دیدن ترمز کاسهای پشت رینگ یک فولکسواگن آیدی ۴ یا آئودی Q4 ایترون برای بسیاری از خریداران عجیب به نظر میرسد. چگونه یک خودروی برقی مدرن و گرانقیمت با انبوهی از فناوریهای پیشرفته هنوز از سیستمی استفاده میکند که معمولا آن را با خودروهای اقتصادی و قدیمی به یاد میآوریم؟ پاسخ را باید در تفاوت اساسی سیستم ترمز خودروهای برقی با خودروهای درونسوز جستوجو کرد.
با ورود خودروهای برقی به بازار ایران، بعضی ویژگیهای فنی این خودروها با تصورات سنتی خریداران درباره خودروهای مدرن در تضاد به نظر میرسد. یکی از همین موارد، استفاده از ترمز کاسهای در محور عقب برخی محصولات گروه فولکسواگن است. بهگزارش پدال، فولکسواگن آیدی ۴ و برخی مدلهای مبتنی بر پلتفرم MEB، مانند فولکس آی دی یونیکس و همچنین بعضی محصولات آئودی وارداتی، از ترکیب ترمز دیسکی در جلو و ترمز کاسهای در عقب استفاده میکنند؛ موضوعی که وقتی عجیبتر میشود که پای خودروهایی چند میلیارد تومانی و کاملا برقی در میان باشد.
اما آیا ترمز کاسهای در این خودروها به معنی کاهش کیفیت یا صرفهجویی افراطی در هزینههاست؟ نه لزوما. برای درک دلیل این انتخاب، ابتدا باید دید خودروهای برقی هنگام کاهش سرعت چه اتفاقی را پشت پرده رقم میزنند. در یک خودروی بنزینی یا دیزلی، کاهش سرعت عمدتا از طریق اصطکاک بین لنت و دیسک یا کفشک و کاسه انجام میشود و انرژی جنبشی خودرو به گرما تبدیل شده و از طریق سیستم ترمز و جریان هوا دفع میشود.
خودروهای برقی یک ابزار دیگر هم در اختیار دارند، موتور الکتریکی. هنگام کاهش سرعت، موتور میتواند در نقش ژنراتور کار کند. چرخها موتور را به گردش درمیآورند و انرژی جنبشی خودرو به انرژی الکتریکی تبدیل میشود؛ سپس بخشی از این انرژی به باتری بازمیگردد. این فرایند همان ترمز احیاکننده یا regenerative braking است. به زبان ساده، در یک خودروی درونسوز انرژی ترمز عمدتا هدر میرود، اما خودروی برقی میتواند بخشی از آن را دوباره ذخیره کند.
در بسیاری از نسخههای تکموتوره آیدی ۴، موتور الکتریکی روی محور عقب قرار دارد. بنابراین محور عقب علاوه بر وظیفه انتقال نیرو، نقش مهمی در بازیابی انرژی هنگام کاهش سرعت نیز ایفا میکند. البته نباید تصور کرد که خودرو در تمام شرایط فقط با موتور الکتریکی متوقف میشود. سیستم مدیریت ترمز در خودروهای برقی بین ترمز احیاکننده و ترمز اصطکاکی هماهنگی ایجاد میکند و این فرایند معمولا با عنوان برک بلندینگ شناخته میشود.
وقتی راننده پدال ترمز را فشار میدهد، خودرو ابتدا تا حد امکان از ظرفیت بازیابی انرژی استفاده میکند. اگر کاهش سرعت موردنیاز بیشتر باشد، سیستم ترمز اصطکاکی هم وارد مدار میشود. مقدار دقیق سهم هرکدام به عواملی مانند سرعت خودرو، میزان فشار پدال، وضعیت باتری، دمای سیستم، میزان چسبندگی و شرایط رانندگی بستگی دارد. در نتیجه راننده فقط یک پدال را احساس میکند، اما در پشت صحنه نرمافزار خودرو در کسری از ثانیه مشخص میکند چه مقدار کاهش سرعت از طریق موتور الکتریکی و چه مقدار از طریق ترمزهای اصطکاکی ایجاد شود.
در ترمزهای شدید یا شرایطی که باتری توان پذیرش انرژی بیشتری ندارد، نقش ترمزهای اصطکاکی افزایش پیدا میکند. پاسخ این سؤال که چرا محور عقب اهمیت بیشتری دارد نیز به محل نصب موتور الکتریکی برمیگردد. در نسخههای تکموتوره و دیفرانسیل عقب برخی محصولات MEB، موتور روی محور عقب قرار گرفته است؛ بنابراین هنگام کاهش سرعت، همان محور میتواند به تولید برق و ایجاد گشتاور مقاوم کمک کند.
اما این به آن معنا نیست که محور عقب همیشه میتواند هر مقدار نیروی ترمز را تحمل کند. هنگام ترمزگیری، وزن خودرو به سمت جلو منتقل میشود و بار واردشده بر چرخهای عقب کاهش پیدا میکند. اگر نیروی ترمز روی محور عقب بیش از ظرفیت چسبندگی باشد، احتمال لغزش چرخهای عقب افزایش مییابد. به همین دلیل سیستم کنترل خودرو باید دائما میزان بازیابی انرژی محور عقب را مدیریت کند. روی سطح خشک، خودرو میتواند از ظرفیت بیشتری برای بازیابی استفاده کند، اما روی سطح خیس، برفی یا لغزنده، سیستم ممکن است میزان گشتاور منفی موتور را کاهش دهد تا پایداری خودرو حفظ شود.
بنابراین بازیابی انرژی نیز مانند ترمز معمولی تابع قوانین فیزیک و محدودیت چسبندگی تایرهاست. همین جا یکی از مهمترین دلایل استفاده از ترکیب دیسک جلو و کاسهای عقب روشن میشود. در ترمزگیری شدید، انتقال وزن به سمت جلو باعث میشود محور جلو سهم بسیار بیشتری از نیروی ترمز را تحمل کند؛ به همین دلیل ترمزهای جلو معمولا بزرگتر و قدرتمندتر هستند. دیسک هم برای چنین شرایطی یک مزیت مهم دارد، دفع حرارت بهتر. در ترمزگیریهای شدید و متوالی، ترمزهای دیسکی به دلیل ساختار باز خود میتوانند حرارت را سریعتر دفع کنند و پایداری حرارتی بالاتری داشته باشند.
حتی در خودرویی که بخش قابلتوجهی از ترمزگیری روزمره آن توسط موتور الکتریکی انجام میشود، استفاده از ترمز دیسکی قدرتمند در جلو کاملا منطقی است. اما چرا در عقب از دیسک استفاده نکردند؟ اصل ماجرا همین جاست. ترمزهای اصطکاکی عقب در یک خودروی برقی ممکن است نسبت به یک خودروی درونسوز بسیار کمتر مورد استفاده قرار بگیرند، زیرا موتور الکتریکی بخشی از وظیفه کاهش سرعت را بر عهده گرفته است. این موضوع یک مشکل برای ترمز دیسکی ایجاد میکند؛ دیسک ترمز وقتی دائما مورد استفاده قرار میگیرد، معمولا با اصطکاک لنت سطح خود را تمیز نگه میدارد، اما اگر ترمز اصطکاکی برای مدت طولانی کمتر استفاده شود، سطح دیسک میتواند بیشتر در معرض رطوبت و خوردگی قرار بگیرد.
این مسئله در خودروهای برقی به دلیل استفاده گسترده از ترمز احیاکننده اهمیت بیشتری پیدا کرده است. ترمز کاسهای از این نظر یک مزیت دارد، چون بخش اصطکاکی آن درون یک محفظه نسبتا بسته قرار گرفته و در برابر آب، نمک و آلودگی محیط محافظت بیشتری دارد. بنابراین استفاده از درام در محور عقب میتواند به کاهش مشکل خوردگی ناشی از کماستفادهبودن ترمز اصطکاکی کمک کند. ترمزهای کاسهای معمولا از نظر هزینه تولید و نگهداری هم مزایایی دارند و برای محور عقب، جایی که نیاز حرارتی کمتری نسبت به محور جلو وجود دارد، میتوانند گزینه مناسبی باشند.
ساختار بسته درام باعث میشود اجزای داخلی آن کمتر در معرض آلودگی محیط قرار بگیرند. همچنین ترمز کاسهای برای عملکرد ترمز پارک هم میتواند راهکار مناسبی باشد. در نتیجه مهندسان هنگام طراحی یک خودروی برقی فقط به این سؤال پاسخ نمیدهند که کدام ترمز مدرنتر است، بلکه مجموعهای از عوامل شامل بار حرارتی، میزان استفاده، خوردگی، هزینه، دوام و الزامات ترمز پارک را در نظر میگیرند.
یکی از برداشتهای نادرست درباره این موضوع این است که فولکسواگن از ترمز کاسهای استفاده کرده تا انرژی بیشتری بازیابی کند. این برداشت صحیح نیست. ترمز کاسهای هیچ انرژیای به باتری برنمیگرداند. بازیابی انرژی توسط موتور الکتریکی انجام میشود. اگر همان خودرو در محور عقب به ترمز دیسکی مجهز بود، موتور الکتریکی همچنان میتوانست هنگام کاهش سرعت نقش ژنراتور را ایفا کند. رابطه علت و معلول در واقع برعکس است؛ بازیابی انرژی باعث کاهش استفاده از ترمز اصطکاکی شده و این کاهش استفاده، یکی از عواملی است که ترمز کاسهای را برای محور عقب خودروهای برقی جذاب میکند.
این فلسفه فقط به فولکسواگن محدود نیست. آئودی کیو ۴ ایترون هم بر پایه معماری MEB گروه فولکسواگن توسعه یافته و از همین رو بسیاری از اصول مهندسی آن با محصولات خانواده آیدی مشترک است. در نسخههای تکموتوره، موتور روی محور عقب قرار دارد و میتواند در هنگام کاهش سرعت انرژی را بازیابی کند. در نسخههای دوموتوره و چهارچرخ محرک هم مدیریت بازیابی انرژی میان موتورها و ترمزهای اصطکاکی توسط سیستم کنترل خودرو انجام میشود.
به همین دلیل وجود ترمز کاسهای در برخی نسخههای این خودروها را نمیتوان صرفا به ارزانسازی تعبیر کرد. البته این موضوع به این معنی نیست که ترمز کاسهای ذاتا از ترمز دیسکی بهتر است. هر دو فناوری مزایا و معایب خود را دارند و انتخاب آنها به کاربرد و معماری خودرو بستگی دارد. در ترمز اضطراری، اولویت خودرو دیگر بازیابی انرژی نیست و توقف در کوتاهترین فاصله ممکن همراه با حفظ پایداری خودرو اهمیت پیدا میکند.
در چنین شرایطی سیستم میتواند سهم ترمز احیاکننده را کاهش داده و ترمزهای اصطکاکی را به کار بگیرد. سامانههایی مانند ایبیاس و ایاسسی نیز به صورت لحظهای میزان نیروی ترمز را مدیریت میکنند تا چرخها قفل نشوند و خودرو مسیر خود را حفظ کند. بنابراین وجود ترمز کاسهای در عقب به این معنا نیست که خودرویی مانند آیدی ۴ در ترمز اضطراری از یک سیستم ضعیف استفاده میکند.
در چنین شرایطی، کل سامانه ترمز شامل موتور الکتریکی، ترمزهای اصطکاکی، ایبیاس، کنترل پایداری و نرمافزار مدیریت ترمز با یکدیگر کار میکنند. آیا ترمز کاسهای برای خودروهای برقی همیشه بهترین انتخاب است؟ خیر. ترمز دیسکی همچنان در زمینه دفع حرارت و تحمل ترمزگیریهای سنگین و مکرر مزیت دارد. به همین دلیل در خودروهای اسپرت، خودروهای سنگین با نیاز حرارتی بالا یا مدلهایی که برای رانندگی بسیار پرفشار طراحی شدهاند، دیسک همچنان انتخاب رایجی است.
ضمن اینکه ترمز کاسهای از نظر ظاهری هم برای خودرویی گرانقیمت چندان جذاب نیست. بسیاری از خریداران انتظار دارند پشت رینگ بزرگ یک خودروی برقی یا لوکس، دیسک بزرگ و کالیپر چشمگیر ببینند. اما مهندسی خودرو الزاما با چیزی که پشت رینگ زیباتر به نظر میرسد تعیین نمیشود. سؤال اصلی این است که محور عقب خودرو واقعا چه مقدار به ترمز اصطکاکی نیاز دارد؟ اگر موتور الکتریکی بخش بزرگی از کاهش سرعت روزمره را انجام دهد، پاسخ این سؤال با یک خودروی بنزینی متفاوت خواهد بود.
صرف مشاهده ترمز کاسهای در محور عقب، دلیل کافی برای ضعیف دانستن سیستم ترمز خودرو نیست. در خودروهای برقی مدرن باید سیستم ترمز را به شکل یک مجموعه واحد دید؛ موتور الکتریکی، ترمز احیاکننده، ترمز دیسکی جلو، ترمز کاسهای عقب، ایبیاس، ایاسسی و برک بلندینگ. این معماری با سیستم ترمز یک خودروی بنزینی تفاوت دارد. در خودروهای درونسوز، ترمزهای اصطکاکی تقریبا تمام انرژی کاهش سرعت را مدیریت میکنند، اما در خودروی برقی، موتور میتواند بخشی از این انرژی را به باتری بازگرداند.
نکته کلیدی این است که ترمز کاسهای باعث بازیابی بیشتر انرژی نمیشود؛ بازیابی توسط موتور الکتریکی انجام میشود. در واقع رابطه برعکس است: چون موتور عقب بخش بزرگی از ترمزگیری را از طریق Regen انجام میدهد، نیاز به استفاده مکرر از ترمز اصطکاکی عقب کاهش یافته و همین موضوع استفاده از درام را منطقیتر کرده است. در بخش عمده ترمزگیریهای روزمره و تا حدود ۰.۲۵g شتاب منفی، موتور برقی بهتنهایی خودرو را کند میکند و ترمزهای اصطکاکی فقط وقتی وارد مدار میشوند که نیروی توقف بیشتری لازم باشد.
همین تفاوت باعث شده یک فناوری قدیمی مانند ترمز کاسهای، در شرایطی دوباره به گزینهای کاملا منطقی برای محور عقب تبدیل شود. ترمز کاسهای در عقب یک خودروی برقی گرانقیمت در نگاه اول ممکن است نشانه صرفهجویی در هزینه به نظر برسد، اما در محصولاتی مانند فولکسواگن آیدی ۴ و برخی مدلهای آئودی مبتنی بر MEB، این تصمیم را باید در چارچوب معماری کامل خودرو بررسی کرد. موتور الکتریکی میتواند هنگام کاهش سرعت نقش ژنراتور را ایفا کند و بخش قابلتوجهی از ترمزگیریهای روزمره را همراه با بازیابی انرژی انجام دهد؛ در نتیجه استفاده از ترمز اصطکاکی عقب کاهش پیدا میکند.
در چنین شرایطی، مقاومت بیشتر ترمز کاسهای در برابر عوامل محیطی، عمر بالا و نیاز حرارتی کمتر محور عقب میتواند آن را به انتخابی منطقی تبدیل کند. بنابراین پاسخ دقیق این نیست که ترمز کاسهای برای خودروهای برقی بهتر از دیسکی است، بلکه باید گفت وقتی معماری خودرو باعث میشود ترمز اصطکاکی عقب کمتر مورد استفاده قرار گیرد، مزایای ترمز کاسهای میتواند از معایب آن بیشتر شود. شاید جالبترین نکته همین باشد که ورود خودروهای برقی فقط موتور درونسوز را کنار نزده، بلکه بسیاری از معیارهایی را که سالها برای قضاوت درباره مدرنبودن یک خودرو استفاده میکردیم هم تغییر داده است.
شما درباره ترمز کاسهای در خودروهای لوکس و مدرن چه فکر میکنید؟