حتی اگر فقط علاقهی کمی به خودروها داشته باشید، میدانید که معمولاً ماشینهای سریع موتورشان پشت راننده قرار دارد. وقتی هندلینگ در اولویت باشد، بهترین حالت این است که موتور را پشت کابین سرنشین، اما جلوی محور عقب قرار دهند.
قرار دادن موتور در وسط، از سال ۱۹۶۶ و زمانی که لامبورگینی میورا با یک موتور V12 نصبشده به صورت عرضی درست پشت کابین معرفی شد، به یک ویژگی شاخص در خودروهای خاص و سوپر اسپرت تبدیل شد. اما این موضوع فقط مخصوص ماشینهای گرانقیمت نیست؛ بسیاری از خودروهای اسپرت قابلدسترس هم موتور وسط هستند — از نمونههای قدیمی مثل فیات X1/9 گرفته تا سوپراسپرت امروزی برای عموم، یعنی کوروت C8.
برای اینکه بفهمیم چرا خودروهای موتور وسط چنین هندلینگ خوبی دارند، باید کمی دربارهی فیزیک صحبت کنیم.
مقدمهای بر انتقال وزن
اگر به مدرسهی مسابقه بروید، یکی از اولین چیزهایی که یاد میگیرید، انتقال وزن است.
وقتی یک خودرو پارک است یا در یک خط صاف با سرعت ثابت حرکت میکند، وزن آن ثابت (ایستا) است. اما این وزن همیشه ثابت نمیماند، چون خود خودرو هم همیشه ثابت نیست. وقتی ماشین شتاب میگیرد، ترمز میزند یا پیچ میپیچد — یا ترکیبی از اینها را انجام میدهد — وزن خودرو جابجا میشود. در شتابگیری، وزن به سمت عقب منتقل میشود؛ در ترمزگیری، وزن به جلو میرود؛ هنگام پیچیدن به چپ، وزن به سمت راست جابجا میشود و هنگام پیچیدن به راست، وزن به سمت چپ منتقل میشود.
به این پدیده انتقال وزن میگویند.
ما همه بهطور ناخودآگاه این انتقال وزن را درک میکنیم، چون همیشه آن را تجربه کردهایم. اما برای سریع بودن در رانندگی باید عمیقاً آن را بشناسید. لاستیک تنها نقطهی تماس شما و خودرویتان با سطح جاده است و هرچه وزن (یا بار عمودی) بیشتری روی یک لاستیک بیفتد، چسبندگی آن بیشتر میشود — البته تا حدی مشخص.
برای یک مثال افراطی، تصور کنید یک دراگستر (ماشین مسابقه شتاب) هنگام شروع حرکت، ویلی میزند و چرخهای جلو از زمین جدا میشوند. این اتفاق به خاطر انتقال شدید وزن به سمت عقب در اثر شتابگیری شدید است. حالا تصور کنید بخواهید وقتی چرخهای جلو در هوا هستند، فرمان را بچرخانید. ماشین اصلاً نخواهد پیچید.
این یک مثال افراطی از آندر استیر (Understeer) است، جایی که لاستیکهای عقب چسبندگی بیشتری نسبت به لاستیکهای جلو دارند. در مقابل، اور استیر (Oversteer) زمانی رخ میدهد که لاستیکهای جلو بیشتر از لاستیکهای عقب چسبندگی داشته باشند. و فرمانپذیری خنثی (Neutral Steering) حالتی است که هر چهار لاستیک تقریباً چسبندگی یکسانی دارند.
خب، حالا همهی اینها چه ربطی به خودروهای موتور وسط دارد؟
تعادل هندلینگ: اوراستیر، آندر استیر، فرمان خنثی و شما
رانندگان حرفهای انتقال وزن را درک میکنند، و مهندسان خوب هم همینطور.
جابجایی اجزای سنگین یک خودرو باعث تغییر در توزیع وزن ایستا و پویا میشود، و همین موضوع تعادل هندلینگ خودرو را تحت تأثیر قرار میدهد.
سنگینترین بخش یک خودرو (در خودروهای احتراق داخلی) موتور است. احتمالاً لازم نیست به شما بگویم که بیشتر خودروها موتورشان جلو است، چون سالها پیش تصمیم گرفتیم موتور را در یک محفظهی کوچک در جلو قرار دهیم و بخش بزرگتر را برای سرنشینان و بار در عقب بگذاریم.
بسته به اینکه موتور دقیقاً کجای جلو نصب شود، ممکن است مقدار زیادی از وزن روی چرخهای جلو بیفتد. مثلاً یک هاچبک ساده ممکن است ۶۵ درصد از وزن ایستا را روی محور جلو داشته باشد، در حالی که بیامو با قرار دادن موتور پشت محور جلو، به نسبت ۵۰:۵۰ بین جلو و عقب میبالد. برخی خودروهای اسپرت موتور جلو هم گیربکس را عقب میگذارند تا کمی وزن بیشتری به سمت عقب منتقل شود.
بهطور کلی، در خودروهای موتور جلو، هندلینگ بیشتر تمایل به آندر استیر (Understeer) دارد، چون وزن زیاد روی تایرهای جلو باعث میشود سریعتر از ظرفیتشان خارج شوند. و در یک خودروی دیفرانسیل عقب، انتقال وزن کمتری به چرخهای محرک عقب در شتابگیری دارید.
جابجایی اجزای سنگین خودرو، توزیع وزن ایستا و پویا را تغییر میدهد، و در نتیجه تعادل هندلینگ خودرو هم تغییر میکند.
به همین دلیل مزیت خودروهای موتور وسط روشن است: در آرایش موتور وسط و دیفرانسیل عقب، مقدار زیادی وزن روی چرخهای محرک قرار دارد (برای شتابگیری بهتر)، اما همزمان پایداری خوبی در ترمزگیری و پیچها وجود دارد. به همین دلیل این آرایش برای خودروهای پرفورمنس و مسابقهای محبوب است.
یک نکته دربارهی خودروهای موتور عقب مثل پورشه ۹۱۱
در اینها کشش عالی در شتابگیری و پایداری خوب در ترمزگیری دارید. اما وزن زیاد عقب، آندر استیر ایجاد میکند و اثر پاندولی موتور سنگین عقب میتواند به اور استیر ناگهانی منجر شود. پورشه طی سالها وزن ۹۱۱ را کمی به جلو منتقل کرده تا رفتارش شبیهتر به موتور وسط شود.
تاریخچهای کوتاه از موتور وسط
هرچند قبل از جنگ جهانی هم نمونههایی از خودروهای موتور وسط وجود داشت (مثل خودروهای گرندپری اتو یونیون ساختهی فردیناند پورشه)، این آرایش تازه در دههی ۱۹۵۰ رایج شد. پورشه با ۵۵۰ اسپایدر در مسابقات اسپرت حضور یافت و تیمهای انگلیسی مثل لوتوس، کوپر و BRM هم خودروهای موتور وسط فرمول یک را پیشگام شدند.
در دههی ۱۹۶۰، انقلاب موتور عقب وارد ایندیاناپولیس شد و از آن زمان تاکنون تقریباً هیچ خودروی مسابقهای اختصاصی با موتور جلو در این رقابتها دیده نمیشود.
ممان اینرسی قطبی (Polar Moment of Inertia): مثال دمبل
عامل دیگری هم در این میان مهم است: ممان اینرسی قطبی. در یک خودرو، باید جرمها تا حد ممکن به مرکز نزدیک باشند، چون این موضوع باعث میشود راحتتر بچرخد.
مثالی ساده از کتاب Ultimate Speed Secrets (راس بنتلی):
تصور کنید دمبلی را گرفتهاید که وزنههایش در دو سر آن است. حالا دمبلی با وزنههای نزدیک به دستتان را تصور کنید. دومی خیلی راحتتر میچرخد، چون جرمها نزدیکتر به مرکز هستند و ممان اینرسی کمتری دارد.
در یک خودروی موتور جلو هم میشود ممان اینرسی پایینی داشت و حتی خودروهایی با ممان اینرسی نسبتاً بالا هم میتوانند هندلینگ خوبی داشته باشند (مثل هوندا سیویک تایپ R یا پورشه ۹۱۱). اما اگر از صفر طراحی کنید، بهترین کار این است که جرم را در مرکز متمرکز کنید — و سادهترین راه این است که موتور را پشت راننده بگذارید.
این موضوع درخشش خودروهایی مثل پورشه باکستر و کیمن را توضیح میدهد. اینها علاوه بر موتور وسط، از موتورهای باکسر استفاده میکنند که هم کوتاه هستند و هم ارتفاع کمی دارند. نتیجه: مرکز ثقل پایین و ممان اینرسی بسیار کم. اما در برخی خودروهای موتور وسط با موتورهای طولانی مثل V12، کار سختتر میشود و حتی اثر پاندولی موتور سنگین میتواند خطرناک باشد.
اوراستیر یا آندر استیر: کدام سریعتر است؟
بحثی طولانیمدت است. رانندگان خیلی سریع شاید خودرویی بخواهند که در ورودی پیچ کمی اور استیر داشته باشد تا بهتر بچرخد، اما در میانه و خروجی پیچ، خنثی تا کمی آندر استیر راحتتر کنترل میشود.
اغلب خودروهای جادهای (حتی موتور وسطها) عمداً کمی آندر استیر تنظیم میشوند، چون برای رانندهی عادی ایمنتر و راحتتر است. شاید برای یک علاقهمند ناامیدکننده باشد، اما در عمل بیشتر رانندگان در خودرویی که کمی تمایل به آندر استیر دارد هم سریعترند و هم ایمنتر.
توزیع وزن در برابر موقعیت موتور
البته همهچیز به مکان موتور خلاصه نمیشود. مثلاً پورشه 718 باکستر چهار سیلندر، نسبت وزن ۴۵:۵۵ دارد، که چندان با نسبت ۴۷:۵۳ مرسدس SLS AMG (موتور جلو با گیربکس عقب) تفاوتی ندارد. یا لوتوس امیرا V6 با نسبت ۳۹:۶۱ حتی عقبمحورتر از یک ۹۱۱ GT3 مدرن (۴۰:۶۰) است. نتیجه؟ هندلینگ لوتوس شبیه ۹۱۱های قدیمیتر است.
موتور معمولاً سنگینترین بخش خودرو است، اما قطعات سنگین دیگری هم هستند و مهندسان با جابجایی هوشمندانهی آنها توزیع وزنی دلخواه را ایجاد میکنند. در کنار توزیع وزن، عوامل مهم دیگری هم روی هندلینگ اثر میگذارند: لاستیکها، تعلیق، محور محرک، دیفرانسیل، جرمهای فنردار و غیرفنردار، مرکز ثقل و البته راننده. یک رانندهی ناشی میتواند هر ماشینی را به آندر استیر یا اور استیر شدید ببرد، اما رانندهی ماهر از تمام ظرفیت چهار چرخ استفاده میکند.
جمعبندی
خودروهای موتور وسط تنها گزینهی هندلینگ خوب نیستند، و سوار شدن بر آنها شما را خودکار به رانندهی بهتری تبدیل نمیکند. اما قرار دادن موتور پشت راننده و جلوی محور عقب مزایای زیادی دارد — و به همین دلیل است که وقتی هندلینگ اولویت دارد، این آرایش انتخاب بسیاری از خودروهای اسپرت و مسابقهای است.
منبع مقاله:motor1
تیم ترجمه و نگارش دل افکار
