اگر به خودروهای برقی جدید دقت کرده باشید، احتمالاً یک تفاوت ظاهری کوچک اما تکرارشونده توجهتان را جلب کرده است: رینگ‌های آن‌ها اغلب نسبت به رینگ خودروهای بنزینی و معمولی بسته‌تر، ساده‌تر و کم‌پره‌تر هستند.
در نگاه اول ممکن است تصور کنیم این فقط یک انتخاب طراحی است؛ شاید طراحان خودروهای برقی به ظاهر مینیمال علاقه بیشتری دارند. اما ماجرا فنی‌تر از این حرف‌هاست. شکل رینگ می‌تواند روی جریان هوا، مقاومت آیرودینامیکی، مصرف انرژی و در نتیجه برد خودرو تأثیر بگذارد.
مطالعات آیرودینامیکی خودرو نشان می‌دهند که چرخ‌ها و محدوده اطراف آن‌ها سهم قابل‌توجهی در مقاومت هوای خودرو دارند و در خودروهای برقی، که هر وات انرژی روی برد اهمیت دارد، کوچک‌ترین جزئیات هم ارزش بررسی پیدا می‌کند.
رینگ معمولی چرا این‌قدر پره دارد؟
قبل از اینکه سراغ خودروهای برقی برویم، باید ببینیم رینگ‌های رایج خودروهای معمولی چه مشکلی از نظر آیرودینامیک دارند.
وقتی خودرو در حال حرکت است، هوا فقط از روی کاپوت و سقف عبور نمی‌کند. بخشی از جریان هوا مستقیماً به چرخ‌ها برخورد می‌کند. چرخ هم برخلاف بسیاری از قسمت‌های بدنه، در حال چرخش است و شکل پیچیده‌ای دارد.
رینگ‌های چندپره، فضای زیادی بین پره‌ها ایجاد می‌کنند. هوا می‌تواند وارد این فضا شود، با سطح داخلی رینگ و اجزای ترمز برخورد کند و سپس دوباره از آن خارج شود. این اتفاق جریان هوا را آشفته می‌کند و گردابه‌های مختلفی در اطراف چرخ ایجاد می‌شود.
به زبان ساده، رینگ پره‌ای برای هوا شبیه یک سطح کاملاً صاف نیست؛ جریان هوا باید دائماً با پره‌ها و فضای بین آن‌ها درگیر شود.
این مسئله فقط یک موضوع تئوری نیست. پژوهش‌های آیرودینامیکی نشان داده‌اند که چرخ‌ها و ناحیه اطراف آن‌ها می‌توانند حدود یک‌چهارم یا حتی سهم بیشتری از مقاومت آیرودینامیکی یک خودرو را ایجاد کنند.
پس چرا رینگ خودروهای برقی بسته‌تر است؟
اینجاست که پای برد خودروهای برقی به میان می‌آید.
یک خودروی بنزینی برای حرکت انرژی شیمیایی سوخت را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند. مصرف بیشتر سوخت هم اگرچه مهم است، اما معمولاً دغدغه اصلی خریدار، برد محدود باتری نیست.
در خودروی برقی شرایط متفاوت است. انرژی ذخیره‌شده در باتری محدود است و هر عاملی که مصرف انرژی را افزایش دهد، در نهایت می‌تواند از برد خودرو کم کند.
به همین دلیل، مهندسان خودروهای برقی تقریباً در همه جای خودرو به دنبال کاهش اتلاف انرژی هستند؛ از شکل بدنه و کف خودرو گرفته تا آینه‌ها، لاستیک‌ها و البته رینگ‌ها.
رینگ بسته‌تر یکی از همین راه‌حل‌هاست.
وقتی بخش بیشتری از سطح رینگ پوشیده باشد، هوا کمتر می‌تواند وارد فضای داخلی چرخ شود. در نتیجه آشفتگی جریان هوا و برخی گردابه‌های ایجادشده در اطراف چرخ کاهش پیدا می‌کند.
رینگ بسته دقیقاً چه چیزی را بهتر می‌کند؟
تصور کنید دو خودرو کاملاً مشابه در کنار هم قرار دارند؛ یکی رینگ چندپره و باز دارد و دیگری رینگی با سطح نسبتاً بسته.
در سرعت پایین، احتمالاً تفاوت محسوسی احساس نمی‌کنید. اما با افزایش سرعت، مقاومت هوا به یکی از عوامل مهم مصرف انرژی تبدیل می‌شود.
در این شرایط، طراحی رینگ می‌تواند به کاهش مقاومت هوا کمک کند. تحقیقات جدید نیز نشان می‌دهند که تعداد پره‌ها، میزان بازبودن رینگ و شکل پره‌ها می‌توانند روی جریان هوا و مقاومت آیرودینامیکی خودرو تأثیر بگذارند.
بنابراین آن سطح تقریباً صاف و عجیب روی بعضی رینگ‌های خودروهای برقی، در واقع می‌تواند بخشی از طراحی آیرودینامیکی خودرو باشد.
البته نباید تصور کنیم که یک رینگ بسته ناگهان ده‌ها کیلومتر به برد خودرو اضافه می‌کند. تأثیر رینگ بخشی از مجموعه بسیار بزرگ‌تری است که شامل بدنه، لاستیک، کف خودرو، ارتفاع خودرو از زمین و بسیاری عوامل دیگر می‌شود.
چرا همه رینگ‌ها را کاملاً نمی‌بندند؟
اینجا یک مشکل مهم وجود دارد: ترمزها.
خودرویی که در حال حرکت است باید بتواند متوقف شود و سیستم ترمز در هنگام ترمزگیری مقدار زیادی انرژی را به گرما تبدیل می‌کند.
به همین دلیل، جریان هوا در اطراف مجموعه ترمز می‌تواند اهمیت داشته باشد. اگر رینگ کاملاً بسته باشد، مهندسان باید مطمئن شوند که سیستم ترمز همچنان شرایط حرارتی مناسبی دارد.
به همین دلیل است که بسیاری از رینگ‌های آیرودینامیک خودروهای برقی کاملاً بدون منفذ نیستند. ممکن است چند شکاف، پره یا مسیر مشخص برای عبور هوا وجود داشته باشد.
این طراحی در واقع یک مصالحه مهندسی است:
تا جایی که می‌توانیم جریان هوای مزاحم را کاهش می‌دهیم، اما همچنان فضای کافی برای عملکرد مناسب سیستم ترمز باقی می‌گذاریم.
پس چرا خودروهای بنزینی هم از همین رینگ‌ها استفاده نمی‌کنند؟
در واقع بعضی از آن‌ها استفاده می‌کنند.
رینگ آیرودینامیک فقط مخصوص خودروهای برقی نیست. خودروسازان برای خودروهای هیبریدی، پلاگین‌هیبریدی و حتی خودروهای بنزینی کم‌مصرف نیز از روش‌های مشابه استفاده کرده‌اند.
اما اهمیت آن در خودروهای برقی بیشتر به چشم می‌آید، چون افزایش بهره‌وری انرژی مستقیماً با افزایش برد ارتباط دارد.
از طرف دیگر، خودروهای برقی معمولاً به دلیل استفاده از موتور الکتریکی و سیستم‌های بازیابی انرژی ترمز، نیازهای متفاوتی نسبت به خودروهای مجهز به موتور احتراق داخلی دارند. همین موضوع به طراحان اجازه می‌دهد در بعضی مدل‌ها آزادی بیشتری برای طراحی چرخ و سیستم ترمز داشته باشند.
رینگ فقط برای زیبایی نیست
یکی از نکات جالب درباره رینگ خودرو این است که ظاهر آن معمولاً بیشتر از چیزی که تصور می‌کنیم با عملکرد فنی خودرو ارتباط دارد.
تعداد پره‌ها، زاویه آن‌ها، میزان بازبودن رینگ، شکل لبه‌ها و حتی نحوه قرارگیری رینگ داخل گلگیر می‌تواند روی جریان هوا تأثیر بگذارد.
در خودروهای معمولی، طراح ممکن است بین زیبایی، وزن، خنک‌کاری ترمز، هزینه و آیرودینامیک تعادل برقرار کند.
در خودروهای برقی، یک عامل دیگر هم با قدرت بیشتری وارد معادله می‌شود: “برد”!
به همین دلیل ممکن است یک رینگ از نظر ظاهری ساده‌تر یا حتی کسل‌کننده‌تر به نظر برسد، اما از نظر مهندسی دقیقاً همان چیزی باشد که خودرو به آن نیاز دارد.
چرا بعضی رینگ‌های برقی ظاهر پلاستیکی دارند؟
احتمالاً نمونه‌هایی را دیده‌اید که رینگ خودرو در نگاه اول شبیه یک دیسک پلاستیکی به نظر می‌رسد.
این موضوع هم تا حدی به همین داستان مربوط است.
در بعضی خودروها، پایه اصلی رینگ از فلز ساخته شده و یک پوشش آیرودینامیک روی آن قرار می‌گیرد. این پوشش می‌تواند قسمت زیادی از فضاهای باز بین پره‌ها را بپوشاند و جریان هوا را منظم‌تر کند.
مزیت چنین راه‌حلی این است که خودروساز می‌تواند بین طراحی سنتی رینگ و یک سطح آیرودینامیک‌تر تعادل برقرار کند.
جالب‌تر اینکه در برخی خودروها، پوشش آیرودینامیک حتی می‌تواند قابل جدا شدن باشد؛ یعنی مالک خودرو بسته به سلیقه خود بتواند ظاهر رینگ را تغییر دهد.
آیا رینگ بزرگ‌تر همیشه بهتر است؟
نه؛ و این یکی از سوءتفاهم‌های رایج درباره رینگ خودرو است.
رینگ بزرگ‌تر ممکن است از نظر ظاهری جذاب‌تر باشد، اما الزاماً به معنی عملکرد بهتر یا مصرف انرژی کمتر نیست.
با افزایش اندازه رینگ معمولاً لاستیک با دیواره کوتاه‌تر استفاده می‌شود و مجموعه چرخ می‌تواند ویژگی‌های متفاوتی از نظر وزن، مقاومت غلتشی، راحتی و آیرودینامیک داشته باشد.
از طرف دیگر، افزایش عرض لاستیک نیز می‌تواند مقاومت آیرودینامیکی و غلتشی را تغییر دهد. یک مطالعه روی خودروی برقی نشان داده است که افزایش عرض تایر می‌تواند مقاومت آیرودینامیکی را افزایش دهد.
بنابراین هنگام طراحی یک خودروی برقی، مهندس نمی‌تواند فقط بگوید «رینگ بزرگ‌تر زیباتر است، پس بزرگ‌تر بهتر است».
باید مجموعه رینگ، لاستیک، ترمز، وزن و آیرودینامیک را با هم دید.
چرا رینگ‌های اسپرت پره‌ای هنوز روی خودروهای برقی دیده می‌شوند؟
اگر آیرودینامیک این‌قدر مهم است، چرا بسیاری از خودروهای برقی همچنان رینگ‌های اسپرت و چندپره دارند؟
چون آیرودینامیک تنها عامل تصمیم‌گیری نیست.
خودرو باید زیبا باشد، ترمزهایش به اندازه کافی خنک شوند، وزن چرخ مناسب باشد و رینگ بتواند نیروهای واردشده در رانندگی را تحمل کند.
ضمن اینکه طراحی‌های جدید تلاش می‌کنند این محدودیت‌ها را همزمان حل کنند. ممکن است رینگی ببینید که تعداد پره‌های زیادی دارد، اما شکل پره‌ها و سطح آن‌ها طوری طراحی شده باشد که جریان هوا را بهتر مدیریت کند.
در واقع صنعت خودرو به سمت حذف کامل پره‌ها نرفته است؛ بلکه به سمت کنترل بهتر جریان هوا در اطراف چرخ حرکت کرده است.
یک تفاوت مهم دیگر؛ خودروهای برقی چه چیزی را پشت رینگ پنهان می‌کنند؟
وقتی از پشت رینگ یک خودروی معمولی نگاه می‌کنیم، معمولاً دیسک ترمز و کالیپر را می‌بینیم.
در خودروهای برقی نیز سیستم ترمز وجود دارد، اما بخش قابل‌توجهی از کاهش سرعت می‌تواند از طریق ترمز احیاکننده (Regenerative Braking) انجام شود؛ یعنی موتور الکتریکی هنگام کاهش سرعت در نقش ژنراتور عمل می‌کند و بخشی از انرژی جنبشی خودرو را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند.
این موضوع باعث نشده که ترمزهای اصطکاکی کاملاً حذف شوند، اما در بسیاری از خودروهای برقی میزان استفاده از آن‌ها در رانندگی روزمره کمتر است.
بنابراین طراحی رینگ در خودروهای برقی فقط مسئله «خنک کردن ترمز» نیست؛ بلکه مهندسان باید کل سیستم ترمز، بازیابی انرژی، وزن چرخ و آیرودینامیک را در کنار هم در نظر بگیرند.
آیا یک رینگ آیرودینامیک واقعاً برد خودرو را زیاد می‌کند؟
بله، اما نباید انتظار معجزه داشت.
تأثیر رینگ به تنهایی معمولاً در حدی نیست که بتواند ماهیت یک خودرو را تغییر دهد. اما خودرو از ده‌ها و صدها بهینه‌سازی کوچک تشکیل شده است.
اگر بدنه آیرودینامیک‌تر شود، کف خودرو صاف‌تر شود، لاستیک کم‌مقاومت‌تری استفاده شود و رینگ نیز جریان هوا را بهتر مدیریت کند، مجموع این تغییرات می‌تواند قابل توجه باشد.
این موضوع در خودروهای برقی اهمیت بیشتری دارد، چون کاهش مصرف انرژی مستقیماً می‌تواند به افزایش برد منجر شود. پژوهش‌ها نیز نشان می‌دهند که ناحیه چرخ‌ها یکی از بخش‌های مهم در کاهش مقاومت آیرودینامیکی خودروهای برقی است.
پس دفعه بعد به رینگ یک خودروی برقی دقت کنید
رینگ بسته و ساده‌ای که شاید در نگاه اول چندان جذاب به نظر نرسد، ممکن است نتیجه ساعت‌ها شبیه‌سازی کامپیوتری و آزمایش تونل باد باشد.
در خودروهای برقی، طراحان فقط به این فکر نمی‌کنند که رینگ چه شکلی داشته باشد. آن‌ها می‌پرسند هوا از کجا وارد می‌شود، کجا از چرخ جدا می‌شود، چه گردابه‌هایی ایجاد می‌شود، ترمز چقدر خنک می‌شود، وزن چرخ چقدر است و در نهایت این طراحی چه اثری روی مصرف انرژی دارد.
به همین دلیل است که رینگ خودروهای برقی در سال‌های اخیر بیش از گذشته به یک قطعه آیرودینامیک تبدیل شده است، نه صرفاً یک قطعه تزئینی.
و شاید جالب‌ترین نکته همین باشد: در خودروهای برقی، گاهی چیزی که شبیه یک انتخاب ساده برای زیبایی به نظر می‌رسد، در واقع بخشی از تلاش مهندسان برای پیدا کردن چند کیلومتر برد بیشتر است.
