Почему на электромобили не ставят коробку передач

Есть ли коробка передач в электромобиле?

Когда вы впервые садитесь в электромобиль, вы можете не увидеть рычага переключения передач. Нажмите на акселератор (не на «педаль газа»), и вы не почувствуете, что трансмиссия переключает передачи. Есть ли у электромобилей коробка передач?

Ответ зависит от того, кого вы спрашиваете. Просматривая авторитетные автомобильные веб-сайты, вы найдете разные ответы, от «без коробки передач» до «своего рода трансмиссии» и «односкоростной трансмиссии». Здесь мы выясним факты и разберемся, что движет вашим электромобилем. (1, 2, 3)

Что делает коробка передач?

Коробка передач – это комплекс механизмов, передающий мощность, поэтому в самом строгом, машиностроительном смысле каждый автомобиль имеет коробку передач.

Трансмиссия, или коробка передач транспортного средства передает мощность вращения источника энергии, будь то электродвигатель или двигатель внутреннего сгорания (ДВС), через набор шестерен на дифференциал, блок, который вращает колеса. Но в просторечии многие люди думают о трансмиссии как о части двигателя, которая переключает передачи с низкой скорости на высокую или с переднего на задний ход, как в «механической коробке передач» и «автоматической коробке передач».

Обычная коробка передач

В автомобиле, работающем на бензине, двигатель внутреннего сгорания должен вращаться с разными скоростями, чтобы не глохнуть (потому что он вращается слишком медленно) и не перегреваться (потому что он вращается слишком быстро). Этот диапазон составляет примерно от 500 до 7000 оборотов в минуту (об/мин). Чтобы компенсировать это ограничение, трансмиссия регулирует соотношение между вращением двигателя и вращением колес, переключаясь между низшей и высшей передачами.

Автоматическая коробка передач в автомобиле, работающем на бензине.
Флорин Патрунджел / Getty Images

Самая низкая передача вращается медленнее, чем двигатель, что позволяет двигателю работать на достаточно высоких оборотах, чтобы не заглохнуть. Самая низкая передача вращается медленно – задействуется самая большая шестерня по размеру, которая передает большую силу, но меньшую скорость на колеса, поскольку шестерня должна двигать транспортное средство вперед от полной остановки.

Наивысшая передача, напротив, является самой маленькой и работает с «перегрузкой» – это означает, что она вращается быстрее, чем двигатель, что позволяет автомобилю двигаться с высокой скоростью без перегрева двигателя. В автомобиле с механической коробкой передач включение сцепления выключает одну передачу, так что вы можете переключиться на другую. Автоматическая коробка передач делает то же самое, но без вмешательства водителя.

Что такое лошадиные силы?

Мощность двигателя определяется скоростью и крутящим моментом. Скорость определяется как скорость, с которой двигатель вращается, а крутящий момент – это величина силы вращения, которую двигатель создает. Когда двигатель с постоянной подачей мощности вращается быстро, он теряет крутящий момент. Когда он вращается медленнее, крутящий момент увеличивается.

Как работает электромотор?

Среди отличительных особенностей электромобилей – тихий, мгновенный и плавный разгон. Это связано с тем, что двигательная установка в электромобиле работает иначе. Как следует из их названий, основное различие между электромобилями и автомобилями с бензиновым двигателем – это источник топлива. Когда вы нажимаете на акселератор электромобиля, электричество передается от аккумулятора к электродвигателю, заставляя его быстро вращаться.

Коробка передач электромобиля.
kool99 / Getty Images

Большинство электромобилей имеют один двигатель переменного тока, подключенный к коробке передач. То, что находится в коробке передач, некоторые люди называют трансмиссией, поскольку это действительно набор шестерен, передающих вращение двигателя вращению колес. Но более точным для него названием будет односкоростной редуктор, поскольку несколько шестерен в коробке передач всегда связаны друг с другом и, таким образом, все вращаются одновременно.

Редуктор снижает число оборотов двигателя до более приемлемых оборотов колес в соотношении примерно 10:1. Таким образом, нет ни сцепления, ни отключения передач, ни переключения между передачами разного размера в зависимости от потребностей автомобиля – другими словами, нет трансмиссии.

Есть ли задний ход?

Поскольку двигатель в электромобиле обычно использует переменный ток, нет необходимости в передаче заднего хода. Двигатель просто вращается в противоположном направлении.

Двигатель переменного тока может вращаться от нуля до 10 000 об/мин и более. (Двигатель в Tesla Model S Plaid 2021 года может вращаться со скоростью до 23 308 об/мин, что является одной из причин, по которой он может разгоняться до 320 км/час.) Это дает электромобилям большой крутящий момент в широком диапазоне скоростей с «золотой серединой» между достаточным крутящим моментом и достаточной скоростью в диапазоне 50–65 км/час. Энергия передается напрямую и почти мгновенно от двигателя к колесам, а не через коробку передач, и при переходе с одной скорости на другую не нужно переключаться с одной передачи на другую, что обеспечивает плавное и тихое ускорение. (4)

Отсутствие коробки передач снижает трение (и, следовательно, износ), которое возникает при включении и выключении нескольких передач. Плавный переход также лучше поддерживает движение транспортного средства вперед, чем переключение передач, что является одной из причин, почему электромобили намного эффективнее расходуют энергию.

В целом электромобиль в среднем преобразует 77% электроэнергии, хранящейся в его аккумуляторе, для движения вперед, в то время как автомобиль с бензиновым двигателем преобразует от 12% до 30% энергии, хранящейся в бензине в его баке. Большая часть остального расходуется в виде тепла. Эффективность передачи мощности от двигателя электромобиля к колесам составляет от 89% до 98%, в зависимости от транспортного средства, тогда как в автомобиле с ДВС тот же процесс от двигателя к колесам имеет эффективность только от 14% до 26%. (5)

Могут ли электромобили иметь несколько передач?

Любому транспортному средству, ДВС или электромобилю, требуется больше крутящего момента, чем скорость, чтобы привести автомобиль в движение от полной остановки, и больше скорости, чем крутящего момента, когда транспортное средство уже набирает скорость. Так разве электромобили не выиграют от использования нескольких передач? Да, но за счет более сложной системы, требующей большего количества деталей, большего веса и большего количества рабочей силы – другими словами, больших затрат потребителя как на начальном этапе, так и на техническое обслуживание.

Некоторые новые электромобили, в том числе Audi e-tron GT и Porsche Taycan, имеют несколько передач, что позволяет им передавать больший крутящий момент на колеса для увеличения ускорения. Планируемый Jeep Magneto будет даже иметь многоступенчатую механическую коробку передач. Такие гоночные автомобили, как те, что используются в полностью электрической Формуле Е, также имеют трансмиссию. (6, 7, 8, 9)

Когда на рынке появятся электрические грузовики, особенно 18-колесные, возможно, они будут иметь несколько передач и трансмиссию, но, учитывая широкий диапазон оборотов, возможный с электродвигателем, их может быть всего две: одна для крутящего момента, другая для крейсерской скорости, с переходом от одного к другому со скоростью около 50 км/час. (Грядущий Tesla Semi будет иметь только односкоростной редуктор.) То же самое относится и к меньшим транспортным средствам, где важна способность буксировать или перевозить тяжелые грузы. (10, 11)

Бесступенчатая трансмиссия

Некоторые автомобили с ДВС и гибридные автомобили имеют бесступенчатую трансмиссию (CVT), форму автоматической трансмиссии, которая плавно ускоряется от скорости к скорости, используя шкивы, а не шестерни. Для электромобилей недавно были внедрены системы вариатора, которые могут увеличивать крутящий момент на более низких скоростях, чтобы приспособиться к более тяжелым транспортным средствам и нагрузкам. Это избавляет инженеров от необходимости искать компромисс между крутящим моментом и скоростью. (12, 13)

Обещая более высокую эффективность, системы CVT могут позволить электромобилям увеличить свой запас хода, что является ключевой проблемой для потенциальных покупателей электромобилей. (14)

Несколько двигателей вместо нескольких шестерен

Tesla Model S полностью электрический седан с двумя двигателями.
Sjoerd van der Wal / Getty Images

Некоторые электромобили решают эту проблему, имея несколько двигателей с разными передаточными числами для обеспечения большего или меньшего крутящего момента, в зависимости от потребностей транспортного средства, при этом электроника более эффективно переключает электроны на разные двигатели в отличии от коробки передач, которая менее эффективно переключает передачи. Например, высокопроизводительный Lucid Air выпускается в двух- или трехмоторной версии, как и многие автомобили Tesla. (15)

И в отличие от шестерен в автомобиле с ДВС, несколько двигателей в электромобиле могут использоваться одновременно, обеспечивая автомобилю скорость и крутящий момент, повышенное тяговое усилие или большую маневренность. У электрических пикапов Rivian даже есть независимые двигатели, прикрепленные к каждому колесу, что позволяет грузовику совершать «повороты на месте».

Пристегнитесь

Будущее электромобилей не ограничено, и в нем постоянно появляются новые способы обеспечения тяги. Илон Маск даже обещает, что следующая итерация Tesla Roadster будет иметь «систему подруливающего устройства на холодном газе SpaceX». Пристегните ремни безопасности и следите за обновлениями. (16)

Работает экологическим и научным журналистом более 15 лет. Пишет о науке, культуре, космосе и устойчивом развитии. Внештатный автор сайта «Знание – свет».

Есть ли коробка передач в электромобиле и какая она?

Есть ли коробка передач в электромобиле? Большинство современных электрических машин выпускаются с 1-ступечнатыми редукторами. Разработчикам удалось упростить конструкцию, благодаря неспособности электрических моторов выдавать больший момент вращения, чем в ДВС. В редких исключениях производители добавляют КПП на свои транспортные средства, но это приводит к удорожанию автомобилей и усложнению их конструкции. Ниже подробно, есть ли «механика» в таких авто, а также рассмотрим особенности этого вопроса.

Есть ли коробка передач в электромобиле

Многие автовладельцы, планирующие покупку «зеленого» транспорта, интересуются — есть ли коробка передач в электромобилях. Отметим, что впервые электрические машины появились еще в конце 19 века, но после создания ДВС о таком транспорте постепенно забыли. С появлением экологических проблем тему подобной техники пришлось развивать снова.

Мало кто знает, но первый электромобиль появился еще в 1899-м. Они весил около 1000 кг и разгонялся до 100 км/ч. При этом двигатель имел мощность около 70 лошадиных сил, чем не могли похвастаться даже многие бензиновые / дизельные «коллеги».

Ключевым отличием между электромобилями и обычным транспортом ДВС стал не только двигатель, но и особенности трансмиссии. В машинах, работающих на обычном топливе, есть коробка передач со множеством ступеней. Чем их больше, тем выше скоростные показатели транспортного средства.

Что касается электрокаров, в них нет классической «механики», а для движения такому транспорту достаточно одной скорости. Но есть ли этому объяснение? Причина в том, что максимальный момент вращения в электрическом моторе можно получить уже на 0-ых оборотах. Кроме того, электрокару не нужно разделение мотора и коробки передач на холостых или при остановке, ведь ХХ у электрического двигателя не предусмотрен.

Двигатели в электромобилях имеют более широкий диапазон оборотов. При этом мощность не растрачивается, а расходуется с максимальном КПД. Вот почему коробка передач на электромобиле не нужна.

Таким образом, электродвигателям достаточно только одной скорости, и это происходит по двум причинам:

1. Электрический мотор даже на небольших оборотах отличается высоким моментом вращения.
2. Электродвигатель эффективен во всем диапазоне работы.

Дополнительно рассмотрим, есть ли коробка передач в электромобилях Тесла. Как и в других машинах с электрическим мотором, здесь предусмотрена 1-ступенчатая КПП, которая передает вращение от мотора к колесам.

Принцип действия прост:

• Вращающийся вал мотора приводит в движение шестеренки.
• Шестерни крутятся и передают вращение на колеса.

Обратный ход достигается за счет замены направления фаз на асинхронном моторе, что приводит к вращению в другую сторону.

Правда ли, что коробка передач не нужна в электрокаре

В большинстве моделей электромобилей коробка передач не устанавливается. Она не нужна, ведь при нажатии на педаль газа создается максимальный момент вращения. Иными словами, его достаточно при наличии любых оборотов. С учетом этого факта в сцеплении для электромобиля нет необходимости, ведь мотор работает с учетом получаемой мощности. Но есть ли возможность поставить КПП на электрокар? Для создания эффекта переключения некоторые производители идут на установку «механики» (об этом ниже).

Конструктивно коробка передач на электромобилях замещается одноступенчатым редуктором. Но при эксплуатации в условиях бездорожья 1-ступенчатые КПП не справляются с поставленной задачей. Вот почему в смешанном режиме желательно выбирать КПП с 3-мя или 4-мяступенями. Их наличие оптимизирует момент вращения и повышает запас хода на одном заряде аккумулятора.

Одним из примеров электромобиля с механической КПП является автомобиль Мустанг Литиум. Его мощность составляет 900 «лошадей», а для удобства управления предусмотрена 6-ступенчатая «механика».

В этот же период немецкая компания ZF выпустила 2-ступенчатую коробку передач для своего автомобиля. Такой шаг разработчики объяснили необходимостью более точного управления моментом вращения. КПП программируется таким образом, что переключение не следующую скорость происходит при достижении 70 км/час. При желании можно изменить программу и запланировать переключение коробки передач на другой скорости.

Преимущества КПП на электрокарах:

1. Создание ощущения управления обычным автомобилем с коробкой передач.
2. Улучшенная проходимость.
3. Увеличение запаса хода.

• Повышение веса автомобиля.
• Усложнение конструкции, из-за того, что в авто есть дополнительный узел.
• Увеличение стоимости из-за наличия «механики».

Теперь вы знаете, есть ли коробка передач в электромобиле, нужна ли она, и в каких машинах она все-таки установлена. Если подводить итог, электрический двигатель не нуждается в «механике», но некоторые производители идут на ее установку для покрытия прихотей своих покупателей. В комментариях расскажите, о каких еще электрокары с коробками передач вы знаете. Поделитесь мнением, есть ли смысл в установке такого узла на машина с электрическим агрегатом.

Оснащены ли электромобили коробками передач

Комментарии: 1 26.01.2022 Большую часть электрокаров выпускают с 1-ступенчатыми редукторами. После долгих стараний разработчики смогли упростить конструкцию. Лишь изредка производители добавляют КПП на автомобили, однако, это сказывается на стоимости и усложнении конструкции. Оснащены ли электромобили коробками передач. Водители, планирующие приобретение электрических автомобилей, интересуются, оснащены они коробками передач или нет. Стоит отметить, первые электрокары появились еще в 19 веке. После того как создали ДВС, о таком транспорте постепенно начали забывать. И вот в стране экологические проблемы, а это значит, пора возвращаться к хорошо забытому старому.

Главное отличие электромобиля от простых автомобилей с ДВС заключается не только в двигателе, но и особенной трансмиссии. Если транспорт работает на простом топливе, на него устанавливается многоступенчатая коробка передач. Соответственно, чем их количество больше, тем и скоростные показатели лучше.

В электрокарах отсутствует привычная нам механика. Чтобы автомобиль приводился в движение, ему достаточно одной скорости. Но как это объяснить? В электрическом двигателе уже на 0-х оборотах может наблюдаться максимальный крутящий момент. У электрокара не должно быть разделения между коробкой передач и двигателем на холостых оборотах, а также в момент остановки. У силовых установок электрокаров диапазон оборотов намного шире. Но мощность не растрачивается, а напротив, расходуется с максимальным КПД. Именно поэтому в электрокары не нужно устанавливать коробки передач. Коробка передач электрокарам не нужна. Практически на всех электрокарах, которые есть сейчас, производители не устанавливают коробки передач. В них нет никакой необходимости, ведь как только водитель нажмет на педаль газа, тут же будет создан максимальный крутящий момент. Учитывая этот факт, можно сделать вывод, что в сцеплении необходимость отсутствует, ведь двигатель и так работает, а получаемой мощности ему достаточно. Но если водитель сам желает установить коробку передач на электромобиль, возможно ли это? Некоторые производители идут на такое. Если рассматривать конструктивные особенности, то в электрических автомобилях коробки передач нет, вместо нее редуктор с одной ступенью. Однако при эксплуатации транспортного средства в условиях бездорожья, 1-ступенчатая коробка передач просто не справится со своей задачей. Именно поэтому в смешанном режиме рекомендуют пользоваться КПП с тремя или четырьмя ступенями. Таким образом, будет увеличен запас хода. Мустанг Литиум – это пример электромобиля с механической коробкой передач. Мощность автомобиля 900 лошадиных сил. Чтобы управление было удобным, установили механику с 6-ю ступенями. Преимущества коробок передач на электрокарах очевидны:

• у водителя создается ощущение, что он управляет простым транспортным средством;
• проходимость улучшается;
• увеличивается запас хода.

Но есть и недостатки, о которых не нужно забывать. В первую очередь, увеличивается вес автомобиля, конструкция становится более сложной. За счет наличия механики стоимость повышается.

Toyota запатентовала механическую коробку передач с псевдосцеплением для электромобилей

Компания Toyota подала восемь заявок в американское ведомство по патентам и товарным знакам на механическую коробку передач для электрических автомобилей. Как пишет The Drive, эта система состоит из псевдопереключателя, псевдосцепления и модуля управления, которые создают ощущение вождения на «механике».

Обычно у электромобилей вообще нет коробки передач. Это связано с тем, что у них больший крутящий момент, чем у машин с двигателем внутреннего сгорания, и они способны выдавать его сразу, а не при определенном уровне оборотов двигателя. Но есть и исключения. Например, у Taycan двухступенчатая коробка передач. Первая передача машине нужна для быстрого старта, а вторая — для всего остального. А у Ford Mustang Lithium шестиступенчатая механическая коробка передач. Никаких практических обоснований такому решению нет, кроме как порадовать любителей трехпедальных автомобилей.

Компания Toyota подала восемь заявок в американское ведомство по патентам и товарным знакам на механизм для электромобилей, имитирующий механическую коробку передач. Эта система использует псевдопереключатель и псевдосцепление, чтобы регулировать крутящий момент электродвигателя. Третья педаль, оснащенная генератором реакции педали, создает сопротивление, когда водитель на нее нажимает, и даже вибрирует, симулируя движение во время неполного сцепления.

В зависимости от положения переключателя и педали модуль управления регулирует работу двигателя. Тахометр при этом показывает число симулированных оборотов в минуту. А если оно слишком маленькое, электродвигатель может даже «заглохнуть».

Ранее мы писали, что электромобили оказались экологичнее традиционных автомобилей с учетом их жизненного цикла. Уже сейчас в ходе их жизненного цикла в Европе образуется на 66-69 процентов меньше выбросов парниковых газов по сравнению с бензиновыми машинами.