گشتاور آنی و وزن باتری استهلاک لاستیک خودروهای برقی را ۲۰ تا ۳۰ درصد افزایش می‌دهد

مدیران ناوگان‌های ترابری و مهندسان طراحی ترکیبات پلیمری تایر برای نسل آتی خودروهای برقی، با مانعی فیزیکی روبه‌رو هستند که هیچ به‌روزرسانی نرم‌افزاری قادر به حل آن نیست. با رسیدن نخستین دوره‌های اصلی تعویض قطعات در این ناوگان‌ها، متولیان درمی‌یابند عواملی که بازدهی فنی خودروهای برقی را رقم زده‌اند، هم‌زمان به فرسایش نامحسوس تایرها دامن می‌زنند.

تایرهای خودروهای برقی نسبت به وسایل نقلیه مجهز به موتورهای احتراق داخلی، ۲۰ تا ۳۰ درصد سریع‌تر فرسوده می‌شوند. این شتاب در استهلاک از هم‌افزایی بسته‌های سنگین باتری، انتقال لحظه‌ای و بدون تأخیر گشتاور و ترمزهای بازیاب انرژی ناشی می‌شود که پیوسته تنش مکانیکی را بر رویه لاستیک حفظ می‌کنند.[1]

تنش برشی برآمده از این ساختار، لاستیک را در مقیاس میکروسکوپی دچار تغییر شکل و پارگی تدریجی می‌کند. برای دارندگان خودرو، این پدیده به معنای کوتاه‌تر شدن دوره‌های تعویض و افزایش هزینه‌های جاری است؛ امری که توجیه بلندمدت اقتصادی حمل‌ونقل برقی را با چالش روبه‌رو می‌سازد.

مکانیک جرم و اصطکاک

تمایز مکانیکی بنیادین میان یک خودروی برقی و سنتی، جرم قابل‌توجهی است که تایرها را به سطح آسفالت می‌فشارد. تعبیه باتری لیتیوم-یون به‌طور معمول صدها کیلوگرم به وزن خالص خودرو می‌افزاید و وزن ناخالص آن را ۱۰ تا ۲۰ درصد بالا می‌برد.[3]

این جرم اضافی، موازنه اصطکاک در سطح تماس تایر با زمین را دگرگون می‌کند. ارزیابی‌های صنعت لاستیک‌سازی نشان می‌دهد به ازای هر ۴۵ کیلوگرم افزایش وزن خودرو، تنش برشی طولی رویه تایر تحت شرایط رانندگی یکسان ۳.۲ درصد رشد می‌کند.[2]

این بار مضاعف در هر چرخش فرمان و عملیات ترمزگیری، مستقیماً به بستر جاده وارد می‌شود. شاسی سنگین‌تر نیروهای جانبی بزرگ‌تری هنگام پیچیدن ایجاد می‌کند که نتیجه مستقیم آن، سایش زودهنگام لبه‌های بیرونی تایر است؛ حتی در شرایطی که میزان‌فرمان خودرو بی‌نقص باشد.[2]

پژوهشگران حوزه راه و روسازی خاطرنشان می‌کنند این تنش برشی متمرکز تنها به تخریب تایر محدود نمی‌ماند؛ افزایش سطح اصطکاک، فرسایش رویه‌های آسفالتی انعطاف‌پذیر را سرعت می‌بخشد و به ترک‌های ریز و صیقلی‌شدن مسیر عبور چرخ‌ها در شریان‌های پرتردد منجر می‌شود.[3]

گشتاور لحظه‌ای و لغزش میکروسکوپی

گذشته از اثر وزن ایستا، موتورهای برقی بیشینه گشتاور خود را از نقطه توقف و در دور صفر موتور به شکل آنی در اختیار چرخ‌ها قرار می‌دهند. این تکانه چرخشی ناگهانی، در مقایسه با انتقال تدریجی نیرو در پیشرانه‌های درون‌سوز، تنش پویای شدیدتری بر سطح تماس تایر تحمیل می‌کند.[3]

هنگامی که راننده از حالت سکون شتاب تندی می‌گیرد، گشتاور ناگهانی پدیده‌ای موسوم به لغزش میکروسکوپی ایجاد می‌کند؛ به این معنا که تایر پیش از تثبیت چسبندگی کامل، لغزشی جزئی روی سطح جاده دارد و با هر بار شروع حرکت پشت چراغ راهنمایی، لایه‌های نازکی از مواد پلیمری را بر بستر خیابان می‌ساید.[2]

تکرار این بارگذاری پیچشی طی هزاران نوبت شتاب‌گیری، روند زوال عاج لاستیک را تسریع می‌نماید. در مدل‌های برقی دیفرانسیل‌جلو و دو دیفرانسیل، بیشترین میزان استهلاک عموماً در محور جلو مشاهده می‌شود؛ چراکه هم‌زمان وظایف هدایت فرمان‌پذیری و انتقال نیروی محرکه را بر عهده دارد.[2]

توان فنی و پاسخ‌دهی آنی پیشرانه‌های برقی مدرن رانندگان را ناخودآگاه به رانندگی تهاجمی‌تر سوق می‌دهد و این رویکرد، نرخ سایش را تشدید می‌کند. حتی در شتاب‌گیری‌های معتدل نیز نیروهای برشی پیوسته، چسبندگی اولیه‌ای بسیار فراتر از ترکیبات سنتی لاستیک را طلب می‌کنند.

تبعات ترمزدستی بازیاب انرژی

عامل سوم در این فرآیند، دقیقاً سامانه‌ای است که با هدف ارتقای پیمایش خودرو طراحی شده است. ترمز بازیاب انرژی با به‌کارگیری موتور برقی در نقش ژنراتور، سرعت خودرو را کاهش می‌دهد و انرژی جنبشی را که پیش‌تر به شکل حرارت تلف می‌شد، بازمی‌یابد.

در سامانه‌های مرسوم، تنش کاهنده سرعت عمدتاً توسط لنت‌ها و دیسک‌های ترمز جذب می‌شود، اما در وسایل نقلیه الکتریکی، بازیابی قدرتمند انرژی این فشار را مستقیماً به تایرهای محرک هدایت می‌کند؛ در نتیجه، رویه لاستیک هم در شتاب‌گیری و هم در ترمزگیری زیر بار شدید دوجانبه کار می‌کند.

این تنش پیوسته دوطرفه اجازه نمی‌دهد تایر در زمان حرکت با اینرسی خنک شود. دمای کاری بالاتر، ترکیبات پلیمری عاج را اندکی نرم‌تر می‌کند و تایر را در برابر سایش ناشی از زبری‌های سطح آسفالت بسیار آسیب‌پذیرتر می‌سازد.

از آنجا که سیستم بازیاب انرژی بیشتر در مسیرهای درون‌شهری فعال است، تایرهای خودروهای برقی شهری تندترین افت طول عمر را تجربه می‌کنند؛ ترافیک توقف و حرکت مکرر، توالی اعمال گشتاور و ترمزگیری بازیاب را به اوج می‌رساند و تنش برشی را تجمیع می‌کند.

شاخص رضایت و شکاف هزینه‌های نگهداری

واقعیت فرسایش زودهنگام لاستیک اکنون در داده‌های رضایت مشتریان نمود یافته است. گزارش سال ۲۰۲۴ مؤسسه جی‌دی پاور از تایرهای فابریک کارخانه، از شکاف رو به گسترش در میزان رضایت مالکان خودروهای برقی در مقایسه با بنزینی خبر می‌دهد.[4]

شاخص کلی رضایت از تایر در خودروهای بنزینی به ۷۹۶ از ۱۰۰۰ امتیاز رسید، در حالی که این رقم برای وسایل نقلیه برقی روی ۷۶۹ متوقف شد. شواهد آماری نشان می‌دهد مالکان خودروهای برقی با وجود وزن سنگین‌تر و گشتاور بالاتر خودرو، همان دوام تایرهای احتراقی را انتظار دارند.[4]

صنعت خودروسازی برای آگاه‌سازی خریداران نسبت به این هزینه‌های پنهان نگهداری با چالش ساختاری روبه‌رو است. حذف سرویس‌های دوره‌ای موتور نظیر تعویض روغن باعث شده تا بسیاری از مصرف‌کنندگان تصور کنند هزینه‌های نگهداری خودروهایشان تقریباً به صفر خواهد رسید.[4]

با این حال، تحول در پیشرانه صرفاً هزینه تعویض روغن را حذف کرده و بار مالی خدمات را به تعمیرگاه‌های تعویض و بالانس لاستیک منتقل کرده است. تایرهای اختصاصی خودروهای برقی قیمت پایه بالاتری نیز دارند؛ یعنی دفعات تعویض کوتاه‌تر شده و هزینه هر بار جایگزینی نیز سنگین‌تر است.[1]

پیامدهای زیست‌محیطی ذرات معلق

تخریب شتابان تایر پیامدهای زیست‌محیطی تازه‌ای بر جا می‌گذارد که مدعای «آلایندگی صفر» را پیچیده می‌کند. هم‌زمان با سایش ناشی از وزن سنگین و گشتاور ناگهانی، تایرها ذرات ریز لاستیک را مستقیماً در هوا و حوزه‌های آبخیز پیرامون پراکنده می‌سازند.[1]

مطالعات دانشگاهی نشان می‌دهند سایش تایر حدود ۱۱ درصد از کل آلودگی هوای ناشی از بخش حمل‌ونقل را تشکیل می‌دهد، در حالی که سهم گازهای خروجی اگزوز ۱۸ درصد است. با گذار ناوگان جهانی به سمت وسایل نقلیه مجهز به باتری‌های حجیم، حجم آلاینده‌های ذره‌ای غیردودکش افزایش چشمگیری خواهد داشت.[3]

پژوهشگرانی که الگوهای بهینه حرکتی برای وسایل نقلیه برقی خودران را مدل‌سازی کرده‌اند، دریافتند کاهشی اندک در شدت شتاب‌گیری، حجم ذرات معلق رهاشده را به شکل ملموسی کاهش می‌دهد؛ افزایشی سه‌درصدی در زمان پیمایش سفر، کاهش نزدیک به ۲۹ درصدی هدررفت جرم لاستیک را به همراه داشته است.[3]

مهندسی نسل نوین ترکیبات لاستیک

تولیدکنندگان تایر برای غلبه بر این پیامدهای فیزیکی، بازطراحی ساختار محصولات خود را کلید زده‌اند. مهندسان به منظور خنثی‌سازی نرخ سایش ۲۰ درصدی، از ترکیبات پلیمری مقاوم‌تر و الگوهای عاج فشرده‌تری استفاده می‌کنند که سطح تماس ماده با جاده را افزایش می‌دهد.[1]

اشلی ادگار، مدیر ارشد ارزیابی و حمل‌ونقل نوین در جی‌دی پاور، در این باره می‌گوید: «به دلیل تضاد ذاتی میان بیشینه‌سازی برد پیمایش و بهینه‌سازی مقاومت در برابر سایش در خودروهای برقی، سازندگان تایر و خودروسازان ناگزیرند برای حل این چالش با یکدیگر همکاری تنگاتنگ داشته باشند.»[4]

استفاده از آمیزه‌های پلیمری سخت‌تر برای مقاومت در برابر تنش برشی، غالباً به افزایش مقاومت غلتشی می‌انجامد که برد پیمایش با یک بار شارژ را کاهش می‌دهد. مهندسان موظفند بدون تضعیف چسبندگی لازم جهت مهار گشتاور آنی، میان طول عمر تایر و کارایی مصرف انرژی تعادل برقرار کنند.[4]

برای مدیریت این الزامات متناقض، تایرهای نسل جدید خودروهای برقی به دیواره‌های تقویت‌شده جهت تحمل وزن باتری و فوم‌های جاذب صوت برای مهار صدای جاده مجهز شده‌اند. نبود صدای پیشرانه احتراقی موجب می‌شود طنین چرخش چرخ‌ها در کابین برجسته شود و سازندگان را ناگزیر به کاهش نویز کند.

برای مدیران ناوگان و مصرف‌کنندگان، کاستن از شدت فرسایش مستلزم پایبندی به برنامه‌های منظم نگهداری است. جابه‌جایی چرخ‌ها با یکدیگر در فواصل ۸ هزار کیلومتری برای توزیع متوازن تنش برشی نقشی کلیدی دارد و تنظیم دقیق زوایای چرخ مانع سایش نامتقارن شانه‌های تایر زیر وزن شاسی می‌شود.[2]