حقایقی در مورد تایر خودروها

فراتر از پوسته سیاه و گرد تایرها، راز و رمزهای زیادی نهفته است. همزمان با رشد مدل‌های مختلف خودرو، تایرها نیز به همین سرعت پیشرفت کرده‌اند و همیشه نکته‌ای جدید در موردشان وجود خواهد داشت. در ادامه، سعی داریم آخرین تکنولوژی‌ها‌ در این زمینه را بررسی کنیم و به برخی حقایق مهندسی گفته نشده در مورد تایرها بپردازیم.

بازگشت تایرهای نازک، بلندتر و باریک‌تر نسبت به تایرهای معمولی
ب‌ام‌و i3 الکتریکی/ پلاگین هیبرید برای رسیدن به یک دامنه مسافت رانندگی قابل‌قبول بر کمترین مقاومت غلتشی تکیه دارد و بنابراین از مدل‌های پیش‌رو در این زمینه است. تایرهای بریجستون اکوپیا EP500 دارای نسبت ابعاد بین ۵۵ تا ۷۰ هستند تا بتوانند هر چه بیشتر از مقدار تلفات انرژی ناشی از چرخش تایر به طرف جلو بکاهند. این فرم همچنین باعث کاهش سطح جلوی خودرو و در نتیجه نیروی دراگ آئرودینامیک می‌شود. در همین حال، بریجستون برای جبران اثر ابعاد کوچکتر تایرها در جریان هوا و پایداری خودرو بر روی جاده، از فشار باد بالاتر استفاده کرده است تا شرایط مناسبی برای شتاب، ترمز و کشش در پیچ‌ها ایجاد گردد.

اگر فکر می‌کنید ب‌ام‌و i3 به تنهایی چنین کار نامتعارفی را انجام داده، پس حتماً‌ شورولت کوروت، نماد عملکرد خودروهای امریکایی را فراموش کرده‌اید. کوروت استینگری مجهز به پکیج Z51 از تایرهای ۲۴۵/۳۵ZR-19 در جلو و ۲۸۵/۳۰ZR-20 در عقب استفاده می‌کند. همچنین نسل قبلی این خودرو، یعنی کوروت گرند اسپورت نسل C6 نیز مجهز به تایرهای سایز ۲۷۵/۳۵ZR-18 و ۳۲۵/۳۰ZR-19، به ترتیب در جلو و عقب بوده است. کوروت جدید از تایرهایی استفاده می‌کند که نازک‌تر و بلندتر هستند و در همین حال، عملکرد چسبندگی جانبی و ترمز را بهبود بخشیده‌اند. همانند i3، در اینجا نیز اثر مثبتی بر مقاومت غلتشی و دراگ آئرودینامیک ایجاد شده است، ولی در کوروت، بیشترین اثر مثبت مربوط به تنظیم فضای داخلی است. تایرهای عریض موجب حجم بیشتر المان‌های مکانیکی و انقباض فضای سرنشینان می‌شوند. تایرهای نازک‌تر بر روی مصرف بهینه سوخت نیز تأثیرگذار هستند؛ بنابراین در آینده حتماً از این نوع تایرها بیشتر در خودروسازان مختلف خواهیم دید.

از یک دیدگاه کاملاً‌ تئوریک، اگر فقط عرض یک تایر افزایش یابد، هیچ‌گونه تأثیری بر بهبود شتاب یا کشش ترمز نخواهد گذاشت.
یک تایر عریض، حتماً یک سطح تماس کوتاهتر با جاده خواهد داشت؛ چیزی که در هنگام نیاز به حداکثر چسبندگی طولی، اصلاً مناسب نیست. جیمی مک‌نات (Jamie McNutt)، مدیر «توسعه جایگزینی تایرها» در «بریجستون امریکاز» اشاره کرده است که سطح تماس طولانی‌تر و نه عریض‌تر، کمک بیشتری به رسیدن به حداکثر چسبندگی در هنگام ترمز می‌کند.

مشکل اصلی در این تئوری این است که تنها در یک شبیه‌سازی آزمایشگاهی می‌توانید تنها یک متغیر را دست‌کاری کنید. این در حالی است که در دنیای واقعی، تفاوت در یکی از جزئیات موجب تغییرات در متغیرهای دیگر می‌شود. به عنوان مثال، عریض‌تر کردن یک تایر با حفظ نسبت ابعاد می‌تواند موجب ایجاد دیواره تایر بلندتر شود.

عرض بیشتر تایرها می‌تواند موجب افزایش چسبندگی در پیچ‌ها شود.
البته باز هم باید در اینجا اشاره کرده که مهندسان تایرها همیشه با متغیرهای زیادی سر و کار دارند. به عنوان مثال، همان‌طور که در قبل نیز اشاره شد، کوروت مدرن از تایرهای نازک‌تر نسبت به مدل قبلی استفاده می‌کند، ولی در همین حال میزان چسبندگی جانبی را با استفاده از یک ترکیب چسبنده‌تر بالا برده است. به منظور افزایش کشش در تمام جهات، مهندسان توسعه تایرها به دنبال یک توزیع فشار یکنواخت در سطح تماس هستند.

تولید الکتریسیته ساکن از جمله نگرانی‌های قدیمی در این زمینه است که دوباره تایرهای امروزی را تهدید می‌کند.
وقتی یک وسیله نقلیه به شکلی مناسب با زمین تماس نداشته باشد، در هنگام سوخت‌گیری و همین‌طور خروج سرنشینان از داخل آن، با مشکلاتی همراه خواهد بود. ترکیبات تایرهای مدرن رسانایی کمتری پیدا کرده‌اند و این موضوع به این دلیل است که سازندگان با کاهش کربن سیاه در ترکیبات لاستیک، به دنبال کاهش وزن و مقاومت غلتشی هستند.

راه‌حل این مشکل در به‌کارگیری ابزاری است که مهندسان تایر به آن «نوار اتصال زمین» می‌گویند. می‌توان از یک خط آنتن طراحی‌شده در تایر استفاده کرد. در این حالت، در محور مرکزی تایر، یک نوار نازک پیوسته از لاستیکی به کار برده می‌شود که ترکیبی مهندسی‌شده برای انتقال الکتریسیته بین تایرها و سطح جاده را در خود دارد. این طراحی نوار اتصال زمین را به‌خوبی می‌توان در تایرهای موتورسیکلت‌های جدید مشاهده کرد.

تولیدکنندگان تایر به این زودی‌ها انتظار ندارند که استفاده از تایر زاپاس منسوخ شود.
با اینکه امدادهای جاده‌ای گسترش پیدا کرده‌اند و همچنین وجود مواردی چون کیت‌های پمپ باد و تایرهایی که می‌توانند به صورت تخت حرکت کنند، ولی در هر صورت، هیچ‌چیز مانند داشتن یک تایر پنجم نمی‌شود. «مک‌نات» از بریجستون در این زمینه می‌گوید:

بسیاری از مشتریان برای آرامش خاطر خود، یک تایر زاپاس درخواست می‌کنند؛ حتی اگر هیچ‌گاه در جاده چنین تعویضی را انجام ندهند.

مشابه کاری که فورد برای مدل موستانگ انجام داده، احتمالاً در آینده خودروسازان بیشتری را خواهیم دید که تایرهای زاپاس را به صورت یک آپشن ارائه کنند. برای خودروسازان این رویکرد باعث صرفه‌جویی در هزینه‌ها و کاهش وزن وسایل نقلیه‌ای است که می‌خواهند آنها در زمینه مصرف سوخت و تولید آلودگی آزمایش کنند. برای مشتریان نیز فرصتی فراهم می‌شود تا خودروی خود را دقیقاً با امکانات مورد دلخواه خود مجهّز کنند. مهمتر از همه اینکه صاحب خودرو در ابتدای خرید آن از داشتن تایر زاپاس آگاهی خواهد داشت و در هنگام اولین پنچری غافلگیر نخواهد شد.

یک تایر ران-فلت پس از از دست دادن فشارش می توان تا بیش از ۱۶۰ کیلومتر مسافت را طی کند.
تولیدکنندگان تایر معمولاً اعلام می‌کنند که تایرهای ران-فلت می‌توانند ۸۰ کیلومتر را با سرعت ۸۰ کیلومتر بر ساعت حرکت کنند. ولی اگر سرعت کمتری داشته باشید، می‌تواند این مسافت را افزایش دهید. لی ویلارد (Lee Willard) که یک مهندس توسعه محصولات در میشلن است، معتقد است که اگر سرعت را به ۶۵ کیلومتر بر ساعت کاهش دهید، می‌توانید مسافت را به دو برابر برسانید. اگر همین‌طور سرعت را کاهش دهید، دامنه مسافتی که می‌توانید طی کنید افزایش خواهد یافت. این موضوع کاملاً به مقدار گرمای تولید شده در تایر بستگی خواهد داشت. «ویلارد» در این زمینه اضافه می‌کند:

این وضعیت شبیه پیچاندن یک گیره کاغذ است؛ اگر آن را به سرعت پیچ دهید، می‌شکند. ولی اگر به آرامی آن را خم کنید، زمان بیشتری دوام خواهد آورد.

همانند خودروسازان، تایرسازان نیز سخت در تلاشند تا وزن محصولاتشان را کاهش دهند.
بریجستون به منظور کاهش وزن تایرهای جدید با مقاومت غلتشی پایین خود با عنوان «اکوپیا EP422 پلاس» از یک فرمولاسیون جدید برای فولاد تقویتی تایرها استفاده کرده است. در اینجا، هدف کاهش میزان فولاد تقویتی بوده که در نهایت بدون از دست رفتن قابلیت‌های موردنیاز برای مقابله با شرایط محیطی مختلفی مانند چاله‌ها، شکستگی‌های سطح جاده و دیگر مشکلات مسیرها، موجب کاهش وزن تایر شده است. در میشلن، مهندسان بیشتر تمرکزشان را بر روی کاستن از وزن لایه رویه تایر یا آج‌ها گذاشته‌اند؛ موضوعی که تأثیر بسیار زیادی نیز بر روی کاهش اینرسی تایر و چرخ خواهد داشت. یکی از رویکردها در این زمینه استفاده از عمق کمتر آج‌ها در کنار کاربرد ترکیبات با دوام بالا برای حفظ طول عمر تایر است.

روزهایی که چند کمپانی ساخت تایر برای رسیدن به برنامه یک مدل خودروی خاص رقابت داشتند، گذشته و جای خود را به یک فرآیند سطح بالاتر داده است.
خودروسازان در حال حاضر به شرکت‌هایی اطمینان می‌کنند که امتحان خود را به‌خوبی پس داده‌ باشد و از قبل رابطه خوبی با آنها شکل گرفته است. انتخاب تایرها با لیستی که توسط خودروساز ارائه می‌شود، شروع می‌گردد و معمولاً با چالش‌هایی در زمینه طراحی و عملکرد همراه است. سپس هر کدام از تولید‌کنندگان تایر، ارزیابی‌های خود را از امکان دست‌یابی به این اهداف ارائه می‌کنند و خودروساز بر اساس این اطلاعات نتیجه‌گیری می‌کند. در مرحله بعدی، تایرهای آزمایشی ساخته می‌شوند و تحت تست‌های داخلی شدید قرار می‌گیرند. در طول این فرآیند، بازخوردهای تیم مهندسی شاسی موجب بهبود طراحی تایر شده تا اهداف خودروساز در زمینه سواری، هندلینگ و میزان نویز محقق گردند. البته رابطه نزدیکتر بین کمپانی‌های خودرو و تایر به این معنی نیست که این روند، راحت‌تر از قبل شده است. به عنوان نمونه، درنظر بگیرید که میشلن برای توسعه تایرهای «پایلوت سوپر اسپورت» برای ب‌ام‌و M3 و M4، در طول دوره‌ای بیش از ۱۹ ماه، تعداد ۳۸۸۴ نمونه اولیه تولید کرده است.

در یک تایر معمولی، بیش از ۲۰۰ ماده مختلف به کار رفته است.
شاید در مورد نوارهای فولادی و لایه‌های شبیه به «کولار» شنیده باشید و احتمالاً هم بدانید که لایه آج‌ها نیز از جنس لاستیک است. ولی آیا می‌دانستید که لاستیک به‌تنهایی دارای برخی فلزات مانند کبالت و تیتانیوم در خود است تا بتواند به خمش ماده ترکیبی تایر با نوارهای فولادی کمک کند؟ همچنین یوکوهاما از روغن مرکبات (citrus oil) در برخی از تایرها به منظور کنترل ویسکوزیته آج‌ها در درجه حرارت‌های مختلف استفاده می‌کند.

یکی از شرکت‌های نوظهور در این صنعت از ماده سیلان (سیلیکون هیدرید) به عنوان یک رابطه بهینه بین سیلیس غیر ارگانیک و پلیمرهای ارگانیک معمولی در آج تایرها استفاده می‌کند. در این حالت، سیلیس غیر ارگانیک برای تأثیر بر کشش در مسیر‌های خیس و برفی به کار برده می‌شود. سیلیکا در حدود ۱۵ سال قبل تبدیل به ماده‌ای محبوب برای بهبود چسبندگی در هوای سرد و نمناک شد و این زمانی بود که محبوبیت تایرهای تمام‌فصل افزایش یافت. خوشبختانه، سیلیکا ماده‌ای که نقش زیادی در کاهش مقاومت غلتشی دارد. در حال حاضر، مطالعات زیادی بر وی مواد سیلانی انجام می‌شود و نتایج آنها را در عملکرد تایرهای آینده خواهیم دید.

خودروهای بدون‌راننده مسیر را برای تایرهای بدون‌باد هموار خواهند کرد.
برخی تایرهای آزمایشی بدون‌باد که تایر و چرخ را در یک قالب ترکیبی ارائه می‌کنند، از سوی برخی از کمپانی‌ها آزمایش شده است؛ از جمله تایرهای «توویل» از میشلن. این تایرها در حال حاضر در مرحله تولید برای ابزارهای صنعتی با سرعت پایین و کاربردهای خاص خارج از جاده قرار دارند. همچنین میشلن از تایرهای بدون‌باد در کارت‌های گلف در محدوده شرکت خودش استفاده می‌کند. «ویلارد» پیش‌بینی می‌کند که اگر این تکنولوژی روزی بخواهد به حوزه اتومبیل‌ها وارد شود، باید در یک وسیله نقلیه خاص و با سقف سرعت پایین استفاده گردد. خودرویی مانند مدل بدون‌راننده گوگل که به فضاهای شلوغ شهری محدود باشد و به عنوان یک سرویس تاکسی عمل کند، می تواند گزینه‌ای مناسب برای استفاده از چنین تایرهایی باشد.