شرکت مپنا، یکی از معدود شرکتهای پیشرو در زمینه تکنولوژی‌های مختلف در ایران است که نقش پررنگی در اجرای پروژه‌های خاص و حساس تکنولوژی محور کشور دارد. این شرکت اخیرا با دعوت از رسانه تخصصی "خودروبانک" خبر از تولید اولین نسخه آزمایشی خودرو هیبرید شده از سوی مهندسین این شرکت داد. مپنا قصد دارد تا با پیاده‌سازی تکنولوژی سیستم انتقال نیرو الکتریک، خودروهای سوخت فسیلی خودروسازان مایل به همکاری را به نسخه‌های هیبرید بدل کرده و ایران را به جرگه دارندگان تکنولوژی خودروهای هیبرید متصل کند. البته با استفاده از تکنولوژی موتورهای درون چرخ خودرو تمام برقی نیز قابل ارائه است که می تواند به صورت دو چرخ محرک یا چهار چرخ محرک طراحی شود.
آنچه در ادامه این مقاله می‌خوانید آشنایی با مشخصات فنی یک دستگاه کیا سراتو YD (نسل سوم/نسل دوم فورته) است که از سوی مهندسین شرکت مپنا، به سیستم انتقال نیرو الکتریکی نیز مجهز شده است و در ساختار موازی به سبک هیبرید قابلیت ایفای نقش دارد.
مپنا کیست؟
شرکت مپنا که نامش را از اختصار کلمات "مدیریت پروژه‌های نیروگاهی ایران" به دست آورده است، شرکت مهندسی متشکل از مجموعه‌ای از شرکتهای فعال در زمینه‌های مختلف انرژی و تکنولوژی است که در سال 1371 تاسیس شد. این شرکت در زمینه‌های مختلف ساخت نیروگاه‌ها، زیرساخت‌های تکنولوژی، خطوط لوله گاز، حفاری و ترابری ریلی کشور فعالیت می‌کند.
کیا سراتو هیبریدی مپنااین شرکت که به عنوان سومین شرکت بزرگ خاورمیانه شناخته می‌شود، زیرساخت‌های بسیار زیادی در ایران را راه‌اندازی کرده است که برای آشنایی بهتر با آنها و فعالیت‌های دقیق‌تر این شرکت، باید تاریخچه فعالیت‌های مپنا را مطالعه کنید. اما آنچه خودروبانک را به مپنا کشاند، کسب دانش طراحی، ساخت و تولید سیستم انتقال نیرو الکتریکی است که بر اساس ادعای مستقیم شرکت مپنا، همه بخش‌های مورد نیاز این سیستم، از مجموعه باتری گرفته تا موتورهای الکتریکی و سیستم درایورها (راه‌انداز‌ها) این سیستم از سوی مهندسان این شرکت طراحی و تولید شده است.
سراتو YD هیبرید
اولین محصول جدی شرکت مپنا که به مجموعه سیستم انتقال نیرو الکتریکی مجهز شده است، یک دستگاه کیا سراتو YD نسل سوم است که در حقیقت آخرین نمونه سراتو وارداتی (مدل 2017-2018) بازار ایران به حساب می‌آید. در نتیجه سیستم انتقال نیرو استاندارد این خودرو یک پیشرانه احتراق داخلی بنزین سوز تنفس طبیعی چهار سیلندر 16 سوپاپ 2.0 لیتری، به قدرت 157 اسب بخار و گشتاور 195 نیوتون.متر است که با یک گیربکس اتوماتیک شش سرعت اتوماتیک در ساختار متحرک جلو (ساختار FF) مجهز شده است.
تنظیمات Mode های مختلف این نسل سراتو که در بازار آمریکای شمالی با نام کیا فورته (Forte) شناخته می‌شود، از سال 2012 تا 2018، بر خط تولید شرکت کیا قرار داشت تا زمانی که نسل بعدی، در سال 2018 با کد شناسایی BD جانشین آن شد. در نتیجه در این مقاله منحصر به فرد، موضوع بررسی کیا سراتو YD نیست. مساله بررسی ویژگی‌های فنی و تغییرات اعمال شده بر این خودرو است که از سوی شرکت مپنا و در راستای هیبرید شدن آن صورت گرفته است.
سراتو هیبرید مپنا
بر اساس ادعا شرکت مپنا، این سراتو منحصر به فرد به مجموعه سیستم انتقال نیرو الکتریکی مجهز شده است که شامل یک پک باتری، واحد کنترل و دو موتور الکتریکی است که بر هر یک از دو چرخ عقب قرار گرفته است. موتورهای الکتریکی به کار رفته بر محور عقب، از نوع Wheel Hub Motor هستند. به این معنا که این موتورها مستقیما بر توپی چرخ سوار شده و انتقال نیرو آنها بدون کمک گیربکس، و از نوع مستقیم است.
این سبک موتورها معمولا در خودروهایی به کار گرفته می‌شوند که فضای مناسب برای نصب یک موتور مجزا در آنها وجود ندارد. در نتیجه خودروساز با به کارگیری موتورهایی که از فضای خالی پشت ریم‌ها استفاده می‌کند، در حقیقت آنها را در فضایی بلااستفاده جای می‌دهد. البته این سبک طراحی موجب افزایش وزن تعلیق نشده در محوری می‌شود که موتورها بر آن سوار شده است. در نتیجه وزن موتورها بر چرخ‌ها و مجموعه تعلیق فشار بیشتری وارد می‌کند که می‌تواند منجر به افزایش میزان کوبش‌ها و کاهش پایداری خودرو شود. البته این مهم از سوی سرنشینان به سادگی قابل حس نخواهد بود و از این رو چندان در کیفیت سواری خودرو تاثیر گذار نیست.
کابل شارژ هر موتور به کار رفته در چرخ‌های عقب این سراتو، از نوع آهنربا دائم (Permanent Magnet) آب خنک هستند که بیشینه توان 60 کیلووات (82 اسب بخار) و بیشینه گشتاور 700 نیوتون.متر تولید می‌کنند. حالت میزان بیشینه در موتورهای برقی تنها در مدت زمان کوتاه قابل دسترس است، از این رو تنها بیشینه توان و گشتاور نامی تولیدی موتورها مد نظر است به صورت پیوسته و دائمی از سوی موتور الکتریکی قابل تامین است. به ترتیب توان و گشتاور نامی این موتورها به ترتیب برابر با 40 کیلووات (55 اسب بخار) و 400 نیوتون.متر است و بیشترین سرعت دورانی آن برابر با 1500 دور بر دقیقه است. از این رو بیشینه سرعت نهایی به هنگام استفاده از این موتورهای الکتریکی، تنها بر اساس کنترل دور و قطر تایرهای به کار گرفته شده، تعیین خواهد شد.
ترکیب دو موتور الکتریکی 82 اسب بخاری 700 نیوتون.متری در یک خودرو (سراتو YD) با وزن خالص 1.3 تنی، می‌تواند منجر به پرواز خودرو با شتاب اولیه خیره کننده (تا مرز تاب و تحمل تایرها) شود. اما باید در نظر داشت که واحد کنترلی در یک خودرو هیبرید در حقیقت به گونه‌ای ستاپ می‌شود که انتقال نیرو از پک باتری به موتور، به صورت بهینه و با مدنظر قرار دادن برد مفید انجام شود. در نتیجه این سراتو قرار نیست همانند محصولات تسلا یا ریمک، به عنوان یک خودرو اسپرت و عملکرد محور تمام الکتریکی ایفای نقش کند. بنابراین، انتقال جریان الکتریکی در این سراتو هیبرید شده نیز با همین سیاست انجام گرفته است.
واحد کنترلی یا سیستم درایو (Driver Unit) بخش الکتریکی این خودرو، مجموعه‌ای با ابعاد فیزیکی 263×244×127 میلی‌متر و به وزن نهایی 7.5 کیلوگرم است که با جریان آب خنک می‌شود. این واحد که با قابلیت بسیار مهم بازیابی انرژی حاصل از ترمز (Regenerative Brake) طراحی شده است، در کنار پک باتری‌ها در صندوق عقب خودرو قرار گرفته و از این رو شاید نزدیک به 80 درصد فضای مفید صندوق عقب را اشغال کرده است و فضای حمل بار نهایی آن شاید از یک سوم فضای بار یک خودرو هاچ‌بک نیز کوچک‌تر باشد. از آنجایی که سراتو YD از ابتدا به عنوان یک خودرو هیبرید طراحی و ساخته نشده بود، در نتیجه فضایی برای گنجاندن مجموعه واحد کنترلی و پک باتری جز فضای صندوق عقب وجود نداشت. بنابراین اشغال شدن فضای صندوق عقب در این خودرو بخصوص، یک حقیقت غیر قابل اجتناب است.
پک باتری این خودرو دارای بیشنه ظرفیت 20 کیلوات ساعت می باشد که می تواند جریان بیشنه حدود 1000 آمپر را تولید کند، این پک باتری از نوع آب خنک بر اساس هیت سینک و خنک سازی آب قبل از ورود به باتری پک طراحی شده است، باتری های مورد استفاده در این پک از نوع کیسه ای (Pauch) است که دانستیه انرژِی حدود 200 وات ساعت بر گیلوگرم دارد، وزن کلی باتری پک حدود 170 کیلوگرم می باشد، این پک باتری می تواند با سیتم های شارژ سریع و کند شارژ شود، سلول های مورد استقاده به گونه ای هستند که تا 8 برابر توان نامی امکان تامین توان موتورهای الکتریکی را دارند.
در خودرهای دایرکت درایو با توجه به قرار گرفتن موتورها روی چرخ نیاز به تامین مستقیم جریان و گشتاور بدون واسطه گری گیربکس است که خود موجب استفاده از باتری های با c دشارژ بالا (حدود 3 تا5) می گردد و یا باید ظرفیت پک باتری بالا باشد که این خود چالشی برای این نوع از خودروها محسوب می شود، در مقابل خودروهای با موتورهای مرکزی دارای c دشارژ پایین تر حدود 1 تا 2 هستند.
تجربه سواری
سراتو YD هیبرید شده مپنا در ظاهر هیچ تفاوت خاصی با یک نسخه بنزین سوز معمولی ندارد. تنها در صورتی که تیزبین باشید، می‌توانید در محفظه شارژ خودرو (بر روی گلگیر عقب سمت شاگرد) و موتورهای الکتریکی قرار گرفته در پشت ریم‌های عقب را مشاهده کنید. در نمای داخلی کابین نیز تنها تغییر اعمال شده استفاده از یک پنل کنترلی است که شامل کلید‌های کنترلی وضعیت سیستم انتقال نیرو (درایو، خلاص و دنده عقب)، ولوم تعیین میزان دخالت سیستم بازیابی انرژی حاصل از ترمز و در آخر کلید سلکتور تعیین کننده حالت‌های سواری خودرو در چهار حالت کلی بنزینی، اسپرت، هیبرید (بنزینی/الکتریکی) و EV یا (تمام الکتریکی) است که هر حالت در نوع خود به خوبی بیانگر ویژگی‌ها و شیوه ستاپ شدن سیستم انتقال نیرو به چرخ‌های خودرو است. نکته جالب آن است که با جابجایی میان حالات مختلف سواری، میزان مسافت قابل پیمایش در پنل نمایش دیجیتال کامپیوتر سفری استاندارد خودرو، به سادگی قابل رویت است.
بنابراین، در صورت تولید انبوه این خودرو بخصوص (یا نسخه‌های مشابه آن)، به هنگام رویت در خیابان‌های کشور به سادگی قادر به تشخیص تمایز‌های آن نخواهید بود. در سایر ویژگی‌ها و آپشن‌های استاندارد خودرو شامل سانروف، فرمان کمک برقی، سیستم تهویه مطبوع، سیستم مولتی مدیا، ایموبلایز، کیسه ایمنی هوا، سنسور پارک عقب و ... هیچ تفاوتی ایجاد نشده و همی چیز در جای استاندارد خود قرار دارد.
در بدو سواری با خودرو در فضای محدود شرکت مپنا، مهندسان این شرکت یک نکته بسیار جالب را یادآوری کردند و آن این که سراتو هیبرید دربیش از چهل هزار کیلومتر مسافت مورد ارزیابی و ستاپ دائم قرار گرفته و بیشتر ایراد‌های مهم و اساسی آن رفع شده و در حال حاضر تقریبا در مرحله نهایی قرار دارد. این خودرو همچنین به صورت روزمره از سوی مدیرعامل شرکت مورد استفاده قرار می‌گیرد تا ضمن آزمایش خودرو در شرایط مختلف شهری و جاده‌ای، آزمون بلند مدت خود را نیز پس داده و ایراد‌های نهان آن نیز مشخص شود.
تصور شخص نگارنده بر آن است که هماهنگ کردن شیوه عملکرد کامپیوتر (ECU) پیشرانه بنزینی خودرو با واحد کنترل مجموعه الکتریکی، به صورتی هوشمند که متوجه هر بار تغییر وضعیت در سلکتور تعیین کننده حالت‌های سواری خودرو شده و متناسب با آن واکنش نشان دهد (پیشرانه بنزینی را خاموش یا روشن کند)، احتمالا کاری بسیار دشوار (و اما نه غیر ممکن) خواهد بود که توسط مهندسان مپنا به خوبی پیاده سازی شده است.
تست کیا سراتو هیبریدی مپنا به محض آغاز به حرکت با این خودرو هیبرید، اولین نکته جالب توجه موتورهای الکتریکی خودرو در حالت آغاز به حرکت و به هنگام ترمزگیری در سرعت‌های پایین‌تر از 20 کیلومتر بر ساعت است که در سایر خودروهای هیبرید نیز شنیده می‌شود .این صدا می‌تواند به میزان درگیری و دخالت سیستم بازیابی انرژی ترمز مربوط باشد
در ادامه با توجه به وجود دو موتور الکتریکی 82 اسب بخاری 700 نیوتون.متری در این سراتو، شاید تصور آن باشد که لانچ در حالت هیبرید، سرنشینان را به صندلی میخ کند. اما در این مد از خودرو هدف بیشتر افزایش راندمان و در نتیجه افزایش پیمایش بوده است و در صورتی که بخواهیم از رانندگی با شتاب بالا لذت ببریم باید از مد اسپرت استفاده کنیم.
درگ با مرسدس بنز SL350
اما تمایز سواری میان حالات مختلف اسپرت، هیبرید یا حتی EV، با یکدیگر و در شرایط رانندگی روزمره و ترافیک شهری بسیار مینیمال است. اما چرا؟ همانطور که بیان شد، هدف از تولید خودروهای هیبرید نه دستیابی به توان بالاتر، بلکه دستیابی به برد مفید بیشتر است. این سراتو در حالت تمام برقی (EV) قادر به پیمایش حدود 110 کیلومتر است. بر اساس گفته‌های مهندسان مپنا، پک باتری‌های این خودرو با شارژر کند شش کیلوواتی، به مدت سه ساعت و 30 دقیقه به طول می‌انجامد اما در صورت استفاده از شارژر سریع 50 کیلوووات، این مقدار به 20 دقیقه کاهش می‌یابد
بنابراین سیستم درایو و مغز کنترلی سیستم انتقال نیرو الکتریکی این خودرو به گونه‌ای ستاپ شده است که انتقال نیرو از این پک باتری نسبتا بزرگ به سمت موتورها، بسیار بهینه و آرام انجام شود تا برد مفید و قابلیت حرکتی این خودرو در وضعیت EV و هیبرید کاهش نیابد. البته از شرکت مپنا انتظار می‌رود که در نسخه‌های تولید انبوه، اختلاف میان حس سواری خودرو در حالات انتخابی راننده را بیشتر کند، حتی اگر این موضوع به معنای کاهش برد مفید خودرو (مثلا در حالت اسپرت) باشد. در آن هنگام انتخاب هر نوع وضعیت سواری و بردمفید حاصل از آن مستقیما بر عهده مالک خودرو (یا راننده) و تصمیم شخص او خواهد بود، اما در عوض فرصت این را خواهد داشت تا شتابگیری تیزتر و حس سواری جذاب‌تری را در خودرو هیبرید خود تجربه کند. با این حال مهم‌ترین نکته مورد تمرکز در فرایند تولید یک خودرو هیبرید، کاهش میزان مصرف سوخت است که در این سراتو از رقم قابل مناسب 7.1 لیتر در هر 100 کیلومتر، حالا به 5.5 لیتر در هر 100 کیلومتر در نسخه هیبرید مپنا رسیده‌ایم.
کیا سراتو هیبریدی مپنا شرکت مپنا در برگه مشخصات فنی خودرو اگرچه هیچ اطلاعاتی در مورد پک باتری به کار رفته در سراتو YD هیبرید خود نداده است، اما شتابگیری اولیه خودرو (0 تا 100 کیلومتر بر ساعت) در حالات مختلف بنزینی، الکتریکی (EV) و هیبرید را به ترتیب برابر 12.86 ثانیه، 11.87 ثانیه و 5.94 ثانیه اعلام کرده است. با فرض بر اینکه عدد رسمی شتاب اولیه نسخه بنزینی سراتو 2.0 لیتری در سایر مقاله‌های بین المللی برابر با 10.5 ثانیه اعلام شده و 2.36 زمان اضافه اعلام شده از سوی مپنا در حقیقت به دلیل شرایط جوی کشور و البته سنگین‌تر شدن خودرو به اندازه حدودا 200 کیلوگرم باشد، همچنان باید اعلام کرد که ادعا دستیابی به شتاب اولیه 0 تا 100 کیومتر بر ساعت کمتر از 6.0 ثانیه در حالیت هیبرید برای این خودرو، ادعایی بسیار جذاب و البته بسیار سنگین خواهد بود که صد البته رسانه‌های معتبر خودرویی کشور با آغوش باز آن را به تست خواهند گذاشت.
اقدام به تولید خودرو هیبرید از طریق تبدیل خودروهای سوخت فسیلی و تجهیز آنها به مجموعه انتقال نیرو الکتریکی، بدون تردید در ایران اقدامی نوین و دارای اهمیت بسیار زیاد به شمار می‌آید. هرچند این مجموعه فنی نیازمند رشد بسیار و دستیابی به استانداردهای بین المللی و ارائه پتانسیل‌های فراتر از این‌ها است، اما همچنان این قدم را باید به فال نیکی گرفته که در صورت رسیدن به مرحله تیراز انبوه، لایق برگزاری یک جشن باشکوه در ابعاد ملی خواهد بود.
