Есть ли коробка передач в электромобиле?

Содержание статьи

Конструктивные различия между приводами автомобилей с ДВС и электродвигателями
Как работают электродвигатели на электрокарах
Как передается и распределяется крутящий момент на электрокарах
Прямая передача
Односкоростной редуктор (понижающая передача)
Многоскоростная коробка передач в электромобилях
Какие задачи решает многоскоростная КПП электромобиля
Какой тип трансмиссии на электромобиле предпочтительнее

Электромобили вновь начали набирать популярность, что связано с совершенствованием технологий выработки и сохранения энергии. В частности, речь идет о новых типах аккумуляторных батарей, более эффективных системах рекуперации, а также об изменениях потребностей жителей крупных городов. Поэтому повышенный интерес возникает и к техническому устройству электрокаров. Речь идет не только об основном функционале, базовых опциях комфорта, мультимедийных возможностях. Потребитель начинает интересоваться, есть ли в электромобиле коробка передач, как она работает, нуждается ли в обслуживании.

В этом материале подробно поговорим о трансмиссиях электрических автомобилей. Забегая вперед, да – они есть, причем существует несколько вариантов исполнения. Коробка передач в электромобиле существенно отличается от КПП на авто с двигателями внутреннего сгорания, но задачи выполняет схожие. Главная задача КПП на электромобиле – выравнивание разницы между оборотами вращения вала электродвигателя и колес для эффективного использования крутящего момента.

Конструктивные различия между приводами автомобилей с ДВС и электродвигателями

В отличие от электротяговых установок двигатель внутреннего сгорания должен при остановке автомобиля продолжать работу на холостом ходу, то есть, ведомый вал с маховиком вращаются непрерывно. Поэтому между ним и колесами устанавливается сложный механизм трансмиссии, который включает сцепление, систему редукторов, шестерен. Чем их больше, тем эффективнее будет передаваться крутящий момент, выше будет КПД. Однако и потери энергии за счет работы на холостом ходу будут большими даже при использовании системы «старт-стоп».

Электродвигатель работает иначе – вал вращается только при поступлении энергии на катушки с обмотками. Поэтому при остановке автомобиля потребление энергии двигателем равно нулю. Это делает электрокары максимально выгодными при использовании в городской черте, в плотных потоках транспорта и пробках. В зависимости от модели, на авто устанавливается 1, 2, 3 или даже 4 электродвигателя. Рассмотрим принцип действия электротяговой установки.

Понижающий редуктор в модульном электроприводе ZF

Как работают электродвигатели на электрокарах

Принцип, на котором построена работа таких двигателей, это электромагнитная индукция. Два основных компонента – это ротор (вращающийся) и статор (неподвижный). В статоре установлены мощные магниты, а на роторе обмотка из проволоки с высокой электропроводностью. Если подать электрический ток на обмотки, то они станут генерировать собственное электромагнитное поле, которое при взаимодействии с магнитами статора заставляет ротор вращаться. При торможении происходит обратный процесс – ротор движется относительно статора, вырабатывая электрический ток, который используется для подзарядки батареи. Этот процесс называется рекуперацией.

Системы рекуперативного торможения используются абсолютно во всех электромобилях. Это обеспечивает большой запас хода, хоть и не покрывает полностью потребность автомобиля в электроэнергии, поэтому заряжать батарею приходится регулярно. Теперь разберемся в способах передачи крутящего момента с двигателей на колеса электрокаров. Как достигается высокая мощность и динамические показатели?

‎Сборка электропривода на заводе ZF

Как передается и распределяется крутящий момент на электрокарах

Современные автомобилестроительные компании предлагают несколько вариантов КПП с прямым или редукторным сообщением.

Виды трансмиссии на электромобилях:

Прямая передача без редукторов – вал электродвигателя напрямую соединяется с ведущими колесами без дополнительных механизмов, корректирующих передаточное число;
Односкоростной редуктор (фиксированная передача, одноступенчатая коробка) – вал соединен через неуправляемый редуктор с постоянным, неизменным передаточным числом;
Многоступенчатая коробка – по строению и принципу действия практически не отличается от трансмиссий автомобилей с двигателями внутреннего сгорания, но имеет меньшее количество «передач».

Многоступенчатые коробки передач преимущественно используются на пикапах, внедорожниках или скоростных спортивных моделях электромобилей. На большинстве электрокаров используются односкоростные редукторы с постоянным передаточным числом и одной задней передачей. Рассмотрим подробнее каждый из вариантов трансмиссий, плюсы и минусы, особенности эксплуатации.

Прямая передача

Эта технология используется на двигателях, которые устанавливаются непосредственно на колесах автомобиля. Никакой дополнительной механики не используется. При прямой передаче крутящий момент поступает сразу на ведущие колеса, управляется исключительно электроникой. Скорость вращения колес определяется силой тока на катушках электротяговых установок.

Самый простой пример реализации такой схемы – электро-самокат. На нем устанавливается «мотор-колесо», который приводит транспорт в движение. В автомобиле таких двигателей 2 (на моделях с моно-приводом) или 4 (на авто с полным приводом).

Главный минус прямой передачи – слабая динамика на больших оборотах за счет снижения крутящего момента. Также автомобиль будет хуже показывать себя при движении по бездорожью, в гору, с полной загрузкой. При этом вся нагрузка будет ложиться непосредственно на электродвигатели и аккумуляторную батарею, что будет приводить к перегреву, ускоренному износу, а в критических ситуациях даже к возгораниям и выходу из строя. Главный плюс – проще устройство, меньше затрат на техническое обслуживание.

Односкоростной редуктор (понижающая передача)

Одноступенчатая коробка - распространенный вид трансмиссии на электромобилях, так как при относительной простоте и надежности обеспечивает хороший КПД. Из чего состоит узел:

Входной вал электродвигателя – ведущий, на который подается крутящий момент;
Промежуточный вал – на нем установлена дополнительная шестерня переходного диаметра;
Межколесный дифференциал – он же выходной вал, через который крутящий момент передается на колеса.

Что такое передаточное число? Это соотношение количества оборотов ведущего и ведомого вала. Наиболее распространенные передаточные числа в электрокарах - 4:1 и 8:1. Это означает, что за один оборот колеса вал двигателя сделает 4 или 8 оборотов. Но зачем это нужно? Для повышения крутящего момента. Это позволяет электромобилю эффективнее преодолевать подъемы, двигаться загруженным, по бездорожью, улучшает динамику. Редукторов может быть два, с межосевым дифференциалом.

У модели электромобиля Zeekr 001 с полным приводом используются современные редукторы, обеспечивающие большой КПД при взаимодействии всех четырех колес. Спорткар Lotus Eletre с редуктором разгоняется до 100 км/ч за 2,9 секунды, что показывает эффективность технологии.

Селектор трансмиссии Lotus Eletre

Многоскоростная коробка передач в электромобилях

Многоскоростные механические или автоматические коробки передач используются в электромобилях реже. Преимущественно их устанавливают под заказ или в базовых комплектациях на пикапы, минивэны или внедорожники. С чем это связано? В первую очередь такая коробка существенно повышает цену электромобиля, усложняет его и увеличивает расходы на обслуживание. При этом большинство электрокаров не рассчитаны на решение таких задач, как экспедиционные заезды по бездорожью, в силу ограниченности запаса хода. Так что, это скорее коммерческий ход.

Многоступенчатые КПП устанавливают на несерийные спортивные электрокары, которые участвуют в гонках. Это обеспечивает более эффективное управление крутящим моментом на высоких скоростях, когда борьба идет за доли секунд. В повседневной эксплуатации электрокаров такой потребности попросту нет. Но разобраться с тем, какие задачи решают такие коробки передач, все же стоит.

Почему у электромобилей нет коробки передач

‎Двухступенчатая трансмиссия на задней оси Porsche Tycan

Какие задачи решает многоскоростная КПП электромобиля

Как и в автомобилях с двигателями внутреннего сгорания, многоскоростная коробка передач электромобиля позволяет более тонко управлять передаточными числами. Рассмотрим два примера – гоночный спортивный болид и внедорожник или пикап. В спортивном авто главное – это быстрое ускорение и максимальная скорость. Для этого на начальном этапе нужно высокое передаточное число, а после быстрого набора скорости – низкое. То есть, при разгоне на один оборот колеса придется восемь (а иногда и более) оборотов вала электродвигателя, а на скорости, наоборот – на один оборот вала электродвигателя будет приходиться более одного оборота колеса.

С грузовым автотранспортом (пикапы, тяжелые внедорожники) дело обстоит иначе. Для них важна не скорость, а крутящий момент и мощность. Поэтому при движении в гору водитель будет выставлять передачу с передаточным числом 4:1 или 8:1. В этом случае электродвигатель будет работать на высоких оборотах без повышенных нагрузок, а автомобиль будет двигаться медленнее, но с большим тяговым усилием (как трактор). Таким образом, многоскоростная коробка передач в электромобиле не только повышает контроль, но и снимает нагрузки с силовых компонентов.

‎8-ступенчатая коробка передач гибридов BMW в едином блоке с электроприводом

Какой тип трансмиссии на электромобиле предпочтительнее

Выбор электромобиля по типу коробки передач определяется несколькими факторами:

Условия эксплуатации – для городской среды и движения по междугородним шоссе с асфальтовыми дорожными покрытиями подойдут модели с прямой или редукторной передачей;
Режимы, манера езды – любителям повышенных скоростей стоит обратить внимание на модели с двумя редукторами и предустановленными спортивными режимами езды или двухскоростной коробкой, которые уже устанавливаются на некоторые модели AUDI и электрокары других брендов;
Обслуживание – наличие сложной КПП увеличивает расходы. В обычном редукторе достаточно своевременно менять масло, в нем меньше сложной механики;
Цена автомобиля – электромобиль с многоступенчатой коробкой передач стоит на порядок дороже. Редукторные модели ощутимо дешевле.

Какая коробка передач стоит на электромобилях

‎Перспективный спорткар Toyota c эмуляцией механической КПП

Основную долю на российском и мировом рынке составляют электромобили с редукторами (одним или двумя). Они хорошо зарекомендовали себя на практике, не требуют сложного обслуживания, обеспечивают высокий КПД, надежны.

Электромобили и гибриды с гарантией в Neocars

Электромобиль