گفتگوهای عمومی درباره خودروهای برقی معمولاً حول محور اندازه نمایشگرها، سرعت نرمافزار یا ظرفیت باتری میچرخد، اما انقلاب مهندسی واقعی در اعماق شاسی رخ میدهد. مرسدس بنز قصد دارد با آغاز تولید انبوه یک موتور الکتریکی بسیار غیرمعمول، برتری مکانیکی خود را به رخ بکشد. این خودروساز آلمانی، کارخانه تاریخی «برلین-مارینفلده» (Berlin-Marienfelde) را برای ساخت این سیستم محرکه جدید انتخاب کرده است. این سایت که در سال ۱۹۰۲ تأسیس شده، قدیمیترین کارخانه در تاریخ طولانی این برند به شمار میرود. مدیریت شرکت به جای تعطیل کردن این کارخانه، آن را به یک مرکز پیشرفته (هایتک) برای خودروهای برقی لوکس و فناوریهای نوین پیشرانه تبدیل کرده است.
اکثر خودروهای برقی رایج در جادههای امروز، به موتورهای سنتی «شار شعاعی» (Radial Flux) متکی هستند. در این ساختارها، نیروهای مغناطیسی مانند پرههای چرخ دوچرخه رو به بیرون رانده میشوند. مرسدس با ریسکی بزرگ روی فناوری «شار محوری» (Axial Flux)، در حال فاصله گرفتن از این استاندارد رایج در صنعت است. در طراحی شار محوری، نیروی الکترومغناطیسی به جای حرکت رو به بیرون، موازی با محور دوار جریان مییابد. این تغییر ساختار اجازه میدهد تا قطعات داخلی در یک چیدمان تخت و دیسکیشکل در کنار هم قرار گیرند.
همانطور که در تصویر بالا دیده میشود، دو روتور مغناطیسی، یک استاتور مرکزی را از سمت چپ و راست مانند ساندویچ در بر میگیرند. این چیدمان مکانیکی هوشمندانه به مهندسان اجازه میدهد تا ابعاد کلی موتور را به شکل چشمگیری کوچکتر کرده و در عین حال، قدرت خروجی آن را افزایش دهند.
آغاز به کار در دنیای واقعی
این موتور جدید، نخستین حضور رسمی خود در بازار را در دل خودروی پرقدرت «مرسدس-آامگ جیتی کوپه ۴ در» (Mercedes-AMG GT 4-door Coupe) تجربه میکند. از آنجاییکه معماری شار محوری به طرز شگفتانگیزی باریک است، عرض موتور الکتریکی نصبشده روی محور جلو به کمتر از ۹ سانتیمتر میرسد. دو موتور الکتریکی که چرخهای عقب را به حرکت درمیآورند حتی از این هم کوچکتر هستند و عرض هر کدام تقریباً ۸ سانتیمتر است. مهندسان این پیشرانههای ظریف را مستقیماً درون یک «واحد محرکه الکتریکی با عملکرد بالا» و فشرده جای دادهاند. این واحد، موتورهای باریک را در کنار یک جعبهدنده سیارهای کوچک جمع میکند تا در فضای باارزش خودرو صرفهجویی شود.
رانندگان نباید ابعاد فیزیکی کوچک این موتورها را با ضعف در عملکرد اشتباه بگیرند. موتور محور جلو با سرعت بالایی فراتر از ۱۵,۰۰۰ دور در دقیقه میچرخد. هنگامی که این مجموعه درون مرسدس-آامگ جیتی کوپه ۴ درِ تمامبرقی در کنار هم کار میکنند، این چیدمان منحصربهفرد پیشرانه، شتابی فوقالعاده شدید ایجاد میکند؛ این خودروی سنگین و قدرتمند تنها در ۲.۱ ثانیه از حالت سکون به سرعت ۱۰۰ کیلومتر بر ساعت میرسد. برای خریدارانی که «پکیج راننده» (Driver’s Package) سفارشی را انتخاب میکنند، شتابگیری خودرو تا رسیدن به حداکثر سرعت ۳۰۰ کیلومتر بر ساعت ادامه مییابد.
از نمونه اولیه تا خط تولید
یک شرکت بریتانیایی به نام «یاسا» (YASA) نمونههای اولیه را ساخت که مهندسان مرسدس از آنها به عنوان نقطه شروع استفاده کردند. این سازنده آلمانی پتانسیل بالایی در این فناوری دید و در سال ۲۰۲۱ شرکت YASA را به طور کامل خریداری کرد. برای آزمایش دوام این طراحی پیش از آغاز مونتاژ انبوه، شرکت مدل مفهومی CONCEPT AMG GT XX را ساخت. این نمونه نمایشیِ فناوری، یک آزمون استقامت را در پیست «ناردو» در ایتالیا پشت سر گذاشت؛ جایی که به مدت ۷ روز و ۱۳ ساعت به طور مداوم رانده شد. این خودرو در طول این پیمایش بیش از ۴۰,۰۰۰ کیلومتر را طی کرد و ۲۵ رکورد سرعت متمایز در مسافتهای طولانی را برای خودروهای برقی به ثبت رساند.
گذر از یک نمونه اولیه به خط مونتاژ انبوه، یک چالش بزرگ و شناختهشده در صنعت خودرو است. برای دستیابی به این هدف، کارخانه برلین ۳۰,۰۰۰ متر مربع از فضای خود را به این پروژه اختصاص داد و ماشینآلات را در سه سالن بزرگ و هفت خط تولید مستقر کرد. کارگران باید یک فرآیند مونتاژ پیچیده شامل ۹۸ مرحله مجزا را مدیریت کنند. تیم مهندسی مجبور شد ۶۵ مرحله از این مراحل ساخت را اختصاصاً برای این برند طراحی کند و ۳۵ فرآیند نیز کاملاً در صنعت تولید جهانی جدید هستند که در نهایت منجر به ثبت بیش از ۳۰ درخواست پتنت (حق اختراع) جدید شده است.
چالشهای سیمپیچی و جوشکاری لیزری
شکل منحصربهفرد این موتور، چالشهای تولیدی سختی را برای تیم تولید ایجاد میکند. کارخانه باید از سیم مسی تخت و مستطیلی برای شکلدادن به سیمپیچهای داخلی استفاده کند، نه سیمهای گرد معمولی. شکل چهارگوش به کارخانه اجازه میدهد تا مس بیشتری را در این قاب کوچک جای دهد، اما خم کردن سیم مسی ضخیم با سرعت بالا حول گوشههای تیز بدون پاره شدن لایه عایق محافظ، به شدت دشوار است. کارگران مونتاژ از لیزرهای خودکار برای جوش دادن لبههای ظریف سیم در یک محفظه تنگ استفاده میکنند. لیزر باید حرارت را به صورت آنی اعمال کند تا از ذوب شدن ساختارهای پلاستیکی که دقیقاً در کنار نقاط جوش قرار دارند، جلوگیری شود.
چالش پیچیده دیگر، جوشکاری انتقال لیزری روی قطعات پلاستیکی سیستم محرکه است. این فرآیند نیازمند دقت هندسی بالایی است تا به قطعات مجاور آسیبی نرسد. برای تضمین یک تولید قابلاعتماد، مرسدس-بنز از یک نرمافزار هوش مصنوعی اپتیکال (نوری) برای بررسی آنی اتصالات استفاده میکند. سیستم دوربین هوش مصنوعی موقعیت دقیق هر قطعه را شناسایی کرده، مناطق حفاظتی مجازی روی بخشهای آسیبپذیر ایجاد میکند و مسیر لیزر را هدایت مینماید. این فرآیند آببندیهایی ایجاد میکند که فشار بالای روغن را تحمل کرده و در برابر تنشهای فیزیکی شدید مقاومت میکنند.
پیوند مغناطیسی؛ مرحله «عروسی»!
هیجانانگیزترین بخش کل خط مونتاژ در مرحلهای رخ میدهد که کارگران کارخانه آن را «عروسی» (Wedding) مینامند. اینجاست که بازوهای خودکار، استاتور مرکزی را بین دو دیسک سنگین روتور پایین میآورند. از آنجا که روتورها حاوی آهنرباهای دائمی هستند، با نیروی عظیم ۹ کیلونیوتن (kN) یکدیگر را به سمت هم میکشند. این کشش مغناطیسی نیرویی معادل تقریباً ۹۰۰ کیلوگرم ایجاد میکند. سیستم مونتاژ رباتیک باید استاتور را کاملاً ثابت در مرکز دقیق صفحه بین آهنرباها نگه دارد و تنها مجاز به خطای ناچیزی کمتر از ۰.۱ میلیمتر است. یک برنامه کامپیوتری اختصاصی این تراز را نظارت میکند و در ۰.۵ ثانیه پایانی فرآیند، اصلاحات فرکانسبالا را ارسال مینماید.
نگاهی به آینده
این خطوط مونتاژ پیشرفته دقیقاً در کنار «پردیس کارخانه دیجیتال مرسدس-بنز» فعالیت میکنند. از سال ۲۰۲۲، این پردیس از شبکه دیجیتال MO360 شرکت برای آزمایش نرمافزارهای تولیدی جدید استفاده کرده است. راهاندازی خط موتورهای شار محوری در یک موقعیت تاریخی مهم برای این برند رخ میدهد. اکنون در سال ۲۰۲۶، دقیقاً ۱۴۰ سال از زمانی که کارل بنز خودروی اولیه خود را در سال ۱۸۸۶ ثبت اختراع کرد میگذرد. برای جشن گرفتن این رویداد، این خودروساز در حال هدایت سه سدان کلاس S به ۱۴۰ نقطه در سراسر جهان در یک تور تبلیغاتی است که تا ماه اکتبر ادامه دارد.
مدیران ارشد شرکت این سال را صرف جشن گرفتن برای خودروهای بنزینی تاریخی و معرفی گزینههای برقی پرتیراژتر مانند CLA و GLC خواهند کرد، اما آینده واقعی شرکت روی دوش این موتورهای الکتریکی پیچیده است. رقابت در سطح جهانی نیازمند تیراژ بالا و کیفیت یکنواخت است. این شرکت آلمانی با سرمایهگذاری سنگین روی ۳۵ فرآیند مونتاژ که تا پیش از این در سطح جهانی آزمایش نشده بودند، شرط بسته است که این موتورهای فوقباریک، به خودروهای برقی لوکس این شرکت یک مزیت همیشگی و ماندگار در برابر رقبای بینالمللی خواهد داد.
منبع: Arenaev