پیشرانه (Powertrain)

پیشرانه (Powertrain) به مجموعه تمام قطعات و سیستم‌هایی در یک وسیله نقلیه اطلاق می‌شود که وظیفه تولید نیرو و انتقال آن به چرخ‌ها برای به حرکت درآوردن خودرو را بر عهده دارند. این سیستم شامل منبع تولید نیرو (موتور)، سیستم انتقال قدرت (مانند گیربکس و دیفرانسیل) و محورهای متحرک است. پیشرانه قلب تپنده هر خودرو محسوب می‌شود و مشخصات آن تأثیر مستقیمی بر عملکرد، راندمان انرژی، قابلیت رانندگی و تجربه کلی استفاده از خودرو دارد. با ظهور خودروهای برقی (EVs) و هیبریدی، انواع و ساختار پیشرانه دستخوش تغییرات قابل توجهی شده است.

اجزای کلی پیشرانه

به طور کلی، پیشرانه از اجزای اصلی زیر تشکیل شده است:

1. منبع تولید نیرو: قسمتی که انرژی لازم برای حرکت را تولید می‌کند (مانند موتور احتراق داخلی یا موتور الکتریکی).
2. سیستم انتقال قدرت (Drivetrain): مجموعه‌ای از قطعات که نیرو را از منبع تولید به چرخ‌های متحرک منتقل می‌کنند. این شامل گیربکس (Transmission)، میل‌گاردان (Driveshaft – در صورت نیاز) و دیفرانسیل (Differential) می‌شود.
3. محورهای متحرک (Drive Axles): محورهایی که مستقیماً به سیستم انتقال قدرت متصل بوده و چرخ‌های متصل به آن‌ها، خودرو را به جلو می‌رانند.

پیشرانه در خودروهای هیبریدی

خودروهای هیبریدی (Hybrid Vehicles) دارای پیشرانه‌ای پیچیده‌تر هستند که دو منبع اصلی تولید نیرو را با هم ترکیب می‌کند: یک موتور احتراق داخلی و یک یا چند موتور الکتریکی. پیشرانه هیبریدی علاوه بر اجزای معمول، شامل قطعات اختصاصی سیستم الکتریکی نیز می‌شود:

• موتور احتراق داخلی: معمولاً بنزینی، که در کنار موتور الکتریکی یا به تنهایی نیرو تولید می‌کند.
• موتور الکتریکی/ژنراتور: یک یا چند موتور الکتریکی که می‌توانند نیرو تولید کرده یا در نقش ژنراتور (برای شارژ باتری هیبریدی از طریق ترمز احیاکننده) عمل کنند.
• باتری هیبریدی (Hybrid Battery): پک باتری ولتاژ بالا که انرژی الکتریکی را ذخیره می‌کند (باتری‌های نیکل متال هیدرید یا لیتیوم یون).
• قطعات الکترونیک قدرت: مانند اینورتر (Inverter) و مبدل‌ها برای مدیریت جریان انرژی بین باتری، موتور الکتریکی و موتور احتراق داخلی.
• سیستم انتقال قدرت هیبریدی: ممکن است شامل یک گیربکس استاندارد، یک گیربکس خاص هیبریدی، یا یک دستگاه تقسیم‌کننده قدرت (Power Split Device) باشد که نحوه ترکیب نیروی موتور احتراق داخلی و موتور الکتریکی را مدیریت می‌کند.

پیشرانه هیبریدی می‌تواند در پیکربندی‌های مختلفی (مانند سری، موازی یا سری-موازی) طراحی شود که هر کدام نحوه ترکیب و انتقال نیرو را به شکل متفاوتی مدیریت می‌کنند.

پیشرانه در خودروهای برقی (BEVs)

خودروهای برقی باتری‌دار (BEVs) دارای پیشرانه‌ای هستند که به طور کامل بر انرژی الکتریکی متکی است و از نظر مکانیکی به مراتب ساده‌تر از پیشرانه‌های احتراق داخلی یا حتی هیبریدی است. اجزای اصلی پیشرانه الکتریکی شامل:

• باتری خودروی برقی (EV Battery): منبع اصلی انرژی DC ولتاژ بالا (معمولاً باتری لیتیوم یون)
• موتور الکتریکی: یک یا چند موتور که انرژی الکتریکی را به نیروی مکانیکی تبدیل می‌کنند (معمولاً موتورهای AC)
• اینورتر (Inverter): برای تبدیل برق DC باتری به برق AC مورد نیاز موتور الکتریکی و برعکس (در ترمز احیاکننده)
• گیربکس تک سرعته یا کاهنده (Reduction Gear): بیشتر خودروهای برقی به دلیل گشتاور بالای موتورهای الکتریکی در دورهای پایین، به جای گیربکس‌های چند سرعته پیچیده، از یک گیربکس ساده تک سرعته یا کاهنده استفاده می‌کنند.
• دیفرانسیل: برای اجازه چرخش چرخ‌های یک محور با سرعت‌های متفاوت. در برخی طرح‌ها، دیفرانسیل در یک واحد با موتور و گیربکس ادغام می‌شود (موتور نصب شده بر روی محور).
• محورهای متحرک: برای انتقال نهایی نیرو به چرخ‌ها

سادگی مکانیکی، قطعات متحرک کمتر، و امکان قرارگیری منعطف‌تر موتورهای الکتریکی (مثلاً نصب مستقیم بر روی محورها) از ویژگی‌های کلیدی پیشرانه‌های الکتریکی است. همچنین، ایجاد سیستم چهار چرخ متحرک در خودروهای برقی اغلب با افزودن یک موتور الکتریکی مجزا به محور دیگر (علاوه بر محور اصلی متحرک) به سادگی امکان‌پذیر است.

اهمیت پیشرانه

نوع و مشخصات پیشرانه مستقیماً بر موارد زیر تأثیر می‌گذارد:

• عملکرد: تعیین‌کننده شتاب، حداکثر سرعت، توان کششی و قابلیت‌های دینامیکی خودرو
• راندمان انرژی: تأثیر مستقیم بر مصرف انرژی خودروی برقی (kWh/100km) یا مصرف سوخت (Lit/100km) و در نتیجه بر برد پیمایش (Range)
• ابعاد و طراحی خودرو: اندازه و شکل اجزای پیشرانه (مانند موتور احتراق داخلی بزرگ در مقایسه با موتور الکتریکی کوچک) بر ابعاد کلی خودرو و نحوه چیدمان فضای داخلی خودرو تأثیر می‌گذارد.
• وزن خودرو: وزن اجزای پیشرانه بخشی از وزن کل خودرو است.
• نیاز به نگهداری: پیشرانه‌های الکتریکی به دلیل قطعات متحرک کمتر و سادگی مکانیکی، معمولاً نیاز به نگهداری کمتری نسبت به پیشرانه‌های احتراق داخلی دارند.

پیشرانه در بازار خودروی ایران

خودروهای برقی و هیبریدی وارداتی به ایران مجهز به انواع مختلفی از پیشرانه‌ها هستند. بخش قابل توجهی از خودروهای هیبریدی وارداتی از پیشرانه‌های هیبریدی با فناوری‌های اثبات‌شده (مانند سیستم‌های سری-موازی تویوتا یا انواع مشابه) استفاده می‌کنند. خودروهای برقی وارداتی نیز دارای پیشرانه‌های الکتریکی با پیکربندی‌های متنوع (مانند یک موتور در محور جلو یا عقب، یا دو موتور برای سیستم چهار چرخ متحرک) هستند که اغلب شامل موتورهای نصب شده بر روی محور و گیربکس‌های تک سرعته کاهنده است.

شناخت نوع و مشخصات پیشرانه در خودروهای برقی و هیبریدی در ایران برای خریداران در ارزیابی عملکرد، راندمان انرژی و برد پیمایش خودروهای مختلف در بازار ضروری است. همچنین، برای هرگونه برنامه در زمینه تولید خودروهای برقی در ایران (مونتاژ یا ساخت)، انتخاب فناوری و پیکربندی پیشرانه الکتریکی یک تصمیم راهبردی کلیدی است که بر هزینه، قابلیت‌های تولید، عملکرد نهایی خودرو و رقابت‌پذیری آن در بازار تأثیرگذار خواهد بود.

نتیجه‌گیری

پیشرانه سیستم اصلی تأمین‌کننده نیروی حرکت در خودروهاست که از منبع نیرو، سیستم انتقال قدرت و محورهای متحرک تشکیل شده است. پیشرانه‌های در خودروهای هیبریدی با ترکیب موتور احتراق داخلی و موتور الکتریکی پیچیدگی بیشتری دارند، در حالی که پیشرانه‌های تمام الکتریکی در خودروهای برقی به دلیل استفاده از موتورهای الکتریکی، اینورتر و گیربکس‌های ساده‌تر، از نظر مکانیکی بسیار ساده‌تر هستند. این سادگی و همچنین قابلیت اطمینان بالا و راندمان انرژی بهتر، پیشرانه‌های الکتریکی را به گزینه اصلی برای حمل‌ونقل آینده تبدیل کرده است. درک انواع پیشرانه‌ها و ویژگی‌های آن‌ها برای ارزیابی خودروهای برقی و هیبریدی موجود در بازار ایران و همچنین برنامه‌ریزی برای تولید خودروهای برقی در ایران حیاتی است.