چرا بیشتر خودروهای برقی تنها یک دنده دارند؟

در اکثر خودروهای الکتریکی، فشردن پدال گاز منجر به شتاب‌گیری یکنواخت، پیوسته و بدون هیچ‌گونه لرزش ناشی از تعویض دنده می‌شود، زیرا در این نوع وسایل نقلیه خبری از جعبه‌دنده‌های چندسرعته نیست و توان به وسیله نسبت دنده‌ای ثابت به چرخ‌ها منتقل می‌شود.

مزیت فنی خودروهای الکتریکی در تولید گشتاور

موتورهای سوخت فسیلی تنها قادر به ارائه قدرت و گشتاور موثر خود در یک محدوده دور موتور محدود هستند، به همین دلیل سیستم انتقال قدرت در این نوع وسایل نقلیه نقش بسیار حیاتی دارد. عملکرد اساسی گیربکس در خودروهای بنزینی این است که با تغییر مداوم نسبت‌های دنده، موتور را در بازه بهینه خود نگه‌دارد و به این ترتیب بهترین عملکرد و بالاترین بازده سوخت را ممکن سازد.

در حالی که پیشرانه‌های الکتریکی به طور کاملاً متفاوتی عمل می‌کنند و می‌توانند در محدوده دور موتور وسیع‌تری، کارایی قابل توجهی از خود نشان دهند. این ویژگی به سازندگان خودرو این امکان را می‌دهد که تنها از یک نسبت گیربکس ثابت برای پیشرانه الکتریکی استفاده کنند و تغییرات دور موتور را به خود پیشرانه واگذارند تا به طور خودکار با سرعت خودرو سازگار شود.

علاوه بر این، نحوه تولید گشتاور در هر دو این تکنولوژی‌ها را به طور بنیادی متفاوت می‌کند؛ زیرا موتورهای الکتریکی می‌توانند از لحظه شروع حرکت و در پایین‌ترین دورها، حداکثر گشتاور خود را به سرعت آزاد کنند، بر خلاف موتورهای احتراق داخلی که نیاز به دستیابی به دورهای بالا دارند.

دلایل استفاده از گیربکس‌های متمایز چندسرعته

همان‌طور که قبلاً اشاره شد، بازه کارایی بهینه در سیستم‌های احتراق داخلی به مراتب محدودتر و حساس‌تر است. این محدودیت مهندسان را مجبور کرده تا برای کنترل شرایط متغیر رانندگی از چند نسبت دنده متفاوت استفاده نمایند.

هدف از استفاده از این ضریب‌های دنده این است که پیشرانه در ترافیک‌های شهری و هنگام شتاب‌گیری‌های ناگهانی یا در طول مسافت‌های طولانی در وضعیت نزدیک به ایده‌آل کار کند. به همین دلیل، گیربکس‌های پیچیده ۸، ۹ و حتی ۱۰ سرعته به خودروهای مدرن بنزینی افزوده شده‌اند.

در ساختار این جعبه‌دنده‌ها، هر نسبت به یک بازه خاص از سرعت چرخش و بار پیشرانه مرتبط است؛ به‌طوری‌که نسبت‌های دنده سنگین و پایین برای شروع حرکت آرام و افزایش شتاب طراحی شده‌اند، در حالی که نسبت‌های سبک‌تر و بالاتر در سرعت‌های بزرگراهی، دور موتور را کاهش می‌دهند تا سوخت‌گیری بهینه گردد.

خودروهای برقی اما از چنین مشکلی رنج نمی‌برند؛ زیرا موتور الکتریکی می‌تواند به‌طور همزمان با افزایش سرعت چرخ‌ها، دور خود را نیز بالا ببرد و در زمان ترمز، به آرامی آن را کاهش دهد، بدون اینکه نیازی به گیربکس و تغییر مداوم دنده‌ها باشد.

واقعیت‌های گیربکس در خودروهای الکتریکی

در بین بسیاری از افراد، این تصور نادرست وجود دارد که نیروی موتور در تمامی خودروهای الکتریکی بدون واسطه به محور چرخ‌ها منتقل می‌شود، در حالی که این نظریه از منظر مهندسی غیردقیق است. واقعیت این است که سرعت چرخش موتورهای الکتریکی در بیشتر مدل‌ها فراتر از سرعت چرخش چرخ‌های خودرو است و بنابراین ارتباط مستقیم ممکن نیست.

برای همین، مهندسان در بخش انتقال قدرت از یک گیربکس با نسبت کاهشی ثابت بهره می‌برند تا سرعت بالای موتور برقی را مدیریت کرده و با کاهش آن، قدرت گشتاور منتقل شده به چرخ‌ها را افزایش دهند.

کاربرد جعبه‌دنده‌های دو سرعته

با وجود موفقیت سیستم‌های تک‌دنده در بسیاری از محصولات، تعدادی از خودروهای برقی برای شتاب‌گیری فوری و ثبت سرعت‌های حداکثری به جعبه‌دنده‌های دو سرعته مجهز شده‌اند، مانند پورشه تایکان و آئودی e-tron GT.

در ساختار فنی این مدل‌ها، جعبه‌دنده دو سرعته در محور عقب نصب شده تا دنده اول برای دستیابی به حداکثر شتاب از حالت توقف کامل فعال شود و دنده دوم به منظور افزایش سرعت و حفظ کارایی انرژی در بزرگراه‌ها به کار گرفته شود. همچنین نسل جدید مرسدس بنز CLA که بر اساس پلتفرم پیشرفته MMA طراحی شده، نمونه بارزی از کاربرد جعبه‌دنده دو سرعته در خودروهای برقی است.

معایب نسبت‌های اضافی در خودروهای الکتریکی

با اینکه مزایای یادشده قابل توجه‌اند، تجهیز یک پیشرانه الکتریکی به دنده دوم با چالش‌ها و هزینه‌های خاصی همراه است که مانع از کاربرد گسترده آن می‌شود. اضافه کردن گیربکس چندسرعته به معنای افزایش وزن خودرو، افزایش تعداد قطعات متحرک در سیستم، پیچیدگی بیشتر در طراحی مکانیکی، هزینه‌های تولید بالاتر و احتمال هدررفت انرژی به دلیل اصطکاک و تلفات مکانیکی خواهد بود.

بنابراین، زمانی که یک گیربکس تک‌سرعته ساده می‌تواند تمام نیازهای طراحان شامل شتاب‌گیری مطلوب، سقف سرعت، مدیریت بهینه مصرف انرژی و جلوگیری از استهلاک قطعات را برآورده سازد، مهندسان تمایلی به اضافه کردن این پیچیدگی‌های هزینه‌بر ندارند.

تفاوت در احساس رانندگی با خودروهای برقی

به نظر می‌رسد که فقدان یک قطعه یا حذف بخشی کلیدی از سیستم پیشرانه در خودروهای الکتریکی، در واقع یکی از بزرگ‌ترین مزیت‌های این نوع خودروها به شمار می‌رود. در خودروهای سنتی بنزینی، گیربکس همواره موظف است به‌طور فعال نسبت مناسب را از میان چرخ‌دنده‌ها انتخاب کند تا موتور در بازه بهینه خود عمل کند، که این فرآیند به مجموعه‌ای از دنده‌ها، کلاچ‌ها، مدارهای هیدرولیکی، حسگرهای الکترونیکی و سیستم‌های کنترل وابسته است.

اما پیشرانه‌های الکتریکی نیازی به چنین سیستم‌های سنگین و پر از نقص ندارند و بنابراین راننده هنگام فشردن پدال گاز با شتابی نرم و پیوسته روبرو می‌شود، بدون وقفه یا لرزش. به‌علاوه، در خودروهای برقی صدای مزاحم موتورهای درون‌سوز احساس نمی‌شود و سکوت کابین همواره حفظ می‌شود.

• معنی حرف L در گیربکس اتوماتیک چیست و چه زمانی باید از آن استفاده کنید؟
• کاربرد دنده L در خودروهای اتوماتیک چیست و چه زمانی و چرا باید از آن استفاده کنیم؟
• مرگ تدریجی گیربکس اتوماتیک: ۵ اشتباه رایج که نباید مرتکب شوید

نتیجه‌گیری نهایی

تفاوت عمده در سیستم انتقال قدرت بین خودروهای برقی و بنزینی از ساختار بنیادی پیشرانه نشأت می‌گیرد؛ جایی که موتورهای احتراق داخلی تنها می‌توانند توان و کشش خود را در بازه محدودی از دور موتور ارائه دهند و بنابراین به گیربکس‌های چندسرعته وابسته هستند تا با تغییر مداوم نسبت‌ها، پیشرانه را در بازه مناسب نگه‌ دارند.

در مقابل، پیشرانه‌های الکتریکی این محدودیت را ندارند و می‌توانند در دامنه وسیعتری از دور موتور عمل کنند و از پایین‌ترین دورها گشتاور بالایی را تولید نمایند، که این نشان می‌دهد که کاربرد یک کاهنده تک‌سرعته در خودروهای پاک، نه‌تنها یک راهکار موقت نیست، بلکه نتیجه مستقیم رفتار خود موتور الکتریکی است.

برخی از نمونه‌های خاص مانند پورشه تایکان، آئودی e-tron GT و مرسدس بنز CLA نشان می‌دهند که استفاده از جعبه‌دنده‌های چندسرعته در شرایط ویژه‌ای همچنان دارای ارزش است، به ویژه زمانی که طراحان در نظر دارند همزمان شتاب فوق‌العاده، سرعت نهایی بالا و بهینه‌سازی مصرف انرژی را مد نظر قرار دهند.

با این وجود، برای بیشتر محصولات موجود در بازار، حذف تعویض دنده یک مزیت کلیدی است که سیستم انتقال قدرت را ساده‌تر کرده و تجربه رانندگی را به سبکی نرم، چابک و قابل پیش‌بینی تبدیل می‌کند. بنابراین، اگر در هنگام رانندگی با خودروهای برقی احساس کردید که جای نوسانات صدای موتور و تعویض‌های مکرر دنده خالی است، این به معنای وجود مشکلی در خودرو نیست.