چرا بیشتر خودروهای برقی یک دنده هستند؟

یکی از بزرگ ترین تفاوت های خودروهای برقی با مدل های درون سوز، به سیستم انتقال قدرت آنها مربوط می شود. در یک اتومبیل بنزینی یا دیزلی، با افزایش سرعت معمولاً صدای موتور بالا می رود، گیربکس دنده را عوض می کند و دور موتور پس از هر تعویض دوباره تنظیم می گردد. اما در اکثر خودروهای برقی، با فشار دادن پدال گاز سرعت به صورت پیوسته و بدون اثر تعویض دنده افزایش می یابد. دلیل این رفتار ساده است؛ در بیشتر خودروهای تمام برقی خبری از گیربکس چند سرعته نبوده و نیرو گویی فقط از طریق یک دنده منتقل می شود.

حالا شاید بپرسید چرا خودروهای برقی می توانند با یک دنده کار کنند، ولی خودروهای بنزینی امروزی به گیربکس های ۸، ۹ یا حتی ۱۰ سرعته مجهز شده اند؟ پاسخ را باید در تفاوت بنیادی میان یک موتور الکتریکی و یک موتور درون سوز جستجو کرد.

چرا خودروی برقی به دنده های متعدد نیاز ندارد؟

یک پیشرانه بنزینی در بازه نسبتاً محدودی از دور موتور می تواند قدرت و گشتاور مفید خود را تولید کند. به همین دلیل، گیربکس وظیفه دارد با تغییر نسبت دنده، موتور را در محدوده ای نگه دارد که بتواند بیشترین عملکرد و بهینه ترین بازده را ارائه دهد.

در مقابل پیشرانه برقی شرایط کاملاً متفاوتی دارد. این نوع پیشرانه در محدوده بسیار وسیع تری از دور موتور می تواند عملکرد مفید داشته باشد. همین ویژگی خودروساز را قادر می سازد موتور را به یک نسبت کاهنده ثابت متصل کند و اجازه دهد خود موتور، افزایش یا کاهش دور را متناسب با سرعت خودرو مدیریت نماید.

موضوع مهم دیگر، نحوه تولید گشتاور است. موتورهای الکتریکی می توانند از دورهای بسیار پایین، گشتاور قابل توجهی تولید کنند؛ چیزی که خودرو هنگام حرکت از حالت سکون به آن نیاز دارد. در نتیجه، برخلاف موتور بنزینی که باید دور بگیرد تا به محدوده مناسب قدرت برسد، موتور الکتریکی می تواند تقریباً از همان دور آغازین نیروی مورد نیاز را فراهم کند.

دلیل استفاده از گیربکس ۸، ۹ یا ۱۰ دنده در خودروهای بنزینی جدید چیست؟

همانطور که اشاره کردیم، بازه عملکرد بهینه در موتورهای درون سوز محدودتر است. استفاده از چند نسبت دنده به مهندسان کمک می کند موتور را در شرایط مختلف تا حد امکان نزدیک به محدوده بهینه نگه دارند. به همین دلیل، در خودروهای بنزینی مدرن شاهد بهره گیری از گیربکس های ۸، ۹ و حتی ۱۰ سرعته هستیم.

هر نسبت دنده برای یک محدوده مشخص از سرعت و بار موتور کاربرد دارد. با کمک دنده های پایین یا سنگین شتاب گیری و شروع حرکت تسهیل می شود. دنده های بالاتر و سبک تر هم برای افزایش سرعت و کاهش دور موتور در مسیرهای بزرگراهی به کار می روند.

در یک خودروی برقی چنین مشکلی تا این اندازه وجود ندارد، زیرا موتور الکتریکی می تواند همزمان با افزایش سرعت خودرو، دور خود را بالا ببرد و هنگام کاهش سرعت نیز آن را پایین بیاورد؛ بدون اینکه لازم باشد گیربکس دائماً بین نسبت های مختلف جابجا شود. نتیجه، انتقال قدرتی بسیار نرم است که خبری از ضربه و مکث ناشی از تعویض دنده در آن دیده نمی شود.

یک تصور اشتباه این است که در همه خودروهای برقی، موتور مستقیماً به چرخ ها وصل شده؛ این تصور درست نیست. در بسیاری از مدل ها، موتور الکتریکی با سرعت بسیار بیشتری نسبت به چرخ ها می چرخد. از این رو، مجموعه انتقال قدرت به یک گیربکس کاهنده ثابت نیاز دارد تا دور بالای موتور را کاهش دهد و همزمان گشتاور بیشتری در اختیار چرخ ها قرار دهد.

آیا همه خودروهای برقی فقط دارای یک دنده هستند؟

برخی خودروهای برقی اسپرت که در آنها شتاب و سرعت اهمیت دارد، از گیربکس دو سرعته سود می برند. پورشه تایکان و آئودی e-tron GT از مشهورترین مدل های مجهز به این نوع گیربکس به شمار می روند. در این خودروها، محور عقب به گیربکس دو سرعته تجهیز شده است. دنده اول بیشتر برای شتاب گیری سریع از حالت سکون و دنده دوم برای عملکرد و بهره وری بهتر در سرعت های بالا مورد استفاده قرار می گیرد. مرسدس بنز CLA جدید که بر اساس پلتفرم MMA توسعه پیدا کرده نیز یکی دیگر از خودروهای برقی با گیربکس دو سرعته است.

اگر بپرسید چرا چنین سیستمی می تواند مفید باشد، در پاسخ باید بگوییم یک نسبت پایین تر می تواند شتاب گیری، حرکت در سربالایی یا قابلیت حمل بار سنگین را بهبود دهد. در مقابل، نسبت بالاتر باعث می شود موتور در سرعت های زیاد با دور پایین تری کار کند و شرایط مناسب تری برای بهره وری و عملکرد در بزرگراه فراهم شود.

البته در این بین اضافه کردن دنده دوم بدون هزینه نیست. گیربکس چند سرعته به وزن سنگین تر، قطعات متحرک بیشتر، پیچیدگی بالاتر، رشد هزینه ساخت و احتمال افزایش تلفات مکانیکی منجر می شود. اگر یک سیستم تک سرعته بتواند شتاب، حداکثر سرعت، مصرف انرژی و دوام مورد نظر خودروساز را تأمین کند، دلیل چندانی برای اضافه کردن این پیچیدگی وجود ندارد.

چرا نبودن تعویض دنده یکی از مزیت های خودروهای برقی است؟

آنچه در نگاه اول ممکن است کمبود یک بخش مهم در قوای محرکه خودرو برقی به نظر برسد، در واقع یکی از مزیت های اصلی به حساب می آید. در خودروی بنزینی، گیربکس باید مدام نسبت مناسب را انتخاب کند تا موتور در محدوده عملکردی مطلوب باقی بماند. این فرایند به مجموعه ای از چرخ دنده ها، کلاچ ها، قطعات هیدرولیکی یا الکترونیکی و مکانیسم های کنترلی نیاز دارد.

اما موتور الکتریکی اساساً با چنین محدودیتی روبرو نیست. به همین دلیل، راننده یک خودروی برقی هنگام فشار دادن پدال گاز معمولا افزایش سرعتی پیوسته و بدون وقفه را تجربه می کند. صدای موتور نیز مانند موتور احتراق داخلی به شکل محسوسی بالا و پایین نمی رود و خبری از تعویض های پیاپی گیربکس نیست. در نتیجه، دقیقاً همان چیزی که در خودروی برقی «وجود ندارد»، باعث شده تجربه رانندگی با آن تا این اندازه متفاوت باشد.

جمع بندی

تفاوت سیستم انتقال قدرت خودروهای برقی و بنزینی در نهایت به یک تفاوت بنیادی تر در معماری قوای محرکه برمی گردد. موتور احتراق داخلی برای تولید قدرت به محدوده مشخصی از دور موتور وابسته است و گیربکس باید با تغییر نسبت ها، این موتور را در شرایط مناسب نگه دارد. موتور الکتریکی چنین وابستگی شدیدی ندارد و می تواند در محدوده بسیار وسیع تری از دور موتور فعالیت کند و از دورهای پایین نیز گشتاور زیادی ارائه دهد. به همین دلیل، استفاده از یک کاهنده تک سرعته نه یک راه حل موقتی یا صرفاً ارزان تر، بلکه نتیجه مستقیم ویژگی های فنی موتور الکتریکی است. البته استثناهایی مانند پورشه تایکان، آئودی e-tron GT و مرسدس بنز CLA نشان می دهند که گیربکس چند سرعته همچنان می تواند در شرایط خاص ارزشمند باشد؛ مخصوصا زمانی که خودروساز همزمان به شتاب بسیار بالا، سرعت نهایی بیشتر یا بهره وری بهتر در سرعت های بالا فکر می کند. با این حال، برای بخش عمده بازار خودروهای برقی، حذف تعویض دنده یکی از مزیت های مهم این فناوری است؛ زیرا هم ساختار سیستم انتقال قدرت را ساده تر می کند و هم تجربه رانندگی را نرم، سریع و قابل پیش بینی نگه می دارد. بنابراین اگر هنگام رانندگی با یک خودروی برقی دلتان برای صدای بالا رفتن دور موتور و تقه تعویض دنده تنگ شد، مشکل از خودرو نیست؛ شما فقط دارید یکی از قواعد قدیمی دنیای موتورهای احتراق داخلی را پشت سر می گذارید!