چرخ‌های فیبر کربنی می‌توانند تقویت‌کننده بعدی برای محدوده خودروهای برقی باشند

ممکن است انقلاب کربن استرالیا شناخته شده ترین تولید کننده چرخ در جهان نباشد، اما از جالب ترین آنها هستند. اکثر برندهای معروف و پرفروش مانند BBS، ریال و OZ چرخ های خود را از آلیاژهای فلزی عمدتاً آلومینیوم می سازند. Carbon Revolution از کامپوزیت های فیبر کربنی استفاده می کند. تا به امروز، آنها بیشتر چرخ های فوق العاده سبک وزن خود را برای ماشین های با عملکرد بالا مانند فورد GT، شلبی GT350 و فراری 488 پیستا عرضه کرده اند. در حال حاضر آنها به دنبال گسترش بیشتر به وسایل نقلیه اصلی هستند، به ویژه آنهایی که با باتری کار می کنند.

کامپوزیت های فیبر کربنی مفهوم جدیدی نیستند. آنها سال ها قبل از اینکه مک لارن این ماده سبک وزن و با استحکام بالا را به فرمول یک در سال 1981 و به جاده در دهه 1990 در F1 افسانه ای وارد کند، در هوافضا مورد استفاده قرار گرفته اند. در سال 2013، BMW اولین استفاده از ساختار کامپوزیت کربن را در مدلی با حجم نسبتاً بالا برای اولین بار با i3 انجام داد.

با این حال، رویکردی که توسط Carbon Revolution با تمرکز بر چرخ ها ارائه شده است، ممکن است مقرون به صرفه تر باشد و مزیت کارایی بیشتری نسبت به کاری که BMW انجام داد ارائه دهد. با توجه به هزینه و جرم باتری ها، به حداکثر رساندن بهره وری انرژی برای خودروهای الکتریکی حیاتی است تا بیشترین برد را از کمترین مقدار باتری داشته باشند.

کاهش جرم از هر نوعی راهی ساده برای بهبود کارایی با کاهش حجم کار روی سیستم پیشرانه و ذخیره انرژی (معروف به باتری) است. اما همه کاهش‌های انبوه تأثیر یکسانی ندارند. اینرسی را از قانون دوم حرکت نیوتن می دانیم. در شکل بسیار ساده شده به این می رسد که یک جسم در حال سکون در حالت سکون باقی می ماند یا یک جسم در حال حرکت به حرکت خود ادامه می دهد مگر اینکه نیروی نامتعادلی اعمال شود.

اما اینرسی دارای بردارهای جهت دار مرتبط با آن است. شتاب دادن به وسیله نقلیه نیازمند نیرویی در جهتی است که می خواهید حرکت کنید. در مورد چرخ در واقع چندین جهت مهم افقی، عمودی و چرخشی وجود دارد.

برای پیروی از خطوط جاده مانند دست اندازها یا چاله ها باید بر اینرسی عمودی غلبه کرد. با بزرگ‌تر شدن چرخ‌ها، که به نظر می‌رسد به‌طور اجتناب‌ناپذیری برای اهداف زیبایی‌شناختی انجام می‌دهند، بسیار سنگین می‌شوند و کیفیت سواری به سرعت کاهش می‌یابد زیرا چرخ نمی‌تواند آنقدر بالا یا پایین برود که جاده را دنبال کند، بنابراین این نیروها به داخل کابین منتقل می‌شود.

برای شتاب دادن، ترمز یا هدایت خودرو باید بر اینرسی افقی غلبه کرد. با این حال، این امر با چرخاندن چرخ ها از موتور یا موتورها به دست می آید، بنابراین باید بر اینرسی چرخشی غلبه کرد. باز هم، هرچه قطر چرخ بزرگتر باشد، اینرسی چرخشی بیشتر است و این عامل بزرگتری در کارایی EV نسبت به جرم خالص چرخ است. اگر دو چرخ با اندازه های مختلف جرم یکسانی داشته باشند، چرخی که وزن بیشتری از مرکز دارد، انرژی بیشتری برای راندن مصرف می کند.

اینجاست که چرخ‌های فیبر کربنی به لطف کاهش جرم ۴۰ تا ۵۰ درصدی در مقایسه با چرخ‌های آلیاژی با اندازه مشابه، می‌توانند سود بزرگی برای خودروهای الکتریکی داشته باشند. به گفته جیک دینگل، مدیرعامل Carbon Revolution، چرخ‌های کربنی در یک SUV معمولی می‌توانند تا 40 پوند وزن را که به صورت عمودی حرکت می‌کنند و می‌چرخانند، ذخیره کنند. با توجه به حجم عمده باتری هایی که می توانند تا 50 پوند در فورد F-130 لایتنینگ یا بیش از 1,600 پوند در GMC هامر وزن داشته باشند، این کاهش قابل توجهی است که برد رانندگی را بهبود می بخشد.

اما چرخ های کامپوزیت کربن مزایای بیشتری دارند. در مقایسه با آلومینیوم یا فولاد، الیاف متقاطع در ساختار کامپوزیت ضربه‌های جاده‌ای را که مستقیم‌تر از طریق فلز منتقل می‌شوند، خنثی می‌کنند. نتیجه این است که صدای جاده تا 5 دسی بل کمتر به داخل کابین می آید. از آنجایی که خودروهای برقی موتوری برای پوشاندن سایر صداهای محیطی ندارند، کاهش آن صداها در منبع کمک می‌کند تا همه چیز ساکت بماند، بدون افزودن مات‌های خاموش کننده صدا.

چرخ‌های کامپوزیت کربنی نیز انعطاف‌پذیری بیشتری در شکل‌دهی ارائه می‌دهند که با آلومینیوم ریخته‌گری یا آهنگری امکان‌پذیر نیست. این می تواند چرخ هایی با شکل آیرودینامیکی بیشتری را فعال کند که باعث کاهش کشش و البته بهبود کارایی می شود.

در خودروهای برقی، استفاده از یک چرخ با قطر بیشتر اما باریکتر می تواند به کاهش کشش آیرودینامیکی کمک کند و در عین حال لکه تماس معقولی را برای تایر در جاده حفظ کند. این کاری است که BMW با i3 انجام داد. اگر آن چرخ‌های بزرگ‌تر و باریک‌تر به جای آلومینیوم از کامپوزیت فیبر کربن ساخته می‌شدند، تأثیر مثبت بیشتری بر برد خواهند داشت.

چرخ‌های Carbon Revolution از طریق فرآیند قالب‌گیری انتقال رزین تولید می‌شوند که نیازی به چیدمان دستی الیاف ندارد، همانطور که برای چیزی شبیه به ساختار یک خودروی اسپرت با کارایی بالا انجام می‌شود. الیاف خشک به طور قابل توجهی ارزان تر از الیاف پیش آغشته به رزین مورد استفاده در سایر فرآیندها هستند و نیازی به پخت در اتوکلاو ندارند. این شرکت در حال انجام مهندسی همزمان محصولات و فرآیندهای خود برای افزایش ظرفیت تولید و خودکارسازی بسیاری از مراحل است.

در حالی که امروزه چرخ‌های فیبر کربنی قیمت قابل‌توجهی دارند، با افزایش حجم، این قیمت در حال کاهش است. در سال جاری، این شرکت تولید حدود 50,000 چرخ را پیش‌بینی کرده است و انتظار دارد در یک میلیون دستگاه برابری با رینگ‌های آلیاژی داشته باشد. اولین برنامه SUV Carbon Revolution در اواخر سال 1 راه اندازی می شود و دینگل انتظار دارد حدود 2022 برنامه خودرو در شش سال آینده با توسعه قابل توجه تولید تا اواسط دهه آینده ارائه شود.