Stoisz na czerwonym świetle. Lokomotywa spalinowa obok mnie ryczy, zwiększając obroty silnika do czerwonej linii. śmieję się. Siedzisz w Tesli Model S. Światło zmienia się na zielone. Wciskasz pedał. Znikający za horyzontem kierowca ciężarówki benzynowej spogląda w lusterko wsteczne. To klasyczna metafora. Ale podkreśla prawdziwą mechaniczną prawdę. Na początku samochody elektryczne były głównym nurtem. Mogą nie mieć kontroli nad ostatnią milą.
Różnica nie jest magiczna. To jest fizyka. Jest w systemie operacyjnym.
Różnica między szybkością a szybkością
Miłośnicy samochodów znają różnicę. Szybko oznacza przyspieszenie. Jest to czas od 静止状态 do określonej prędkości (na przykład od 0 do 60 mil na godzinę). Szybko oznacza maksymalną prędkość. Jest to maksymalna prędkość, jaką samochód może utrzymać na linii prostej.
Samochody elektryczne są szybsze. Nie udowodnili jeszcze, że są szybsi na długich dystansach.
Rozważ uruchomienie. Silnik elektryczny natychmiast wytwarza maksymalny moment obrotowy. Moment obrotowy to siła skrętu. Jest to siła, która popycha samochód do przodu. Silnik benzynowy potrzebuje czasu, aby wytworzyć ciśnienie. Musi przyspieszyć. Musi zmienić biegi.
Samochody elektryczne nie mają tradycyjnej skrzyni biegów. Silnik jest bezpośrednio połączony z kołami. Transfer energii elektrycznej następuje natychmiast. Żadnych opóźnień. Żadnych zmian biegów. Przyspieszenie jest liniowe i brutalne.
Samochody benzynowe mają bardziej złożony układ napędowy. Silnik przekazuje moc na skrzynię biegów. Skrzynia biegów zmienia biegi, aby utrzymać silnik w swoim zakresie mocy. Ten proces wymaga czasu. Tworzy luki w przyspieszeniu. Dochodzi także do utraty energii. Około 15% mocy silnika benzynowego marnuje się na elementy przekładni. Nazywa się to utratą transmisji.
Sprint wygrywamy efektywnością od 0 do 60
Moc może wprowadzać w błąd. Samochody benzynowe i elektryczne mogą mieć tę samą moc. Rośnie wykorzystanie pojazdów elektrycznych. Dlaczego? Mniej ruchomych części. Zmniejsza tarcie. Jest bardziej wydajny.
Ta wydajność oznacza prędkość od zatrzymania.
Weźmy jako przykład Teslę Model S P100D 2017 ze zaktualizowanym trybem Ludicrous. Tesla nie opublikowała oficjalnych danych dotyczących mocy. W Road & Track testujemy nasze rowery na hamowni. Na ziemi jego moc wynosiła 588 koni mechanicznych. Jest to mniej niż moc silnika ze względu na wydajność, ale jest ważne dla przyspieszenia.
Motor Trend przetestował ten sam samochód. Czas przyspieszania od 0 do 60 mil na godzinę wynosił 2,275 sekundy. W tamtym czasie był to najszybszy samochód produkcyjny, jaki kiedykolwiek testowano. Przyspieszenie jest trudne. Grawitacja jest bardzo silna.
Ale tu jest problem. Jeśli Tesla konkuruje z Ferrari LaFerrari, Porsche 918 i McLarenem P1, supersamochody w końcu je dogonią. Te hybrydy napędzane benzyną mają wyższą prędkość maksymalną. Doskonała aerodynamika przy dużych prędkościach. Ich silniki mogą wytrzymać prędkość powyżej 250 mil na godzinę. Silniki Tesli pracują na granicy możliwości. Nie dotyczy to pojazdów benzynowych.
Czas, gdy gaz ziemny był nadal głównym nurtem
Jeśli nie stać Cię na supersamochód, rozważ Dodge Challenger SRT Hellcat. To jest samochód typu muscle car. Jest głośny. To nieskuteczne. Jest szybki w inny sposób.
Hellcat jest wyposażony w turbodoładowany silnik V8 o pojemności 6,2 litra. Wytwarza 840 koni mechanicznych. Przyspiesza od 0 do 60 mil na godzinę w 3,4 sekundy. Jest wolniejszy niż Tesla. Jednak jego maksymalna prędkość wynosi 303 mil na godzinę. Tesla P100D ma niższą prędkość szczytową. Nie jest w stanie utrzymać tej prędkości przez długi czas bez przegrzania lub osiągnięcia limitów elektronicznych.
Silniki benzynowe mają szeroki zakres mocy. Mogą obracać się z dużą prędkością. Potrafią utrzymać prędkość. Silniki elektryczne charakteryzują się doskonałym chwilowym momentem obrotowym. Nie osiągnęliśmy jeszcze trwałej, dużej prędkości w tak kompaktowej obudowie.
Samochody elektryczne wygrywają w wyścigach na stojąco. Wyprzedzają już na starcie. Wygrałem pierwsze 200 jardów. Ale samochody benzynowe, ze swoimi skomplikowanymi skrzyniami biegów i ryczącymi silnikami, nadal zachowują koronę czystej, stałej prędkości. Rozmowa jeszcze się nie skończyła. Po prostu zmień pas.
Przyspieszenie to obszar, w którym obecnie dominują pojazdy elektryczne (EV). Przyspieszenie do 60 mil na godzinę zajmuje zaledwie kilka sekund. Jednak utrzymanie takich osiągów przy dużych prędkościach obnaża podstawową wadę obecnych jednostopniowych skrzyń biegów, na których opiera się większość pojazdów elektrycznych. Branża zaczyna zdawać sobie sprawę, że początkowy moment obrotowy nie wystarczy.
Inżynierowie badają obecnie wielobiegowe skrzynie biegów do pojazdów elektrycznych.
Dlaczego samochody elektryczne potrzebują przekładni?
Brak tradycyjnej skrzyni biegów sztucznie zaniża prędkość maksymalną. Jednobiegowa skrzynia biegów dobrze radzi sobie z momentem obrotowym przy niskich obrotach, ale ma problemy ze wydajnością przy prędkościach autostradowych. Silnik musi kręcić się z niewiarygodnie dużą prędkością, aby utrzymać pęd, co wyczerpuje akumulator i ogranicza prędkość maksymalną.
Pośrednikiem jest wyspecjalizowana przekładnia. Kontroluje przenoszenie mocy i chroni zasięg baterii. Cel jest prosty: pozwolić samochodowi jechać z dużą prędkością przez długi czas bez marnowania energii. Powinien być tak samo skuteczny przy prędkości 100 mil na godzinę, jak i przy 20 mil na godzinę.
Zasięg baterii to Święty Graal. Większość pojazdów elektrycznych ma maksymalny zasięg od 250 do 310 mil. Zaawansowana skrzynia biegów mogłaby zwiększyć ten zasięg. Dzięki temu system jest prosty. Interweniuje tylko wtedy, gdy jest to konieczne, aby zoptymalizować wydajność przy dużych prędkościach.
Tajna broń Tesli?
Krążą plotki, że Tesla pracuje nad nowym elektrycznym układem napędowym. Dowód? Deklarowany czas od zera do 60 mil na godzinę w 1,9 sekundy dla nadchodzącej Tesli Roadster. Ten rodzaj przyspieszenia wymaga bardziej złożonego układu napędowego niż obecna konfiguracja jednostopniowa.
Dopóki tak się nie stanie, Model S Plaid utrzyma prowadzenie dzięki sprintowi w 2,3 sekundy. Jest szybki. Ale przy dużych prędkościach jest to nieskuteczne.
Mit o krzywej momentu obrotowego
Oto sprawdzenie rzeczywistości technicznej. Silnik elektryczny wytwarza taki sam moment obrotowy niezależnie od prędkości. Silniki spalinowe mają krzywą momentu obrotowego. Osiągają szczytowy zakres mocy.
W większości przypadków pojazd elektryczny nie wykorzystuje całego dostępnego momentu obrotowego. Nie jest to ograniczenie akumulatora, ale ograniczenie przełożeń skrzyni biegów. Podobnie jak samochód zasilany gazem nie jest w stanie wykorzystać całej deklarowanej mocy, tak samochód elektryczny nie jest w stanie zapewnić pełnego potencjału momentu obrotowego bez odpowiedniego wspomagania mechanicznego.
Spalinowe a elektryczne: awaria
W debacie pomiędzy samochodami benzynowymi i elektrycznymi często pomija się niuanse zastosowań.
Czy samochody elektryczne są lepsze od samochodów na gaz?
Z punktu widzenia zrównoważonego rozwoju tak. Jednak samochody benzynowe nadal mają przewagę pod względem czystej mocy i całkowitego zasięgu.
Co jest lepsze dla środowiska?
Samochody elektryczne emitują mniej spalin. Silniki benzynowe emitują dym i dwutlenek węgla. Wpływ pojazdów elektrycznych na środowisko jest pozytywny, o ile sieć nie jest zasilana wyłącznie przez elektrownie węglowe.
Jakie są kompromisy?
Pojazdy elektryczne oferują niższe koszty eksploatacji i zerową lokalną emisję. Nie charakteryzują się one dużą prędkością obrotową i elastycznością zasięgu tradycyjnych silników spalinowych.
Dlaczego warto trzymać się benzyny?
Samochody benzynowe radzą sobie lepiej przy utrzymujących się dużych prędkościach. Silniki są mechanicznie prostsze w produkcji i konserwacji w niektórych kontekstach. Nie wymagają infrastruktury do ładowania.
Czy samochody elektryczne są opłacalne?
Tak. Z biegiem czasu niższe koszty energii i konserwacji sprawiają, że posiadanie pojazdów elektrycznych staje się tańsze. Cena początkowa jest często wyższa, ale długoterminowe oszczędności sumują się.
