سيارة سباق GEN4 في فورمولا إي تدفع بتكنولوجيا 800 حصان وتسارع الابتكار في السيارات الكهربائية الاستهلاكية

من المقرر أن يدفع تطوير منصة سباقات الجيل الرابع (GEN4) لبطولة العالم "إيه بي بي إف آي إيه فورمولا إي" (ABB FIA Formula E World Championship) بهندسة مجموعات نقل الحركة في السيارات الكهربائية إلى مستويات أداء غير مسبوقة، لتكون بمثابة حقل تجارب عالي الإجهاد لتكنولوجيا السيارات الاستهلاكية، وفقًا لتقرير أعده Matt Kollat. وتتميز سيارة سباق GEN4 بقوة قصوى متوقعة تبلغ 800 حصان كبح (حوالي 600 كيلوواط)، وستخضع محركات السحب الكهربائية، ومحولات الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون، وبرمجيات التحكم لمتطلبات حرارية وكهربائية وميكانيكية تتجاوز بكثير ظروف الطرق العادية. وتعتمد شركات تصنيع السيارات المشاركة في سلسلة السيارات الكهربائية أحادية المقعد على بيئة السباق القصوى لتحسين كثافة الطاقة، وخوارزميات إدارة البرمجيات، وأنظمة استعادة الطاقة، مما يسرّع نقل المكونات عالية الكفاءة إلى الجيل القادم من سيارات الركاب التجارية.

## Key facts

- تستهدف بنية سيارة GEN4 في فورمولا إي قوة قصوى تبلغ 800 حصان كبح (600 كيلوواط)، مما يمثل زيادة كبيرة في القوة مقارنة بأجيال المنصات السابقة. - تخضع اختبارات الحلبات عالية الأداء محركات السحب الكهربائية المخصصة ومحولات الطاقة والبرمجيات لإجهاد تشغيلي شديد لا مثيل له في القيادة العادية على الطرق. - توحد لوائح FIA Formula E الهيكل الخارجي ومبيت البطارية بينما تسمح للمصنعين بتصميم مجموعات نقل الحركة ومحولات الطاقة وأنظمة التحكم البرمجية المخصصة. - تُعتبر محولات الطاقة التي تستخدم أشباه الموصلات المتقدمة ذات الفجوة الشريطية العريضة مثل كربيد السيليكون (SiC) مكونات حاسمة لكفاءة تحويل الطاقة. - تتيح قدرة التجديد عبر مجموعة نقل الحركة المزدوجة للسيارات استعادة طاقة حركية كبيرة أثناء التباطؤ الشديد، مما يقلل من الاعتماد على المكابح الهيدروليكية التقليدية.

## What happened

يمثل تقديم منصة GEN4 تطورًا تقنيًا مهمًا لسباقات السيارات الكهربائية، حيث صُممت لتحدي المهندسين في مجالات رئيسية من الهندسة الكهربائية، وتحسين البرمجيات، والإدارة الحرارية. وكما أفاد Matt Kollat، فإن قدرة المنصة البالغة 800 حصان كبح تجبر محركات السحب الكهربائية على العمل بسرعات دوران وكثافة تيار مرتفعة، مما يولد أحمالاً حرارية قصوى داخل ملفات المحرك ومجموعات الدوار.

ولإدارة تدفق الطاقة المرتفع هذا، يجب على محولات الطاقة—وهي المجموعات الإلكترونية الحاسمة المسؤولة عن تحويل التيار المستمر (DC) المزود من حزمة البطارية إلى تيار متردد (AC) يتطلبه محرك السحب—معالجة جهود وتيارات كهربائية أعلى بكثير مع الحفاظ على الكفاءة القصوى. تستخدم محولات فورمولا إي الحديثة أشباه الموصلات ذات الفجوة الشريطية العريضة، ولا سيما كربيد السيليكون (SiC)، والتي تتيح ترددات تبديل أسرع وخسائر كهربائية أقل مقارنة بالمكونات السيليكونية التقليدية. وإن إخضاع هذه المحولات لأحمال تبلغ 800 حصان في ظروف حلبة هجومية يعرض الأجهزة والبرامج الثابتة للتحكم لدورة حرارية سريعة، وإجهاد جهد عالٍ، وتداخل كهرومغناطيسي نادراً ما تماثلها برامج اختبار سيارات الركاب العادية.

والأهم من ذلك، فإن تحسينات الأداء في سباقات السيارات الكهربائية المعاصرة مدفوعة بمعايرة البرمجيات بقدر ما هي مدفوعة بالتصميم الميكانيكي. وتعمل وحدات التحكم في السيارة على تشغيل خوارزميات معقدة تتحكم في توجيه عزم الدوران، وحدود التماسك، وتتبع حالة شحن البطارية، وديناميكيات الكبح التجديدي. وأثناء السباق، يجب على برمجيات التحكم الموازنة ديناميكيًا بين أقصى تسارع وحدود حرارية صارمة لمنع ارتفاع حرارة المحول أو الخلايا، كل ذلك أثناء استعادة الطاقة الحركية أثناء التباطؤ. وتتيح عملية استعادة الطاقة عبر المحور الأمامي جنبًا إلى جنب مع تجديد مجموعة نقل الحركة الخلفية للسيارات التقاط مئات الكيلوواط من الطاقة الحركية في غضون أجزاء من الثانية أثناء عمليات الكبح. ويجبر النطاق التشغيلي القاسي لـ GEN4 مهندسي البرمجيات على كتابة كود برمجي قوي للغاية، مما يخلق منطقًا برمجيًا قابلًا للتطبيق المباشر على منصات السيارات الاستهلاكية.

## Why it matters

يعتمد التقدم السريع للسيارات الكهربائية الاستهلاكية بشكل كبير على معالجة العقبات الهندسية الرئيسية: مدى القيادة، ووزن السيارة، والاستقرار الحراري للبطارية، وتكلفة التصنيع الإجمالية. والابتكارات التي تم اختبارها وإثبات كفاءتها في رياضة المحركات بموجب مواصفات GEN4 لها نتائج مباشرة على هندسة السيارات في الأسواق الواسعة وسلاسل التوريد الصناعية.

في السيارات الكهربائية التجارية، تمثل حزم البطاريات المكون المادي الأثقل والأغلى سعرًا. ويتطلب زيادة مدى قيادة سيارة الركاب تقليديًا تركيب حزم بطاريات أكبر، مما يضيف وزنًا، ويقلل من كفاءة السيارة الإجمالية، ويرفع أسعار البيع. ومع ذلك، فإن تحسين كفاءة مجموعة نقل الحركة—تحديدًا من خلال محولات ذات خسائر أقل، وملفات محرك محسنة، وخوارزميات برمجية متطورة—يسمح لسيارات الركاب باستخلاص مسافة قيادة أكبر من حزم بطاريات أصغر وأخف وزنًا. ويمكن لتحقيق زيادة بنسبة 2 إلى 3 بالمئة فقط في كفاءة المحول عبر دورات التشغيل القياسية أن يوفر مدى قيادة إضافيًا كبيرًا دون الحاجة إلى بطاريات أثقل.

علاوة على ذلك، فإن خوارزميات التحكم التي جرى تطويرها لاستعادة الطاقة تحت الإجهاد العالي تعزز بشكل مباشر أنظمة الكبح التجديدي في سيارات الطرق. وتحسن الاستعادة الكفؤة للطاقة الحركية من التحكم في تباطؤ السيارة، وتقلل من تآكل أنظمة الاحتكاك الميكانيكي للمكابح، وتزيد من العمر الافتراضي لمكوناتها. كما تساعد استراتيجيات الإدارة الحرارية المصممة للحفاظ على مكونات السباق بقوة 800 حصان ضمن نطاقات درجات حرارة آمنة في تحسين الشحن السريع بالتيار المستمر (DC) للسيارات الاستهلاكية. وإن منع الاختناق الحراري أثناء الشحن عالي المعدل يتيح إعادة شحن البطارية بشكل أسرع في محطات الشحن العامة، مما يعالج مخاوف رئيسية للمشترين المحتملين للسيارات الكهربائية.

## The background

تم افتتاح بطولة "إيه بي بي إف آي إيه فورمولا إي" (ABB FIA Formula E Championship) عام 2014 على يد المؤسس Alejandro Agag والاتحاد الدولي للسيارات (FIA) كأول بطولة عالمية لسباقات السيارات أحادية المقعد الكهربائية بالكامل. وأُنشئت السلسلة لتسريع الاهتمام العام بالتحرك المستدام ولتكون بمثابة مختبر متنقل لتطوير السيارات الكهربائية، وقد تطورت بشكل منهجي عبر أجيال تقنية متميزة.

خلال الموسم 1 (2014-2015)، تنافس السائقون في سيارات Gen1 المقيدة بقوة قصوى تبلغ 200 كيلوواط (268 حصانًا). وتطلبت قيود تخزين الطاقة في تلك الحقبة من السائقين إجراء تبديل إجباري للسيارة في منتصف السباق في منطقة الصيانة لإكمال مسافة السباق. وقضت منصة Gen2، التي تم تقديمها في الموسم 5 (2018-2019)، على الحاجة لتبديل السيارات بفضل حزمة بطارية مجهزة بقدرة 54 كيلوواط/ساعة طورها McLaren Applied Technologies، مع رفع أقصى قوة إلى 250 كيلوواط (335 حصانًا).

وشهد الموسم 9 (2022-2023) ظهور سيارة Gen3 لأول مرة، والتي زادت القوة إلى 350 كيلوواط (470 حصانًا) وقدمت مجموعة نقل حركة قياسية مثبتة في الأمام مخصصة حصريًا لاستعادة الطاقة الحركية. وحققت سيارات Gen3 قدرة تجديدية إجمالية تصل إلى 600 كيلوواط عبر كلا المحورين، مما سمح بتوليد أكثر من 40 بالمئة من إجمالي الطاقة المستخدمة أثناء السباق من خلال استعادة الطاقة عند الكبح.

وطوال هذه الانتقالات بين الأجيال، حافظت القواعد التقنية للـ FIA على تدابير صارمة للتحكم في التكاليف من خلال توحيد الهيكل المصنوع من ألياف الكربون، وهياكل التصادم الهيكلية، وغلاف حزمة البطارية، مع فتح مجال تطوير مجموعة نقل الحركة للشركات المصنعة. وقد استخدمت كبرى شركات تصنيع السيارات العالمية—بما في ذلك Porsche وJaguar وNissan وMahindra وAudi وBMW وDS Automobiles—بيئة مجموعة نقل الحركة المفتوحة هذه لبناء محركات كهربائية مخصصة، وأجهزة محولات، وعُلب تروس، وبرمجيات تحكم. ويحافظ هذا الإطار التنظيمي على تكاليف التشغيل للفرق عند مستويات مقبولة مع توجيه الإنفاق على البحث والتطوير مباشرة إلى أنظمة الدفع الكهربائي ذات الصلة المباشرة بسيارات الطرق الاستهلاكية.

## Reaction

شدد مصنعو السيارات المشاركون في فورمولا إي باستمرار على نقل التكنولوجيا باعتباره المبرر التجاري الرئيسي لميزانيات السباق الخاصة بهم. ويؤكد مديرو الهندسة في الفرق المشاركة أن الضغط المكثف لرياضة المحركات الاحترافية يضغط الجداول الزمنية للتطوير مقارنة بروتين الاختبارات المعملية العادية.

وفي حين تحتفظ الشركات المصنعة بالتفاصيل المحددة للتطبيق التجاري المستقبلي كملكية خاصة، يسلط رؤساء الهندسة الضوء على أن الدروس المستفادة في الإدارة الحرارية للجهد العالي ومعايرة البرمجيات يتم دمجها روتينيًا في خطوط تطوير سيارات الطرق. وتلاحظ الفرق الفنية أن اختبار خوارزميات التحكم تحت اهتزاز شديد، وارتفاعات حرارية مفاجئة، وسحب أقصى للقوة يوفر بيانات تجريبية لا يمكن للمحاكاة الحاسوبية تكرارها بالكامل.

ويرى محللو القطاع وخبراء سياسات النقل أن التوجيهات التنظيمية القادمة في جميع أنحاء العالم—مثل هدف الاتحاد الأوروبي لمبيعات السيارات الجديدة خالية من الانبعاثات بحلول عام 2035 ولوائح السيارات خالية الانبعاثات (ZEV) المماثلة في شمال أمريكا وآسيا—تدفع منافسة شديدة بين شركات تصنيع السيارات لتحسين كفاءة مجموعات نقل الحركة للسيارات الكهربائية. وفي هذه البيئة، يعتبر المصنعون دور فورمولا إي كمنصة اختبار سريعة للتكنولوجيا وسيلة فعالة من حيث التكلفة للحفاظ على التنافسية التكنولوجية في تصميم المحولات وبرمجيات إدارة الطاقة.

## What we don't know yet

على الرغم من التوقعات التقنية الواضحة لبنية GEN4، لا تزال عدة تفاصيل رئيسية تخضع للتعديلات التنظيمية النهائية الجارية من قبل الـ FIA. ولم يتم الكشف بالكامل عن الكيمياء الدقيقة لخلايا البطارية، وإجمالي سعة الطاقة القابلة للاستخدام، وحدود الوزن النهائي لنظام بطارية GEN4 الموحد، مما يترك أسئلة مفتوحة بشأن التوازن النهائي بين القوة والوزن لسيارة السباق.

بالإضافة إلى ذلك، لا يزال مدى نقل مصنعي السيارات الأفراد لأجهزة المحولات بقوة 800 حصان مباشرة إلى سيارات الإنتاج التجاري الضخم مقابل السيارات الخارقة الفاخرة ذات الإنتاج المحدود غير مؤكد. وبينما يُنقل المنطق البرمجي وإجراءات الإدارة الحرارية بسهولة عبر جميع مستويات الإنتاج، قد تظل المكونات المادية المصنوعة من أشباه الموصلات ذات الفجوة الشريطية العريضة الممتازة مثل كربيد السيليكون أو نتريد الغاليوم مقتصرة في البداية على خطوط السيارات الفاخرة بسبب تكاليف التصنيع. علاوة على ذلك، ستحدد اللوائح المالية المستقبلية التي تحكم حدود إنفاق الفرق مدى قوة المصنعين في تقسيم التمويل بين الأداء على الحلبة ونقل التكنولوجيا إلى سيارات الطرق.

## What to watch

- النشر الرسمي للوائح التقنية لـ GEN4 من قبل الـ FIA، مع تفصيل الحدود المحددة لتوصيل القوة، ووزن السيارة، وبروتوكولات استعادة الطاقة. - الإعلانات الرسمية لتسجيل المصنعين لحقبة لوائح GEN4، والتي تؤكد أي من كبرى شركات تصنيع السيارات العالمية ستلتزم بدورة المنافسة القادمة. - جلسات الاختبارات الشاملة على الحلبات واعتماد المصادقة، حيث سيتم التحقق من القوة القصوى الفعلية، والكفاءة التجديدية، وقدرات الشحن السريع في ظروف الحلبة. - الإعلانات الاستراتيجية لسيارات الطرق من شركات التصنيع الأصلي (OEMs) المشاركة، والتي تفصل تكنولوجيات المحركات أو المحولات أو البرمجيات المحددة التي جرى تطويرها في فورمولا إي والتي سيتم دمجها في طرازات السيارات الكهربائية الاستهلاكية المقرر إطلاقها بين عامي 2027 و2030.

يعتمد هذا التقرير على تغطية أصلية نشرها Matt Kollat في 23 أغسطس 2026، تتناول التفاصيل التقنية لسيارة سباق GEN4 في فورمولا إي وانعكاساتها على هندسة السيارات الكهربائية الاستهلاكية.