنگي با مصارف خاص را نيز دارد. وجود كلاچ هيدروديناميكي با قابليت سردشوندگي كه به اختصار به آن HCC مي‌گويند، امكان تعويض بسيار سريع دنده‌ها را فراهم مي‌آورد و چنين كيفيت كاري جذابيت آن را براي استفاده در خودروهاي اسپرت و همين‌طور زماني كه انتقال نيرو به هر چهار چرخ مورد نياز باشد افزايش مي‌دهد. كوچك سازي در طراحي و ساخت انواع موتور فقط يك شعار نيست. در نمايشگاه اتومبيل فرانكفورت، كمپاني ZF نشان داد كه چگونه با نوآوري‌هاي ارائه شده، مي‌تواند نيازهاي انواع وسايط نقليه را تأمين كند و تمركز روي كاهش مصرف سوخت و همين‌طور مواد آلاينده خروجي از اگزوز است.

محدودسازي توليدي دي‌اكسيدكربن نوآوري در زمينه فعال‌سازي
 

به عقيده آقاي دكتر «مايكل پاول» از مديران كمپاني ZF و مسؤول بخش تكنولوژي در اين كمپاني، تأكيد روي تغيير نگرش بوده نه روي يك جهت‌گيري جديد. امروزه بيشترين فروش انواع اتومبيل در رده‌اي صورت مي‌گيرد كه قدري كوچك‌تر از كلاس اندازه متوسط هستند اما محدودسازي توليد دي‌اكسيد‌كربن تاكنون در خودروهاي بزرگ بيشتر رايج بوده و هست و بايد آن را به سوي خودروي كوچك‌تر نيز سوق داد. در نمايشگاه فرانكفورت سال 2009 شاسي به نمايش گذاشته شد كه نشان‌دهنده تلاش مسؤولان كمپاني در زمينه افزايش راندمان وكاهش مصرف در خودروهاي كوچكتر بود، اين نگرش تأكيدي است بر اينكه انجام اين كار هيچ‌گونه منافاتي با پويايي رانندگي، راحتي راننده و ايمني ندارد.
نوآوري‌هاي خط انتقال نيروي طراحي شده روي شاسي ساخت ZF عبارتند از نصب يك جعبه‌دنده خودكار روي محور جلو، به صورت عرضي. تاكنون تمامي گيربكس‌هاي اتوماتيك ZF به صورت طولي نصب شده و در انواع اتومبيل‌هاي ديفرانسيل جلو و يا دو ديفرانسيل مورد استفاده قرار مي‌گرفتند. چون تمامي دنده‌هاي گيربكس صرفاَ روي يك شافت منفرد قرار مي‌گيرند. گيربكس جديدي كه در اخيراَ توسط ZF به همراه يك شاسي ارائه شده، داراي ظاهري كاملاَ متفاوت است به طوري كه دنده‌هاي گيربكس براي نصب و استفاده از آنها در اتومبيل‌هاي كوچك و اندازه متوسط، روي دو يا سه شافت قرار گرفته‌اند. اين مدل گيربكس مي تواند بدون انجام تغييرات اساسي در انواع اتومبيل هاي هيبريدي نيز مورداستفاده قرارگيرد. براي نصب و استفاده از آنها در اتومبيل‌هاي كوچك و اندازه متوسط، روي دو يا سه شافت قرار گرفته‌اند.

تكنولوژي جديد در انواع ضربه گير
 

ضربه گير و لرزش‌گيرهاي جديد ارائه شده توسط ZF در واقع عرضه‌كننده ايمني، راحتي و افزايش پويايي رانندگي هستند. بخشي از اين كمپاني كه مسؤوليت طراحي و تأمين قطعات مربوط به موتور و سيستم تعليق را بر عهده دارد، محصولاتي را عرضه كرده كه هماهنگي به مراتب بيشتري با هر نوع مصرف دارند. براي تأمين نيازهاي مختلف مشتريان، راه‌حل‌هاي متفاوتي در قالب مجموعه‌هاي گوناگون زير تهيه شده است: Basic Line يا مجموعه پايه، Customized Line يا گروه سفارشي، Active Line يا مجموعه فعال و بالاخره Ride Eco شامل مجموعه‌اي كه يك حركت و رانندگي اقتصادي را به ارمغان مي‌آورد.
در مجموعه پايه (Basic Line) از ضربه‌گيرهاي تك يا جفت لوله‌اي و همين‌طور فنرهاي ستوني شكل متضمن ايمني در عمل و همين طور اقتصادي بودن، استفاده شده و به دليل استاندارد و مدولار بودن قطعات، مي‌توان از آن در انواع و اقسام اتومبيل استفاده كرد.
در گروه سفارشي (Customized Line) به دليل تمركز روي انحصار، ارزش افزوده قابل ملاحظه‌اي در پي داشته كه با افزايش قابليت‌هاي ضربه‌گيري، نحوه هدايت اتومبيل به نحو چشمگيري افزايش پيدا مي‌كند. در مجموعه فعال (Active Line) ضربه‌گيرها قابليت تنظيم دارند و بنابراين در اتومبيل‌هايي كه مجهز به چنين مجموعه‌اي باشند، راحتي و ديناميك رانندگي واقعاَ غيرقابل رقابت خواهد بود و بالاخره در مجموعه Eco Ride تمامي راه‌حل‌ها براي هماهنگي بهتر با مسائل زيست محيطي و همين‌طور ساختار سبك، مد نظر قرار گرفته است.
كوچك‌سازي يك چالش مهم در طراحي و ساخت شاسي اتومبيل بوده و منافع و مزاياي ساخت يك شاسي سبك با پيچيدگي‌هاي ساختاري كمتر كاملاَ واضح و مشخص است. در صورت ساخت چنين شاسي وزن مرده كاهش پيدا مي‌كند، وزني كه به صورت غير متحرك در كارآيي اتوميل تأثير گذار بوده و هرچه ميزان آن بيشتر باشد، اين تأثير گذاري بيشتر است. در گذشته اين روند كاملاَ در جهت مخالف بود و همواره تقاضا در ساخت سازه‌هاي پيچيده‌تر و محكم‌تر شاسي جريان داشت. اما در نمايشگاه فرانكفورت كمپاني ZF با ارائه شاسي نوظهور خود ثابت كرد كه مي‌توان شاسي را در حد بسيار قابل ملاحظه‌اي ساده ساخت، بدون آنكه باعث به خطر افتادن ايمني ويا پويايي رانندگي شود. بخش تكنولوژي شاسي اتومبيل در كمپاني ZF طراحي و ساخت يك محور ويژه با سازه‌اي پيچشي و كارآيي‌هاي محورهاي چندگانه بدون پيچيدگي سازه‌اي را در برنامه دارد. اين سيستم فنربندي و اتصال جديد چرخ، فراهم آورنده توانايي در استفاده چرخ‌هاي بزرگ‌تر در چهار گوشه اتومبيل بوده و بنابراين به طراحان امكانات بيشتري مي‌دهد. در اين اكسل برخلاف انواع پيچشي سنتي و رايج، امكان ساخت سازه‌اي بسيار محكم فراهم آمده ضمن اينكه در حالت به كارگيري عرضي، استحكام و سختي لازم را ايجاد و در صورت نصب طولي، نرمي خاصي را حين رانندگي فراهم مي‌آورد. استفاده از اكسل‌هاي پيچشي به صورت طولي باعث پايداري در حركت مستقيم و همين‌طور عبور از پيچ‌ها و مانورهاي مربوط به آن مي‌گردد، ساختار اين شاسي به گونه‌اي است كه باعث حذف لررزش و صداهاي آزاردهنده مي‌شود.

به‌كارگيري سروالكتريك‌هاي كوچك
 

كمپاني ZF اخيراَدرصدد برآمده كه از منابع و مزاياي سيستم فرمان الكتريك خود در خودروهاي كلاس جمع و جور استفاده كند. نيروهايي كه مي‌بايست هنگام چرخش فرمان به آن غلبه كرد كاهش پيدا كرده و به همين دليل واحد فرمان وسيستم كمكي آن به گونه‌اي است كه مي‌توان آن را در همان ستون فرمان جاي دادتا در فضا نيز صرفه‌جويي گردد. اين سيستم در بخش راحتي و ارتباط مستقيم هيچ‌گونه تفاوتي با ساير سيستم‌هاي هيدروليكي فرمان ندارد. هنگامي كه راننده اقدام به چرخاندن فرمان مي‌كند، حسگر‌ها اقدام به ثبت سرعت حركت و گشتاور موتور در آن لحظه مي‌كنند. در طول چند هزارم ثانيه يك واحد كنترل اقدام به محاسبه نيروي مورد نياز براي چرخش فرمان كرده و يك موتور سرو (SERVO) مناسب‌ترين ميزان نيرو را از طريق يك گيربكس مارپيچي به ستون فرمان انتقال مي‌دهد. اين سرو موتور كوچك به گونه‌اي طراحي و ساخته شده كه حتي مي‌تواند چرخش فرمان را در زماني كه حداكثر 1000 كيلوگرم فشار وارد به آن مي‌شود انجام دهد. اتومبيل كوچك‌تر به معناي كنترل نيروي كمتر براي چرخش فرمان بوده و بنابراين جريان برق كمتري مورد نياز است، به طور مثال براي پارك كردن اتومبيل هنگامي كه به صورت موازي با اتومبيل كناري قرار گرفته، ميزان برق مورد نياز، حدود 48 آمپر بوده كه نصف ميزان برق مورد نياز براي پارك كردن يك استيشن واگن اندازه متوسط داراي سرو موتور بزرگ است. در تصوير پائين صفحه قبل قسمت‌هاي مختلف شاسي و تجهيزات متعلق به آن را مشاهده كنيد.

تكنولوژي انعطاف پذير براي خودر‌وهاي هيبريدي
 

كلمه هيبريد در برگيرنده طيف خاصي از سيستم‌هاي توليد و انتقال نيرو در ميان خودروهاست. مرسدس بنز تمركز خود را در مدل هيبريدي S400 روي مدل موازي آن قرار داده كه موتور درون‌سوز، گيربكس و موتور برقي، همه به صورت موازي روي يك شافت قرار گرفته‌اند. كمپاني تويوتا اخيراَ نسل سوم مدل هيبريدي پريوس را به بازار عرضه كرده كه سامانه هيبريدي آن از نوع تفكيك نيرو است. در چنين اتومبيلي امكان استفاده از گيربكس‌هاي سنتي كه مسؤوليت انتخاب و تعويض دنده‌ها را داشته باشند، وجود ندارد و به جاي آن از گيربكس هاي دور متغير استفاده مي‌شود كه قابليت تجمع نيروهاي مختلف اعم از موتور برقي و موتور درون سوز را داشته و آنها را به چرخ‌هاي متحرك منتقل مي‌کند. در اتومبيل‌هاي تماماَ برقي به دليل اينكه از موتور درون‌سوز خبري نيست و نيروي مورد نياز حركت فقط از يك منبع و آن هم موتور برقي تأمين مي‌گردد، عملاَ هيچ‌گونه دي‌اكسيد كربن توليد نمي‌شود اما در دنياي واقعي فعلاَ ميزان پيشرفت تكنولوژي در زمينه باتري و همين‌طور شعاع حركتي به گونه‌اي نيست كه نيازهاي جاه‌طلبانه اتومبيل‌هاي برقي را جوابگو باشد. البته اينكه اتومبيل‌هاي برقي تا چه ميزان باعث حذف گاز آلاينده دي‌اكسيد كربن مي‌شوند، بستگي به چگونگي توليد برق و الكتريسيته مورد نياز آنها دارد.
كمپاني ZF با چندگانگي جديد دنياي نيرو محركه كاملا آشناست و يكي از معدود تأمين‌كنندگان مستقل به شمار مي‌رود كه تكنولوژي هيبريدي عرضه شده توسط آن از مدتها پيش براي خريد عرضه شده است. موتور برقي دينا استارت كه در مرسدس S400 هيبريدي مورد استفاده قرار گرفته، ساخت كمپاني ZF بوده و اين سيستم از جولاي سال 2008 به صورت انبوه در سايت «شواين فورث» در دست توليد است. ضمن اينكه اين گروه عرضه كننده سيستم‌هاي كامل هيبريدي با كمك شريك سيستمي اين گروه يعني شركت كانتيننتال است. مثال اين مورد گيربكس 8 سرعته هيبريدي خاصي است كه براي صرفه‌جويي در فضا، موتور برقي، كلاچ و تمام سيستم هيدروليك و لرزه‌‌گير پيچشي مورد نياز يك سيستم هيبريدي كامل تماماَ در خود جعبه دنده جاسازي شده‌اند و انتظار مي‌رود تاريخ ورود به بازار اين سيستم، اوايل 2011 باشد. بسته به اينكه چگونه مورد استفاده قرار مي‌گيرند جعبه‌دنده‌هاي هيبريدي باعث صرفه‌جويي قابل ملاحظه در مصرف سوخت و پيرو آن كاهش مواد آلاينده مانند دي‌اكسيد‌كربن شده و شعاع حركتي آنها بين 5 درصد براي آنهايي كه مجهز به تكنولوژي استاپ استارت هستند تا 25 درصد براي سيستم‌هاي تمام هيبريدي افزايش پيدا مي‌كند.

اتومبيل‌هاي E-CAR با استفاده از تكنولوژي ZF
 

تجربيات ارزنده و فراواني كه در راه توسعه و تكميل سيستم‌هاي هيبريدي به دست آمده، كمك شاياني براي برنامه‌ريزي آينده نموده است. طي دهه‌هاي آينده، اتومبيل‌هاي برقي عليرغم آنكه ميزان نفوذ چنداني در بازار اتومبيل نخواهند داشت، براي مصارف خاصي مانند مراكز شهري، از پراكندگي بيشتري برخوردار خواهند بود. كمپاني ZF دلايل خوبي براي تجهيز خود به همه امكانات خط انتقال نيرو در وسايط نقليه دارد ولي هيچ يك از اين تكنولوژي‌ها حتي تا بيست سال آينده نخواهند توانست كاملاَ در بازار خودرو تبديل به تكنولوژي پيروز شوند و در نتيجه انتظار مي‌رود طي چند دهه آينده تكنولوژي غالب در دنياي وسايط نقليه همانا موتورهاي درون‌سوز البته با حداقل ميزان مصرف سوخت باشند و در كنار آنها سهمي نيز متعلق به تكنولوژي‌هاي هيبريدي و برقي باشد كه البته قابل ملاحظه نخواهد بود. موضوع حائز اهميت در اين رابطه ارتقاء تكنولوژي باتري به سطح مطلوب و همين‌طور ايجاد زيرساخت براي شارژ مجدد و به ويژه تأمين الكتريسيته مورد نياز از منابع تجديد شونده و تطبيق همه اينها براي ايجاد يك حمل و نقل عمومي است.

هوشمندي بيشتر در اتومبيل
 

اگر سؤال شود آخرين اختراع مهم مكانيكي در اتومبيل‌هاي مدرن كدام است؟ شايد بسياري نتوانند پاسخ صحيحي به آن داده و بعضي ممكن است به سيستم مكانيكي بالابر شيشه‌ها يا دستگيره درها اشاره كنند. ولي هيچكدام درست نيست چون الكترونيك و كاربرد آن بسيار گسترده شده است. روندي كه تقريبا از سال 1980 آغاز شده به گونه‌اي پيوسته در حال پيشرفت است و آن استفاده از الكترونيك و واحدهاي كنترلي با استفاده از ريز كنترل‌هاست كه باعث بهبود و افزايش ايمني، راحتي و ديناميك رانندگي مي‌گردند. از آن تاريخ به بعد كمتر صحبت از تجهيزات مكانيكي در ميان است و آنچه امروزه در مورد انواع اتومبيل بيش از هر چيز ديگر به گوش مي‌رسد حسگرها،ريزپردازنده‌ها، واحدهاي كنترل و شبكه‌هاي انتقال برق است.
طبق اظهار دكتر «مايكل پاول» 90 درصد نوآوري‌هاي امروزه در اتومبيل‌ها تحت تأثير، تحريك و كنترل الكترونيك و نرم‌افزار هستند. البته اين بدان معنا نيست كه هر نوآوري صرفاَ به منظور انجام كار و وظيفه جديدي حاصل شده باشد بلكه استفاده از الكترونيك و كنترل‌هاي نرم‌افزاري بيشتر با هدف و نيت حل مناسب‌تر مسائل موجود و يا انجام كارها به روش‌هايي است كه مشكلي براي محيط ‌زيست پيدا نشود. در اين مورد مي‌توان مثال‌هاي متعددي را از كنترل جعبه‌دنده گرفته تا سيستم‌هاي حركت هيبريدي و ازسيستم‌هاي فعال در شاسي تا فرمان و هدايت را نام برد. به طور مثال كنترل عملكرد جعبه‌دنده در هر نسلي از جعبه‌دنده‌هاي ارائه شده توسط ZF منجر به كاهش مصرف سوخت نسبت به نسل قبلي بوده است. مهندسين اين كمپاني نه تنها اقدام به افزايش تعداد دنده‌ها در جعبه‌دنده نموده‌اند بلكه اصلاحاتي در سخت‌افزار جعبه‌دنده و همين‌طور مبدل گشتاور آن به انجام رسانده‌اند. از ديگر اقدامات آنان بهينه سازي نحوه كنترل گيربكس بوده كه بدواًً با ارائه جعبه‌دنده خودكار 5 سرعته با قابليت تغيير زمان تعويض دنده‌ها در سال 1990 آغاز گرديد.
تأثير نرم‌افزار در تكنولوژي هيبريدي نمود بيشتري نسبت به گيربكس‌هاي اتوماتيك دارد. مديريت مصرف انرژي به تنهايي تعيين كننده زماني است كه حركت مي‌بايست انجام گيرد و اين امر تأثير به سزايي در مصرف سوخت دارد. هنگامي كه ZF راه‌حل هيبريدي را به همراه شركت كانتيننتال براي استفاده در اتومبيل‌ها ارائه داد، صرفا مسئول تأمين گيربكس‌هاي هيبريدي و موتور الكتريكي نبود. جعبه‌دنده يك خودروي هيبريدي از طريق ارسال حداكثر 400 سيگنال با ساير قسمت‌ها در ارتباط بوده و ZF تلاش كرده كه اين ارتباط را تقويت كند. در تصوير تعداد سيگنال‌هايي كه توسط گيربكس‌به قسمت‌هاي مختلف يك خودرو هيبريدي منتقل مي‌شود به نمايش درآمده است.
كمپاني ZF طي سال‌هاي گذشته همواره مشغول ايجاد و ارتقاء ساختار كنترلي فعال از طريق شبكه‌سازي سيستم هاي فعال در شاسي و خط انتقال نيرو بوده كه منجر به ارائه ساختاري بيش از مجموعه قطعات تشكيل‌دهنده آن است. به عنوان مثال يكي از ايده‌هاي ارائه شده IWD يا «پويايي چرخ هوشمند» بوده كه وظيفه آن كاهش مداخله ترمز در مقايسه با سيستم‌هاي پايدار استانداردي است كه اين روزها در بعضي از اتومبيل‌ها مورد استفاده قرار مي‌گيرند.
منبع:ماهنامه نوآور، ش 68