محاسبه قدرت هیبریدی‌ها

در نمایشگاه اتومبیل دیترویت امسال شاهد کانسپت آئودی Q8 بودیم که خود را به عنوان یک شاسی‌بلند هیبرید اسپورت و تهاجمی مطرح کرد. این‌ روزها تقریباً تمام خودروسازان معتبر دنیا به سراغ پیشرانه‌های هیبریدی رفته‌اند و به نظر می‌رسد که «جامعه اتومبیل» رفته‌رفته به سمت الکتریکی‌سازی پیش می‌رود. با این وجود، یکی از جنبه‌های جالب کانسپت Q8، ارقام مربوط به خروجی پیشرانه آن است که توسط آئودی منتشر شده است.

همانند تمام خودروهای هیبریدی-الکتریکی که در این روزها معرفی می‌شوند، هر تولید کننده‌ای ابتدا قدرت پیشرانه احتراق داخلی را بیان می‌کند، سپس خروجی پیشرانه الکتریکی مجهز به باتری، و در نهایت، یک خروجی کلی نسبتاً تأثیرگذار که منجر به یک شتاب صفر تا ‍‍۱۰۰ و یک مصرف سوخت مشخص می‌شود. امّا اگر نگاهی به آمار اعلام شده از طرف آئودی برای این کانسپت داشته باشیم، به‌نظر می‌رسد که اندکی ناهمخوانی در اینجا وجود دارد؛ جایی که خروجی موتور ۳ لیتری V6 به میزان ۳۲۹ اسب‌بخار و ۵۰۰ نیوتن‌متر اعلام شده و در کنار قدرت ۱۳۴ اسب‌بخار و گشتاور ۳۲۹ نیوتن‌متری حاصل از موتور الکتریکی قرار می‌گیرد. قدرت کلی سیستم پیشرانه هیبریدی کانسپت آئودی نیز برابر ۴۴۳ اسب‌بخار است و گشتاور حداکثر آن به ۷۰۰ نیوتن‌متر می‌رسد.

امّا چه بر سر ۲۰ اسب‌بخار و نزدیک به ۱۳۵ نیوتن‌متر اختلاف حاصل‌جمع خروجی موتورهای احتراق داخلی و الکتریکی آمده است؟

نوع پیشرانه هیبریدی مورد استفاده در Q8 به صورت «سری-موازی» است؛ یعنی هر دو موتور احتراق داخلی و الکتریکی با همراهی یکدیگر چرخ‌ها را به حرکت درمی‌آورند و در عین حال، امکان حالت کاملاً الکتریکی در شرایط رانندگی با سرعت پایین، با استفاده از سیستم خاموش‌کننده انجین وجود دارد. این تنظیمات سیستم هیبریدی کاملاً با طرح «سری» مورد استفاده در خودروهایی مانند ب‌ام‌و i3 متفاوت است؛ جایی که موتور احتراق داخلی صرفاً به عنوان یک ژنراتور برای سیستم الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. گزینه‌ی دیگر در این زمینه، استفاده از یک سیستم پیشرانه هیبریدی کاملاً موازی است که هر دو منبع قدرت را به صورت پیوسته به چرخ‌ها متصل می‌کند و از ترکیب خروجی آنها در سیستم انتقال قدرت استفاده می‌شود.

یک سیستم هیبریدی «سری-موازی»، مشابه آنچه که در آئودی وجود دارد، دارای مجموعه‌ای از قطعات منتقل‌کننده نیرو به منظور ایجاد یک پیشرانه رانندگی دلخواه است. در این میان، کاهش راندمان اجتناب‌ناپذیر است و این قطعات هیچ‌گاه ۱۰۰ درصد قدرت اولیه باتری‌ها یا موتور احتراق داخلی را منتقل کنند. به عنوان مثال، آئودی گیربکس ۸ سرعته خود را به سیستم پیشرانه هیبریدی متصل کرده که باعث افت انرژی ناشی از اصطکاک، گرما و صدا می‌شود. منبع تغذیه الکتریکی نیز می‌بایست انرژی خود را از طریق یک موتور الکتریکی و یک پاور اسپلیتر یا کانورتر، به چرخ‌ها انتقال دهد؛ موضوعی که باعث افت‌های مشابه در هر دو مرحله می‌شود.

در هنگام شتاب‌گیری و وقتی که هر دو منبع نیروی پیشرانه درگیر می‌شوند، تفاوت‌های ذاتی پیشرانه‌های احتراق داخلی و الکتریکی رفته‌رفته بیشتر نمایان می‌شوند. موتور الکتریکی به سرعت، به حداکثر گشتاور خروجی‌اش می‌رسد و از این نظر، موتور احتراق داخلی را که همچنان به دنبال اضافه‌کردن دور موتورش است، پشت‌سر می‌گذارد.

نتیجه اینکه، پیک خروجی هر دو منبع پیشرانه در زمان‌های مختلفی اتفاق می‌افتد و این زمان برای موتور الکتریکی کوتاه‌تر است. همچنان که موتور احتراق داخلی به حداکثر گشتاور خود نزدیک می‌شود، خروجی موتور الکتریکی رو به کاهش می‌نهد. درنتیجه، «تجمیع دو منبع قدرت» به شکل بهینه حاصل نمی‌شود و منجر به کاهش اندک خروجی در کل سیستم پیشرانه می‌گردد.

راندمان یکپارچه‌سازی پیشرانه‌های هیبریدی همیشه تعیین‌کننده میزان انتقال نیروی باتری و انجین به سطح آسفالت جاده‌هاست. با توجه به اینکه اخیراً‌ الکتریسیته رفته‌رفته به یک منبع نیروی کمکی در خودروها تبدیل شده است، مقدار کمتری از خروجی موتور الکتریکی یا باتری‌ها به سوی چرخ‌ها روانه می‌شود. به عنوان مثال، اگر مرسدس را درنظر بگیرید، این کمپانی به‌تازگی یک باتری ۴۸ ولت را برای پشتیبانی از انجین‌های شش سیلندر تخت در کلاس S، کلاس E و کلاس G معرفی کرده است. این باتری با ابعاد بزرگ قرار است که منبع تغذیه‌ای برای تمام قطعات فرعی در زیر کاپوت، از جمله پمپ آب، پمپ سیستم فرمان، آلترناتور و قطعات مشابه باشد. همین موضوع باعث می‌شود که بیشتر قدرت خروجی موتور احتراق داخلی برای به حرکت درآوردن چرخ‌ها متمرکز گردد و کمتر دچار افت در مسیرهای دیگر شود.

مقدار قدرتی که به صورت کامل به چرخ‌ها انتقال داده می‌شود، می‌تواند منبع برخی از سردرگمی‌ها در میان علاقه‌مندان دنیای خودرو باشد؛ مخصوصاً در زمانی که خودروسازان از همان قدرت‌های اولیه، بدون محاسبه ترکیب پیشرانه و افت‌های انرژی، استفاده می‌کنند. برای خودروهای هیبریدی که خروجی هر دو منبع پیشرانه بیان می‌شود، خودروسازان و ژورنالیست‌ها می‌بایست احتیاط لازم را در این زمینه داشته باشند و به شکلی ساده‌‌انگارانه و بدون‌ در‌نظرگرفتن شرایط بازدهی پیشرانه، خروجی‌ها را با یکدیگر تجمیع نکنند.

تولید‌کنندگان هیبرید شاید بهتر است مسیر آئودی و دیگران را برای بیان قدرت دقیق ترکیب پیشرانه الکتریکی و احتراق داخلی، در پیش بگیرند. جمع ساده مقادیر قدرت اولیه پشرانه‌ها، شاید یک روش درست برای برخی وسایل نقلیه مشخص باشد (بنابر بر نوع استفاده از منبع الکتریکی در آنها)، امّا در سایر موارد منجر به ارائه آمارهای غلط برای مشتریان می‌شود.