תפריט

שואב את תשומת הלב: הפטנט המוזר של המכונית החשמלית של דייסון

בקשת פטנט של דייסון חושפת פרטים ראשונים אודות מכונית חשמלית שמתוכננת באנגליה ותיוצר בסינגפור החל משנת 2021

0

חברת 'דייסון', היצרנית הידועה של שואבי האבק הציקלוניים ומייבשי השיער המיוחדים, קיבלה בשבוע שעבר את הגנת הפטנט לבקשה שאותה הגישה כבר לפני כשנה וחצי, ואשר חושפת פרטים ראשונים אודות המכונית החשמלית שאותה היא מתכוונת לייצר בסינגפור החל משנת 2021.

מה שמיוחד, ואולי מוזר, בבקשת הפטנט הזאת הוא שרובו ככולו עוסק בפרופורציות המיוחדות של המכונית, ושהתיאור שלו דומה הרבה יותר להודעה לעיתונות ולהצהרה מאשר לרעיון ייחודי ופורץ דרך שאף אחד לא חשב עליו קודם לכן. עצם הגשת הבקשה, למרות שהיא כרוכה בעלויות לא מבוטלות, לא מעידה בהכרח על כך שהחברה אכן מתכוונת לבנות את המכונית שלה לאורו של הפטנט הזה, ויחד עם זאת, בהתחשב במי שעומד מאחורי הפרויקט – כולנו מצפים למכונית "שונה באופן קיצוני" כפי שהצהיר הממציא המולטי מיליונר הבריטי סר ג'יימס דייסון.

חברת דייסון, מכל מקום, אשר יותר משליש מן המועסקים שלה הם מהנדסים ולזכותה רשום מספר רב של פטנטים בתחומי המנועים החשמליים, וסתי מתח וסוללות חשמליות, הקציבה כ-2.6 מיליארד דולר לפרויקט המכונית החשמלית שלה, שאותה היא מתכננת בהאנגרים שנבנו מחדש בשדה תעופה בריטי מימי מלחמת העולם השנייה.
בקליפת אגוז, מה שמתגלה בעיון בבקשת הפטנט הוא בעיקר כלי רכב עם פרופורציות שונות מן המכונית ה"קלאסית" שמוכרת לנו, עם גלגלים צרים ובעלי קוטר גדול במיוחד, "עודפי סרח" (קצות המכונית מעבר למיקום הגלגלים) קצרים מאד ומרווח גחון גבוה במיוחד של כ-26 ס"מ, דבר שיאפשר לה לנוע גם מחוץ לכביש. מצד שני, ולא לגמרי ברור כיצד זה מסתדר עם החלק הראשון, המכונית אמורה להיות נמוכה (מבחינת גובה כולל) ועיצוב הסוללה החשמלית אמור להיות דק וייחודי כדי לשחרר כמה שיותר מרחב פנים.

בנוסף, למכונית יהיה בסיס גלגלים ארוך מאד והאורך הכולל שלה עשוי להגיע ל-5 מטרים, נתון שמסתדר היטב עם הידיעה שהחשמלית של דייסון – כמו שאר מוצרי החברה – תהיה מכונית פרימיום שתתמודד על הפלח העליון של טווח המחירים בשוק, ויחד עם זאת לא ברור מדוע עובדות אלה אמורות להיות מצוינות, או שמא מוגנות, בהגנת פטנט.
מי שמוביל את הפרויקט מן הצד האוטומוטיבי הוא המהנדס הראשי לשעבר של אסטון מרטין, איאן מינארדס, אשר הצטרף לחברת דייסון בסוף 2016 ומונה כסגן נשיא שאחראי על מחלקת הרכב החדשה.

בראיה פחות ביקורתית אפשר אולי למצוא בבקשת הפטנט (שבאמת קשה להבין על מה בדיוק היא נועדה להגן) סוג של חשיבה "מחוץ לקופסא" אודות עיצוב והנדסת רכב חשמלי, עם דגשים על אירודינמיקה, יעילות עבודה של גלגלי הרכב, אולי גם חלוקת משקל שונה ועיצוב אחר של "אריזת" תא הנוסעים.

במאמר מוסגר, ובקפיצה חדה, צריך לומר שבלי קשר לפטנט שנחשף מדובר ברוח חדשה עבור תעשיית הרכב. 'טסלה' אמנם הוכיחה בעשור האחרון שלא חייבים להיות יצרנית רכב ותיקה כדי לייצר מכוניות ולשבור מסכמות בתעשייה המתפתחת במהירות של רכב חשמלי. אבל דייסון ממילא מייצגת חשיבה הנדסית שונה ומתוחכמת, וכפי שכתוב במניפסט של הפטנט – הייחוד שלה נובע אולי דווקא מכך שהיא לא מנסה להתאים את המוסכמות הקיימות לעידן חדש אלא לברוא מדף נייר חלק רעיונות ומושגים שנועדו להתאים לעידן הזה. וחוץ מזה, מה יותר מדליק מחברה שלוקחת בסיס ישן של חיל האוויר של הוד מלכותה ומשקיעה כ-200 מיליון לירות שטרלינג בהפיכתו לבסיס שלה, למרכז פיתוח שבנוי בתוך שישה האנגרים ולשדה ניסויים עם מסלול בטון באורך 16 ק"מ?

מה בפטנט?

כאמור, הפטנט שהוגש מתאר מכונית גדולה באורך של כחמישה מטרים עם בסיס גלגלים ארוך במיוחד (כ-40 ס"מ יותר מן הממוצע המקובל במכוניות קונבנציונליות), וגובה כולל של כ-165 ס"מ. תנוחת הישיבה במכונית נמוכה אבל "שולטת", והרצפה שלה גבוהה – מה שמאפשר להיכנס ולצאת ממנה בנוחות. המרחב הפנימי רב, ומאפשר להציע גם שבעה מקומות ישיבה בשלוש שורות, ומצד שני זאת תהיה מכונית צרה – היות שהתכנון שלה לא מוגבל במגבלות המיקום של מנוע בעירה פנימית. למרות שזה לא מצוין בפירוש בפטנט, מרכב המכונית ייבנה ככל הנראה בדרך קונבנציונלית אבל מאלומיניום, כמקובל ביגואר למשל, ולא מחומרים מורכבים שיכולים להתאים עוד יותר אבל עדיין אי אפשר לייצר אותם בכמויות גדולות מספיק. הסוללה, כך עולה מן הפטנט, תותקן בתוך החלק התחתון של הפלטפורמה שיהיה חלק נושא עומס ויתפקד כמו תת-שילדה.

הגלגלים, כאמור, יהיו בקוטר גדול במיוחד, משהו כמו 24 אינטש, והם יהיו צרים, כדי להשיג התנגדות נמוכה לגלגול, ועם חתך נמוך יחסית של 45%. החיסרון של גלגלים גדולים הוא שהם דורשים יותר אנרגיה (בגלל האינרציה שלהם) אבל בתיאור הפטנט מוצג גם הצד השני של המטבע: האינרציה שמושקעת בהם מאפשרת למחזר לאחר מכן באופן יותר יעיל את האנרגיה באמצעות מערכת הבלימה הרגנרטיבית. יתרונות נוספים של גלגלים גדולים וצרים הם אפשרות למקם בתוכם מנועים חשמליים, יעילות אירודינמית טובה יותר ופחות ציפה על כבישים מוצפים – וכל זאת בלי לאבד את שטח המגע הגדול עם האספלט (אם כי הוא מגיע בזכות האורך ולא הרוחב של שטח המגע עם הכביש).

עבור מי שמעוניין להתעמק בתיאור הפטנט הבאנו כאן קיצור מתוך הנוסח שלו, שממנו אפשר ללמוד גם על הרוח ה"מניפסטית" שמיוחדת לו, ואפשר כמובן לעיין בפטנט כולו באתר של רשם הפטנטים.

תיאור הפטנט

"ההמצאה מתייחסת לרכב חשמלי עם תכונות שמשפרות את היעילות האנרגטית על מנת להגדיל את טווח הנסיעה".
נכון לעכשיו יצרנים נוטים לבסס את כלי הרכב החשמליים שלהם על דגמים קיימים, אך להתאים אותם (לייעוד כרכב חשמלי – ג.מ.) עם מערכות הנעה חשמלית מתאימות. גישה כזאת היא חסכונית משום שהיא חוסכת את הצורך לעצב את הרכב מחדש… עם זאת, גישה זאת נוטה להחמיץ הזדמנויות להפחתת המסה ולשיפורים אווירודינמיים שישפרו את היעילות האנרגטית של הרכב. גישה נוספת בשוק היא להתמקד בכלי רכב קטנים יותר ובדרך זאת לשמור על משקל רכב נמוך וכך לאפשר הארכה של טווח הנסיעה. עם זאת, ממדים קטנים מצמצמים את האטרקטיביות שלהם בעיניי הציבור.

ההמצאה הנוכחית מתארת רכב חשמלי בגובה שבין 1600 מ"מ ל-1,800 מ"מ, עם מרווח גחון של לפחות 260 מ"מ ושמשה קדמית נטויה בזווית שבין 25 ל -30 מעלות ביחס למישור האופקי… (למרווח הגחון הגבוה) יש לו לפחות שני יתרונות. ראשית, הרכב מתאים יותר לנסוע על פני שטח קשים. שנית, תנוחת הישיבה של הנהג גבוהה וכך משופרים שדה הראיה והבטיחות. (בדרך כלל) כלי הרכב הקיימים עם מרווח גחון גבוה הם גם גבוהים בעצמם. לעומת זאת, גובה הרכב (שמתואר) בהמצאה הנוכחית הוא בין 1600 מ"מ ל-1800 מ"מ. לגובה רכב נמוך יחסית יש לפחות שני יתרונות. ראשית, מרכז הכובד נמוך יותר… שנית, ואולי חשוב יותר, גובה חלקו התחתון של הרכב מצמצם את שטח החזית… אל פחות מ-2.7 מטרים רבועים. כתוצאה מכך, מקדם הגרר של הרכב מצטמצם לטובת הגדלת טווח הנסיעה.

קיימת דעה קדומה לפיה על מנת להפחית את מקדם הגרר של הרכב הוא צריך להיות מתוכנן כך שנתח הארי של האוויר (שדרכו הוא עובר) מופנה אל מעל חלקו העליון… לכן… מעצבי רכב בוחרים בדרך כלל בעיצוב עם מרווח גחון נמוך (כדי שכמה שפחות אוויר יעבור מתחת לרכב – ג.מ.). המהנדסים האחראים (על) ההמצאה הנוכחית מצאו שבניגוד לחשיבה הנוכחית אפשר להשתמש במרווח גחון גבוה יחסית מבלי להשפיע באופן משמעותי על מקדם הגרר. השמשה הקדמית נוטה בזווית נמוכה יחסית, כלומר בין 25 ל-30 מעלות ביחס למישור האופקי (כדי להשיג) הפחתת מקדם גרר. עם זאת, ככל שזווית (השמשה) נמוכה יותר כך נדחק מיקום הישיבה של הנהג לאחור. כתוצאה מכך לנהג עלול להיות קושי גדול יותר להעריך את (מיקום) הקצה הקדמי של הרכב, ולכך יש השלכות על תמרוני חניה. ברכב (שמתואר) בהמצאה הנוכחית החלק הקדמי של הרכב קצר יחסית, ובפרט המרחק האופקי בין החזית של הרכב לבין קצה השמשה הקדמית (שהוא פחות מ- 870 מ"מ).
גובה הרכב (יהיה) בין 1600 מ"מ ו 1800 מ"מ, ומרווח הגחון גדול מ-260 מ"מ… לכך יש תוצאה שלילית של הקטנת גובה תא הנוסעים. כדי לפצות על כך לרכב יהיה בסיס גלגלים ארוך יחסית… בין 3200 מ"מ ל-3350 מ"מ, וכך יושג מרחב פנימי גדול… לבסיס גלגלים ארוך יש לפחות שני יתרונות אחרים. ראשית… הוא מספק בדרך כלל נסיעה נוחה יותר. שנית, כאשר מארז הסוללה של הרכב ממוקם מתחת לתא, בסיס גלגלים ארוך יותר מאפשר להטמיע מארז סוללה גדול יותר, וכך להגדיל את טווח הנסיעה.

 

לקריאה נוספת: לא רק שואבי אבק: דייסון תציג מכונית חשמלית ב-2020

מארז סוללות שממוקם מתחת למרכב מפחית את מרכז הכובד של הרכב… ומספק נדל"ן שימושי. בהתאם לכך, כאשר בסיס הגלגל של הרכב ארוך יחסית, ניתן להשתמש בסוללה גדולה יחסית. עם זאת, למיקום הסוללה מתחת למרכב יש גם חסרונות, ובפרט החשיפה שלה להשפעות הקרקע או לחדירה. עם זאת, (בהמצאה המתוארת) מרווח גחון גבוה יחסית מקטין באופן משמעותי את הסיכון… אורך "סרח העודף" (overhang) הקדמי יהיה פחות מ-850 מ"מ והאחורי יהיה פחות מ-950 מ"מ ולכן הם קצרים יחסית. כך קל יותר להחנות ולתמרן את המכונית במהירות נמוכה. לסרח עודף קצר יש (גם) יתרון של זוויות גישה ונטישה טובות יותר, ולכן זה רכב מתאים יותר לתנאי שטח ולסיכול מכשולים… ייתכנו זוויות גישה ונטישה של לפחות 25 מעלות.

הקוטר החיצוני של גלגלי הרכב עשוי להיות 45% עד 55% מגובה הרכב… לגלגלים בגודל זה יש יתרון של הפחתה משמעותית של ההתנגדות לגלגול, וכתוצאה מכך אפשר להגדיל את טווח הנסיעה. גודל הגלגלים מאפשר גם את מרווח הגחון הגבוה יחסית, אשר בתורו מאפשר תנוחת ישיבה גבוהה.
יש מספר דעות קדומות שמרתיעות מהנדסים מלהשתמש בגלגלים בגודל כזה. ראשית, גלגלים גדולים יותר זקוקים ליותר אינרציה ולכן דורשים יותר אנרגיה כדי להאיץ ולהאט, לכן יש דעות קדומות לפיהן גלגלים גדולים יעילים פחות והם מפחיתים את טווח הנסיעה של הרכב. שנית, קיימת דעה קדומה לפיה גלגלים בגודל כזה פוגמים בנוחות הנסיעה. שלישית, גלגלים גדולים דורשים יותר מקום במרכב (קשתות גלגלים גדולות). בעת תכנון רכב חשמלי (להבדיל מרכב עם מנוע בעירה פנימית – ג.מ.) מהנדסים לא חשבו להשתמש בגלגלים בגודל גדול… (ברכב שמתואר) בהמצאה הנוכחית המהנדסים היו צריכים להתגבר על דעות קדומות רבות… וגילו שלגלגלים גדולים יש יתרונות טכניים משמעותיים ולעתים קרובות מפתיעים. בפרט, המהנדסים זיהו שברכב חשמלי יש אפשרות טובה יותר להשיג מחדש אנרגיה (באמצעות בלימה רגנרטיבית – ג.מ.) במהלך בלימה… יתר על כן, המהנדסים הבחינו שירידה בהתנגדות לגלגול מקזזת את העלייה באינרציה שנדרשת וכך מושג רווח נטו בטווח הנסיעה".