توسعه خودروهای الکتریکی و هیبریدی در صنعت خودرویی

توسعه خودروهای الکتریکی و هیبریدی
توسعه و ارتقاء فناوریهای موجود در حوزه قوای محرکه و خودرو باتوجه به سطح فناوری و هزینه مورد نیاز، در اولویت بالاتری نسبت به الکتریکی کردن خودروها قرار دارند. اما نباید از نظر دور داشت که میزان اثربخشی این فناوری محدود بوده و جهت دستیابی به اهداف بلند مدت در کاهش مصرف سوخت و آلاینده CO2 ناگزیر به استفاده از فناوریهای الکتریکی خواهیم بود.

پیاده سازی سیستم خاموش-روشن خودکار (Stop-Start):
در رانندگی شهری، موتور خودروها به طور متوسط در 35% زمان در حالت درجا (idle) کار می کند و با خاموش کردن موتور در زمانهایی که به آن نیاز نیست می توان به کاهش مصرف سوخت کمک کرد. سیستم خاموش-روشن خودکار (STST) به سیستمی اطلاق می شود که در آن با تشخیص وضعیت خودرو در حالتی که نیاز به کارکرد موتور احتراقی نیست، مانند توقف کامل پشت چراغ قرمز (نسل اول این سیستم) و یا در حالت کاهش سرعت به سمت توقف کامل (نسل پیشرفته)، موتور را خاموش کرده و سپس به محض اطلاع از قصد راننده جهت حرکت، موتور را روشن می کند. لازم به ذکر است این سیستم قابلیت کاهش 10% مصرف سوخت در ترافیکهای شهری را دارد.

توسعه خودروهای هیبریدی (هیبرید مایلد، فول، پلاگ-این...)
خودروهای مجهز به موتور احتراقی عملکرد بالا، پیمایش مناسب، هزینه قابل قبول و وزن متناسبی دارند با این حال مصرف کننده سوختهای فسیلی و تولید کننده آلایندگی و گازهای گلخانه ای می باشند. در طرف دیگر خودروهای الکتریکی فاقد مصرف سوخت و آلایندگی (در محل استفاده) بوده اما پیمایش کم داشته و قابلیتهای عملکردی چندان مطلوبی ندارند به علاوه اینکه هزینه اولیه بسیار بالاتری نسبت به خودروهای متداول بنزینی دارند. در این میان طراحان خودرو و قوای محرکه همواره به دنبال ساخت خودرویی بوده اند که با کمترین آلایندگی و مصرف سوخت، پیمایش و قابلیتهای عملکردی و هزینه مقبولی نیز داشته باشد. خودروهای هیبرید-الکتریکی پاسخ طراحان به نیاز صنعت خودروسازی بوده است. این خودروها از دو منبع (عموما الکتریکی و احتراقی) جهت تامین نیروی پیشرانش خودرو استفاده می‌کنند. خودروهای هیبریدی از سال 1997 میلادی با ورود تویوتا پریوس (Prius) و سپس در سال 1999 با هوندا اینسایت (Insight)، به مرحله تجاری وارد شده و در ادامه شرکت های بسیاری به عرضه نمونه های هیبریدی خود مبادرت ورزیده اند.

خودروهای هیبرید الکتریکی با توجه به ظرفیت باتری و توان موتور الکتریکی بکار رفته در آنها، در مدلهای مختلف همچون میکروهیبرید (Micro Hybrid)، هیبرید ملایم (Mild Hybrid) و یا هیبرید کامل (Full Hybrid) عرضه می شوند که با توجه به افزایش توان موتور الکتریکی، قابلیتهای حرکت خودرو به صورت تمام الکتریکی نیز افزایش یافته به همین نسبت قیمت خودرو، پیچیدگیهای تکنولوژی ساخت و بهبود مصرف سوخت نیز افزایش می یابد.

در صورتیکه خودروهای هیبریدی قابلیت شارژ باتری از خارج خودرو را نیز داشته باشند به آنها هیبرید دوشاخه ای (Plug-in Hybrid) گفته می شود. این طرح از خودروی هیبریدی معمولا مصرف سوخت کمتر، پیمایش الکتریکی بیشتر و قیمت بالاتری نسبت به نمونه های بدون دوشاخه آن دارند.

توسعه خودروهای الکتریکی (BEV, Range-Extended EV)
خودروهای الکتریکی همان طور که از نامشان پیداست از انرژی الکتریکی جهت تولید نیروی پیشران خود استفاده می‌کنند. این انرژی الکتریکی عموما از باتریهای با ظرفیت ذخیره سازی بالا (لیتیومی، ) استخراج شده و در موتور الکتریکی به انرژی مکانیکی تبدیل می شود. پس از تخلیه باتری نیاز است باتری ها توسط برق شبکه خارجی شارژ گردند. خودروهای الکتریکی به دلیل عدم تولید آلایندگی در محل کاربرد (چرخه تولید آلایندگی از چاه تا چرخ در اینجا مدنظر نیست) به عنوان گزینه بسیار مناسبی جهت بهبود کیفیت هوای شهرها به ویژه در مناطق پرتردد و مرکزی شهرها مطرح می باشند. اما از آنجاییکه میزان مسافت پیموده شده با این خودروها و همچنین قابلیت های رانندگی آنها به شدت به نوع و ظرفیت باتری و موتور الکتریکی به کار رفته در آنها بستگی دارد، توسعه و فراگیری آنها به توسعه تکنولوژی باتریها و موتورها وابسته است. با این حال پیش بینی می شود در دهه های آینده خودروهای الکتریکی سهم قابل ملاحظه ای از بازار خودروی جهان را در اختیار بگیرند.

فناوری پیل سوختی (Fuel Cell)
خودروهای مجهز به پیل سوختی نسل آینده خودروهای الکتریکی می‌باشند که در آن از انرژی حاصل از واکنش شیمیایی میان هیدروژن و اکسیژن، بخارات آب و الکتریسیته حاصل می‌گردد و در نهایت این الکتریسیته در موتور الکتریکی صرف رانش خودرو می گردد. اخیرا شرکت هیوندای کره جنوبی اولین خودروی مجهز به پیل سوختی خود با مدل توسان را تجاری و روانه بازار آمریکا کرده است.

راحتی سرنشین و امکانات جانبی
امروزه تنوع محصولات و تمایز آنها نسبت به رقبا برگ برنده هر شرکت خودروسازی موفق در بازار رقابتی است. خودروسازان موفق در محصولات خود اثری بر جا می گذارند که استفاده از خودروی آنها را برای مشتریان مبدل به یک تجربه منحصر به فرد می کند. حوزه راحتی سرنشینان وامکانات جانبی تأثیر بسزایی در تحقق این مهم دارد. این اثر بخشی در رقابت پذیری خودرو و ارتقا سطح رضایت مندی مشتریان و در نتیجه وفاداری آنها مشهود است. از دیگر سو فناوری های این حوزه با کاستن از میزان خستگی راننده و افزایش سطح تمرکز وی، مکمل تلاش ها در راه تحقق هدف "رانندگی ایمن" هستند. همچنین استفاده از این قابلیت ها ارزش افزوده بسزایی برای خودرو ایجاد می کند چرا که توسعه این سیستم ها غالبا در حوزه نرم افزار اتفاق می افتد. این حوزه به چند زیر بخش تقسیم شده است که مهم ترین آنها خودرو دارای ارتباط، آسودگی رانندگی، ارگونومی، تهویه مطبوع، ظاهر خارجی خودرو و در نهایت ظاهر داخلی خودرو می باشند.

3.1 فناوری خودرو های دارای ارتباط
امروزه خودروهای تولید شده مجهز به سیستم هایی نظیر تلماتیک، ناوبری، چندرسانه ای و سرگرمی-اطلاعاتی می باشند که به آنها خودرو دارای ارتباط (connected car) نیز اطلاق می شود. برخی از قابلیت های این سیستم مدیریت ارتباط با مشتریان، عیب یابی، هماهنگی تعمیرات و مدیریت سلامت خودرو، ردگیری خودروی دزیده شده، تشخیص علل تصادفات توسط خودرو ساز و مبارزه با نصب کالای غیر اصلی می باشد. علاوه بر این موارد، دهها قابلیت دیگر نیز وجود دارند که توسط این سیستم قابل اجرا می باشند. بر طبق برآوردهای انجام شده تا سال 2020 تقریبا نود درصد خودروهای تولید شده در سرتاسر دنیا دارای ارتباط خواهند بود.
3.2 سیستم های کمک پارک
حوزه دیگر آسودگی رانندگی است که معطوف به تعبیه سیستم هایی در خودرو است که بتوانند بخشی از وظایف اصلی راننده را بر عهده بگیرند. از میان این فناوری ها، سیستم کمک پارک در حوزه راحتی سرنشینان مورد بررسی قرار گرفته است. از جمله قابلیت های این سیستم، کمک به پارک خودرو با نصب دوربین در جلو و عقب خودرو، پارک موازی و عمودی نیمه خودکار و تمام خودکار، تشخیص جای پارک مناسب و موارد متعدد دیگر است. طبق پیش بینی ها تا سال 2018قریب به 88% از خودروهای تولید شده در بازار انگلستان مجهز به سطح بالایی از این سیستم ها خواهند بود. بازار سایر کشورها مانند چین با اندکی تاخیر وضعیت مشابهی دارند.

3.2.1 سیستم کمک پارک عقب (Backing Aid)
زیرساخت های این سیستم در حال حاضر در خودروها موجود است. این سیستم از ترکیب دوربین دید عقب و مانیتور درون خودرو بهره می برد. نکته اینجاست که می توان با توسعه نرم افزار بر مبنای پردازش تصاویر و تلفیق داده های سنسوری اطلاعاتی درباره اشیا موجود در عقب خودرو، راهنمایی لازم برای مسیر پارک خودرو را به راننده ارائه کرد.

3.2.2 سیستم کمک پارک جلو به صورت فراصوتی
این سیستم از سنسورهایی مشابه سنسور دنده عقب استفاده کرده که در محل سپر جلوی خودرو دو عدد یا در خودروی بزرگ تر در نسخه تمام امکانات چهار عدد نصب می شود.

3.2.3 سیستم کمک پارک جلو به صورت تصویری و فراصوتی
در زمانی که به دلایل ایمنی، دوربینی در جلوی خودرو برای اجرای قابلیت هایی مانند اخطار تعویض خط نصب شود. تصویر این دوربین در نمایشگر درون خودرو نمایش داده می شود که می تواند اطلاعاتی را به افزونه به تصویر اضافه کند که راننده را راهنمایی کند.

3.2.4 سیستم پارک نیمه خودکار تنها فرمان دهی (Semi automated parking-steering only)
این قابلیت در خودروهای مجهز به سیستم فرمان برقی قابل اجراست. عملکرد آن به این صورت است که مسیر مناسب برای پارک خودرو با استفاده از پردازش داده های سنسورهای فراصوتی استخراج شده و راننده تنها مسئولیت گاز و ترمز را داراست. البته این سیستم می تواند داده های پردازش شده دوربین عقب را نیز در برنامه ریزی حرکت خود لحاظ کند.

3.2.5 سیستم شناسایی محل مناسب پارک خودرو
این سیستم می تواند به درخواست راننده و یا با حرکت خودرو با سرعتی کمتر از یک میزان از پیش تعیین شده فعال شده و با استفاده از دو عدد از سنسورهای فراصوتی برد بلند نصب شده در یک سمت و با استفاده از اطلاعات سنسورهای خودرو، فضای مناسب برای پارک را انتخاب کند و مقدمات را برای اجرای سایر الگوریتم ها فراهم کند.

3.2.6 سیستم پارک تمام خودکار
این سیستم تمام مراحل پارک خودرو و دستور دادن به گاز، ترمز و فرمان را بر عهده می گیرد ولی همچنان نیازمند حضور راننده به عنوان ناظر و پایشگر مسیر می باشد. حالت ساده تر شده این سیستم، سیستم پارک نیمه خودکار (Semi automated parking-steering only) می باشد. که ترتیب زمانی اجرای آنها نیز به همین صورت است.

3.2.7 سیستم کمک به مانورهای کم سرعت
این سیستم با نام Maneuvering Assist نیز خوانده می شود. این سیستم وظیفه هدایت راننده را در طی مانورهای کم سرعت بر عهده دارد. در ساده ترین حالت خود اخطار صادر خواهد کرد و در حالات پیچیده تر کنترل خودرو را بر عهده خواهد گرفت. این سیستم در محیط های شلوغ و پر پیچ و خم مانند ورودی پارکینگ آپارتمان ها و پارکینگ های عمومی و سایر نقاط مشابه بسیار موثر خواهد بود.

3.2.8 سیستم کمک به خروج از پارک
سیستم های کمک پارک عموما متمرکز بر ورود به فضای پارک هستند در صورتی که در فضاهای باریک و محیط های شهری خروج از پارکینگ عملیاتی پیچیده تر از ورود به آن است. این سیستم بر مبنای مفهوم سیستم کمک به مانورهای کم سرعت استخراج خواهد شد و وظیفه خروج خودرو از پارک را بر عهده خواهد داشت. تمامی سنسورهای مورد استفاده در سایر موارد مورد استفاده قرار می گیرند و در صورت امکان مسیر ورود خودرو به پارک نیز ذخیره خواهد شد.

3.3 نمایشگر واقعیت افزوده (Head-Up Display- HUD)
سیستم HUD برای ایجاد تمرکز بیشتر در حین رانندگی اطلاعات مورد نیاز راننده را به صورت افزوده بر روی شیشه جلوی راننده نمایش می‏دهد. این سیستم از طریق یک ویدیو پروژکتور تعبیه شده در پشت داشبورد اطلاعاتی نظیر سرعت، موقعیت یابی مسیر، تابلوهای محدودیت، اطلاعات تماس گیرنده گوشی همراه، نمایشگرهای هشدار دهنده سیستم های کمک به راننده (ADAS) و غیره را بر روی یک صفحه نیمه شفاف یا شیشه خودرو (با جنس مخصوص) می تاباند. راننده می تواند در حین رانندگی بدون اینکه توجه اش را از نگاه کردن به روبرو از دست بدهد به این اطلاعات دسترسی پیدا کند. از اینرو، این سیستم نقش بسزایی در پیشگری از حوادث ناشی از عدم توجه به روبرو ایفا می کند.

3.4 سیستم های ارگونومی(Vehicle Ergonomics)
امروزه ملاحظات مربوط به ارگونومی خودرو بخش مهمی از طراحی خودرو را تحت الشعاع قرار می دهد. تأثیر این سیستم در میزان خستگی راننده و در نتیجه ایمنی رانندگی غیر قابل اجتناب است. از دیگر سو، فناوری های پیشرفته در این حوزه با توجه به اثر گذاری بالا، تأثیر بسزایی در محبوبیت خودروهای تولید شده امروزی دارند. به طوریکه مشاهده می شود که خودروهایی که در بعضی موارد از استانداردهای روز دنیا عقب هستند، صرفا با استفاده از اینگونه فناوری ها با اقبال عمومی زیادی مواجه می شوند. تکنولوژی های متعددی در این زمینه بکار می روند. از آن جمله می توان به تکنولوژی تنظیم برقی صندلی با حافظه اشاره کرد. در این حالت راننده صندلی ها را در حالت مطلوب خود تنظیم کرده و سیستم این موقعیت مطلوب را ذخیره می کند.

3.5 سیستم های تهویه مطبوع(HVAC)
این سیستم ها تأثیر به سزایی در افزایش میزان راحتی و لذت رانندگی و از سویی دیگر کاهش میزان خستگی راننده دارند. به طوریکه در مرجع معرفی فناوری های شرکت بی ام دبلیو، سیستم صندلی خنک شونده راننده را دارای تأثیر بسیار زیاد بر میزان خستگی راننده و در نتیجه ایمنی خودرو دانسته است.

نکته مهم در باب اینگونه سیستم ها اینست که هر کدام از این سیستم های راحتی مانند ارگونومی و تهویه مطبوع و غیره علاوه بر تأثیر گذاری مستقیم خود، تأثیر چشمگیری بر رقابت پذیری خودرو دارند. نظر به افزایش هزینه ای که بکارگیری این فناوری ها به خودرو اعمال می کند، خودرو سازان در جهت یافتن راهی برای تسهیل پذیرش این افزایش هزینه در دیدگاه مشتریان، به راه حل بیان هدف از نصب اینگونه سیستم ها رسیده اند. برای نمونه شرکت نیسان سیستم ارگونومی را مفهوم Well-being concept معرفی کرده است و بیان کرده که این سیستم مستوجب تسهیل گردش خون در جسم راننده می شود. با بکارگیری این تاکتیک هم برای این هزینه کرد افزوده یک هدف تعیین کرده و هم مشتری را به مفهوم خود یعنی Well-being Concept عادت داده که افزاینده وفاداری مشتریان خواهد بود.

زیر ساخت های برق و الکترونیک خودرو
با توجه به تعداد قابل ملاحظه واحدهای کنترلی در پلتفرم های آینده گروه خودروسازی سایپا، نیاز مبرم به یک بستر الکترونیکی مطمئن جهت تبادل اطلاعات بین این واحدها کاملا وجود دارد. بکارگیری شبکه های خودروئی نظیر CAN علاوه بر برآوردن این نیاز، قابلیت ها و ابزار مضاعفی را در اختیار خودروساز قرار خواهد داد. شرکت سایپا به عنوان یک خودروساز با چشم انداز بین المللی در حال توسعه زیرساخت های لازم برق و الکترونیک برای محصولات آتی است تا بستر لازم جهت بکارگیری انواع سیستم های پیشرفته در خودروهای آینده را ایجاد نماید.