مقدمه

شما به عنوان مالک یک خودروی برقی با انتخاب «سبک رانندگی تک پدال» از مجموعه‌ای از مزایای ایمنی، اقتصادی، زیست محیطی و فنی برخوردارید که مالکان خودروهای بنزینی از آنها بی‌بهره‌اند. چرا که یک خودروی بنزینی همیشه در حال مصرف و استهلاک است. چه در حال ترمز، چه در حال گاز، چه در سربالایی و حتی در سرازیری! اما در نقطه مقابل خودروهای برقی، مصرف انرژی و استهلاک بسیار کمتری دارند. با مطالعه این مطلب درخواهید یافت که رانندگی با یک خودروی برقی با این تعهد ذهنی شما تا چه حد می‌تواند لذتبخش‌تر نیز باشد!

سبک رانندگی تک پدال

یکی از چندین «برتری خودروهای برقی نسبت به بنزینی»، وجود «سیستم بازیابی انرژی» است. زیرا این سیستم مقداری از انرژی جنبشی خودرو را حین حرکت در سرازیری یا ترمز به انرژی الکتریکی تبدیل می‌نماید و بر میزان شارژ باتری می‌افزاید. همین وجه تمایز، جذابیت این روش را برای خودروهای برقی فراهم می‌آورد.

مزایای سبک رانندگی تک پدال

با انتخاب این روش، در حقیقت نحوه جدیدی از رانندگی را تجربه می‌نمایید که بسیار ایمن، دوستدار محیط زیست و اقتصادیست:

اقتصادی

در این روش وسیله اصلی کاهش سرعت سیستم بازیاب انرژیست، نه ترمز. پس باتری خودروی شما با ترمزهای حین ترافیک مقداری شارژ می‌گردد. بنابراین همین مقدار انرژی از هزینه شارژ شما خواهد کاست.
به همین دلیل فوق استهلاک لنت‌های ترمز کاهش می‌یابد. پس با فاصله زمانی بیشتری نیاز به تعویض آنها پیدا خواهید نمود.
در خودروهای برقی بر خلاف خودروهای بنزینی، کاهش سرعت متکی بر اصطکاک چرخ‌ها با سطح جاده نیست. بنابراین استهلاک لاستیک‌ها نیز کاهش و در نتیجه، فاصله زمانی لازم برای تعویض آنها هم افزایش می‌یابد.

زیست محیطی

وقتی ترمز می‌کنید، ذراتی بسیار کوچک در مقیاس میکرون در اثر اصطکاک لنت با دیسک و همچنین سطوح تایر و آسفالت جدا و وارد دستگاه تنفسی انسان و همچنین آب‌های زیرزمینی می‌گردد. پس استهلاک کمتر لنت‌های ترمز و همچنین لاستیک‌ها به معنی کاهش ورود این مواد مضر به بدن انسان و محیط زیست است.
شارژ باتری هنگام ترمز یا حرکت در سرازیری به مفهوم کاهش بار نیروگاه‌ها و در نتیجه کاهش مصرف سوخت‌های فسیلی است. بنابراین تولید گازهای گلخانه‌ای کاهش خواهد یافت.

خستگی کمتر راننده

در رانندگی عادی و به ویژه در ترافیک سنگین، پای راننده همیشه بین پدال‌های گاز و ترمز در حال تعویض جاست. اما در سبک رانندگی تک پدال، پای راننده با پدال گاز سر و کار دارد و پدال ترمز را فقط در مواقع اضطراری می‌فشرد.

پیشگیری از تصادفات

دو علت اصلی تصادفات رانندگی عبارتند از «سرعت زیاد» و «عدم توجه به جلو». اما با این نحوه رانندگی، شما هم توجه زیاد به جلو خواهید داشت و هم با سرعتی ایمن و مطمئن خواهید راند. پس به خودی خود از بخش عمده‌ای از تصادفات رانندگی جلوگیری خواهد نمود.

چالش‌های سبک رانندگی تک پدال

این سبک رانندگی، توجه کامل و همیشگی شما را لازم دارد. همچنین، می‌بایست در هر لحظه برآورد ذهنی خوبی از مسافتی که خودروی شما بعد از برداشتن پا از روی پدال گاز تا توقف کامل طی می‌نماید، داشته باشید تا از ترمز گرفتن غیرضروری بپرهیزید.

چگونگی انجام

اجرای این ایده به هیچوجه پیچیده نیست و فقط کافیست که به میزان لازم پدال گاز را فشار دهید، به همین سادگی! به عنوان یک مثال روزمره تصور نمایید که از مسافتی دور چراغ قرمز یک چهارراه را می‌بینید. معمولاً رانندگان تا نزدیکی خودروهای متوقف پشت چراغ قرمز همچنان گاز می‌دهند و فقط در لحظات آخر ترمز شدید می‌نمایند. پس با گازدادن بی‌دلیل، مقداری انرژی اضافی مصرف می‌نمایند که در پی آن برای توقف خودرو، به صورت گرما در لنت ترمزها تلف می‌گردد.

اما شما به عنوان راننده یک خودروی برقی دارای سبک رانندگی تک پدال، به محض دیدن ترافیک از دور از گاز دادن خودداری می‌نمایبد و اجازه می‌دهید که سیستم بازیاب انرژی خودروی شما، سرعت را به تدریج کم نماید. فقط در لحظات آخر اگر کاهش سرعت به میزان لازم کافی نبود و خطر برخورد با خودروهای پیش رو وجود داشت، پدال ترمز را فشار می‌دهید.

همچنین با انتخاب این روش، به صورت خودکار از شتابگیری‌های ناگهانی نیز می‌پرهیزید. زیرا ذهنتان به صورت غیرارادی این محاسبه را انجام می‌دهد که شتاب زیاد و غیرضروری منجر به افزایش سرعت در حدی می‌گردد که نیاز به ترمزگرفتن غیرضروری پیدا خواهید کرد که ناقض این سبک رانندگیست. پس به صورت ناخودآگاه مغز شما به ماهیچه‌های پا، فرمان فشار دادن به پدال گاز را در حدی می‌دهد که نیاز به ترمز غیرضروری پیدا نکنید. به عبارت دیگر، عادت می‌کنید که همیشه با یک سرعت ایمن و یکنواحت رانندگی نمایید.

شکل 1 – سبک رانندگی تک پدال دارای مزایای متعدد ایمنی، اقتصادی و زیست محیطی

محاسبات ریاضی

قانون دوم نیوتن

فرض کنید راننده یک خودروی برقی هستید و می‌خواهید بدانید که در سبک رانندگی تک پدال از لحظه برداشتن پا از روی پدال گاز تا توقف کامل، خودرویتان چه مسافتی را طی می‌نماید؟

در این مسئله بر پایه قانون دوم نیوتن پس از صفر شدن نیروی جلو برنده موتور، شتاب منفی ناشی از جمع نیروهای مخالف زیر تا لحظه توقف کامل، انرژی جنبشی جرم خودرو را به صفر می‌رساند:

F_total = F_f + F_d + F_s + F_m + F_r= -ma = -m(dv/dt)

F_f= μmgCos(θ)

F_d = (1/2)C_dρAv²

F_s = mgSin(θ)

F_m= f(v)

F_r = ητ_rn/R

تعاریف

تعریف پارامترهای مرتبط با سبک رانندگی تک پدال به شرح زیر می‌باشد:

جمع نیروهای متوقف‌کننده خودرو پس از برداشتن پا از روی پدال گاز بر حسب نیوتن : F_total

نیروی مخالف جهت حرکت ناشی از اصطکاک غلتشی چرخ‌ها با سطح جاده بر حسب نیوتن : F_f

مؤلفه نیروی جاذبه موافق یا مخالف حرکت به خاطر شیب جاده بر حسب نیوتن (در سرازیری، علامت این نیرو منفیست. پس شتاب مثبت در جهت حرکت ایجاد می‌نماید.) : F_s

سرعت خودرو بر حسب متر بر ثانیه : v

نیروی مخالف ناشی از مقاومت هوا بر حسب نیوتن : F_d

جرم خودرو بر حسب کیلوگرم : m

نیروی معادل جمع تلفات مکانیکی شامل اتلاف انرژی در دیفرانسیل و بلبیرینگ چرخ‌ها به صورت تابعی از سرعت بر حسب نیوتن : F_m

شتاب خودرو بر حسب متر بر مجذور ثانیه (شتاب منفی در جهت کاهش سرعت و شتاب مثبت در جهت افزایش آن عمل می‌نماید.) : a

نیروی مخالف حرکت ناشی از سیستم بازیاب انرژی بر حسب نیوتن : F_r

گشتاور مخالف حرکت ناشی از سیستم بازیاب انرژی بر حسب نیوتن متر (مهمترین عامل کاهش سرعت در سبک رانندگی تک پدال) : τ_r

ضریب اصطکاک بین سطح چرخ‌ها با جاده : µ

ثابت شتاب جاذبه زمین بر حسب متر بر مجذور ثانیه : g

شیب جاده (علامت مثبت نشان‌دهنده سربالایی و منفی نشانگر سرازیری) : θ

ضریب نیروی مقاومت پسا : c_d

چگالی هوا بر حسب کیلوگرم بر متر مکعب : ρ

سطح مقطع مؤثر خودرو در برابر هوا بر حسب متر مربع : A

بازده گیربکس : η

نسبت تبدیل گیربکس : n

شعاع چرخ‌ها بر حسب متر : R

از روابط فوق مشخص است که برآیند نیروهای مخالف تابعی غیرخطی از سرعت خودرو می‌باشد.

محاسبه مسافت آزاد در سبک رانندگی تک پدال

حال «مسافت آزاد» (Coasting Distance) یعنی مسافتی که یک خودروی برقی از لحظه برداشتن پا از پدال گاز تا توقف کامل طی می‌نماید را با لحاظ تعاریف شتاب و سرعت محاسبه می‌نماییم:

v₀سرعت خودروی برقی در لحظه‌ایست که راننده پای خود را از پدال گاز برمی‌دارد.

به دلیل غیرخطی بودن وابستگی نیروی مخالف F_totalبه سرعت، محاسبه انتگرال معین فوق به روش‌های رایج مقدور نیست و می‌بایست آن را از روش‌های محاسبات عددی به صورت پله‌ای محاسبه نماییم.

کنترل سرعت فقط با پدال گاز و استفاده از ترمز فقط در مواقع اضطراری

شکل 2 – در سبک رانندگی تک پدال، سرعت خودرو را فقط با ترکیب پدال گاز و سیستم بازیاب انرژی کنترل و پدال ترمز را فقط در مواقع اضطراری استفاده می‌نمایید.

مسئله انتخاب درصد بازیابی انرژی

به عنوان راننده یک خودروی برقی شاید در نگاه اول تصور نمایید که با تنظیم درصد بازیافت انرژی روی %100 هم از لحاظ اقتصادی و هم این استایل جدید رانندگی خود، هوشمندانه‌ترین انتخاب را نموده‌اید. زیرا هم بیشترین برگشت انرژی به باتری را خواهید داشت و هم خودرو در مسافت کوتاهتری متوقف خواهد شد. اما مسئله به این سادگی نیست!

چون با انتخاب درصدهای بالا، دائماً خودرو نیاز به گازدادن دارد. زیرا به محض برداشتن پا از روی پدال گاز، سیستم بازیافت با شدت زیادی از سرعت خودرو می‌کاهد. بنابراین سرنشینان با هل داده شدن رو به جلو به دلیل شتاب منفی بالای سیستم بازیابی، دائماً حس یک ترمز شدید را تحربه می‌کنند که به هیچوجه خوشایند نیست.

از طرف دیگر با انتخاب درصدهای پایین، حین ترمز یا حرکت در سرازیر انرژی چندانی بازیابی نخواهد شد. همچنین این موضوع به انجام این نوع از رانندگی نیز کمکی نمی‌نماید. چون به فرض دیدن چراغ قرمز از 200 متر دورتر، شما پا را از پدال گاز برمی‌دارید. اما به دلیل درصد پایین بازیافت انرژی، با رسیدن به چراغ قرمز خودروی شما همچنان دارای سرعت زیادی خواهد بود و نیاز به ترمز پیدا می‌کنید که نقض سبک رانندگی تک پدال است.

به همین دلیل در برخی خودروهای برقی مثل هیوندای Ioniq، کیا EV9، آئودی Q8 و وویا Free، راننده می‌تواند درصد بازیافت انرژی را توسط دسته‌های کنار فرمان (Paddle Shifter) بر پایه شرایط ترافیک و شیب جاده به سرعت تنظیم نماید و نیازی نیست که وارد منوهای پیچیده تنظیمات خودرو برای تغییر درصد بازیافت به صورت نرم‌افزاری گردد.

مثال عملی

برای اینکه یک دیدگاه عملی به شما بدهیم، این مقادیر نوعی (Typical) را درنظر می‌گیریم:

وزن خودرو به همراه سرنشینان و بار: 2 تن
حاصلضرب ضریب نیروی پسا (Drag Force) در سطح مقطع مؤثر خودرو (C_dA): 0/6 متر مربع
ضریب اصطکاک غلتشی چرخ‌ها با سطح جاده: 0/02
چگالی هوا در سطح دریا و دمای 25 درجه سانتیگراد: 1/184 کیلوگرم بر متر مکعب
شتاب جاذبه در تراز سطح دریا: 9/807 متر بر مجذور ثانیه
درصد بازیافت انرژی: %30

حال به ازای مقادیر مختلف سرعت و شیب جاده، مسافت تا توقف کامل را بر حسب متر محاسبه می‌کنیم:

				سرعت بر حسب کیلومتر بر ساعت
				20	40	60	80	100	120	140	160
شیب جاده بر حسب درجه و درصد	سربالایی	15°+	27%+	3	12	27	47	72	101	136	175
		10°+	18%+	5	18	43	77	118	167	224	289
		5°+	9%+	8	31	71	127	193	272	362	462
	جاده کفی	0	0	37	143	308	525	774	1046	1334	1632
	سرازیری	5°-	9%-	احتمال حرکت با سرعت ثابت به دلیل تعادل نیروها	بدون توقف	بدون توقف	بدون توقف	بدون توقف	بدون توقف	بدون توقف	بدون توقف
		10°-	18%-	بدون توقف	بدون توقف	بدون توقف	بدون توقف	بدون توقف	بدون توقف	بدون توقف	بدون توقف
		15°-	27%-	بدون توقف	بدون توقف	بدون توقف	بدون توقف	بدون توقف	بدون توقف	بدون توقف	بدون توقف

جدول 1 – «مسافت آزاد» بر حسب متر در سبک رانندگی تک پدال بر حسب سرعت و شیب جاده برای یک خودروی برقی نوعی

لازم به ذکر است که احتمال تغییر مقادیر فوق بر حسب استراتژی سیستم بازیاب انرژی وجود دارد. چون در بعضی از خودروهای برقی، سیستم بازیاب گشتاوری ثابت هنگام حرکت آزاد بدون گاز اعمال می‌نماید. حال آنکه در برخی دیگر، این گشتاور ثابت نیست و با کاهش سرعت کاسته می‌گردد.

جمع‌بندی

شما با انتخاب سبک رانندگی تک پدال، به یک تعهد ذهنی پایبند می‌گردید که سرعت خودروی برقی خود را تنها با پدال گاز کنترل نمایید. پس ناخودآگاه سیستم بازیاب انرژی نقش عمده کاهش سرعت را بر عهده می‌گیرد و ترمز ففط وسیله‌ای برای توقف‌های اضطراری خواهد بود. همچنین با این تعهد، همیشه خودرو را با یک سرعت ایمن و بهینه می‌رانید و توجه کامل شما به ترافیک پیش رو معطوف خواهد بود. پس از بخش عمده‌ای از تصادفات رانندگی نیز پیشگیری خواهد شد. همچنین، این نوع رانندگی مزایای اقتصادی و زیست‌محیطی زیادی در پی دارد.