ویژگی های خودرو های آفرودی و اینکه به چه خودروهایی آفرود گفته می شود ؟

خودروی آفرودی (Off-road) به خودرویی گفته می شود که از نظر طراحی شاسی، سیستم انتقال قدرت، تعلیق، زوایای هندسی و تایرها برای حرکت پایدار و نسبتاً ایمن روی مسیرهای ناهموار (سنگ، شیار، گل، شن، شیب تند) ساخته شده باشد، نه فقط جاده ی آسفالت. این خودروها معمولاً فاصله ی زیاد از سطح زمین، سیستم دو دیفرانسیل (4WD/AWD)، زوایای حمله و فرار مناسب، شاسی تقویت شده و لاستیک های مخصوص آفرود دارند تا هم از نظر مکانیکی آسیب نبینند و هم بتوانند گشتاور موتور را مؤثر به زمین منتقل کنند.

آفرود چیست و به چه خودروهایی آفرود می گویند؟

– آفرود به رانندگی در مسیرهای خارج از جاده ی استاندارد (Off-road) گفته می شود؛ مثل جاده های خاکی شدیداً ناهموار، مسیرهای سنگلاخی، شیب های تند، شیارها، گل و لای، شن روان و عبور از رودخانه های کم عمق.
– خودروی آفرودی خودرویی است که علاوه بر توان حرکتی، از نظر ساختار مکانیکی و هندسه ی بدنه برای این شرایط طراحی یا تقویت شده باشد؛ یعنی صرفاً «بلند بودن» یا «شاسی بلند بودن» به تنهایی کافی نیست و بسیاری از کراس اوورهای شهری، از نظر فنی آفرود محسوب نمی شوند.

از نگاه مکانیک خودرو، معیار اصلی آفرود بودن، توان عبور از موانع بدون برخورد مخرب به شاسی/زیر بندی و حفظ کشش (Traction) در سطوح لغزنده و ناهموار است.

ویژگی های هندسی خودرو های آفرودی : فاصله از سطح زمین و زوایا

در مهندسی خودرو، چند پارامتر هندسی نقش کلیدی در قابلیت آفرود دارند:

– فاصله از سطح زمین (Ground Clearance)

– تعریف: کمترین فاصله ی بین پایین ترین نقطه ی مجموعه ی خودرو (معمولاً دیفرانسیل، کارتل یا کراس ممبر) با سطح زمین.
– اهمیت: هرچه این فاصله بیشتر باشد، احتمال برخورد زیر بندی با سنگ، لبه ی پله ها یا برجستگی ها کمتر می شود؛ معمولاً خودروهای آفرودی واقعی بالای حدود 200 میلی متر فاصله ی کف دارند، در حالی که سواری های معمولی حدود 130–160 میلی متر هستند.

– زاویه حمله (Approach Angle)
– تعریف: بیشترین زاویه ی شیبی که خودرو می تواند از جلو بالا برود بدون اینکه سپر جلو یا نقاط جلویی بدنه با زمین برخورد کنند.
– وابسته به طول اوورهنگ جلو (فاصله ی محور جلو تا نوک سپر) و ارتفاع خودرو است؛ هرچه اوورهنگ کوتاه تر و ارتفاع بیشتر باشد، زاویه ی حمله بهتر است.

– زاویه فرار (Departure Angle)
– تعریف: بیشترین زاویه ی شیبی که خودرو می تواند از پشت پایین بیاید، بدون برخورد سپر عقب با زمین.[2][7][5]
– در مسیرهای شیب دار و خروج از چاله ها یا سکوها اهمیت فراوان دارد.

– زاویه شکست یا رمپوور (Breakover / Ramp-over Angle)
– تعریف: بیشترین زاویه ای که خودرو می تواند روی یک «قله» یا برآمدگی عبور کند بدون اینکه زیر شاسی وسط خودرو روی مانع گیر کند (High Center شود)
– تابع فاصله ی کف از زمین و فاصله ی محوری (Wheelbase) است؛ فاصله ی محوری کوتاه تر و ارتفاع بیشتر، زاویه شکست را بهبود می دهد.

در عمل، خودرویی آفرود محسوب می شود که مجموعه ی این پارامترها به آن اجازه دهد بدون گیر کردن یا برخورد شدید، از موانع رایج آفرود عبور کند؛ به همین دلیل بسیاری از کراس اوورها با زوایای ضعیف، با وجود ارتفاع نسبی، در دسته ی آفرود واقعی قرار نمی گیرند.

ویژگی های سیستم انتقال قدرت و گشتاور خودرو های آفرودی

از دید علم مکانیک، انتقال بهینه ی گشتاور به چرخ ها روی سطح ناهموار از مهم ترین معیارهای آفرود است.

– سیستم چهارچرخ محرک (4WD / AWD) در خودرو های آفرودی

– بسیاری از خودروهای آفرودی واقعی از سیستم 4WD استفاده می کنند که امکان قفل بین محوری (تقسیم سفت و سخت نیرو بین محور جلو و عقب) را فراهم می کند و در شرایط لغزنده، به حفظ کشش کمک می کند.
– 4WD معمولاً دارای دو حالت اصلی است: High Range (4H) برای سرعت های بالاتر در مسیرهای لغزنده و Low Range (4L) برای سرعت پایین و گشتاور بالا در مسیرهای سنگلاخی، شیب تند، شن عمیق یا گل.

– گیربکس کمک (Transfer Case) و دنده سنگین (Low Range)

– دنده ی سنگین با نسبت انتقال بزرگ تر، گشتاور موتور را چند برابر در محورهای خروجی افزایش می دهد و به خودرو اجازه می دهد در سرعت های بسیار پایین، ولی با نیروی کشش بالا، از موانع سخت بالا برود یا در شیب های تند کنترل شود.
– از نگاه مهندسی، این کار با افزایش نسبت دنده در جعبه دنده کمکی انجام می شود و به کاهش بار حرارتی و مکانیکی روی کلاچ و گیربکس اصلی کمک می کند.

– گشتاور موتور و منحنی تحویل نیرو در آفرود

– در آفرود، داشتن گشتاور مناسب در دورهای پایین (Low-end Torque) مهم تر از قدرت نهایی در دورهای بالا است؛ چون عبور از مانع در سرعت کم انجام می شود.
– موتورهای دیزل به دلیل گشتاور بالا در دور پایین، در بسیاری از خودروهای آفرودی کاربرد گسترده دارند.

سیستم تعلیق، شاسی و تایرها ی خودرو های آفرودی

بدنه و سیستم تعلیق باید بتوانند بارهای دینامیکی و ضربه های شدید آفرود را تحمل کنند بدون اینکه دفرمگی دائمی، شکست یا خستگی زودرس ایجاد شود.

– شاسی نردبانی (Body-on-Frame) و تقویت زیر بندی آفرود

– بسیاری از آفرودرهای کلاسیک روی شاسی نردبانی ساخته می شوند که مجموعه ی موتور، گیربکس، تعلیق و بدنه روی یک فریم فولادی جداگانه قرار می گیرد.
– این نوع شاسی ضربه ها را بهتر پخش می کند، برای نصب تجهیزات مثل وینچ، اسنورکل، سپر فلزی و حفاظ زیر موتور مناسب تر است و تحمل پیچش بدنه در مسیرهای سخت را دارد.

– سیستم تعلیق آفرودی

– تعلیق باید هم ارتفاع کافی بدهد و هم دامنه حرکتی زیاد (Wheel Articulation) تا چرخ ها تا حد ممکن با سطح در تماس بمانند و کشش از دست نرود.
– استفاده از فنرها و کمک فنرهای تقویت شده، بوش های مقاوم تر و گاهی کیت های لیفت (بالا برنده ی ارتفاع) از رایج ترین بهینه سازی ها برای آفرود است.

– لاستیک ها (Tires) و تایرهای آفرودی

– تایرهای آفرود یا All-Terrain / Mud-Terrain دارای آج های عمیق و الگوی مخصوص برای تخلیه ی گل، چسبندگی روی سنگ و شن و مقاومت در برابر سوراخ شدن هستند.

– استفاده از قطر بزرگ تر تایر علاوه بر افزایش چسبندگی، به طور غیرمستقیم فاصله ی کف از زمین را نیز افزایش می دهد، اما روی نسبت دنده ی نهایی و عملکرد جاده ای هم اثر می گذارد.

– صفحات محافظ و تجهیزات کمکی

– صفحات فلزی محافظ زیر موتور، گیربکس و تَنک بنزین (Skid Plates) برای جلوگیری از آسیب دیدن قطعات حیاتی هنگام برخورد با سنگ و موانع استفاده می شوند.

– وینچ، قلاب های یدک کشی، اسنورکل (برای عبور از آب عمیق تر) و سپرهای فلزی مخصوص، از تجهیزات رایج روی خودروهای آفرودی تخصصی هستند.

سیستم های کشش و دیفرانسیل در آفرود

وقتی یک یا چند چرخ روی سطح لغزنده قرار می گیرند، نحوه ی طراحی دیفرانسیل ها تعیین می کند که خودرو می تواند حرکت را ادامه دهد یا نه.

– دیفرانسیل باز (Open Differential) و مشکل آن در آفرود

– در دیفرانسیل معمولی، گشتاور بین دو چرخ یک محور طوری توزیع می شود که هر چرخ بتواند با سرعت متفاوت بچرخد؛ این برای پیچیدن روی آسفالت عالی است، اما در آفرود، اگر یک چرخ روی گل یا هوا باشد، تقریباً تمام توان صرف آن چرخ کم اصطکاک می شود و چرخ دیگر که روی زمین محکم است بی قدرت می ماند.

ویژگی های خودرو های آفرودی و اینکه به چه خودروهایی آفرود گفته می شود ؟

– قفل دیفرانسیل (Locking Differential)

– قفل دیفرانسیل دو چرخ یک محور را مجبور می کند با سرعت برابر بچرخند، حتی اگر یکی روی سطح لغزنده باشد؛ در نتیجه، چرخ دارای اصطکاک بیشتر، گشتاور مؤثر دریافت می کند و خودرو می تواند از گیر خارج شود.
– این سیستم می تواند دستی (Selectable Locker) یا خودکار باشد و معمولاً در محور عقب و گاهی محور جلو در آفرودرهای جدی نصب می شود.

– دیفرانسیل لغزش محدود (LSD) و سیستم های کنترل کشش الکترونیکی
– LSD به صورت مکانیکی اختلاف سرعت زیاد بین دو چرخ را محدود می کند و بخشی از گشتاور را به چرخ با اصطکاک بیشتر می فرستد.
– سیستم های کنترل کشش مدرن (Traction Control) با استفاده از ترمز هر چرخ و مدیریت گشتاور موتور، عملکردی شبیه قفل دیفرانسیل الکترونیکی ایجاد می کنند و در خودروهای آفرودی جدید بسیار رایج شده اند.

از دید علم مهندسی مکانیک، تمام این سامانه ها برای یک هدف مشترک کار می کنند: حفظ کشش کافی در چرخ ها برای انتقال گشتاور، حتی وقتی سطح تماس ناهموار یا لغزنده است.

جمع بندی: یک خودروی واقعاً آفرود چه باید داشته باشد؟

از نظر علمی و مهندسی، خودرویی را می توان «آفرودی» نامید که بخش قابل توجهی از ویژگی های زیر را داشته باشد:

– فاصله ی کف از زمین قابل توجه (معمولاً بیش از 200 میلی متر) و زوایای حمله، فرار و شکست مناسب برای عبور از موانع بدون برخورد مخرب با سپرها و زیر بندی.
– سیستم انتقال قدرت پیشرفته شامل 4WD/ AWD، ترجیحاً با دنده سنگین (Low Range) و امکان قفل دیفرانسیل یا سیستم های کشش معادل.
– شاسی و تعلیق مقاوم، ارتفاع و دامنه حرکت چرخ مناسب، تایرهای آفرودی با آج عمیق و امکان نصب تجهیزات محافظتی مثل اسکیلدپلیت و سپر تقویت شده.
– توزیع گشتاور مناسب در دورهای پایین، استحکام سازه ای در برابر پیچش و ضربه، و طراحی مهندسی شده ی بدنه برای کاهش اوورهنگ ها و بهبود زوایا.
با این تعریف، بسیاری از کراس اوورهای شهری با سیستم چهارچرخ محرک سبک، در بهترین حالت «Soft-Roader» یا مناسب مسیر خاکی سبک هستند و در رده ی آفرود واقعی قرار نمی گیرند؛ خودروی آفرودی واقعی حاصل ترکیب طراحی مکانیکی هوشمند، هندسه بدنه و سیستم انتقال قدرت تخصصی است، نه فقط ظاهر بلند و پلاستیک دور گلگیر.