لا يزال العلماء والمبتكرون مشغولين بديناميكيات إطارات السيارات بعد مرور 135 عامًا على مولد الصناعة ، تجتهد شركات الصناعة لابتكار إطارات بدون هواء ، وبها مستشعرات تغذي السائق ببيانات مستمرة . قد تعمل إطارات المستقبل على الطرق بحلول 2050 وقت أن تصبح كل وسائل النقل كهربائية وكثير منها بالقيادة الذاتية
السيارات الكهربائية
يضع الوزن الثقيل لأحدث جيل من السيارات الكهربائية متطلبات خاصة على إطارات السيارة . في الوقت نفسه، يريد أصحاب السيارات الكهربائية إطارات لا توفر قبضة جيدة وديناميكيات عامة فحسب، بل يوفر أيضًا ضوضاء منخفضة ونطاقًا ممتازًا.
دعونا نتعمق في كيفية قيام بعض أكبر الشركات المصنعة لإطارات السيارات في العالم بتلبية احتياجات السيارات الكهربائية الحديثة بينما نستعد أيضًا لمستقبلنا المستقل. وبالنظر إلى أبعد من ذلك على الطريق، فإن السيارات ذاتية القيادة المستقبلية لها احتياجاتها الخاصة، بما في ذلك أجهزة استشعار أكثر تقدمًا وآليات ردود الفعل للإبلاغ عن ظروف الطريق في الوقت الفعلي للسائقين والتي لا توجد إلا على شريحة كمبيوتر.
تصميم الإطارات
لقد ارتفع عدد السيارات على الطرق الأميركية بشكل كبير على مدى السنوات العشرين الماضية، من نحو 225 مليون سيارة إلى 278 مليون سيارة اليوم، كما توسع التخصص في إطاراتها بمعدل أكبر. أخبرنا ستيف بوراسا مدير المنتجات في Nokian Tyres North America: “لقد انفجر انتشار SKU في صناعة الاطارات إنه قبل 20 عامًا، كنا على الأرجح نتطلع إلى 160 أو 175 مقاسًا تشكل السوق. الآن لدينا أكثر من 600 مقاس إجمالي يمكن للمستهلكين الاختيار من بينها لوضعها على سياراتهم.”
عالم Tires cars الجديد
هذه مجرد أحجام، مع تجاهل جميع الشركات المصنعة المتنوعة والإطارات النموذجية الفردية داخلها، والمركبات والإنشاءات وأنماط المداس المختلفة، بما في ذلك تلك المتخصصة مثل Hakkapeliitta 10 EV الجديد من Nokian، وهو شكل مختلف من Snow Tires المرصعة للشركة المصممة لاستخدام السيارات الكهربائية.
يتطلب هذا التخصص أساليب تصميم جديدة وأسرع وأكثر كفاءة. وقال بوراسا إن مهندسي نوكيان يعتمدون بشكل متزايد على النمذجة الافتراضية، وذلك باستخدام جوانب الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي: “إذا كانت النماذج تعمل بالطريقة التي ينبغي لها . فجأة يمكن لمصنعي الإطارات تقليل تكاليفنا الإجمالية في العالم الحقيقي”.
الاختبار والقيام بالكثير من تلك النمذجة المبكرة مقدمًا.” وقال بوراسا إن هذا قد يؤدي إلى “بعض التجارب المجنونة المحتملة وتطوير أنواع جديدة منها وتقنيات جديدة في التطورات المستقبلية”.
التقنيات الجديدة ، وإطارات بدون هواء
فكرة الإطارات الخالية من الهواء ليست جديدة. في الواقع، كانت الفكرة الأولى مجرد أشرطة من الجلد أو الفولاذ. ومع ذلك، فقد بدأ مفهوم الإطارات غير الهوائية، أو NPT، في الآونة الأخيرة في الظهور من جديد.
الفكرة الأساسية هي الاستمرار في تقديم عجلة وإطارات من نوع ما مع مداس يتدحرج على الأرض. ومع ذلك، بدلاً من الهواء المضغوط الذي يتم احتجازه بواسطة جدار جانبي، تعتمد ال Tires الخالية من الهواء على شبكة مفتوحة من المواد المركبة أو البوليمرات، مما يسمح بمستوى مماثل من المرونة للنوع الهوائي دون التعرض لخطر الثقب.
ميشلان تقود الابتكارات
لقد كانت ميشلان من أشد المؤيدين لهذا المجال من الأبحاث، حيث قدمت تصميم Tweel بدون هواء في عام 2004 ثم أدخلته في الإنتاج للاستخدام الصناعي بعد عقد من الزمن. الآن، تقوم الشركة بتطوير ما يسمى Uptis، أو نظام الإطارات الفريد المقاوم للثقب، لاستخدام المستهلك المحتمل.
وقال راسل شيبرد، مدير الاتصالات الفنية في ميشلان: “تم اختبار Uptis بسرعة تصل إلى 130 ميلاً في الساعة على مركبات إنفاذ القانون القياسية في أوروبا، مما يظهر الكثير من الوعود للتطبيق في العالم الحقيقي في المستقبل”. وقعت ميشلان شراكة لوضع 50 مجموعة من Uptis على شاحنات التوصيل DHL في سنغافورة هذا العام لإجراء المزيد من الاختبارات.
في حين أن ميزة المتانة للإطار الخالي من الهواء واضحة، إلا أن هناك بعض العيوب ، خاصة عندما يتعلق الأمر بتطبيقات المركبات الكهربائية. أخبرنا ويل روبنز، مدير استراتيجية المنتجات الاستهلاكية في بريدجستون، قائلاً: “لا سيما في البداية، فإن وزنها ومقاومتها للدوران مقارنة بتلك الهوائية، لا يمكن مقارنتهما”.
قال روبنز إن التقدم المادي يساعد في تقليل وزن NPT، وهو مساهم رئيسي في مقاومتها العالية للدوران، لكن الضوضاء وجودة الركوب لا تزال بحاجة إلى التحسين. وعلى الرغم من عقود من الأبحاث ، قال روبنز إنها لا تزال في مرحلة “الطفولة” مقارنة بالنوع الهوائي .
معالجه الإطارات وتجديدها
أصبحت مداسات الإطارات الراقية اليوم أكثر تقدمًا بشكل ملحوظ من تلك التي كانت موجودة قبل بضع سنوات فقط. لقد غيرت الأنماط الجديدة بشكل جذري الطريقة التي تتصرف بها. وقال روبينز من بريدجستون: “الشيء الذي رأينا أن الصناعة تفعله على مدار العقد الماضي والذي غير قواعد اللعبة بالنسبة لنا فيما يتعلق بأداء كل المواسم هو ما نسميه بالشريحة ثلاثية الأبعاد”.
آلية عمل الإطارات المطورة
السيبس هي القطع التي عادة ما تراها بشكل بارز في Winter tires، وهي مصممة لمساعدة المداس على الانتشار لتوجيه المياه وزيادة مساحة السطح. باستخدام المشارب ثلاثية الأبعاد، يمكن تصميم هذا النمط للتشابك. وقال روبينز: “لذلك عندما يكون الإطار تحت دوران حر أو ضغط أقل، تظل الحزوز مفتوحة وتغلق بشكل طبيعي أثناء مرورها عبر البصمة”.
عندما تبدأ بالفعل في وضع حمل جانبي أو طولي عليه، يتم قفلهما معًا.” هذا القفل يجعل tire car يبدو وكأنه أكثر صلابة وأكثر توجهاً نحو الصيف في المناطق الجافة بينما لا يزال يقدم أداءً شتويًا، وفقًا لروبنز، “أفضل من حيث الحجم” من إطارات جميع المواسم منذ عقد مضى.
إطارات الثلج
ما علاقة ذلك بالمركبات الكهربائية؟ سيتمكن المزيد من السائقين في الولايات ذات الشتاء الحقيقي من الالتزام بإطارات جميع المواسم، والتي توفر نطاقًا أكبر من إطار الثلج المخصص والمصنف على شكل ندفة الثلج. تتميز هذه النوعية المختصة بالثلج ا بنمط مداس أعلى ومقاومة أعلى للدوران مقارنة بجميع المواسم.
في المستقبل، قد تكون التغييرات الأكبر هي طول عمر هذا المداس. في الوقت الحالي، عندما يتآكل المداس ، يجب استبدال الإطار بالكامل (2/32 بوصة هو الحد الأدنى للعمق في معظم الولايات). في المستقبل، قد يكون من الممكن الحفاظ على جسم الإطار بينما يتم استبدال المداس فقط.
التجديدات هي بالفعل القاعدة في الإطارات المقطورة والأخرى الصناعية. وقال روبنز: “يتم تجديد إطارات الشاحنات الكبيرة ثلاث أو أربع أو خمس مرات في بعض الأحيان”. “المرحلة التالية من ذلك من جانب المستهلك هي كيف يمكننا جلب ذلك إلى السوق الاستهلاكية بطريقة يمكن الاعتماد عليها وآمنة وفعالة من حيث التكلفة بالنسبة للمستهلكين؟.
لكي نكون واضحين، فإن تجديدات المستهلك ليست شيئًا جديدًا. لقد كانت ممارسة شائعة خلال النصف الأول من القرن العشرين ولكنها توقفت عن الممارسة مع ظهور إطارات مربوطة أكثر متانة وأطول عمرًا.
الحياد الكربوني
يميل سائقو المركبات الكهربائية إلى أن يكونوا أكثر وعيًا بالبيئة من المستهلك العادي، لذلك يركز المصنعون بشكل متزايد على إنشاء إطارات أكثر خضرة في حد ذاتها. تقدم معظم الشركات المصنعة تعهدات كبيرة، مثل قيام شركة Nokian ببناء أول مصنع لتصنيع Tires خالية من الكربون في رومانيا، والذي من المقرر افتتاحه في العام المقبل. وفي الوقت نفسه، تهدف ميشلان إلى تحقيق الحياد الكامل للكربون في جميع عمليات التصنيع الخاصة بها بحلول عام 2050.
ولكن حتى لو كان بإمكانك إعادة استخدام غالبية الإطار، فإن المداس الذي يبلى يجب أن ينتقل إلى مكان ما. “من الواضح أن هناك كمية كبيرة من المطاط التي ذهبت بشكل أساسي إلى البيئة. وعادةً، سينتهي الأمر على الطرق حتى يأتي المطر ويغسل جزيئات مختلفة من tires cars ، وتتسلل مياة الغسيل الملوثة إلى شبكات المياه، وحقول المزارعين”.
في الوقت الحاضر، يتم استخدام مجموعة متنوعة من المركبات العضوية لإنشاء المطاط الاصطناعي، بما في ذلك البيوتادين، وهو هيدروكربون سام مشتق من الوقود الأحفوري. ومن أجل تقليل الاعتماد على تلك التقنيات، بدأت ميشلان في استخراج مركبات مماثلة باستخدام مصادر الكتلة الحيوية مثل لحاء الأشجار .
جهود الشركات للحياد الكربوني الكامل
بالإضافة إلى ذلك، قد يكون التحول إلى المطاط الطبيعي جزءًا من الحل لتقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري. في العام الماضي، استثمرت بريدجستون 42 مليون دولار في منشأة لزراعة نبات الجوايول، وهي شجيرة صحراوية يمكن أن تكون مصدرًا غنيًا للمطاط الطبيعي. تم نشر new tires التي تحتوي على هذه المادة في حلبات شوارع IndyCar في جميع الأماكن، ولكن في المستقبل، ستؤدي المصادر البديلة للمواد الخام مثل هذه إلى تقليل التأثير البيئي السلبي لها .
وبالمثل، تحتوي سيارة Turanza EV الجديدة لجميع المواسم من Bridgestone على الكربون الأسود المعاد تدويره من الإطارات القديمة، وسيليكا قشر الأرز، وزيت فول الصويا، والمطاط الصناعي المصنوع من الأكياس والزجاجات البلاستيكية المعاد تدويرها.
مركبات صديقة للبيئة
ستكون المزيد من المركبات الصديقة للبيئة مهمة في المستقبل، لكنها ستظل بحاجة إلى توفير التوازن الصحيح بين الإمساك والمتانة ومقاومة التدحرج. قال روبينز من بريدجستون إن الكثير من ذلك يعود إلى الكيمياء: “لذا فإن سحر ما يجعل مركبات المطاط الحديثة تعمل هو في الواقع كيفية جعل البوليمرات والسيليكا تتفاعلان معًا؟” السيليكا عبارة عن رمل في الأساس، وهو ما يوفر قدرًا كبيرًا من المتانة والجر .
وفي الوقت نفسه، تقوم البوليمرات بإنشاء الروابط التي تجمع كل شيء معًا وتوفر الديناميكية الشاملة للإطار. وقال روبنز: “المشكلة هي أن السيليكا لا تريد الارتباط بالأشياء، وخاصة سلاسل البوليمر الطويلة للغاية”. في الآونة الأخيرة، قامت بريدجستون بتطوير تقنيات خلط جديدة تزيد من كمية الترابط. قال روبينز: “أشبه ذلك نوعًا ما بصنع كعكة باستخدام خلاط يدوي ومخفقة. أو يمكنك استخدام كيتشن إيد الذي سيعطيك نتائج فائقة الاتساق”.
لقد ساهمت تقنيات الخلط الجديدة التي طورتها بريدجستون في مضاعفة كمية روابط السيليكا بالبوليمر، ولكن هناك الكثير مما سيأتي في هذا المجال من الأبحاث. وقال روبينز: “ما تسمح لنا تقنية الخلط الجديدة بفعله هو الاستمرار في استخدام المزيد من السيليكا، ثم نحتاج إلى بوليمرات جديدة مصممة للاستفادة منها”. “على مدى العقد المقبل، هذا هو المكان الذي ستكون فيه الأبحاث المستمرة.”
حساسات ومستشعرات
في حين أن كل ما سبق يجب أن يؤدي إلى إطارات أفضل للجميع، عندما يتعلق الأمر بتلك المصممة خصيصًا للمركبات ذاتية القيادة، فإن المستقبل سيتطلب الكثير من المعلومات.
وقال بوراسا من نوكيان: “في الحقيقة، الأمر يتعلق بأجهزة الاستشعار الموجودة في الإطارات ونوع المعلومات التي يمكننا التقاطها حول ظروف الطريق ومستويات الثبات، ومن ثم توصيلها مرة أخرى إلى السائق”. “وفي الواقع، السائق في هذه الحالة هو جهاز كمبيوتر.”
لماذا الكثير من البيانات؟ فكر في جميع الطرق الدقيقة التي نحصل بها على ردود الفعل من الإطارات، وأشياء مثل أصوات الصرير، واهتزازات عجلة القيادة، والجدران الجانبية المنتفخة. لن تكون السيارة ذاتية القيادة بالضرورة قادرة على التقاط كل ذلك، لذلك سيتعين على ال tires أن يعمل بجهد أكبر لإبلاغ السيارة بحالته.
أجهزة استشعار بالإطارات
بدأت أجهزة الاستشعار هذه في الظهور في إطارات الإنتاج، لا سيما في التطبيقات الصناعية، حيث يمكنها الإبلاغ عن بيانات التآكل ودرجة الحرارة وتنبيه المشغلين بالمشاكل قبل وقوع حوادث محتملة.
سوف تتطلب أجهزة الاستشعار الجديدة طرقًا جديدة لتوصيل تلك المعلومات. ويأمل بوراسا من شركة Nokian ألا نتكرر ما حدث مع نظام مراقبة ضغط الهواء المتواضع، أو TPMS. وقال: “عندما أصبح ذلك قانونًا، كانت هناك بضعة أنواع مختلفة من الأنظمة التي تم استخدامها وجعلت الأمر بمثابة كابوس للتجار”. “آمل بالتأكيد أن يتم وضع المعايير وهذا من شأنه أن يسمح للمستهلكين بالاستمرار في الحصول على خيار واختيار عند استبدال إطاراتهم، بدلاً من الاضطرار إلى شراء إطار OE فقط الذي تم إعداده للتواصل بشكل خاص مع سيارتهم.”
ضع كل شيء معا
إذًا كيف يمكن أن يبدو هذا الإطار المستقبلي المليء بأجهزة الاستشعار ولكنه خالي من الهواء؟ قد تكون أفضل معاينة تتمثل في مفهوم رؤية ميشلان، وهو نظرة خاطفة على كيفية تصور العلامة التجارية لإطار عام 2050. أخبرنا شيبرد ميشلان: “يتكون مفهوم الرؤية من عجلة وإطار بدون هواء”. “إنه مصدر حيوي ومتصل ويتميز بمداس متجدد.” تمت طباعة هذا المداس في الواقع بتقنية ثلاثية الأبعاد، لذا يمكنه الاستفادة من الأشكال والأشكال الهندسية غير المتوفرة في عملية التشكيل التقليدية.
نعم، إنها قابلة للتجديد، ومصنوعة من مركبات متقدمة، ومزودة بأجهزة استشعار، ومصنوعة من مواد صديقة للبيئة. إنه يحقق جميع المتطلبات، ويبدو أيضًا وكأنه شيء سقط من مركبة فضائية غريبة.هل ستبدو إطارات عام 2050 بهذا الشكل من عالم آخر؟ لن نعرف ذلك قبل 25 عامًا أخرى أو نحو ذلك، لكن في الوقت الحالي يمكننا على الأقل أن نشعر بالعزاء في معرفة أنه حتى ذلك الحين، ستظل موجودة
