وصناعة السيارات في خضم ثورة هادئة يقودها علم المواد، وهناك عدد قليل من المركبات التي توضح الدفع الحقيقي أفضل من هيكل " تويوتا RAV4 " ، حيث أن أفضل أنواع المركبات المبيعة في أمريكا، تحمل توقعات هائلة لاقتصاد الوقود، والقدرة على تحمله، والمتعة اليومية في قيادة المركبات، وقد أثبت انخفاض الكتلة أن هذه هي إحدى أكثر الطرق فعالية في توسيع نطاقها.

The Science Behind Weight Reduction in Hybrid Vehicles

وكل كيلوغرام من المركبة يقلل مباشرة من الطاقة اللازمة للتعجيل بها ويحافظ على سرعة مقاومة التدحرج وسحب الهوائي، وفي سيارة تقليدية، يترجم وزن أخف إلى محركات متحركة أفضل، ولكن في حالة إزاحة مثل RAV4، تتضاعف الآثار، ويمكن للمحرك البتروليني أن يعمل بالقرب من موقعه الحلو، فإن المحرك الكهربائي ينتقل إلى حصة أكبر من الوزن المنخفض.

وبالنسبة لمؤسسة RAV4، استهدفت تويوتا ميزانية الكتلة العالية الانضباط من مرحلة التصميم الأولى، وبدلا من مجرد ضخ نظام هجين إلى منصة قائمة، طور المهندسون كل فوضى وجسد للمركبات في وقت واحد باستخدام الطاقة الكهربائية، وزادوا الخيارات المادية إلى أقصى حد لدعم توزيع الوزن الفريد ومسارات تحميل المركبات ذات الدفع الرباعي الكهربي، وهذا النهج الكلي الذي يحدث حتى أثرا كبيرا على اقتصاد الوقود الحقيقي الذي لا يتوفر فيه الوقود.

Toyota’s Light weight Engineering Philosophy: TNGA -K

وترتكز قاعدة التكوين الحالية للشبكة على الجيل الرابع من الشبكة العالمية لتيويتا للهندسة المعمارية (TNGAINK)، وهي قاعدة نموذجية تتقاسمها نماذج مثل الكامري والهايلاندر، وقد صُممت منابر TNGA من البداية لتحسين التصلب، وخفض مركز الجاذبية، وتمهد الغرامات غير الضرورية عن طريق الهندسة الهيكلية الأذكى.

وهذه القفزة لم تتحقق إلا بمعجزة واحدة بل بإضافة مزيج مدروس من الفولاذ المتقدم والألومنيوم والثديين، حيث تُركّز فلسفة TNGA على استراتيجية " المواد الصحيحة والمكان الصحيح " : الفولاذ المكثف في خلية الركاب لحماية التحطم، والصور الفولاذية العالية السلسلة في الألواح الأرضية، وأجهزة التحكم في وزنها.

صندل عالي الغضب العمود الفقري للأمان الحديث

(أ) أن تستكشف الآن أكثر من 50 في المائة من هيكل الجسم في RAV4، وأن ترتفع إلى 180 1 من الميغاباسكال (MPa) وأن تُستخدم في اختيار التعزيزات ذات العينات العالية، وأن تصل إلى 470 1 من طراز PHways إلى سعة عالية(24).

مواد الوزن الخفيف الرئيسية في RAV4

الألمنيوم: التنسيب الاستراتيجي للمنافع القصوى

ولم يعد الألمنيوم محجوزاً للمبيدات الكمالية؛ ويستخدمه الهجين من طراز RAV4 حيث يحسب حقاً، كما أن هيكل الرفع الخلفي يستخدم الطوابع الألومنيومية، مما يقطع وزناً كبيراً من محركات المركبات المكسورة، ويقلل من استخدامه في التعليق: تزوير أسلحة للتحكم في الألومنيوم، وتخفض أيضاً الكتلات المحركية غير الثابتة.

ونظراً لأن الألومنيوم هو حوالي ثلث كثافة الفولاذ، فإن عمليات الإغلاق هذه تنقذ ما بين 30 و50 في المائة من الكتلة الأصلية لللوحات، وهذا لا يخفض وزن المركبات عموماً فحسب، بل يخفض أيضاً مركز الجاذبية بدرجة طفيفة ويسهل على أجهزة الإيصال الكهربائي التي تعمل بشكل موثوق بمرور الوقت، كما أن الأثر المشترك هو علامة كثيفة على أقدامها أكثر مما تشير إليه أبعادها(10).

البلاستيك المتقدم والمركبات

وتستخدم مواد مثل البوليبروبيلين متعدد البولي بروبيلات ومركب الفرز المزود بالزجاج، على نطاق واسع حيث تحقق القوة والوظيفة أهدافاً للربط والوزن، وتُصنع خزان الوقود من بوليبروبيلين مفخخ، ويحتفظ بكيلوغرامات عديدة على صهريج فولاذ، بينما يقاوم التآكل، وتُستخدم أيضاً نماذج داخلية، وقطعة من أضواء، وقود مناً من الصلب المركبة.

وفي إطار المركبة، يُسْهل تدفق الهواء السلس وعناصر الدروع من الحطام، ويجعل وزنها الخفيف من السهل إزالتها أثناء الخدمة، وفي منطقة الشحن، يستخدم مجلس الطوابق المبلدة هيكلاً حرارياً نمطياً لدعم الحمولات الثقيلة دون إضافة مروحات، وقد تبدو هذه التطبيقات طفيفة على نحو فردي، ولكن وفورات الوزن الكلي عبر المركبة بأكملها يمكن أن تتجاوز 30 باونداً، مما يؤدي إلى وقف الاقتصاد في الوقود بصورة مباشرة.

دور كربون المطير - المزيد من الهيبي ثان رياليتي في مقاطع المجرى الرئيسي

وفي حين أن البلاستيك المدفوع بالكربونات المتحررة هو حجر رئيسي في السيارات السوبر ومركبات السيارات، فإن وجودها في مقطورة كبيرة مثل الهايجين RAV4 محدود للغاية، حيث أن ارتفاع تكاليف الميول والتجهيز، وطول فترات التصليح، ومحدودية القدرة على التصليح، قد جعلها خارج نطاقات أدوات عالية الجودة في تيوتا.

التحسينات الحقيقية في الأداء العالمي

اقتصاد الوقود وانبعاثاته

The RAV4 Hybrid’s official EPA‐estimated 40 mpg combined (41 city/38 highway) for the Hybrid AWD model places it among the most efficient compact SUVs without a charging port. That efficiency is a direct result of light weight engineering, a highcompression 2.5 —л-liter Atkinson —cycle motorbeld system evolved brigo

ويترجم انخفاض استهلاك الوقود مباشرة إلى انخفاض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون لكل ميل، وفي سوق تزداد حساسية لبصمات الكربون، يؤدي ارتفاع الوزن المنخفض للمركبات الهيدروفلورية RAV4 إلى انخفاض ملموس في ناتج غازات الدفيئة مقارنة بالمضاعفات المتداخلة ذات المواصفات العالية، بل إن مسألة المدخرات الصغيرة على نطاق الأسطول: فالأثر التراكمي للوزن الخفيف على ملايين من اليوتا تباع سنوياً يقاس في ميغاطنان المتفادي ثاني أكسيد الكربون.

التعجيل بمعالجة الديناميات

ويطور هذا الكم الهائل من الطاقة الهجينة ناتجاً إجمالياً من النظام يبلغ 219 حصاناً، وبوزن كبح يضعف العديد من المنافسين المتنافسين الذين يُشحنون بالطوابق، تشعر الهجينة من طراز RAV4 بالضعف الحقيقي، ويضع الاختبار المستقل نصف الوقت في منطقة السيارات الرياضية التي يتراوح وزنها بين 7.5 و7.8 ثوان، ولكن الكثير من أجل الارتقاء وتجاوز.

وعلى طريق الرياح، فإن حركة RAV4 هيائية تقل عن طولها 180 بوصة، وتخضع حركة الجسم للرقابة الجيدة، وتخضع توجيه الطاقة بمساعدة كهربائية لشعور أكثر طبيعية على منصة TNGA - تغذي تغذية مرتدة كافية، كما أن انخفاض الوزن غير المبرر من الأسلحة التي أوقفت عن العمل الألمنيوم يساعد أيضا على ركوب الجودة، مما يتيح للناقلين أن يتخلصوا من كوخ عالي.

How Light weight Materials Enhance Hybrid System Operation

إن نظام الدفع المختلط الذي وضعته شركة RAV4 مصمم بحيث يغلق بحرا بين الطاقة الكهربائية أو الطاقة الغازية أو مزيج من الاثنين، فسيارة أخف تعني أن الكهرباء التي توزع على مساحة ٨٨ كيلوواط في الأكسدة الأمامية - يمكن أن تعجل بالسيارة فوق طاقة البطارية وحدها لفترات أطول وبسرعات أعلى قبل أن يحتاج المحرك إلى التدخل، وهذا أمر ملحوظ بوجه خاص في حركة النقل في الضواحي حيث تعطل المحرك.

وبالإضافة إلى ذلك، فإن نظام التفاخر المتجدد يستفيد من الكتلة الدنيا، وعندما يتحول التباطؤ إلى الكهرباء، فإن الطاقة الحركية تتحول إلى كهرباء لتكرار البطارية، كما أن مركبة أخف تحمل طاقة حركية أقل من سرعة معينة، مما قد يبدو عكسياً، ولكن المكاسب الحقيقية تكمن في انخفاض المسافة إلى الارتفاع وارتداء البعوض، كما أن المكابح المتراكمة تُضخّم وزناً أكثر ترابطاً.

السلامة: لماذا لا يُعْدَلُ الضوءُ مِنْ مِنْ وكر

ومن المفاهيم الخاطئة المشتركة أن رسوب الرطل يضر حتماً بصلاحية التحطم، ففي الكتلة الهجينية من طراز RAV4، انخفضت الكتلة الجسمية - في حين تحسن الأداء الثابت والدينامي للصدمات، وحققت تيوتا ذلك من خلال مزيج من تعزيزات فولاذية عالية الجودة، ولفائف غير مجهزة بالليزر، وتوزع المواد على شكلين مترابطين دون الحاجة، وتوزع قوى ثقيلة هيكلية مشتركة

أما الجزء الثاني من نظام حماية السلامة في تيويتا، وهو 2-5 - بما في ذلك ما قبل الاصطدام، والمساعدة في تعقب المسارات، والتحكم في الرحلات الجوية التكييفية - الأخرى، فيخفف من مخاطر الحوادث، ولكن هيكل السلامة السلبي هو آخر خط دفاع، وتشرق فيه المواد الخفيفة ذات الوزن، وتزيد من وزن الفولاذ المتحرك من حيث التقلبات العالية.

التحديات في مجال التصنيع والنظر في التكاليف

وتُحدث المواد الخفيفة الوزن بالنسبة لجميع مزاياها تعقيدات على أرضية المصنع، وتتطلب الألومنيوم تقنيات منفصلة للحام والربط بالقياس إلى الفولاذ، ولذلك فإن تيوتا تُنشئ خلايا إنتاج مخصصة لمعالجة اللحام بالألومنيوم، والارتداد، والتطبيق المتصاعد في نفس خط التجمع، وتطالب درجات الصلب العالية الوطأة باستخدام أدوات دقيقة للتوليد قادرة على تحمل تكاليف أكثر من غيرها من المركبات.

إن تكاليف الإصلاح في السوق بعد السوق تمثل عقبة أخرى، فغالبا ما يحتاج غطاء الألمنيوم المكثف إلى استبدال كامل بدلا من مجرد العمل المعدني، وقد يتطلب السكك الحديدية ذات الإطار الفولاذي المتين إجراءات تقسيمية لا يزال العديد من محال الجسم المستقلة مجهزة للتعامل معها، ومع ذلك، فإن استخدام المركبات الكثيفة الكثيفة للألومنيوم يتكاثر، وأساليب الإصلاح، وعمليات المطالبة بالتأمين، يؤدي إلى التخفيف من حدة التركيز المختلط على طول العمر.

داخل الكوخ، يمكن أن يضخم البلاستيك والمركبات الخفيفة من البلاستيك والوزن الضوئي إذا لم يُلحَق بعناية، وقد قام مهندسو النيتروز (الإنذار، والهزاء، والقسوة) بتصدير هذا الأمر بإضافة مميتات صوتية مستعملة بالسائل والزجاج المجهول، الذي يضيفون أنفسهم كتلة أقل بكثير من جسم صلب تماماً، ويظهر العمل المتوازن بين التعبئة والارتداد والتحسس.

الجيل القادم من الوزن الخفيف

ومع تشديد أنظمة الانبعاثات على الصعيد العالمي، فإن الضغط على خفض وزن المركبات لن يكثف إلا، وتيوتا تستكشف بنشاط المواد الجيل القادم مثل لوحات الجسم المحتوية على راتنج، وأجهزة حرارية معززة بالكربون لاختيار أجزاء هيكلية، بل ومغنزيوم للعجلات التوجيهية وأطر المقاعد، وإعلان الشركة عن خلايا جديدة منصة للمركبات ثنائية الفينيل متعددة الكلور في المستقبل حيث تعمل البطاريات المصممة تحت سطح الماء كمجموعات.

كما يمكن لتكنولوجيات البطاريات ذات الصلصة، وهي أولوية أخرى من أولويات تيويتا، أن تتيح وفورات الوزن، ونظرا لأن البطاريات الصلبة تعد بكثافة طاقة أعلى، فإن تيويتا يمكن أن تتقلص الحزمة المادية أو أن تبقي نفس النطاق مع انخفاض مباشر في الوزن، وفي الوقت نفسه، فإن التحفيز المتطور والتوليد الصناعي للطوبولوجيا المسببة للارتداد يتيح للمهندسين إزالة الغرامات من كل معق أو تعزيزات دون أن يقترب من القدرة على التك(4).

ويشير محللو الصناعة الآلية، مثل المحللين في Automotive World]، إلى أن منحنى التكلفة مقابل المنافع بالنسبة للمواد الخفيفة الوزن أصبح الآن يميل إلى جانب أن أنظمة استيعاب الطاقة تتطلب هياكل أذكى، وفي هذه البيئة، فإن مزيج المواد الهجينة الحالي من RAV4 هو على الأرجح استعراض لما سيتحول إليه هذا العقد.

خاتمة

وتثبت شركة تويوتا RAV4 أن مواد الوزن الخفيف ليست مسعى مبتدئ بل عنصر أساسي في التصميم الآلي الحديث، ومن خلال التطبيق المدروس للفولاذات ذات الكثافة العالية، والألومنيوم، واللدائن المتقدمة على منصة TNGA -K، أنشأت شركة تويوتا مركبة فوق وزنها في اقتصاد الوقود، مما أدى إلى تحطم ديناميات، وسلامة.

وفي حين أن التحديات المتعلقة بتكلفة التصنيع وقابلية الإصلاح لا تزال قائمة، فإنها تتغلب على طريق المقياس والابتكار المستمر، وبالنسبة للمستهلكين، فإن الهجين من طراز RAV4 يمثل مثالاً مقنعاً على الكيفية التي يمكن بها لاستراتيجية خفض الوزن المدارة بعناية أن تجعل من الهجين أكثر من مجموع مكوناتها ذات الكفاءة والعملية والتمتع الحقيقي بالتحرك، ومع تطور الصناعة نحو الكهربة والمعايير البيئية الأقوى، فإن هندسة ذات الوزن الزرق ستظل في قلب كل شيء.