چگونه در طول تاریخ بر سرعت خودروها افزوده شده است

در دنیایی زندگی می‌کنیم که جایی برای منتظر ماندن نیست. از آموزش گرفته تا ارتباطات و حمل‌ونقل، سرعت تمام جنبه‌های زندگی روز به روز در حال افزایش است؛ موضوعی که مطمئناً در مورد خودروهای ما نیز صدق می‌کند. مهندسان اتومبیل‌سازی در تمام دوران شغلی خود سعی بر این داشته‌اند که دهم‌های ثانیه را از زمان شتاب‌گیری وسایل نقلیه کم کنند و فرقی هم نمی‌کند که این وسایل نقلیه، ون، سدان‌های خانوادگی، خودروهای اقتصادی یا هایپرکارها باشند.

امّا چه ترکیبی برای سرعت در دنیای امروز به کار می‌رود و چه امکاناتی باعث شده که خودروهای امروزی، تبدیل به سریعترین وسایل نقلیه در طول تاریخ شوند؟ اینها سؤالاتی است که در ادامه می‌خواهیم به آنها پاسخ دهیم.

رکوردهای سرعت

کوروت استینگ رِی در سال ۱۹۶۵ یکی از سریعترین خودروهای زمان خود بود و سرعت ۹۶.۶ کیلومتر بر ساعت را در ۶.۲ ثانیه ثبت می‌کرد. امّا پنجاه سال بعد، زمان شتاب‌گیری ۶.۲ ثانیه یک عملکرد متوسط بود که در بسیاری از مدل‌های ۲۰۱۵ دیده می‌شد. ضمن اینکه مدل‌هایی مانند ولوو V60 T6 آر-دیزاین  (زمان ۴.۹ ثانیه)، فورد F-150 پلاتینیوم ۳.5L اکوبوست 4WD سوپرکرو (زمان ۵.۶ ثانیه) و تویوتا کمری XSE V-6 مدل ۲۰۱۵ (زمان ۵.۸ ثانیه) شتابی بهتر از این داشتند. در مورد کوروت جدید باید گفت که این خودرو در عرض نیم‌قرن، به اندازه نیمی از زمان شتاب‌گیری خود را کاهش داده است و در مدل Z06   با پکیج Z07، با قدرت ۶۵۰ اسب‌بخار، در ۳ ثانیه کامل به سرعت ۹۶.۶ کیلومتر بر ساعت می‌رسد.

حجم موتور

«گشتاور» چیزی است که واقعاً برای یک شتاب‌گیری قدرتمند موردنیاز است. وقتی بحث تولید گشتاور به میان می‌آید، یک ضرب‌المثل قدیمی انگلیسی مطرح می‌شود که می‌گوید:

هیچ‌ جایگزینی برای حجم نیست.

منظور از «حجم» در اینجا تمام فضایی است که پیستون‌ها در داخل سیلندرها، در آن بالا و پایین می‌شوند. هر چه این فضا بزرگتر باشد، مقدار هوا و سوخت ورودی در مرحله مکش بیشتر خواهد بود و در نتیجه، در هنگام فشردگی و جرقه زدن، احتراق قدرتمندتری ایجاد می‌گردد. ایجاد حجم بیشتر در موتور یک خودرو  با اقداماتی مانند افزایش قطر سیلندر و افزایش کورس پیستون، و یا هر دوی آنها ممکن است. اتومبیل‌های دهه ۱۹۸۰، ۱۹۹۰ و اوایل دهه ۲۰۰۰ میلادی، وقتی که بنزین بسیار ارزان بود و قوانین مصرف سوخت اینقدر سخت‌گیرانه نبودند، با استفاده از حجم موتور بالاتر، سرعت بیشتری پیدا کردند.

توربوشارژر

در حالی که هیچ‌چیز جای حجم بالاتر را نخواهد گرفت، ولی توربوشارژرها به تدریج به روشی رایج برای فرو نشاندن اشتیاق به قدرت بیشتر، بدون نیاز به افزایش تعداد سیلندرها یا اضافه کردن حجم موتور، تبدیل شده‌اند. توربوشارژرها با وارد کردن هوای بیشتر به سیلندرها در طول مرحله مکش و در نتیجه، افزایش انتقال سوخت از انژکتورها، موجب آزاد شدن انرژی بیشتر در هنگام احتراق می‌شوند. یک توربین در سیستم اگزوز که توسط یک محور به چرخ کمپرسور در سیستم مکش متصل می‌شود، اساس ساختمان یک توربوشارژ را تشکیل می‌دهد. گازهای اگزوز موجب چرخاندن پره‌های توربین می‌شوند و در نتیجه، چرخ کمپرسور با همین نرخ شروع به چرخش می‌کند. در همین حال که گازهای اگزوز، توربین را به حرکت در می‌آورند،  کمپرسور هوای بیشتری را به درون سیلندرها وارد می‌کند. حداکثر قدرت تنها پس از یک دوره کوتاه از «تأخیر توربو» حاصل می‌شود و پس از این زمان است که موج قدرت در اختیار راننده قرار می‌گیرد.

سوپاپ‌های مکش و اگزوز

مهندسان برای سریعتر و بهینه‌تر کردن خودروها بر روی تنفس آنها تمرکز می‌کنند؛ درست همانند یک استاد یوگا که به فکر تنفس بهتر شاگردانش است. امروزه، حتی در پایین‌ترین سطح ساب‌کامپکت‌ها نیز تنفس از طریق چهار سوپاپ، ۲ سوپاپ برای مکش و ۲ سوپاپ دیگر برای اگزوز، صورت می‌گیرد. همچنین بسیاری از موتورهای مدرن دارای ساز و کاری برای تغییر آهنگ «باز و بسته شدن» سوپاپ‌های مکش و اگزوز هستند. متخصصان آئرودینامیک، به سطح بالایی از مهارت در انتقال جریان هوا به درون محفظه موتور دست پیدا کرده‌اند و همیشه هوای کافی برای خنکی بیشتر در اختیار موتورها قرار می‌گیرد. سیستم‌های اگزوز نیز از طریق کاهش فشار برگشتی از لوله‌ها، تجهیزات کاهش آلودگی نظیر مبدّل‌های کاتالیتیک و مافلر‌ها توسعه پیدا کرده‌اند.

شیفت سریعتر دنده‌ها

یکی از تغییرات عمده صنعت خودرو در سال‌های گذشته، افزایش شمار گیربکس‌های دوکلاچه اتوماتیک نسبت به نمونه‌های اتوماتیک معمولی است. گیربکس‌های دوکلاچه، انتقال قدرت را از طریق دو دیسک کلاچ انجام می‌دهند؛ موضوعی که به میزان قابل‌توجهی از میزان تداخل گشتاور در هنگام شیفت دنده‌ها می‌کاهد. این در حالی است که در گیربکس‌های اتوماتیک معمولی، در هنگام تعویض دنده، جریان قدرت برای کسری از ثانیه متوقف می‌شود. البته گیربکس‌های دوکلاچه عمر بسیار کمی در دنیای اتومبیل‌سازی دارند و هنوز در برخی موارد، از یک عملکرد نرم برخوردار نیستند. امّا بهترین نمونه‌های آنها، از جمله PDK پورشه و DSG فولکس‌واگن، زمان شیفت دنده‌ها را تقریباً به صفر کاهش داده‌اند. همچنین کنترل کامل الکترونیکی بر روی عملکرد کلاچ، زمینه لازم برای یک برنامه‌ریزی مؤثر لانچ-‌کنترل را نیز فراهم کرده است.

پیشرانه‌های الکتریکی

اخیراً الکتریسیته به عنوان یک منبع قدرت قابل‌اتکا برای خودروهای مدرن مطرح شده است. یکی از فاکتورهای اساسی در فروش یک خودروی الکتریکی، عملکرد بدون‌آلودگی آن است. همچنین با توجه به اینکه پیشرانه‌های الکتریکی از همان ابتدا حداکثر گشتاور را در اختیار قرار می‌دهند، برخی EV ها نظیر تسلا مدل S P100D شتابی نظیر یک بوگاتی ویرون پیدا کرده‌اند و تنها در ۲.۵ ثانیه می‌توانند به سرعت ۹۶.۶ کیلومتر بر ساعت برسند. وسایل نقلیه هیبریدی و پلاگین نیز از موتورهای الکتریکی برای بهبود وضعیت مصرف سوخت خود استفاده می‌کنند. برخی هیبریدی‌های دیروز و امروز، از جمله فراری لافراری، پورشه ۹۱۸ اسپایدر، مک‌لارن P1 و ب‌ام‌و i8، از موتورهای الکتریکی مخصوصاً برای  افزایش قابلیت‌های پرفورمنس بهره می‌برند. البته همین ویژگی‌های هیبریدی باعث شده که مصرف سوخت بهتری نسبت به هایپرکارهای دیگر حاصل شود.

کنترل‌های الکترونیکی

بسیاری از ما، خودروها را به عنوان یک سری اشیای مکانیکی درنظر می‌گیریم؛ موضوعی که برای بخش زیادی از تاریخ اتومبیل‌ها صدق می‌کند. ولی خودروهای امروزی اساساً یک شبکه کامپیوتری بر روی چرخ می‌باشند و برخی از پردازنده‌های داخلی آنها علاقه‌مند به ایجاد سرعت بیشتر هستند. شاترهای آئرودینامیکی محفظه موتور، زمان‌بندی سوپاپ‌ها برای افزایش جریان هوا به داخل و خارج از موتور، میزان پالس‌های سوخت ورودی به انژکتورها و زمان‌بندی ایجاد جرقه احتراق، همگی از جمله مواردی هستند که به صورت الکترونیکی کنترل می‌شوند تا بهترین و بهینه‌ترین خروجی ایجاد گردد. بسیاری از خودروهای امروزی از سیستم‌های دستیار الکترونیکی فرمان برخوردارند و بنابراین، قدرت مورد نیاز برای سیستم‌های فرمان هیدرولیکی، اینک به موتور خودروها بازگردانده شده است. جاذب‌های شوک متغیر از جمله شوک‌های الکترومغناطیسی که در کوروت‌ها، کادیلاک‌ها، فراری‌ها و لامبورگینی‌ها یافت می‌شوند، از کنترل‌های الکترونیکی برای ایجاد تعادل مناسب در هندلینگ و سواری استفاده می‌کنند. حتی سیستم‌های الکترونیکی مبتنی بر ABS نظیر کنترل کشش و کنترل پایداری نیز مداخله کمتری پیدا کرده‌اند.

سیستم دیفرانسیل تمام‌چرخ محرک

یک خودرو اگر قدرت یک رآکتور هسته‌ای را داشته باشد، ولی نتواند آن را به‌خوبی منتقل کند، فایده چندانی ندارد. همچنان که روز به روز بر قدرت خودروها افزوده می‌شود و برخی از آنها به سطح قدرت سرسام‌آوری می‌رسند، این موضوع که انتقال نیرو به یک محور کافی نیست، بیشتر به چشم می‌آید. بر این اساس، در دهه ۱۹۸۰ و ۱۹۹۰ میلادی، مدل‌هایی مانند لامبورگینی دیابلو VT و پورشه ۹۵۹ شروع به استفاده از سیستم دیفرانسیل محرک تمام چرخ‌ها به منظور ثبت رکوردهای تازه‌ای در زمینه پرفورمنس کردند. سیستم دیفرانسیل تمام‌چرخ متحرک همچنین به چنین خودروهایی اجازه می‌دهد که در یک مسیر خیس و یخ‌زده تعادل خود را حفظ کنند. در میان خودروهای سریع و مدرن، تعداد زیادی از آنهایی که ۱۰۰ کیلومتر بر ساعت را در زیر ۴ ثانیه ثبت می‌کنند، از سیستم تمام‌چرخ متحرک بهره می‌برند.

لانچ کنترل

بکسواد چیزی است که می‌تواند برای تحت‌تأثیر قرار دادن یک دوست در موقعیت خاص به کار بیاید، ولی وقتی می‌خواهید برای به دست آوردن یک عنوان رقابت کنید، باید بلافاصله از جا کنده شوید. فقط تصور کنید که در یک داج چلنجر هل‌کت به یک سوبارو WRX STI با سطح قدرت کمتر، مسابقه را باخته‌اید؛ آن هم تنها به این دلیل که نتوانسته تایرها را درست بعد از سبز شدن چراغ به حرکت بیندازید. خوشبختان هل‌کت ۷۰۷ اسب‌بخاری و بسیاری دیگر از خودروهای با سطح عملکرد بالا در دنیای امروز از تنظیمات لانچ کنترل یا کنترل شروع به حرکت برخوردارند. در نتیجه «شروع به حرکت» آن‌چنان کار ساده‌ای شده که هر راننده تازه‌کاری می‌تواند آن را انجام دهد. البته راه‌اندازی سیستم لانچ‌کنترل در مدل‌های مختلف خودرو متفاوت است، ولی اصول عملکرد همه آنها مشابه است. این سیستم‌ها راننده را به نگه داشتن پدل ترمز در هنگام فشردن کامل پدال گاز راهنمایی می‌کنند. سپس کامپیوتر، دور موتور را در یک مقدار خاص که برای از جا کنده شدن تایرها بهینه است، نگه می‌دارد. با برداشتن پا از روی پدال ترمز و در حالی که پدال گاز همچنان تا انتها نگه داشته شده، خودرو با کمترین بکسواد و لبخندی شیطنت‌آمیز بر صورت راننده‌اش شروع به حرکت می‌کند.

تایرها

آنچه تا به اینجا به آن اشاره شده، مواردی است که در طول سال‌ها باعث شده اند که چرخ اتومبیل‌های ما سریعتر حرکت کنند؛ امّا این اتومبیل‌ها اگر دارای یک پوشش لاستیکی بر روی چرخ‌های خود نبودند، هرگز نمی‌توانستند، چنین سرعت‌هایی را کنترل کنند. شاید خیلی‌ها اذعان داشته باشند که دانش عمومی در مورد تایرها بسیار اندک است. با این حال، اگر کسی مطالب خودرویی این سال‌ها را دنبال کرده باشد، به‌خوبی می‌داند که در یک روند شتاب‌گیری، تایرها نقش اساسی دارند. هر چه خودروسازان از تایرهای عریض‌تر و با پروفیل کوتاه‌تر استفاده کنند، حتی در خودروهایی که «راحتی» در آنها اولویت دارد، چسبندگی بیشتری برای مدیریت موتورهای قدرت امروزی وجود خواهد داشت. پیشرفت‌های تکنولوژی تایرها و ساختمان آنها تأثیر بسیار زیادی در عملکرد وسایل نقلیه در پیچ‌ها و ترمزگیری داشته است.

موتور اسپورت

مطمئناً یکی از دلایل اصلی افزایش سرعت خودروها، وجود مردان و زنانی است که «سرعت» را تبدیل به وسیله‌ای برای امرار معاش خود کرده‌اند.  تماشای مسابقات سرعت، بسیار هیجان‌انگیز است، ولی موتور اسپورت حرفه‌ای صرفاً رانندگان مغرور، هواداران ستایشگر آنها و پرچم‌های شطرنجی نیست، بلکه بستری برای تست تکنولوژی‌های جدید برای رسیدن به حداکثر سرعت ممکن است. مهندسان موتور اسپورت در این حالت به دنبال شرایط ایمن‌تر و راندمان‌ بالاتر نیز هستند. اگر یک تیم مسابقه‌ای توسط یک خودروساز حمایت مالی شود و یا اینکه یک خودروی مسابقه دارای یک برچسب تأمین‌کننده صنعت خودرو بر روی گل‌گیرهایش باشد، می‌توان مطمئن بود که یک روز از تکنولوژی‌ها مرتبط با آن در محصولات کمپانی اصلی استفاده خواهد شد. هنگامی که چنین کاری صورت پذیرد، خودروهای معمولی نیز از سرعت بالاتری برخوردار می‌شوند.

منبع: caranddriver