خودرو از چه اجزایی ساخته شده است؟ از اولین خودروها تا خودروهای آینده

معرفی اجزای اصلی خودرو از سیستم موتور و انتقال قدرت تا فناوری خودروهای آینده

یک خودرو از هزاران قطعه مکانیکی، الکتریکی و الکترونیکی تشکیل شده که در کنار نرم‌افزارها و سامانه‌های کنترلی، یک سیستم واحد را می‌سازند. نکته جالب اینجاست که همه این قطعات همیشه وجود نداشته‌اند. بعضی قطعاتی که زمانی قلب خودرو محسوب می‌شدند، امروز تقریباً منسوخ شده‌اند. در مقابل، قطعاتی مانند دوربین، رادار، رایانه‌های قدرتمند و باتری‌های ولتاژ بالا وارد خودرو شده‌اند که چند دهه پیش حتی تصورشان هم دشوار بود. پس اگر می‌خواهیم خودرو را واقعاً بشناسیم، باید گذشته، امروز و آینده آن را کنار هم ببینیم.

برای ساده‌تر شدن موضوع، می‌توانیم خودرو را به چند خانواده بزرگ تقسیم کنیم:

پیشرانه- انتقال قدرت- حرکت و کنترل- انرژی- برق و الکترونیک– ایمنی- بدنه و شاسی- آسایش- ارتباطات و هوشمندی

هر کدام از این بخش‌ها ده‌ها یا حتی صدها قطعه دارند.

۱. پیشرانه یا موتور؛ قلب خودرو

پیشرانه بخشی است که انرژی را به نیروی حرکت تبدیل می‌کند. مهم‌ترین قطعات موتورهای بنزینی و دیزلی عبارت‌اند از:

بلوک سیلندر- سرسیلندر - پیستون - رینگ پیستون - شاتون- میل‌لنگ- میل‌سوپاپ - سوپاپ‌ها - فنر سوپاپ- تسمه یا زنجیر تایم - محفظه احتراق- یاتاقان‌ها- فلایویل - کارتل - واشرها و آب‌بندی‌ها

در این موتورها، انرژی حاصل از احتراق سوخت به حرکت چرخشی تبدیل می‌شود. اما در خودروهای برقی، موتور احتراق داخلی جای خود را به موتور الکتریکی می‌دهد و بخش بزرگی از قطعات مکانیکی موتور سنتی دیگر مورد نیاز نیستند.

۲. سیستم سوخت‌رسانی؛ بنزین چگونه به موتور می‌رسد؟

در موتورهای احتراق داخلی، سوخت باید ذخیره، منتقل و با مقدار مناسبی از هوا مخلوط شود. اجزای اصلی این سیستم شامل این موارد است:

باک- پمپ سوخت- فیلتر سوخت- خطوط سوخت- ریل سوخت- انژکتورها- دریچه گاز- سنسورها و ECU 

کاربراتور؛ فناوری‌ای که کنار رفت

در خودروهای قدیمی، کاربراتور وظیفه مخلوط کردن سوخت و هوا را انجام می‌داد. با پیشرفت الکترونیک، سیستم‌های انژکتوری جای کاربراتور را گرفتند و امکان کنترل دقیق‌تر سوخت و هوا فراهم شد. کاربراتور یکی از بهترین نمونه‌های تکامل خودروست که جای خودش را به انژکتور داده ااست

۳. سیستم هوارسانی

موتور برای احتراق به هوا نیاز دارد. اجزای مهم این بخش عبارت‌اند از:

فیلتر هوا- محفظه فیلتر-مسیر ورودی هوا- دریچه گاز- منیفولد هوا- سنسورهای جریان و فشار هوا

در برخی موتورها، توربوشارژر یا سوپرشارژر نیز برای ورود هوای بیشتر استفاده می‌شود. توربوشارژر از انرژی گازهای خروجی موتور استفاده می‌کند تا هوای بیشتری وارد موتور شود.

۴. سیستم جرقه و احتراق

در موتورهای بنزینی، مخلوط هوا و سوخت باید در زمان مناسب مشتعل شود. قطعات مهم این سیستم عبارتند از:

شمع- کویل- سیم‌های شمع در برخی خودروهای قدیمی- ECU و سنسورهای مرتبط

در خودروهای قدیمی‌تر، سیستم‌هایی مانند دلکو و پلاتین برای ایجاد و توزیع جرقه استفاده می‌شدند. ولی امروز این فناوری‌ها تا حد زیادی جای خود را به سیستم‌های الکترونیکی داده‌اند.

۵. سیستم خنک‌کاری

موتور هنگام کار گرمای زیادی تولید می‌کند. برای کنترل این گرما، قطعاتی مانند این موارد به کار می‌روند:

رادیاتور- واترپمپ- ترموستات-فن-منبع انبساط-شیلنگ‌ها- مایع خنک‌کننده و مجاری عبور مایع در موتور

در خودروهای آینده نیز مدیریت حرارت اهمیت زیادی دارد؛ با این تفاوت که علاوه بر موتور، باتری، موتورهای الکتریکی و تجهیزات الکترونیکی نیز باید در محدوده دمای مناسب کار کنند.

۶. سیستم روغن‌کاری

روغن موتور برای کاهش اصطکاک و محافظت از قطعات داخلی موتور اهمیت دارد و در انتقال حرارت نیز نقش دارد که عبارتند از.

کارتل- پمپ روغن- فیلتر روغن- مجاری روغن و سنسور فشار روغن

در موتورهای احتراق داخلی این سیستم بسیار حیاتی است. اما موتورهای الکتریکی به سیستم روغن‌کاری موتور احتراق داخلی نیاز ندارند و همین یکی از تفاوت‌های مهم دو معماری است.

۷. سیستم اگزوز و کنترل آلایندگی

گازهای حاصل از احتراق باید از موتور خارج شوند. سیستم اگزوز خودروهای جدید شامل قطعاتی مانند این موارد است:

منیفولد دود -لوله اگزوز -کاتالیست - سنسور اکسیژن - صداخفه‌کن- فیلتر ذرات در برخی خودروها و سامانه‌های کنترل آلایندگی

در خودروهای تمام‌برقی، چون احتراق داخلی وجود ندارد، سیستم اگزوز سنتی نیز وجود ندارد.

۸. انتقال قدرت؛ نیرو چگونه به چرخ‌ها می‌رسد؟

تولید نیرو کافی نیست؛ این نیرو باید به چرخ‌ها منتقل شود. در خودروهای مختلف ممکن است اجزایی مانند موارد زیر وجود داشته باشند:

کلاچ - گیربکس - میل‌گاردان - دیفرانسیل - پلوس - مفصل‌های انتقال نیرو و چرخ‌های محرک

نوع سیستم انتقال نیرو می‌تواند متفاوت باشد مانند:

دیفرانسیل جلو - دیفرانسیل عقب - چهارچرخ محرک - سامانه‌های AWD

۹. گیربکس؛ مدیریت نیروی موتور

موتور در محدوده مشخصی از دور موتور عملکرد مناسبی دارد. گیربکس کمک می‌کند نیروی موتور برای شرایط مختلف رانندگی مناسب شود.

انواع مهم گیربکس:

دستی- اتوماتیک سنتی- CVT - دوکلاچه و نیمه‌اتوماتیک

اما خودروهای برقی داستان متفاوتی دارند. موتور الکتریکی می‌تواند در محدوده بسیار گسترده‌تری از دور موتور نیروی مناسبی تولید کند؛ بنابراین بسیاری از خودروهای برقی به گیربکس چندسرعته سنتی نیاز ندارند.

۱۰. کلاچ

در خودروهای دنده‌ای، کلاچ ارتباط میان موتور و گیربکس را کنترل می‌کند. اجزای آن معمولاً شامل این قطعات است:

دیسک - صفحه - بلبرینگ کلاچ و فلایویل

اما در بسیاری از خودروهای تمام‌برقی، کلاچ سنتی خودروهای دنده‌ای حذف می‌شود. این نمونه دیگری از تأثیر تغییر منبع انرژی بر معماری خودرو است.

۱۱. سیستم تعلیق

سیستم تعلیق ارتباط خودرو با سطح جاده را مدیریت می‌کند و در کنترل ضربات و حفظ پایداری نقش دارد. اجزای آن می‌توانند شامل این قطعات باشد:

فنر- کمک‌فنر- طبق- بوش- میل تعادل- سگدست و اتصالات مختلف

در خودروهای پیشرفته، سیستم‌های تعلیق نیمه‌فعال و فعال می‌توانند شرایط جاده و وضعیت خودرو را بررسی و عملکرد خود را تغییر دهند.

۱۲. سیستم فرمان

سیستم فرمان جهت حرکت خودرو را کنترل می‌کند. در خودروهای مختلف اجزایی مانند این قطعات وجود دارند:

فرمان- ستون فرمان- جعبه فرمان- میل فرمان- سیبک‌ها و اتصالات فرمان

فرمان خودرو در طول زمان از سیستم‌های کاملاً مکانیکی به هیدرولیکی و سپس برقی حرکت کرده است. در آینده، فناوری Steer-by-Wire  می‌تواند نقش بیشتری پیدا کند؛ یعنی بخشی از ارتباط سنتی مکانیکی میان فرمان و چرخ‌ها با سیستم الکترونیکی جایگزین شود.

۱۳. سیستم ترمز

ترمز مهم‌ترین ابزار کنترل سرعت و توقف خودرو است که شامل.

دیسک- لنت- کالیپر- بوستر- پمپ ترمز- خطوط ترمز و روغن ترمز

و در خودروهای جدید:

ABS - EBD - کنترل پایداری- ترمز پارک برقی و ترمز اضطراری خودکار

در خودروهای هیبریدی و برقی، ترمز احیاکننده نیز می‌تواند هنگام کاهش سرعت بخشی از انرژی جنبشی را به انرژی الکتریکی تبدیل کند.

۱۴. چرخ و لاستیک

تنها بخش‌هایی از خودرو که مستقیماً با جاده تماس دارند، اهمیت فوق‌العاده‌ای در کنترل خودرو دارند. این مجموعه شامل این قطعات می‌باشد:

رینگ - لاستیک - توپی چرخ و بلبرینگ

سنسور فشار باد در خودروهای مجهز به TPMS

در آینده ممکن است لاستیک‌ها هوشمندتر شوند و اطلاعات بیشتری درباره فشار، دما، فرسایش و وضعیت تماس با جاده در اختیار خودرو قرار دهند.

۱۵. سیستم برق

خودروهای قدیمی بیشتر به سیستم‌های مکانیکی وابسته بودند. اما خودروهای امروزی شبکه پیچیده‌ای از برق و الکترونیک دارند که شامل ایتن قطعات می‌باشد:

باتری- دینام- استارت- فیوز -رله -سیم‌کشی و واحدهای کنترل الکترونیکی

در خودروهای آینده، معماری برق خودرو می‌تواند بیشتر به سمت شبکه‌های پرسرعت و رایانش مرکزی حرکت کند.

۱۶ ECU.؛ مغز الکترونیکی خودرو

ECU یا واحد کنترل الکترونیکی، اطلاعات سنسورها را دریافت و بسیاری از عملکردهای خودرو را کنترل می‌کند.

در خودروهای امروزی، ممکن است واحدهای کنترل متعددی برای سیستم‌های مختلف وجود داشته باشند مانند:

موتور- گیربکس -ترمز -بدنه -ایمنی -تهویه و سیستم‌های کمک‌راننده

در خودروهای آینده، احتمالاً بخشی از این معماری به سمت رایانه‌های مرکزی قدرتمندتر حرکت خواهد کرد.

۱۷. سنسورها؛ چشم و گوش خودرو

خودرو برای تصمیم‌گیری به اطلاعات نیاز دارد. سنسورها می‌توانند دما، فشار، سرعت، موقعیت، شتاب، اکسیژن و بسیاری پارامترهای دیگر را اندازه‌گیری کنند. در خودروهای پیشرفته‌تر، سنسورهای محیطی نیز وارد بازی شده‌اند:

دوربین- رادار - لیدار و حسگرهای اولتراسونیک

این حسگرها پایه بسیاری از سیستم‌های کمک‌راننده و خودران هستند.

۱۸. سیستم‌های ایمنی

ایمنی خودرو دو بخش اصلی دارد.

ایمنی غیرفعال مانند:

کمربند ایمنی- ایربگ- مناطق مچاله‌شونده- بدنه مقاوم- ستون‌های تقویت‌شده و پشت‌سری

ایمنی فعال مانند:

ABS - کنترل پایداری- کنترل کشش -پایش نقاط کور-هشدار برخورد -هشدار خروج از خط - ترمز اضطراری خودکار و کروزکنترل تطبیقی

بسیاری از این فناوری‌ها زمانی وجود نداشتند و امروز به تجهیزات مهم خودرو تبدیل شده‌اند.

۱۹. بدنه و شاسی

بدنه فقط ظاهر خودرو نیست. ساختار خودرو باید وزن و نیروهای مختلف را تحمل کند و در هنگام تصادف از سرنشینان محافظت کند. در ساخت خودرو از موادی مانند این موارد استفاده می‌شود:

فولاد- آلومینیوم - منیزیم در برخی کاربردها- مواد کامپوزیتی و مواد پیشرفته سبک‌وزن

در خودروهای آینده، کاهش وزن همراه با افزایش استحکام اهمیت بیشتری خواهد داشت.

۲۰. سیستم تهویه و رفاه

امروز خودرو فقط وسیله‌ای برای جابه‌جایی نیست. سیستم‌های رفاهی شامل این موارد مانند هستند:

بخاری- کولر - کمپرسور- تهویه مطبوع- فیلتر کابین- گرم‌کن صندلی- سردکن صندلی - تنظیم برقی صندلی- سیستم صوتی- نمایشگر و شارژر

در خودروهای آینده، کابین می‌تواند بیشتر شبیه یک فضای هوشمند و قابل تنظیم باشد.

۲۱. سیستم ارتباطی

خودروهای جدید می‌توانند به تلفن همراه، اینترنت و سرویس‌های مختلف متصل شوند. فناوری‌هایی مانند:

GPS - بلوتوث -اینترنت خودرو -ناوبری -ارتباطات بی‌سیم و خدمات متصل که خودرو را از یک وسیله صرفاً مکانیکی به یک وسیله متصل تبدیل کرده‌اند. در آینده، ارتباط خودرو با خودرو و زیرساخت جاده نیز می‌تواند اهمیت بیشتری پیدا کند 

برای شناخت خودرو، لازم نیست مکانیک باشیم؛ فقط کافی است بدانیم هر قطعه چه کاری انجام می‌دهد و چرا وجود دارد.