Чому електромобілі виграють у гонках на швидкість з місця, але програють у гонках на максимальну швидкість?
Ви стоїте на червоному світлофорі. Дизельний локомотив поруч зі мною реве, викручуючи двигун до червоної зони. Я сміюся. Ви сидите в Tesla Model S. Світло стає зеленим. Ви давите на педаль. Зникнувши за горизонтом, водій бензинової вантажівки дивиться у дзеркало заднього виду. Це класична метафора. Але вона наголошує на реальній механічній істині. На початку шляху електромобілі були мейнстрімом. Вони можуть не контролювати останню милю.
Різниця не магічна. Це фізика. Це в операційній системі.
Різниця між швидким і швидким
Автомобільні фанати знають цю різницю. Швидкий означає прискорення. Це час від 정지ної площини до певної швидкості (наприклад, від 0 до 60 миль/год). Швидкий означає максимальну швидкість. Це максимальна швидкість, яку автомобіль може підтримувати на прямій.
Електромобілі швидше. Вони ще не довели, що вони скоріш на довгих дистанціях.
Розгляньте запуск. Електродвигун миттєво видає максимальний момент, що крутить. Крутний момент — це сила, що обертає. Це сила, яка штовхає автомобіль уперед. Бензинового двигуна потрібен час, щоб створити тиск. Йому треба прискоритись. Йому потрібно переключити передачі.
Електромобілі не мають традиційної коробки передач. Двигун безпосередньо підключений до коліс. Передача електроенергії відбувається миттєво. Немає затримок. Немає перемикання передач. Прискорення лінійне та жорстоке.
Бензинові автомобілі мають складнішу силову установку. Двигун передає потужність коробку передач. Коробка передач перемикає передачі, щоб двигун залишався у своєму діапазоні потужності. Цей процес займає час. Він створює прогалини у прискоренні. Також є втрати енергії. Близько 15% потужності бензинового двигуна марнується на компоненти трансмісії. Це називається втратами трансмісії.
Виграємо спринт з ефективністю від 0 до 60
Кінські сили можуть вводити в оману. Бензинові та електричні автомобілі можуть мати однакову потужність у кінських силах. Використання електромобілів зростає. Чому? Менше частин, що рухаються. Знижує тертя. Це ефективніше.
Ця ефективність означає швидкість з місця.
Візьмемо як приклад Tesla Model S P100D 2017 з оновленим режимом Ludicrous. Tesla не опублікувала офіційних даних про потужність. У Road&Track ми тестуємо наші мотоцикли на динамометрі. На землі його потужність становила 588 кінських сил. Це нижче, ніж потужність двигуна з причин ефективності, але важливо для прискорення.
Motor Trend протестував той же автомобіль. Час розгону від 0 до 60 миль/год становив 2,275 секунди. На той момент це був найшвидший серійний автомобіль, колись протестований. Прискорення – це складно. Гравітація дуже сильна.
Але проблема. Якщо Tesla конкурує з Ferrari LaFerrari, Porsche 918 і McLaren P1, суперкари зрештою наздоженуть її. Ці гібриди з бензиновими двигунами мають вищу максимальну швидкість. Відмінна аеродинаміка на високих швидкостях. Їхні двигуни можуть підтримувати потужність вище 150 миль/год. Двигуни Tesla працюють на межі. Це не стосується бензинових автомобілів.
Час, коли природний газ все ще був мейнстримом
Якщо ви не можете дозволити собі суперкар, розгляньте Dodge Challenger SRT Hellcat. Це м’яз-кар. Він галасливий. Це неефективно. Він швидкий в іншому сенсі.
Hellcat має турбований 6,2-літровий V8 двигун. Він видає 840 кінських сил. Розгін від 0 до 60 миль/год за 3,4 секунди. Він повільніший, ніж Tesla. Однак його максимальна швидкість становить 303 миль/год. У Tesla P100D пікова швидкість нижча. Вона не може підтримувати цю швидкість без перегріву або досягнення електронних обмежень.
Бензинові двигуни мають широкий діапазон потужності. Вони можуть обертатися на високих обертах. Вони можуть підтримувати швидкість. Електродвигуни мають чудовий миттєвий момент, що крутить. Ми ще не досягли стійкої високої швидкості у такому компактному корпусі.
Електромобілі виграють у гонках на швидкість з місця. Вони обганяють на старті. Я виграв перші 200 ярдів. Але бензинові автомобілі, зі своїми складними коробками передач і двигунами, що ревуть, все ще зберігають корону чистої, стійкої швидкості. Розмова ще не закінчена. Просто змініть смугу.
Розгін — це область, де електромобілі (EV) поки що домінують. Розгін до 60 миль на годину займає лише кілька секунд. Однак підтримка такої продуктивності на високих швидкостях виявляє фундаментальний недолік поточних одноступінчастих редукторів, на які спирається більшість електромобілів. Промисловість починає розуміти, що сирого крутного моменту при старті недостатньо.
Інженери тепер досліджують багатоступінчасті трансмісії для електромобілів.
Навіщо електромобілям передачі
Відсутність традиційної трансмісії штучно занижує максимальну швидкість. Одноступінчастий редуктор добре справляється з крутним моментом на низьких оборотах, але відчуває труднощі з ефективністю на швидкостях по трасі. Мотору доводиться обертатися з неймовірно високою швидкістю, щоб підтримувати темп, що виснажує батарею та обмежує максимальну швидкість.
Спеціалізована трансмісія діє як посередник. Вона керує передачею потужності та захищає запас ходу батареї. Мета проста: дозволити автомобілю довго рухатися на високій швидкості, не витрачаючи даремно енергію. Він повинен бути настільки ж ефективним на швидкості 100 миль на годину, як і на 20 миль на годину.
Запас ходу батареї – це святий Грааль. Більшість електромобілів мають максимальний пробіг від 250 до 310 миль. Просунута коробка міг би збільшити цей запас ходу. Вона зберігає систему простий. Вона втручається лише тоді, коли це необхідно для оптимізації ефективності на високих швидкостях.
Секретна зброя Tesla?
Гуртять чутки про те, що Tesla розробляє нову електричну трансмісію. Доказ? Заявлений час розгону з нуля до 60 миль на годину у 1,9 секунди для майбутнього Tesla Roadster. Подібний розгін передбачає складнішу силову установку, ніж поточна одноступенева конфігурація.
Поки це не станеться, Model S Plaid утримує лідерство зі своїм спринтом за 2,3 секунди. Він швидкий. Але він неефективний на високих швидкостях.
Міф про криву крутного моменту
Ось технічна перевірка реальності. Електродвигун виробляє однакову кількість моменту, що крутить, незалежно від швидкості. У двигунів внутрішнього згоряння є крива моменту, що крутить. Вони досягають пікового діапазону потужності.
Більшість часу електромобіль не використовує весь доступний крутний момент. Це не обмеження батареї, а обмеження передавальних чисел. Як і бензиновий автомобіль не може використовувати всю заявлену потужність, електромобіль не може реалізувати свій повний потенціал моменту, що крутить, без правильної механічної допомоги.
Внутрішнє згоряння проти електричного: розбір
Дискусія між бензиновими та електричними автомобілями часто упускає нюанси сценаріїв використання.
Чи краще електромобілі, ніж бензинові?
З погляду стійкості розвитку – так. Але бензинові автомобілі все ще мають перевагу у чистій кінській силі та загальному запасі ходу.
Що краще для довкілля?
Електромобілі виробляють менше вихлопних газів. Бензинові двигуни викидають дим та вуглекислий газ. Вплив електромобілів на навколишнє середовище позитивний, за умови, що енергомережа не живиться виключно від вугільних електростанцій.
Які компроміси?
Електромобілі пропонують нижчі експлуатаційні витрати та нульові локальні викиди. Вони не мають високої швидкісної продуктивності і гнучкості запасу ходу традиційних двигунів внутрішнього згоряння.
Чому варто дотримуватися бензину?
Бензинові автомобілі найкраще працюють на стійких високих швидкостях. Двигуни механічно простіше виробляти та обслуговувати в деяких контекстах. Їм не потрібна інфраструктура для заряджання.
Економічно чи доцільні електромобілі?
Так. Згодом нижча вартість електроенергії та обслуговування робить електромобілі дешевшими у володінні. Початкова ціна часто вища, але довгострокова економія накопичується.
