Vehiculele electrice au transmisie?

Când conduci un vehicul electric pentru prima dată, mașina ta s-ar putea să nu aibă nici măcar o manetă sau un schimbător de viteze care să-ți permită să schimbi treptele. Apasă pedala de accelerație (nu „pedala de gaz”), și nu vei simți nicio transmisie care schimbă treptele. Deci, au vehiculele electrice transmisie?

Răspunsul depinde pe cine întrebi. Scanând site-uri auto de renume vei găsi răspunsuri diferite, de la „fără transmisie” la „un fel de transmisie” și „o transmisie cu o singură treaptă„. Aici, vom clarifica faptele și vom ajunge la esența a ceea ce propulsează vehiculul tău electric.

Ce face o transmisie?

Mai întâi, ajută să definim ce face o transmisie. O transmisie este o mașinărie care transmite puterea, deci în sensul cel mai strict al ingineriei mecanice, fiecare mașină are o transmisie.

Transmisia unui vehicul transmite puterea de rotație a sursei de energie, fie un motor electric, fie un motor cu ardere internă (ICE), printr-un set de angrenaje către un diferențial, unitatea care rotește roțile. Dar în limbajul comun, mulți oameni consideră transmisia ca fiind partea motorului care schimbă treptele de viteză de la viteză mică la viteză mare sau de la înainte la înapoi, ca în „transmisie manuală” și „transmisie automată”. Aici lucrurile devin neclare.

O transmisie convențională

Într-o mașină pe benzină, un motor cu ardere internă trebuie să se rotească într-un anumit interval de turații pentru a nu se opri (pentru că se rotește prea încet) și a nu se supraîncălzi (pentru că se rotește prea repede). Acest interval este aproximativ între 500 și 7.000 de rotații pe minut (RPM). Pentru a compensa această limitare, transmisia ajustează raportul dintre rotația motorului și rotația roților schimbând între trepte inferioare și superioare.

Rotația treptei celei mai joase este mai lentă decât a motorului, permițând motorului să funcționeze la turații (RPM) suficient de mari pentru a nu se opri. Treapta cea mai joasă se rotește lent deoarece este cea mai mare ca dimensiune, ceea ce transferă mai multă forță, dar mai puțină viteză către roți, deoarece treapta trebuie să miște vehiculul înainte de la o oprire completă.

Treapta cea mai înaltă, prin contrast, este cea mai mică și funcționează în „overdrive”, însemnând că se rotește mai rapid decât motorul, permițând mașinii să se deplaseze cu viteză mare fără ca motorul să se supraîncălzească. Într-un vehicul cu transmisie manuală, cuplarea ambreiajului decuplează o treaptă de viteză, astfel încât să poți schimba la alta. O transmisie automată face același lucru, dar fără intervenția șoferului.

Cum funcționează un motor electric?

Printre caracteristicile distinctive ale vehiculelor electrice se numără accelerația silențioasă, instantanee și lină. Acest lucru se datorează faptului că propulsia într-un vehicul electric funcționează diferit. Așa cum sugerează și numele, principala diferență între vehiculele electrice și mașinile pe benzină este sursa de combustibil. Când apeși pedala de accelerație a unui vehicul electric, electricitatea este trimisă de la baterie la motorul electric, făcându-l să se rotească rapid.

Majoritatea vehiculelor electrice au un singur motor de curent alternativ (AC) conectat la o cutie de viteze. Ceea ce se află în cutia de viteze este ceea ce unii numesc o transmisie, deoarece este într-adevăr un set de angrenaje care transmite rotația motorului către rotația roților. Dar este mai corect numită unitate de reducere a vitezei cu o singură treaptă, deoarece multiplele angrenaje din cutia de viteze sunt întotdeauna conectate între ele și, prin urmare, se rotesc toate în același timp.

Unitatea de reducere a vitezei reduce turațiile (RPM) motorului la turațiile mai rezonabile (RPM) ale roților, cu un raport de aproximativ 10 la 1. Deci nu există ambreiaj, nu există decuplarea angrenajelor și nu există schimbarea între angrenaje de dimensiuni diferite în funcție de nevoile vehiculului – cu alte cuvinte, nu există transmisie în sensul comun.

Un motor AC se poate roti de la zero la 10.000 RPM sau mai mult. (Motorul unui Tesla Model S Plaid din 2021 se poate roti până la 23.308 RPM, unul dintre motivele pentru care poate accelera până la 322 de kilometri pe oră.) Acest lucru oferă vehiculelor electrice mult cuplu pe o gamă largă de viteze, cu o zonă optimă („sweet spot”) între cuplu și viteză suficientă în intervalul de 48-64 km/h. Energia trece direct și aproape instantaneu de la motor prin cutia de viteze la roți, mai degrabă decât printr-o transmisie, iar tranziția de la o viteză la alta nu necesită schimbarea dintr-o treaptă în alta, rezultând o accelerație lină și silențioasă.

Lipsa transmisiei reduce frecarea (și, implicit, uzura) care apare la cuplarea și decuplarea mai multor angrenaje. Tranziția fluidă menține, de asemenea, mai bine impulsul înainte al vehiculului decât schimbarea treptelor de viteză, acesta fiind unul dintre motivele pentru care vehiculele electrice sunt mult mai eficiente în utilizarea energiei.

În general, un vehicul electric transformă în medie 77% din electricitatea stocată în baterie în mișcare înainte a mașinii, în timp ce o mașină pe benzină transformă de la 12% la 30% din energia stocată în benzina din rezervor. O mare parte din rest se pierde sub formă de căldură. Transmiterea puterii de la motorul unui vehicul electric la roți are o eficiență de 89% până la 98%, în funcție de vehicul, în timp ce la o mașină ICE, același proces de la motor la roți are o eficiență de doar 14% până la 26%.

Vehiculele electrice pot avea mai multe trepte de viteză?

Orice vehicul, ICE sau electric, necesită mai mult cuplu decât viteză pentru a propulsa mașina de la o oprire completă și mai multă viteză decât cuplu odată ce vehiculul are deja impuls înainte. Deci, vehiculele electrice nu ar beneficia de pe urma mai multor trepte de viteză? Da, dar cu prețul unui sistem mai complex care necesită mai multe piese, greutate mai mare, mai multă muncă și un lanț de aprovizionare mai mare – cu alte cuvinte, costuri mai mari pentru consumator atât la achiziție, cât și la întreținere.

Unele vehicule electrice mai noi, inclusiv Audi e-tron GT și Porsche Taycan, au mai multe trepte de viteză, ceea ce le permite să livreze mai mult cuplu către roți pentru a crește accelerația. Viitorul Jeep Magneto va avea chiar și o transmisie manuală cu mai multe trepte de viteză. Mașinile de curse, cum ar fi cele din competiția complet electrică Formula E, au, de asemenea, transmisii.

Când camioanele electrice, în special cele cu 18 roți (tiruri), vor apărea pe piață, este posibil să aibă mai multe trepte de viteză și transmisie, dar având în vedere gama largă de turații (RPM) posibilă cu un motor electric, ar putea avea doar două: una pentru cuplu, cealaltă pentru viteza de croazieră, cu schimbarea de la una la alta în jurul a 48 km/h. (Viitorul Tesla Semi va avea doar o unitate de reducere a vitezei cu o singură treaptă.) Același lucru se aplică și vehiculelor mai mici, unde capacitatea de a tracta sau transporta sarcini grele este importantă.

Transmisie cu variație continuă

Unele vehicule ICE și hibride au transmisii cu variație continuă (CVT), o formă de transmisie automată care accelerează fără trepte de la o viteză la alta, utilizând scripeți în loc de angrenaje. Sistemele CVT au fost introduse recent pentru vehiculele electrice, ceea ce poate crește cuplul la viteze mai mici pentru a gestiona vehicule și sarcini mai grele. Acest lucru elimină necesitatea ca inginerii EV să găsească un compromis optim („sweet spot”) între cuplu și viteză.

Promițând o eficiență mai mare, sistemele CVT ar putea permite vehiculelor electrice să își crească autonomia lor—o preocupare majoră a potențialilor cumpărători de vehicule electrice.

Mai multe motoare în loc de mai multe trepte de viteză

Unele vehicule electrice rezolvă această problemă având mai multe motoare cu rapoarte de transmisie diferite pentru a livra mai mult sau mai puțin cuplu, în funcție de nevoile vehiculului, electronica direcționând electronii mai eficient către motoare diferite, în loc ca o transmisie să schimbe treptele mai puțin eficient. De exemplu, Lucid Air, de înaltă performanță, este disponibil în versiuni cu motor dublu sau triplu, la fel ca multe vehicule Tesla.

Și spre deosebire de angrenajele dintr-un vehicul ICE, motoarele multiple dintr-un vehicul electric pot fi utilizate simultan, conferind vehiculului atât viteză, cât și cuplu, tracțiune sporită sau o agilitate mai mare. Pick-up-urile electrice Rivian au chiar și motoare independente atașate fiecărei roți, permițând camionului să efectueze „viraje de tanc„.