مرسيدس تقود ثورة هندسية في أعماق هيكل السيارة.. محرك كهربائي فريد من نوعه
عادة ما تركز النقاشات السائدة حول السيارات الكهربائية على حجم الشاشات، وسرعة البرمجيات، وسعة البطارية، لكن الثورة الهندسية الحقيقية تكمن في أعماق هيكل السيارة.
تسعى مرسيدس-بنز إلى إثبات ريادتها الميكانيكية من خلال بدء إنتاج واسع النطاق لمحرك كهربائي فريد من نوعه، واختارت الشركة الألمانية مصنعها التاريخي في برلين-مارينفيلد لتصنيع نظام الدفع الجديد هذا.
يعد هذا الموقع، الذي تأسس عام 1902، أقدم مصنع في تاريخ العلامة التجارية العريق. وبدلا من إغلاقه، حوّلته الإدارة إلى مركز تقني متطور للسيارات الكهربائية الفاخرة وتقنيات الدفع المتقدمة.
وفقا لموقع ArenaEV تعتمد معظم السيارات الكهربائية الشائعة اليوم على محركات التدفق الشعاعي التقليدية. في هذه المحركات، تدفع القوى المغناطيسية للخارج كما لو كانت أسلاك عجلة دراجة.
تتجه مرسيدس نحو الابتعاد عن هذا المعيار الصناعي من خلال رهانها الكبير على تقنية التدفق المحوري. في تصميم التدفق المحوري، تتدفق القوة الكهرومغناطيسية بالتوازي مع المحور الدوار بدلا من أن تنتشر للخارج. يسمح هذا التغيير بوضع الأجزاء الداخلية بشكل مسطح وقرصي.
يحيط دواران مغناطيسيان بجزء ثابت مركزي واحد من الجانبين الأيمن والأيسر. يتيح هذا التصميم الميكانيكي المبتكر للمهندسين تقليص الحجم الكلي للمحرك بشكل ملحوظ وزيادة قدرته في الوقت نفسه.
يُطرح المحرك الجديد رسميا في الأسواق داخل سيارة مرسيدس-AMG GT كوبيه عالية الأداء ذات الأربعة أبواب. وبفضل تصميم التدفق المحوري الرقيق للغاية، يبلغ عرض المحرك الكهربائي المثبت على المحور الأمامي أقل من 9 سم.
أما المحركان الكهربائيان اللذان يديران العجلات الخلفية فهما أصغر حجما، حيث يبلغ عرض كل منهما حوالي 8 سم. وقد قام المهندسون بدمج هذه المحركات النحيفة مباشرة في وحدة قيادة كهربائية عالية الأداء صغيرة الحجم. تجمع هذه الوحدة المحركات الرقيقة مع علبة تروس كوكبية صغيرة لتوفير مساحة قيّمة.
لا ينبغي للسائقين الخلط بين صغر حجم هذه المحركات وضعف أدائها. يدور محرك المحور الأمامي بسرعات فائقة تتجاوز 15000 دورة في الدقيقة. وعند عملها معا داخل سيارة مرسيدس-AMG GT كوبيه الكهربائية بالكامل ذات الأربعة أبواب، يُنتج تصميم مجموعة نقل الحركة الفريد تسارعًا هائلاً، حيث تنطلق هذه السيارة عالية الأداء من وضع السكون إلى 100 كم/ساعة في 2.1 ثانية.
أما بالنسبة للمشترين الذين يختارون باقة السائق الاختيارية، فيستمر التسارع حتى تصل السيارة إلى سرعة قصوى تبلغ 300 كم/ساعة.
ابتكرت شركة YASA البريطانية النماذج الأولية التي استخدمها مهندسو مرسيدس كنقطة انطلاق. وقد رأت الشركة الألمانية المصنّعة إمكانات كبيرة في هذه التقنية، فاستحوذت على YASA بالكامل عام 2021.
ولاختبار متانة التصميم قبل بدء الإنتاج بكميات كبيرة، قامت الشركة ببناء سيارة CONCEPT AMG GT XX. وقد اجتاز هذا النموذج التجريبي اختبار تحمل على حلبة ناردو في إيطاليا، حيث سار بشكل متواصل لمدة 7 أيام و13 ساعة. قطعت السيارة مسافة تزيد عن 40 ألف كيلومتر خلال الرحلة وسجلت 25 رقما قياسيا مختلفا في السرعة لمسافات طويلة للسيارات الكهربائية.
يُعدّ الانتقال من النموذج الأولي إلى خط التجميع الضخم تحديا كبيرا في صناعة السيارات. ولتحقيق ذلك، خصص مصنع برلين مساحة 30000 متر مربع للمشروع، موزعة على ثلاث قاعات ضخمة وسبعة خطوط إنتاج.
ويتعين على العمال إدارة عملية تجميع معقدة تتضمن 98 خطوة منفصلة. وقد صمم الفريق الهندسي 65 خطوة من هذه الخطوات خصيصا للعلامة التجارية، بينما تُعدّ 35 عملية جديدة كليا على صناعة التصنيع العالمية، مما أسفر في النهاية عن أكثر من 30 طلب براءة اختراع جديدة.
يُشكّل الشكل الفريد للمحرك تحديات تصنيعية كبيرة لفريق الإنتاج. إذ يضطر المصنع إلى استخدام أسلاك نحاسية مسطحة مستطيلة الشكل لتشكيل الملفات الداخلية بدلًا من الأسلاك الدائرية الشائعة.
يسمح الشكل المربع للمصنع بحشر كمية أكبر من النحاس في الهيكل الصغير، لكن ثني الأسلاك النحاسية السميكة بسرعات عالية حول الزوايا الحادة دون تمزيق طبقة العزل الواقية أمر في غاية الصعوبة. يستخدم عمال التجميع أشعة ليزر آلية للحام أطراف الأسلاك الدقيقة داخل غلاف ضيق. ويجب أن يُسخّن الليزر فورًا لتجنب إذابة الهياكل البلاستيكية المجاورة لنقاط اللحام.
يُمثل لحام نقل الليزر على أجزاء نظام نقل الحركة البلاستيكية تحديًا معقدًا آخر. تتطلب هذه العملية دقة هندسية فائقة لتجنب إتلاف الأجزاء المحيطة. ولضمان إنتاج موثوق، تستخدم مرسيدس-بنز برمجيات الذكاء الاصطناعي البصرية لفحص الوصلات في الوقت الفعلي.
يحدد نظام كاميرا الذكاء الاصطناعي الموضع الدقيق لكل جزء، ويُنشئ مناطق أمان افتراضية فوق المناطق الحساسة، ويُوجه مسار الليزر. تُنتج هذه العملية موانع تسرب تتحمل ضغط الزيت العالي والإجهاد الفيزيائي الشديد.
تحدث المرحلة الأكثر إثارة في خط التجميع بأكمله خلال خطوة يُطلق عليها عمال المصنع اسم "التثبيت". في هذه المرحلة، تُخفض أذرع آلية الجزء الثابت المركزي بين قرصي الدوار الثقيلين.
نظرا لاحتواء الدوارين على مغناطيسات دائمة، فإنهما يتجاذبان بقوة هائلة تبلغ 9 كيلو نيوتن. يُولد هذا الجذب المغناطيسي قوة تعادل تقريبا 900 كيلوغرام.
يجب على نظام التجميع الآلي تثبيت الجزء الثابت بثبات تام في المستوى المركزي بين المغناطيسين، مع السماح بهامش خطأ ضئيل للغاية يقل عن 0.1 مليمتر. يراقب برنامج حاسوبي مُخصص عملية المحاذاة ويرسل تعديلات تصحيحية عالية التردد خلال النصف ثانية الأخيرة من العملية.
تعمل خطوط التجميع عالية التقنية جنبا إلى جنب مع مجمع مصانع مرسيدس-بنز الرقمي. ومنذ عام 2022، يستخدم هذا المجمع شبكة MO360 الرقمية التابعة للشركة لاختبار برامج التصنيع الجديدة.
ويأتي إطلاق خط محركات التدفق المحوري في لحظة تاريخية هامة للعلامة التجارية، إذ يصادف عام 2026 مرور 140 عاما بالضبط على حصول كارل بنز على براءة اختراع سيارته الأصلية عام 1886. واحتفالا بهذه المناسبة، تقوم الشركة المصنعة للسيارات بجولة ترويجية تستمر حتى أكتوبر/تشرين الأول، حيث تجوب 140 موقعًا حول العالم بثلاث سيارات من طراز S-Class.
سيقضي المسؤولون التنفيذيون في الشركة هذا العام في الاحتفاء بسيارات البنزين التاريخية والترويج للخيارات الكهربائية الشائعة مثل CLA وGLC، لكن مستقبل الشركة الحقيقي يكمن في هذه المحركات الكهربائية المعقدة.
فالمنافسة عالميا تتطلب كميات كبيرة وجودة ثابتة. ومن خلال استثمار رأس مال ضخم في 35 عملية تجميع عالمية غير مجربة، تراهن الشركة الألمانية على أن هذه المحركات فائقة الرقة ستمنح سياراتها الكهربائية الفاخرة ميزة دائمة على منافسيها الدوليين.
