چرا حمل بار روی سقف خودرو مصرف بنزین را بیشتر می‌کند؟

قرار دادن چمدان، دوچرخه، باربند یا جعبه بار روی سقف خودرو در سفرهای طولانی راهکاری ساده برای افزایش فضای حمل بار است، اما این کار می‌تواند هزینه دیگری نیز داشته باشد؛ افزایش مصرف سوخت. برخلاف تصور رایج، عامل اصلی این افزایش در بسیاری از شرایط، وزن بار نیست، بلکه تغییری است که بار روی سقف در جریان هوا و آیرودینامیک خودرو ایجاد می‌کند.

خودرو در هنگام حرکت باید هم بر مقاومت غلتشی تایرها و هم بر مقاومت هوا غلبه کند. هرچه سرعت افزایش پیدا کند، نقش مقاومت هوا نیز بیشتر می‌شود. به همین دلیل، بار روی سقف در رانندگی شهری با سرعت‌های پایین ممکن است اثر محدودی بر مصرف سوخت داشته باشد، اما در بزرگراه و جاده، به‌ویژه در سرعت‌های بالا، تأثیر آن می‌تواند به‌مراتب محسوس‌تر باشد.

بدنه خودرو به‌گونه‌ای طراحی می‌شود که هوا تا حد امکان با کمترین آشفتگی از اطراف آن عبور کند. مهندسان با شکل‌دهی سقف، ستون‌ها، شیشه‌ها، کاپوت و قسمت عقب خودرو تلاش می‌کنند ضریب درگ یا مقاومت آیرودینامیکی را کاهش دهند. نصب هر قطعه اضافی روی سقف می‌تواند این جریان نسبتاً منظم را مختل کند.

باربندهای عرضی حتی در حالت خالی نیز در مسیر جریان هوا قرار دارند. وجود میله‌های باربند باعث ایجاد گردابه و آشفتگی در جریان هوا می‌شود و در نتیجه نیروی مقاوم بیشتری به خودرو وارد می‌کند. زمانی که چمدان، دوچرخه، چوب اسکی یا جعبه بار روی این سازه قرار می‌گیرد، سطح مؤثر در برابر جریان هوا نیز افزایش پیدا می‌کند و مقاومت آیرودینامیکی بیشتر می‌شود.

مطالعه‌ای که با استفاده از آزمون‌های استاندارد کاهش سرعت انجام شد، نشان داد جعبه بار روی سقف می‌تواند در سرعت‌های بالا اثر قابل‌توجهی بر مصرف سوخت داشته باشد. در این آزمایش، جعبه سقفی روی یک سدان کامپکت در سرعت‌های بالا موجب کاهش ۲۵ تا ۲۷ درصدی بازده سوخت شد. البته این ارقام نباید به‌عنوان یک عدد ثابت برای تمام خودروها در نظر گرفته شوند؛ زیرا شکل خودرو و بار، سرعت حرکت و طراحی خود باربند یا جعبه بار، همگی در نتیجه نهایی تأثیر دارند.

یکی از مهم‌ترین نکات فنی درباره بار روی سقف، وابستگی شدید مقاومت هوا به سرعت است. نیروی درگ آیرودینامیکی به‌طور تقریبی با مربع سرعت افزایش می‌یابد؛ بنابراین دو برابر شدن سرعت به معنای دو برابر شدن مقاومت هوا نیست؛ نیروی آیرودینامیکی می‌تواند تقریباً چهار برابر شود.

به همین دلیل، ممکن است راننده در سرعت‌های شهری افزایش چشمگیری در مصرف سوخت مشاهده نکند، اما همان خودرو در سرعت بزرگراه با یک باربند یا جعبه سقفی نامناسب، مصرف سوخت بیشتری داشته باشد. به بیان ساده، هرچه سرعت بالاتر رود، انرژی بیشتری برای کنار زدن هوا لازم است و هر مانعی که جریان هوا را مختل کند، اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.

البته نباید تصور کرد که وزن بار هیچ تأثیری بر مصرف سوخت ندارد. هر کیلوگرم بار اضافی، جرم بیشتری را به خودرو تحمیل می‌کند و خودرو برای شتاب‌گیری و حرکت دادن این جرم به انرژی بیشتری نیاز دارد. با این حال، در سفرهای جاده‌ای با سرعت ثابت، اثر آیرودینامیک معمولاً از اثر وزن بار روی سقف مهم‌تر می‌شود.

وزن همچنین می‌تواند بر مقاومت غلتشی و در شرایطی بر عملکرد خودرو در سربالایی‌ها اثر بگذارد؛ اما تفاوت اساسی اینجاست که اگر همان چمدان‌ها داخل صندوق یا کابین خودرو قرار بگیرند، وزن آن‌ها همچنان وجود دارد، ولی دیگر مستقیماً جریان هوا را مختل نمی‌کنند. در نتیجه، انتقال بار از سقف به داخل خودرو، درصورتی‌که فضای کافی و ایمنی لازم وجود داشته باشد، می‌تواند از نظر مصرف سوخت گزینه بهتری باشد.

یکی از اشتباهات رایج این است که راننده تصور می‌کند تا زمانی که چیزی روی باربند قرار ندارد، وجود آن تأثیری بر مصرف سوخت نخواهد داشت. درحالی‌که خود میله‌های باربند نیز در معرض جریان هوا قرار دارند.

مطالعات نشان داده است که باربندهای سقفی، چه بار داشته باشند و چه خالی باشند، می‌توانند موجب افزایش مصرف سوخت شوند. این پژوهش همچنین تأکید می‌کند که بخش قابل‌توجهی از مسافت پیموده شده خودروها با باربند خالی انجام می‌شود و به همین دلیل، برداشتن باربند در زمان عدم استفاده می‌تواند راهکاری مؤثر برای کاهش مصرف سوخت باشد.

از سوی دیگر، داده‌های کانسومر ریپورتز نیز نشان می‌دهد که حتی تجهیزات سقفی خالی می‌توانند در سرعت بزرگراهی کاهش قابل اندازه‌گیری در بازده سوخت ایجاد کنند.

تأثیر بار روی سقف به شکل و نحوه قرارگیری آن بستگی دارد. یک جعبه بار که به‌صورت آیرودینامیکی طراحی شده باشد، معمولاً شرایط بهتری نسبت به چمدان‌ها یا وسایل حجیم و نامنظم دارد که مستقیماً در برابر جریان هوا قرار می‌گیرند.

دوچرخه نیز به دلیل سطح، شکل و اجزای متعدد خود می‌تواند مقاومت قابل‌توجهی ایجاد کند. در آزمایش کانسومر ریپورتز، حمل دو دوچرخه روی سقف تأثیر بیشتری بر مصرف سوخت داشت و در برخی خودروها کاهش بازده به‌طور محسوسی بیشتر از حالت باربند خالی بود؛ بنابراین نمی‌توان صرفاً بر اساس وزن، اثر بار سقفی را ارزیابی کرد. یک وسیله سبک اما حجیم و نامنظم ممکن است از نظر آیرودینامیکی زیان بیشتری نسبت به یک بار سنگین‌تر اما فشرده و مناسب داشته باشد.

این امر تا حد زیادی می‌تواند اثر منفی را کاهش دهد، اما نمی‌تواند آن را کاملاً حذف کند. طراحی نرم و کشیده جعبه‌های بار باعث می‌شود جریان هوا نسبت به یک بار نامنظم، آشفتگی کمتری داشته باشد. با این حال، جعبه همچنان سطحی اضافه به خودرو می‌افزاید و در نتیجه مقاومت هوا را افزایش می‌دهد.

آزمایش ADAC روی جعبه‌های مختلف سقفی نیز همین موضوع را نشان داده است. در یک آزمون روی محصولی از فولکس‌واگن، مصرف سوخت خودرو بدون جعبه در سرعت ۱۳۰ کیلومتر بر ساعت ۶.۱ لیتر در هر ۱۰۰ کیلومتر بود، درحالی‌که بسته به نوع جعبه، مصرف سوخت حدود ۰.۹۴ تا ۱.۲۹ لیتر در هر ۱۰۰ کیلومتر افزایش پیدا کرد؛ یعنی در این آزمایش، افزایش مصرف بیش از ۱۸ درصد گزارش شد. این نتایج نشان می‌دهد که طراحی جعبه، اندازه آن و نحوه قرارگیری روی خودرو اهمیت زیادی دارد.

مؤثرترین راهکار، استفاده از فضای داخلی خودرو برای حمل بار، در صورت امکان و رعایت الزامات ایمنی، است. اگر استفاده از سقف اجتناب‌ناپذیر باشد، بهتر است بار تا حد امکان فشرده، متقارن و در وسیله‌ای با طراحی آیرودینامیکی مناسب قرار گیرد. همچنین باید از نصب بارهای حجیم و نامنظم به‌صورت مستقیم روی سقف خودداری کرد. باربند و جعبه سقفی باید مطابق دستورالعمل سازنده نصب شوند و پس از پایان سفر یا زمانی که دیگر مورد نیاز نیستند، از خودرو جدا شوند.

کاهش سرعت نیز اثر مستقیمی بر مقاومت آیرودینامیکی دارد؛ بنابراین در سفرهای جاده‌ای، رانندگی با سرعت منطقی علاوه بر افزایش ایمنی، می‌تواند اثر منفی بار سقفی بر مصرف سوخت را نیز کاهش دهد. از سوی دیگر، نباید ظرفیت مجاز سقف خودرو نادیده گرفته شود. مجموع وزن بار، جعبه بار و خود سیستم باربند باید در محدوده اعلام‌شده توسط سازنده خودرو باشد. ADAC نیز تأکید می‌کند که ظرفیت مجاز سقف بسته به خودرو متفاوت است و وزن خود جعبه و سیستم نگه‌دارنده نیز باید در محاسبه بار سقف لحاظ شود.

بار روی سقف خودرو از دو مسیر می‌تواند مصرف سوخت را افزایش دهد: نخست از طریق افزایش جرم خودرو و دوم و در بسیاری از سفرهای جاده‌ای مهم‌تر، از طریق افزایش مقاومت آیرودینامیکی. هرچه سرعت بیشتر شود، اهمیت عامل دوم افزایش پیدا می‌کند.

به همین دلیل، نصب یک باربند یا جعبه سقفی برای چند سفر در سال الزاماً تصمیم اشتباهی نیست؛ اما باقی گذاشتن آن روی خودرو در تمام طول سال، حتی در حالت خالی، می‌تواند مصرف سوخت را بدون ایجاد هیچ مزیت عملی افزایش دهد. پژوهش‌های آزمایشگاهی و آزمون‌های مستقل نیز نشان داده‌اند که میزان این افزایش بسته به خودرو و نوع تجهیزات می‌تواند از چند درصد تا بیش از ۲۰ درصد و در برخی شرایط آزمایشی حتی بیشتر باشد.

بنابراین اگر هدف کاهش مصرف سوخت است، بهترین رویکرد این است که بار غیرضروری روی سقف قرار نگیرد، باربند و جعبه پس از استفاده باز شوند، تجهیزات آیرودینامیک‌تر انتخاب شوند و سرعت حرکت در بزرگراه کنترل شود. در واقع، گاهی ساده‌ترین راه برای کاهش مصرف سوخت خودرو، برداشتن چیزی است که اصلاً دیگر به آن نیاز نداریم.