Регистрация Войти
Вопрос

Почему считается, что для мощных электромобилей не нужна коробка передач?

Почему утверждается, что для высокопроизводительных электромобилей не нужна коробка передач? Более того, почему у них нет коробок передач («коробка передач» в данном контексте подразумевает коробку передач с несколькими выбираемыми передаточными числами)?



Немного рассуждений и моя собственная попытка дать ответ:



Утверждение о том, что «электромобилям не нужна коробка передач», кажется мне совершенно неверным в контексте высокой производительности.



Если следовать этой логике, то можно сказать, что электромобилю тоже не нужно больше 500 лошадиных сил. Зачем кому-то в обычных условиях вождения 500 лошадиных сил?



Однако у электромобилей, таких как Tesla Model 3 или Tesla Model S, мощность которых составляет около 500 л. с., нет коробки передач с несколькими передаточными числами.



Иногда говорят, что у электродвигателя «плоская кривая крутящего момента». На самом деле всё гораздо сложнее: https://electronics.stackexchange.com/questions/271674/tesla-car-maximum-torque-at-0-rpm-is-this-correct



Однако вместо того, чтобы пытаться это изучить, я просто взгляну на динамометрический график реального автомобиля.



Ниже представлен динамометрический график Tesla P100D:



https://www.whichcar.com.au/news/tesla-model-s-p100d-hits-the-dyno-spits-out-incredible-torque-video



https://www.whichcar.com.au/news/tesla-model-s-p100d-hits-the-dyno-spits-out-incredible-torque-video



Обратите внимание на график P-колеса (кВт) — фактической мощности, которую автомобиль развивает на динамометрическом стенде. Она достигает пика примерно при 3000 оборотах в минуту, а затем постепенно снижается.



Такова реальность электродвигателя в реальном автомобиле. У него нет ничего похожего на «плоскую кривую».



Да, общий интеграл кривой очень впечатляет по сравнению с одной передачей на традиционном автомобиле с двигателем. Однако он уменьшается, а сумма интегралов от нескольких передач, вероятно, может увеличить общую площадь.



По мере увеличения числа оборотов и достижения максимальной скорости мощность значительно снижается по сравнению с исходным пиковым значением. При 7500 оборотах в минуту она составляет всего около 250 кВт. Это прекрасно объясняет, почему все электромобили имеют относительно скромную максимальную скорость по сравнению с относительно впечатляющими показателями ускорения.



Например, возьмём Tesla Model 3 Performance с мощностью 473 л. с. (суммарной) и максимальной скоростью 260 км/ч. Сравним это с заводской Toyota Supra 90-х годов с мощностью 320 л. с. и максимальной скоростью 290 км/ч. Очевидно, что на максимальную скорость автомобиля влияет гораздо больше факторов: коэффициент аэродинамического сопротивления, лобовая площадь и т. д. Однако это справедливо для всех электромобилей: все они имеют низкую максимальную скорость, соответствующую их мощности.



Даже электрический «Rimac C Two» мощностью 1888 л. с. развивает скорость всего теоретически 410 км/ч по сравнению с реальными 457 км/ч у Agera RS с двигателем мощностью 1160 л. с. У Rimac, похоже, двухступенчатая коробка передач, но остаётся открытым вопрос, почему у него всего две передачи. Мне кажется, что для того, чтобы ехать на 30 миль в час медленнее, чем Agera, требуется более 700 лошадиных сил. Неужели коэффициент аэродинамического сопротивления и лобовая площадь у Agera намного лучше?



Может быть, есть одно или два исключения? Пожалуйста, укажите их. Я не учитываю Формулу E.



Я предполагаю, что у типичного высокопроизводительного электромобиля нет коробки передач из-за того, какие клиенты покупают электромобили. Хотя коробка передач позволила бы автомобилю развивать значительно более высокую скорость, в этом нет необходимости, потому что большинство клиентов никогда не разгоняют свои автомобили до 320 км/ч и, возможно, даже не задумываются об этом. Однако многим нравится испытывать быстрое ускорение на относительно низких скоростях. Это безопаснее и больше похоже на «трюк для вечеринки», который можно продать. Максимальная скорость для большинства покупателей существует только на бумаге.



Кроме того, автомобиль станет дороже, в нём будет больше механических деталей, которые будут выходить из строя и требовать обслуживания.



Но опять же, если кто-то может утверждать, что автомобилю нужно более 500 лошадиных сил, то с тем же успехом можно утверждать, что ему нужна коробка передач, чтобы правильно использовать эту мощность. Я не понимаю, почему важны показатели максимальной скорости, если важны показатели ускорения.



Чего я здесь не понимаю? Неужели мои рассуждения совершенно ошибочны?
Авто и транспорт

Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/67038/why-are-high-performance-electric-cars-promoted-as-requiring-no-gearbox
1
+ Читать

0 Комментариев

  1. Ключом к ответу на ваш вопрос является термин «высокопроизводительные электромобили».



    В спортивных автомобилях используется мощный двигатель в сочетании с лёгким шасси, что обеспечивает наилучшие характеристики при прохождении поворотов и торможении. Колин Чепмен (из Lotus) придерживался философии «упрощай, а затем добавляй лёгкости». Если автомобилю не нужна коробка передач, не устанавливайте её.



    Установка коробки передач увеличивает вес и снижает общую производительность.



    Установка коробки передач усложняет процесс передачи энергии. Разница между мощностью двигателя и мощностью, доступной на колёсах, увеличивается из-за большего количества компонентов между ними.



    Установка коробки передач приводит к ненужной сложности: появляется целая куча дополнительных деталей, многие из которых являются движущимися. Вы усложняете процесс обслуживания и создаёте дополнительные точки отказа.



    Установка коробки передач ограничивает возможность размещения таких важных компонентов, как двигатель или двигатели. Новейшая модель Honda NSX оснащена не менее чем тремя электродвигателями. Вы бы установили коробку передач для каждого из них?



    Нельзя упускать из виду тот факт, что речь идёт о спортивном автомобиле. Посмотрите на комплектацию таких автомобилей, как Lotus Elise, Caterham Se7en или Ferrari F40. Каждый компонент должен оправдывать своё существование. Если он не является абсолютно необходимым, не устанавливайте его.



    Самый мощный электромобиль, о котором мне известно, — это Volkswagen ID R, который не только выиграл гонку на Пайкс-Пик, но и улучшил рекорд на 15 секунд. Если бы коробка передач помогла, её бы установили.

  1. Просто потому, что электродвигатель может выдавать мощность в широком диапазоне оборотов в минуту (об/мин) и имеет высокий крутящий момент при нулевых или низких оборотах.



    Это значит, что он может тронуться с места и хорошо разогнаться.



    Двигатель внутреннего сгорания (с поршнями или их эквивалентом, например роторным двигателем Ванкеля) имеет ограниченный диапазон рабочих оборотов — от 700 до 7000 или около того в автомобиле и выше в двигателях мотоциклов, но оптимальная мощность далеко не постоянна в этом диапазоне. На холостом ходу вы не получите полную мощность, а при превышении определенного числа оборотов мощность фактически снижается.



    Вот почему у легковых и грузовых автомобилей есть коробки передач: они позволяют синхронизировать рабочий диапазон оборотов с частотой вращения колёс. Раньше у легковых автомобилей было всего три передачи плюс задняя. Сейчас у легковых автомобилей 5 или 6 передач плюс задняя, а у грузовых может быть 18 и более передач.



    Я придерживался основной идеи о том, зачем нужна или не нужна коробка передач, и проигнорировал ваш случайный вопрос о мощности.
  1. Я этого не знал. Я уточню свой вопрос: почему у него только двухступенчатая коробка передач? Спасибо.
  1. Rimac Concept Two оснащен двухступенчатой коробкой передач. Однако я бы отнес его скорее к классу GT, чем к классу высокопроизводительных автомобилей.
  1. NSX — это гибрид, и в чисто электрическом режиме его можно считать электромобилем. Это также один из примеров множества гибридных и чисто электрических автомобилей, в которых используется несколько электродвигателей. Вы говорите о высокопроизводительных электромобилях или о семейных автомобилях?
  1. И как это связано с тем, что мощность электромобиля падает при более высоких оборотах и что коробка передач частично решает эту проблему? Никто не оспаривает простые физические законы, на которые вы указываете. Более того, я не понимаю, зачем вообще указывать на эти факты.

  1. Я постараюсь ответить на ваш второй вопрос, дополнив ответ Солара Майка. В целом я согласен с вашими утверждениями в конце вопроса.



    Реальность такова, что большинство людей не заботятся о максимальной скорости. Практически никто никогда не разгоняется со скоростью 200 миль в час (320 км / ч) по дорогам общего пользования. Это особенно заметно на сегодняшнем рынке электромобилей, потому что крупнейшие производители электромобилей сейчас не немецкие - автобан, вероятно, единственное безопасное место, где можно ехать так быстро. За исключением того, что, вопреки этому, большинство немецких автомобилей имеют электронное ограничение скорости до 155 миль в час (250 км / ч). На самом деле это не так полезно даже на гоночных трассах. Многие гоночные автомобили, созданные на базе дорожных машин, рассчитаны на максимальную скорость около 180 миль в час (300 км/ч), потому что прямых участков дороги не так много, а ускорение важнее.



    Недостаток, как вы и сказали, заключается в том, что в 99,9 % случаев трансмиссия не нужна. Она увеличивает вес и сложность конструкции, а также приводит к потерям на трение. Таким образом, автомобиль будет не только дороже в производстве, но и менее эффективным.



    Однако с обычными автомобилями с ДВС дело обстоит совершенно иначе. Максимальная скорость таких автомобилей по большей части зависит от максимальной мощности двигателя и доступных передаточных чисел. Большинство современных автомобилей имеют очень высокие передаточные числа для максимальной эффективности на шоссе. В то же время эти передаточные числа позволяют автомобилю разгоняться до скорости более 180 миль в час (300 км/ч), если позволяет мощность. Для автомобилей с самыми высокими эксплуатационными характеристиками увеличить максимальную скорость можно так же просто, как изменить передаточные числа или добавить дополнительную передачу (это ещё не всё, но это основное отличие от электромобилей). Поэтому максимальная скорость — очень эффективный способ продвижения автомобиля с ДВС. Производители постоянно понемногу увеличивают этот показатель.



    В конечном счёте всё сводится к затратам. Максимальная скорость не так важна для продаж, как ускорение и мощность (с чем я лично согласен), трансмиссии будут дорогими и неэффективными, а электромобили не смогут конкурировать с обычными автомобилями по максимальной скорости из-за этого.
  1. Отвечая на этот вопрос, скажу, что я не считаю, что три дополнительных двигателя в гибридном автомобиле должны иметь отдельные коробки передач. Я считаю, что такой автомобиль, как Rimac, который является полностью электрическим и, очевидно, позиционирует свои высокие характеристики как революционные, должен иметь такую коробку передач. Я говорю о любом «высокопроизводительном» полностью электрическом автомобиле, семейном или спортивном. Я не стал упоминать гонки, чтобы не перегружать текст, но тот факт, что в Формуле E есть несколько переключаемых передач, не делает мою точку зрения менее обоснованной.
  1. Максимальная скорость автомобиля определяется, когда мощность двигателя становится равной мощности, необходимой для преодоления сопротивления воздуха и качения. Джеймс Мэй поясняет это в своём комментарии, когда разгоняет Veyron до максимальной скорости примерно за 1 минуту 45 секунд. Смотрите youtube.com/watch?v=LO0PgyPWE3o
  1. @Steve Matthews Тогда зачем вам коробка передач, чтобы менять передаточные числа при приближении к слишком высоким оборотам?
  1. Мощность бензинового двигателя значительно снижается при приближении к ограничителю оборотов. Если вы удвоите количество оборотов, то, скорее всего, дифференциал разлетится вдребезги.
  1. А если у вас слишком высокие максимально возможные обороты в главной передаче вашего типичного высокопроизводительного электромобиля (например, P100D), то при таких высоких оборотах вы получите очень низкую выходную мощность. Мощность P100D снижается с 400 кВт до 250 кВт всего за 4500 оборотов в минуту. Как вы думаете, что произойдёт, если увеличить максимальные обороты в два раза?
  1. Спасибо за ответ. Последняя модель Honda NSX не является электромобилем, так что она не в счёт. Мне кажется, вы упускаете из виду мою мысль: что оправдывает мощность более 500 л. с. в автомобиле, который больше похож на семейный, чем на гоночный? Хорошо, вам нужна высокая производительность или просто очень быстрая машина? Просто потому, что вы можете? Тогда, следуя той же логике, вам нужна мощность более 500 л. с., так почему бы вам не захотеть максимальную скорость более 320 км/ч? Ключевым свойством «быстрого автомобиля» является максимальная скорость (и, конечно, ряд других параметров). Исторически сложилось так, что это большое изменение в данной тенденции. Если вам нужен «быстрый автомобиль», то да, коробка передач себя оправдывает.
  1. Максимальная скорость любого автомобиля, независимо от его мощности, зависит от сочетания максимально возможных оборотов двигателя, передаточного числа главной передачи и диаметра колёс/шин.
  1. Это то, что я надеялся увидеть, — подтверждение того, что да, коробка передач действительно сделает машину быстрее. Потому что, похоже, многие самопровозглашённые эксперты захотят сказать, что из-за «плоской кривой крутящего момента» электродвигателя установка коробки передач — это всегда плохо, даже если вы хотите максимально увеличить максимальную скорость.
  1. Просто хотел добавить оговорку: я практически не проводил исследований, чтобы подкрепить свой ответ. Тем не менее я решил, что стоит поделиться своими мыслями по этому поводу. Надеюсь, вы не против.
  1. @alephzero Я попытался обновить свой вопрос с учётом ваших комментариев. Спасибо.
  1. @AlphaCentauri Здесь есть люди, которые хорошо разбираются в автомобилях, но с ESP всё сложнее. Если вы напишете что-то, что выглядит как вопрос, люди подумают, что это и есть вопрос. Если вы измените свой «вопрос» о динамометрическом графике на утверждение (например, «Этот динамометрический график… не похож на плоскую кривую, на мой взгляд»), и это утверждение окажется неверным, то хороший ответ на ваш настоящий вопрос укажет на ошибку, если она имеет отношение к ответу на ваш «настоящий» вопрос. С другой стороны, если вы хотите спросить об интерпретации динамометрических графиков в целом, это должен быть отдельный вопрос.
  1. Я не задавал этот вопрос, но это часть моих рассуждений о том, что я не считаю, что потребность в высокой мощности для развлекательных целей сильно отличается от потребности в максимальной скорости. И то, и другое обычно считается атрибутами спортивных автомобилей. Я также использую похожую формулировку, например: «Похож ли этот динамометрический график Tesla P100D на плоскую кривую крутящего момента?» Это тоже не вопрос. Извините, если это прозвучало как вопрос. Единственные вопросы, которые у меня возникают, изложены перед моими собственными рассуждениями.
  1. Был ли это вопрос: «Зачем кому-то при обычных условиях вождения 500 лошадиных сил?»
  1. Я прочитаю, как задавать вопросы гиду, но, на мой взгляд, у меня есть только два вопроса, и они сформулированы в самом начале. Остальное — это мои собственные рассуждения, но без чёткого ответа. Я думал, что нужно показать, что вы проделали определённую работу, пытаясь самостоятельно изучить тему. Однако в то же время я не считаю, что моя попытка дать ответ является правильной.
  1. Вам следует сравнивать не только максимальную скорость, но и разницу в ускорении между автомобилями, которые вы приводите в качестве примеров, то есть насколько быстро они разгоняются с 80 до 112 км/ч и т. д. Мощность оказывает огромное влияние...
  1. Возможно, вам будет полезно ознакомиться с этим материалом: mechanics.stackexchange.com/help/how-to-ask
  1. Я обновил вопрос, чтобы лучше отразить тот факт, что речь идёт о высокопроизводительных электромобилях (я надеялся, что примеры прояснят ситуацию, но мне следовало выразиться более чётко). Спасибо, что прояснили ситуацию.
  1. Тогда вам нужно перестать спрашивать, почему электромобилям не нужна коробка передач, и задать один-единственный вопрос вместо множества запутанных вопросов, которые у вас сейчас возникают.
  1. Думаю, вы немного не поняли, о чём я говорю. Высокопроизводительный электромобиль имеет низкую максимальную скорость, и наличие коробки передач могло бы это исправить. Вы можете сказать, что очень высокая максимальная скорость не нужна, но то же самое можно сказать и о двигателях мощностью более 500 л. с. Именно это я и пытался объяснить в своей попытке рассуждать и ответить на вопрос.
  1. @mike65535 Конечно, именно это они и сделали. Однако утверждение о том, что электромобиль не смог бы разогнаться до максимальной скорости, если бы у него была обычная коробка передач, как у любого типичного спортивного автомобиля, просто неверно. В этом и заключается вопрос: почему часто утверждают, что электромобилю она не нужна. По сути, утверждение о том, что электромобилю не нужна коробка передач, похоже на утверждение о том, что электромобилю не нужна очень высокая максимальная скорость. Это нормально, но в контексте высокопроизводительных электромобилей такое утверждение в лучшем случае вызывает сомнения.
  1. Возможно, инженеры просто проанализировали соотношение между сложностью, весом и стоимостью дополнительной коробки передач (или коробок передач) и потенциальной выгодой от улучшения ускорения/максимальной скорости и решили, что оно того не стоит.
  1. @Steve Matthews Характеристики реального двигателя приведены в качестве примера в моих рассуждениях. В любом случае я не согласен: то, что вы говорите, было бы верно только в том случае, если бы у вас был воображаемый двигатель с плоской кривой. У реального электродвигателя кривая не будет абсолютно плоской. Изменение фиксированного передаточного числа неизбежно приведёт к тому, что ускорение будет достигнуто за счёт максимальной скорости, или наоборот.
  1. Это полностью зависит от характеристик двигателя (то есть от объёма под графиком)
  1. @Steve Matthews, тогда вы, должно быть, неправильно поняли вопрос. Вопрос касается электромобилей с высокими эксплуатационными характеристиками. Высокие эксплуатационные характеристики — это не только максимальная скорость. Невозможно одновременно достичь максимально возможной максимальной скорости и обеспечить наилучшее ускорение при фиксированном передаточном числе.
  1. В гоночном приложении будут выбраны и установлены различные передаточные числа в зависимости от требований трассы. Ваш вопрос касался максимальной скорости, и вы предположили, что с коробкой передач она может быть выше. Электромобили не страдают от недостатка ускорения.
  1. Максимальная скорость зависит от передаточного числа главной передачи, и это справедливо даже для автомобилей с несколькими передачами. В гоночных автомобилях инженеры меняют передаточные числа главной передачи в зависимости от длины стартовой/финишной прямой.
  1. @Steve Matthews Да, но я хочу сказать, что для того, чтобы ехать на 30 миль в час медленнее, чем другой быстрый автомобиль, например Agera, требуется на 700 лошадиных сил больше. Я почти уверен, что отчасти в этом виновато отсутствие нескольких передаточных чисел. Этот пример вместе с другим моим примером довольно ясно иллюстрирует общую «проблему» высокопроизводительных электромобилей.
  1. @Steve Matthews Я не понимаю, какое отношение этот комментарий имеет к исключению переключаемых передач. Изменение передаточного числа главной передачи — это то, что нужно делать в конкретных случаях, например, чтобы получить более высокую максимальную скорость за счёт более медленного разгона. Вы не можете бесконечно улучшать и ускорение, и максимальную скорость, просто изменяя передаточное число главной передачи, независимо от того, какой двигатель установлен на транспортном средстве.
  1. То, что у Rimac нет коробки передач с несколькими передаточными числами, не означает, что у него нет главной передачи.
Вы уже ответили на этот вопрос