×
دفع قطاع صناعة السيارات نحو تقليل وزن المركبات إلى إعادة تحديد مصنع العجلات المؤسسات الأولوية. وبحسب وزارة الطاقة الأمريكية، فإن تقليل وزن المركبة بنسبة 10% يحسن كفاءة استهلاك الوقود بنسبة 6-8%. وهذا يدفع المصانع إلى اعتماد مواد مثل الألومنيوم المطروش وألياف الكربون المدعمة بالبوليمرات، التي تجمع بين القوة والوزن الخفيف بشكل كبير.
أصبحت عجلات الألياف الكربونية أخف وزنًا بنسبة 40-50% مقارنةً بنظيراتها التقليدية المصنوعة من الألومنيوم. يستخدم المصنعون تقنية صب الراتنج لصنع تصميمات معقدة ذات أضلاع مجوفة تحافظ على سلامة الهيكل. كما بدأت مواد مثل خليط ألياف البازلت تظهر كبدائل فعالة من حيث التكلفة لاعتمادها في السوق الأوسع.
يُحسّن تقليل الوزن غير المرتبط (الكتلة الموجودة أسفل تعليق السيارة) من التحكم في القيادة والتسارع والفرملة. يمكن أن تقلل العجلات الخفيفة مسافة التوقف بنسبة 5-7% وتحسّن استقرار السيارة في المنعطفات. وفي المركبات الكهربائية، يؤدي تقليل القصور الدوراني مباشرةً إلى زيادة مدى السيارة من خلال تحسين الكفاءة في استخدام الطاقة.
| المادة | تقليل الوزن | التكلفة لكل عجلة | معدل المتانة (1-10) |
|---|---|---|---|
| فولاذ | 0% | $120 | 9 |
| سبيكة الألومنيوم | 25% | $300 | 8 |
| ألياف الكربون | 48% | $1,200 | 7.5 |
بينما تظل الفولاذية خيارًا اقتصاديًا ومتينًا، إلا أن المواد المركبة تقدم توفيرًا في الوزن لا يُضاهى. توفر سبائك الألومنيوم توازنًا، لكن مصانع العجلات تركز بشكل متزايد على ألياف الكربون في المركبات الكهربائية عالية الأداء التي تركز على تحسين الديناميكا الهوائية وكفاءة الاستهلاك.
تتميز المركبات الكهربائية بخاصية إخراج عزم دوران فوري، مما يعني أن عجلاتها تحتاج إلى تحمل إجهاد أكبر مع الحفاظ على خفة الدوران. وقد بدأ المصنعون مؤخراً بالتحول إلى استخدام عجلات مصنوعة من ألياف الكربون. وبحسب بعض التقارير السوقية لعام 2025، فإن ما يقارب ثلاثة أرباع المرافق الجديدة المتخصصة في المركبات الكهربائية تستخدم الآن مواد مركبة بدلاً من الطرق التقليدية. وتجدر الإشارة إلى أن هذه العجلات الكربونية تقلل من ما يُعرف بوزن غير المُعلَّق بنسبة تصل إلى 38 بالمئة مقارنةً بالعجلات العادية المصنوعة من الألومنيوم. ويُعد هذا أمراً مهماً لأن العجلات الأخف تساعد في تحسين كفاءة الفرامل المُعِدَّة، مما يسمح للمركبات باستعادة طاقة أكبر أثناء التوقف. ومن هنا تأتي أهمية توجه الشركات نحو تبني هذه التحولات التكنولوجية.
كل تقليل بنسبة 10% في وزن العجلة يزيد مدى المركبة الكهربائية (EV) بمقدار 6-8 أميال، مما يجعل المواد المركبة ضرورية لتلبية توقعات المستهلكين. من المتوقع أن ينمو سوق عجلات الكربون في صناعة السيارات 1.7 مرة بحلول عام 2033 مع تبني المصانع تقنيات الحقن الجديدة من راتنجات تقلل وقت الإنتاج بنسبة 50%.
أظهر تحليل قطاعي عام 2025 أن المركبات الكهربائية الفاخرة المزودة بعجلات كربونية من المصنع تحقق كفاءة أكبر بنسبة 12% مقارنة بتلك التي تستخدم عجلات ألمنيوم. وأفاد أحد المصنعين بتحقيق تسارع أسرع بنسبة 22% وانخفاض في تآكل الإطارات بنسبة 19% من خلال تحسين الديناميكا الهوائية للعجلات الكربونية، مما يعزز الاتجاه الصناعي نحو هندسة العجلات الخاصة بالمركبات الكهربائية.
في الوقت الحالي، انتقل معظم مصنعي العجلات إلى تقنية صب الحقن بالراتنج (RTM) لتصنيع عجلات الكاربون فايبر. وبحسب بحث حديث نشرته مجلة علوم المواد، فإن هذه العملية تُنتج أجزاءً تحتوي على فراغات تقل بنسبة 30% مقارنة بالتقنيات القديمة التي تعتمد على الأوتوكلاف. ما يجعل تقنية RTM مغرية؟ في الواقع، تعمل هذه التقنية عن طريق ضخ راتنج الإيبوكسي داخل طبقات الكاربون المُشكَّلة مسبقًا مع تطبيق ضغط مناسب. والنتيجة هي عجلات تقل وزنها بنسبة تتراوح بين 40 إلى 50% مقارنة بنظيراتها المصنوعة من الألومنيوم. وهناك ميزة إضافية أيضًا. وبحسب ما نُشر السنة الماضية في التقرير العالمي لتصنيع العجلات، فإن الشركات التي تستخدم تقنية RTM تحتاج إلى تشغيل ما بعد الإنتاج يقل بنسبة 60% تقريبًا، مما يقلل من تكاليف الطاقة بمقدار 18.7 دولار لكل وحدة تُنتج. من هنا يظهر سبب انتقال العديد من المصانع إلى هذه التقنية في الوقت الحالي.
تقوم أنظمة الرؤية المدعومة بالذكاء الاصطناعي بتحليل 8000 نقطة بيانات لكل عجلة أثناء عملية الصب، مما يقلل العيوب بنسبة 22% (التقرير التصنيعي المتقدم الربع السنوي 2024). تقوم خوارزميات التعلم الآلي بتعديل درجات حرارة الصب ومعدلات التبريد في الوقت الفعلي، مما يحسن كفاءة استخدام المواد بنسبة 15% ويتيح إعادة المعايرة خلال 90 ثانية عند اكتشاف عدم الاتساق الحراري.
لقد قلصت تقنية النموذج الرقمي المزدوج مدة تطوير النموذج الأولي للعجلات من 18 أسبوعًا إلى 6.5 أسابيع. يقوم المهندسون بمحاكاة اختبارات الضغط عبر أكثر من 200 سيناريو حمل قبل الإنتاج الفعلي، ويتم تحديد 92% من نقاط الفشل المحتملة أثناء التحقق الافتراضي (هندسة السيارات اليوم 2024).
على الرغم من أن التصنيع المتقدم يتطلب استثمارًا أوليًا أعلى بنسبة 35-40%، فإنه يحقق تكاليف أقل بنسبة 62% لكل وحدة عند التصنيع بكميات كبيرة. تُظهر تحليل دورة حياة 2025 أن المصانع تسترد هذه التكاليف خلال 3.2 سنوات من خلال توفير سنوي قدره 740 ألف دولار في الطاقة والمواد المهدرة (مراجعة التصنيع المستدام 2025).
يعتمد مصنعو العجلات اليوم على أدوات متقدمة مثل ديناميكا السوائل الحسابية (CFD) إلى جانب اختبارات النفق الهوائي الواقعية لضبط كيفية قطع الأطواق للهواء. يمكن أن تقلل هذه الطريقة مقاومة الرياح بنسبة تتراوح بين 15 و20% مقارنة بالإطارات ذات الأضلاع القديمة. تسمح نفس التكنولوجيا للمهندسين بتخفيض الوزن بنسبة تصل إلى 7% مع الحفاظ على سلامة الهيكل. تلعب الأرقام المنخفضة في المقاومة الهوائية دوراً كبيراً بالنسبة للمركبات الكهربائية حيث تؤثر بشكل مباشر على عمر البطارية بين الشحنات. نحن نشهد ظهور هذه التصاميم المحسّنة بشكل متكرر على السيارات الفاخرة من علامات تجارية مثل تسلا وBMW ومرسيدس، التي تسعى لتعظيم الكفاءة دون التفريط في الأداء.
الطريقة التي تتفاعل بها العجلات مع الهواء تؤثر على مقاومة الدحرجة، وهي عبارة عن استهلاك ما يتراوح بين 20 إلى 30 بالمئة من الطاقة التي تستخدمها السيارات على الطرق حالياً. تميل العجلات ذات التصميم الانسيابي والتي تحتوي على فجوات ضئيلة إلى تقليل تلك الدوامات الهوائية المزعجة، مما يُحدث فرقاً حقيقياً في كمية الوقود المستهلك في المحركات التقليدية (حوالي 4 إلى 6 بالمئة أفضل)، كما توفر مسافة إضافية تتراوح بين 12 إلى 15 ميلاً لكل دورة شحن في المركبات الكهربائية. وقد أظهرت أبحاث نُشرت السنة الماضية أنه عندما يُجري مصنعو السيارات تعديلات دقيقة على أشكال العجلات، فإن الإطارات تتشوه بشكل أقل وتُنتج حرارة أقل بشكل عام، مما يعني بقاء الطاقة حيث ينبغي أن تكون. وقد بدأ مصنعو السيارات بتطبيق هذه النتائج في خطوط إنتاجهم، حيث يجمعون بين الشكل والوظيفة بطريقة تُغيّر توقعاتنا من السيارات الحديثة، ووضع معايير جديدة للكفاءة في قطاع صناعة السيارات.
يبدو أن صناعة تصنيع العجلات في جميع أنحاء العالم مُعدة لتوسع كبير، مع تقديرات تشير إلى معدل نمو يبلغ حوالي 6.4% سنويًا بين عامي 2025 و2032. هذا الاتجاه الصعودي منطقي نظرًا لأن مصنعي السيارات سواء الكهربائية أو التقليدية يسعون بشكل متزايد للحصول على مواد أخف وزنًا. وبحلول عام 2028، يعتقد الخبراء أن سوق العجلات المصنوعة من ألياف الكربون قد تصل قيمتها إلى نحو 600 مليون دولار. لماذا؟ لأن الحكومات تواصل تشديد قواعد الانبعاثات، وتسعى شركات السيارات جاهدة لجعل مركباتها أكثر كفاءة. وبحسب بحث نُشر السنة الماضية، فإن معظم مصنعي السيارات ينفقون حاليًا أكثر من ثلثي ميزانياتهم التنموية الجديدة على تطوير طرق تقلل وزن المركبات باستخدام مواد أفضل.
في الوقت الحالي، بدأت الشركات المُصنِّعة بشكل عام في اعتماد إعادة التدوير المغلقة لفضلات ألياف الكربون الخاصة بهم. تدّعي بعض الشركات أنه يمكنها استعادة ما يقارب 90 بالمئة من فضلاتها وإعادتها إلى عملية الإنتاج، مما يعني أن المكبات تتحمل نحو 40 بالمئة أقل من المواد مقارنة بما كانت عليه في عام 2020. وبالنظر إلى استخدام الراتنج، فقد انتقل ما يقارب الثلث من الشركات مؤخرًا إلى خيارات مبنية على المواد الحيوية. هذا التحوّل يساعد في خفض انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة بنسبة تتراوح بين 50 و60 بالمئة دون التأثير على جودة المنتج. هذه الأرقام تتوافق مع نتائج تقرير صناعي نُشر السنة الماضية (2024) والذي أشار إلى أن الاعتماد على الممارسات الخضراء في عمليات التصنيع يمكن أن يقلل بصمة الكربون عبر سلاسل الإمداد بنسبة 22 بالمئة تقريبًا لكل عنصر يتم إنتاجه.
تُعد المواد الخفيفة ضرورية لأنها تقلل من وزن المركبة، وتحسّن كفاءة استهلاك الوقود، وتعزز التحكم، وترفع كفاءة استخدام الطاقة، خاصة بالنسبة للمركبات الكهربائية.
عجلات الكاربون فايبر أخف بشكل ملحوظ، مما يحسّن أداء المركبة من حيث التسارع، والفرملة، واستقرار الانعطاف، وكفاءة استخدام الطاقة.
يؤدي تقليل الوزن غير المُحمّل في المركبات الكهربائية إلى تحسين التحكم، وزيادة كفاءة الفرملة، وتمديد المدى، وتعزيز قدرات الفرملة التفاعلية.
تشمل المواد الشائعة الصلب، وسبائك الألومنيوم، والكاربون فايبر. يتميز الصلب بالمتانة والتكلفة الاقتصادية، بينما يقدّم الكاربون فايبر وفورات مميزة في الوزن ومزايا في الأداء.
EN
