دسته موتور فعال چیست؟ بررسی ساختار، کاربرد، مزایا و معایب

در صنعت خودروسازی مدرن، کنترل ارتعاشات، صدا و لرزش (NVH: Noise, Vibration, Harshness) به یکی از مهم‌ترین شاخص‌های کیفیت و رفاه سرنشینان تبدیل شده است. با افزایش توان موتورهای درون‌سوز، کوچک‌سازی موتورها، استفاده از توربوشارژرها و همچنین توسعه خودروهای هیبریدی، مهندسان با چالش‌های جدیدی در زمینه انتقال لرزش و ضربه به بدنه خودرو روبه‌رو شده‌اند.

در این میان دسته موتور فعال Active Engine Mount به‌عنوان یکی از فناوری‌های پیشرفته، نقشی کلیدی در کاهش لرزش‌های ناخواسته و بهبود تجربه رانندگی ایفا می‌کند. این فناوری که ریشه در تحقیقات مهندسی خودروهای لوکس و هوافضا دارد، امروز به‌تدریج راه خود را به خودروهای نیمه لوکس و حتی برخی مدل‌های اقتصادی باز کرده است.

دسته موتور قطعه‌ای است که موتور و گیربکس را به شاسی یا بدنه خودرو متصل می‌کند. وظیفه اصلی آن، نگه ‌داشتن موتور در موقعیت صحیح، جذب ارتعاشات ناشی از احتراق و جلوگیری از انتقال ضربه‌ها به اتاق خودرو است. در خودروهای قدیمی، دسته موتورهای ساده فلزی یا لاستیکی استفاده می‌شد که تنها نقش مکانیکی داشتند. با پیشرفت فناوری، دسته موتورهای هیدرولیکی معرفی شدند که توانایی بیشتری در جذب لرزش داشتند؛ اما با افزایش پیچیدگی موتورهای امروزی، این راهکارها نیز کافی نبودند و نیاز به سامانه‌ای هوشمندتر احساس شد؛ نتیجه این نیاز، تولد دسته موتور فعال بود.

دسته موتور فعال نوعی پایه نگه‌دارنده موتور است که علاوه بر اجزای مکانیکی و الاستیکی، به سیستم‌های کنترلی الکترونیکی مجهز شده است. این نوع دسته موتور می‌تواند به‌صورت لحظه‌ای و هوشمند، میزان سختی و رفتار دینامیکی خود را تغییر دهد تا لرزش‌های موتور را خنثی یا تضعیف کند. برخلاف دسته موتورهای غیرفعال که تنها به خواص فیزیکی لاستیک یا سیال هیدرولیکی متکی هستند، دسته موتور فعال با دریافت اطلاعات از سنسورها و ارسال فرمان به عملگرها، به‌طور فعال در کاهش ارتعاش نقش دارد.

یک دسته موتور فعال معمولاً از اجزای زیر تشکیل شده است:

بدنه مکانیکی و لاستیکی: بخش اصلی که وظیفه تحمل وزن موتور و اتصال به شاسی را بر عهده دارد.

سیال هیدرولیکی یا الاستومر خاص: برای جذب اولیه ارتعاشات با فرکانس پایین.

عملگر: این بخش می‌تواند الکترومغناطیسی، پیزوالکتریک یا هیدرولیکی باشد و نیروی کنترلی ایجاد می‌کند.

سنسورها: شامل سنسورهای لرزش، شتاب و دور موتور که اطلاعات لحظه‌ای را جمع‌آوری می‌کنند.

واحد کنترل الکترونیکی ECU: مغز سیستم که داده‌ها را تحلیل کرده و فرمان مناسب را به عملگر ارسال می‌کند.

عملکرد دسته موتور فعال بر پایه اصل کنترل فعال ارتعاش است. هنگامی که موتور خودرو در دورهای مختلف کار می‌کند، ارتعاشاتی با فرکانس و دامنه متفاوت تولید می‌شود. سنسورها این ارتعاشات را شناسایی کرده و اطلاعات را به ECU ارسال می‌کنند. واحد کنترل با استفاده از الگوریتم‌های کنترلی پیشرفته، سیگنال‌هایی را به عملگر می‌فرستد تا نیرویی معکوس با فاز مناسب ایجاد شود. این نیروی معکوس باعث می‌شود ارتعاشات تا حد زیادی خنثی شده و انتقال آن‌ها به بدنه کاهش یابد. نتیجه این فرآیند، کاهش محسوس لرزش در حالت درجا، شتاب‌گیری و حتی هنگام خاموش و روشن شدن موتور است.

دسته موتورهای فعال از نظر فناوری به چند دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

دسته موتور الکترومغناطیسی: در این نوع، از میدان‌های مغناطیسی برای ایجاد نیروی کنترلی استفاده می‌شود. دقت بالا و واکنش سریع از مزایای آن است.

دسته موتور هیدرولیکی فعال: ترکیبی از سیستم هیدرولیک و کنترل الکترونیکی که برای خودروهای لوکس بسیار رایج است.

دسته موتور پیزوالکتریک: با استفاده از مواد پیزوالکتریک که در پاسخ به ولتاژ تغییر شکل می‌دهند، ارتعاشات را کنترل می‌کند. این نوع بیشتر در تحقیقات و خودروهای خاص به کار می‌رود.

دسته موتورهای فعال به‌عنوان یکی از پیشرفته‌ترین راهکارهای مهندسی برای کنترل ارتعاش و صدا در خودروهای مدرن، مزایای قابل‌توجهی دارند. مهم‌ترین مزیت این سیستم، کاهش چشمگیر لرزش و نویز موتور در کابین است. برخلاف دسته موتورهای معمولی که عملکردی ثابت دارند، دسته موتور فعال می‌تواند به‌صورت لحظه‌ای خود را با شرایط کاری موتور تطبیق دهد و در دورهای مختلف، لرزش‌های مزاحم را خنثی کند. این ویژگی به‌ویژه در حالت درجا، شروع حرکت و شتاب‌گیری، تأثیر محسوسی بر افزایش آرامش سرنشینان دارد.

از دیگر مزایای مهم، بهبود کیفیت سواری و حس لوکس بودن خودرو است. به همین دلیل این فناوری ابتدا در خودروهای رده‌بالا مورد استفاده قرار گرفت. همچنین دسته موتورهای فعال امکان استفاده گسترده‌تر از موتورهای کم‌حجم، توربوشارژ و سه ‌سیلندر را فراهم کرده‌اند؛ موتورهایی که به‌طور ذاتی لرزش بیشتری دارند اما به کمک این سیستم، از نظر NVH قابل‌قبول می‌شوند.

علاوه بر این، کاهش انتقال ارتعاش به شاسی باعث کاهش تنش‌های مکانیکی و افزایش دوام برخی اجزای بدنه و اتصالات می‌شود. در خودروهای هیبریدی نیز، دسته موتور فعال نقش مهمی در کاهش ضربه‌ها و لرزش‌های ناشی از تغییر وضعیت بین موتور بنزینی و الکتریکی ایفا می‌کند که خود به بهبود تجربه رانندگی کمک می‌کند.

در کنار مزایا، دسته موتورهای فعال با چالش‌ها و محدودیت‌هایی نیز همراه هستند. مهم‌ترین ایراد این سیستم، هزینه بالای تولید، تعمیر و تعویض آن است. استفاده از سنسورها، عملگرها و واحد کنترل الکترونیکی باعث می‌شود قیمت این قطعه به‌مراتب بیشتر از دسته موتورهای معمولی یا حتی هیدرولیکی باشد.

پیچیدگی فنی بالا نیز یکی دیگر از معایب این فناوری است. خرابی در بخش الکترونیکی، سنسورها یا ECU می‌تواند عملکرد کل سیستم را مختل کند و عیب‌یابی آن نیازمند تجهیزات تخصصی است. همچنین این سیستم به‌شدت به سلامت شبکه برق و الکترونیک خودرو وابسته است و نوسانات ولتاژ یا مشکلات نرم‌افزاری می‌تواند بر کارایی آن اثر منفی بگذارد.

در نهایت، در شرایط سخت محیطی مانند گرمای بالا، رطوبت یا کارکرد طولانی‌مدت، استهلاک اجزای داخلی و حساسیت به شرایط کاری می‌تواند هزینه‌های نگهداری را افزایش دهد؛ موضوعی که در بازارهایی با هزینه تعمیر بالا، اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.

این فناوری ابتدا در خودروهای لوکس برندهایی مانند مرسدس بنز، لکسوس و بی ام و به کار گرفته شد. به‌عنوان مثال، در برخی مدل‌های مرسدس بنز، دسته موتور فعال نقش مهمی در حذف لرزش‌های موتورهای چهار و شش سیلندر دارد. با گسترش موتورهای کم‌حجم توربوشارژ، خودروسازان برای حفظ سطح رفاه، به استفاده از این فناوری روی آورده‌اند. حتی در خودروهای هیبریدی که تغییر مداوم بین موتور برقی و بنزینی رخ می‌دهد، دسته موتور فعال به کاهش ضربه‌های انتقالی کمک شایانی می‌کند.

دسته موتورهای معمولی یا غیرفعال، تنها بر اساس خواص فیزیکی مواد عمل می‌کنند و واکنشی ثابت دارند. در مقابل، دسته موتور فعال می‌تواند رفتار خود را متناسب با شرایط رانندگی تغییر دهد. این تفاوت باعث می‌شود عملکرد آن در شرایط مختلف، از حرکت آرام شهری تا شتاب‌گیری ناگهانی، بهینه باشد.

خرابی دسته موتور فعال می‌تواند با علائمی مانند افزایش لرزش کابین، صدای غیرعادی در حالت درجا، ضربه هنگام تعویض دنده یا خطاهای ثبت‌شده در ECU همراه باشد. نگهداری مناسب، استفاده از قطعات اصلی و بررسی دوره‌ای سیستم‌های الکترونیکی می‌تواند عمر مفید این قطعه را افزایش دهد.

با حرکت صنعت خودرو به‌سوی خودروهای برقی و هیبریدی پیشرفته، نقش سیستم‌های کنترل لرزش بیش از پیش اهمیت می‌یابد. هرچند خودروهای برقی موتور درون‌سوز ندارند، اما منابع جدیدی از لرزش مانند موتورهای الکتریکی و گیربکس‌های تک‌ سرعته مطرح می‌شوند. پیش‌بینی می‌شود نسل‌های آینده دسته موتورهای فعال، سبک‌تر، هوشمندتر و یکپارچه‌تر با سایر سیستم‌های کنترلی خودرو باشند.

دسته موتور فعال یکی از فناوری‌های کلیدی در بهبود کیفیت سواری و کاهش لرزش خودروهای مدرن به شمار می‌رود. این سیستم با ترکیب مهندسی مکانیک، الکترونیک و کنترل پیشرفته، توانسته است سطح جدیدی از آرامش و رفاه را برای سرنشینان فراهم کند. هرچند هزینه و پیچیدگی فنی آن بیشتر از نمونه‌های سنتی است، اما مزایای حاصل از آن، به‌ویژه در خودروهای امروزی با موتورهای پرقدرت و کم‌حجم، ارزش استفاده از این فناوری را توجیه می‌کند. در نهایت، می‌توان گفت دسته موتور فعال نمادی از حرکت صنعت خودرو به‌سوی هوشمند سازی و ارتقای تجربه رانندگی است.