Вы стоите на красном светофоре. Дизельный локомотив рядом со мной ревёт, выкручивая двигатель до красной зоны. Я смеюсь. Вы сидите в Tesla Model S. Свет становится зелёным. Вы давите на педаль. Исчезнув за горизонтом, водитель бензинового грузовика смотрит в зеркало заднего вида. Это классическая метафора. Но она подчёркивает реальную механическую истину. В начале пути электромобили были мейнстримом. Они могут не контролировать последнюю милю.
Разница не магическая. Это физика. Это в операционной системе.
Разница между быстрым и быстрым
Автомобильные фанаты знают эту разницу. Быстрый означает ускорение. Это время от静止状态 до определённой скорости (например, от 0 до 60 миль/ч). Быстрый означает максимальную скорость. Это максимальная скорость, которую автомобиль может поддерживать на прямой.
Электромобили быстрее. Они ещё не доказали, что они быстрее на длинных дистанциях.
Рассмотрите запуск. Электродвигатель мгновенно выдаёт максимальный крутящий момент. Крутящий момент — это вращающая сила. Это сила, которая толкает автомобиль вперёд. Бензиновому двигателю нужно время, чтобы создать давление. Ему нужно ускориться. Ему нужно переключить передачи.
В электромобилях нет традиционной коробки передач. Двигатель напрямую подключён к колёсам. Передача электроэнергии происходит мгновенно. Нет задержек. Нет переключений передач. Ускорение линейное и жестокое.
Бензиновые автомобили имеют более сложную силовую установку. Двигатель передаёт мощность на коробку передач. Коробка передач переключает передачи, чтобы двигатель оставался в своём диапазоне мощности. Этот процесс занимает время. Он создаёт пробелы в ускорении. Также есть потери энергии. Около 15% мощности бензинового двигателя тратится впустую на компоненты трансмиссии. Это называется потерями трансмиссии.
Выигрываем спринт с эффективностью от 0 до 60
Лошадиные силы могут вводить в заблуждение. Бензиновые и электрические автомобили могут иметь одинаковую мощность в лошадиных силах. Использование электромобилей растёт. Почему? Меньше движущихся частей. Снижает трение. Это более эффективно.
Эта эффективность означает скорость с места.
Возьмём в качестве примера Tesla Model S P100D 2017 года с обновлённым режимом Ludicrous. Tesla не опубликовала официальные данные о мощности. В Road & Track мы тестируем наши мотоциклы на динамометре. На земле его мощность составила 588 лошадиных сил. Это ниже, чем мощность двигателя, по причинам эффективности, но важно для ускорения.
Motor Trend протестировал тот же автомобиль. Время разгона от 0 до 60 миль/ч составило 2,275 секунды. На тот момент это был самый быстрый серийный автомобиль, когда-либо протестированный. Ускорение — это сложно. Гравитация очень сильна.
Но вот проблема. Если Tesla конкурирует с Ferrari LaFerrari, Porsche 918 и McLaren P1, суперкары в конце концов догонят её. Эти гибриды с бензиновыми двигателями имеют более высокую максимальную скорость. Отличная аэродинамика на высоких скоростях. Их двигатели могут поддерживать мощность выше 150 миль/ч. Двигатели Tesla работают на пределе. Это не относится к бензиновым автомобилям.
Время, когда природный газ всё ещё был мейнстримом
Если вы не можете позволить себе суперкар, рассмотрите Dodge Challenger SRT Hellcat. Это мускул-кар. Он шумный. Это неэффективно. Он быстр в другом смысле.
Hellcat имеет турбированный 6,2-литровый V8 двигатель. Он выдаёт 840 лошадиных сил. Разгон от 0 до 60 миль/ч за 3,4 секунды. Он медленнее, чем Tesla. Однако его максимальная скорость составляет 303 миль/ч. У Tesla P100D пиковая скорость ниже. Она не может поддерживать эту скорость долго без перегрева или достижения электронных ограничений.
Бензиновые двигатели имеют широкий диапазон мощности. Они могут вращаться на высоких оборотах. Они могут поддерживать скорость. Электродвигатели имеют отличный мгновенный крутящий момент. Мы ещё не достигли устойчивой высокой скорости в таком компактном корпусе.
Электромобили выигрывают в гонках на скорость с места. Они обгоняют на старте. Я выиграл первые 200 ярдов. Но бензиновые автомобили, со своими сложными коробками передач и ревущими двигателями, всё ещё сохраняют корону чистой, устойчивой скорости. Разговор ещё не закончен. Просто смените полосу.
Разгон — это та область, где электромобили (EV) пока что доминируют. Разгон до 60 миль в час занимает всего несколько секунд. Однако поддержание такой производительности на высоких скоростей выявляет фундаментальный недостаток текущих одноступенчатых редукторов, на которые опирается большинство электромобилей. Индустрия начинает осознавать, что сырого крутящего момента при старте недостаточно.
Инженеры теперь исследуют многоступенчатые трансмиссии для электромобилей.
Зачем электромобилям передачи
Отсутствие традиционной трансмиссии искусственно занижает максимальную скорость. Одноступенчатый редуктор отлично справляется с крутящим моментом на низких оборотах, но испытывает трудности с эффективностью на скоростях по трассе. Мотору приходится вращаться с невероятно высокой скоростью, чтобы поддерживать темп, что истощает батарею и ограничивает максимальную скорость.
Специализированная трансмиссия действует как посредник. Она управляет передачей мощности и защищает запас хода батареи. Цель проста: позволить автомобилю долго двигаться на высокой скорости, не расходуя энергию впустую. Он должен быть столь же эффективен на скорости 100 миль в час, как и на 20 миль в час.
Запас хода батареи — это святой Грааль. Большинство электромобилей имеют максимальный пробег от 250 до 310 миль. Продвинутая коробка передач могла бы увеличить этот запас хода. Она сохраняет систему простой. Она вмешивается только тогда, когда это необходимо, для оптимизации эффективности на высоких скоростях.
Секретное оружие Tesla?
Кружат слухи о том, что Tesla разрабатывает новую электрическую трансмиссию. Доказательство? Заявленное время разгона с нуля до 60 миль в час в 1,9 секунды для будущего Tesla Roadster. Подобный разгон предполагает более сложную силовую установку, чем текущая одноступенчатая конфигурация.
До тех пор, пока это не произойдет, Model S Plaid удерживает лидерство со своим спринтом за 2,3 секунды. Он быстрый. Но он неэффективен на высоких скоростях.
Миф о кривой крутящего момента
Вот техническая проверка реальности. Электродвигатель производит одинаковое количество крутящего момента независимо от скорости. У двигателей внутреннего сгорания есть кривая крутящего момента. Они достигают пикового диапазона мощности.
Большую часть времени электромобиль не использует весь доступный крутящий момент. Это не ограничение батареи, а ограничение передаточных чисел. Как и бензиновый автомобиль не может использовать всю заявленную мощность, электромобиль не может реализовать свой полный потенциал крутящего момента без правильной механической помощи.
Внутреннее сгорание против электрического: разбор
Дискуссия между бензиновыми и электрическими автомобилями часто упускает нюансы сценариев использования.
Лучше ли электромобили, чем бензиновые?
С точки зрения устойчивости развития — да. Но бензиновые автомобили все еще имеют преимущество в чистой лошадиной сил и общем запасе хода.
Что лучше для окружающей среды?
Электромобили производят меньше выхлопных газов. Бензиновые двигатели выбрасывают дым и углекислый газ. Влияние электромобилей на окружающую среду положительно, при условии, что энергосеть не питается исключительно от угольных электростанций.
Каковы компромиссы?
Электромобили предлагают более низкие эксплуатационные расходы и нулевые локальные выбросы. Они не обладают высокой скоростной производительностью и гибкостью запаса хода традиционных двигателей внутреннего сгорания.
Почему стоит придерживаться бензина?
Бензиновые автомобили лучше работают на устойчивых высоких скоростях. Двигатели механически проще производить и обслуживать в некоторых контекстах. Им не требуется инфраструктура для зарядки.
Экономически целесообразны ли электромобили?
Да. Со временем более низкая стоимость электроэнергии и обслуживания делает электромобили дешевле в владении. Начальная цена часто выше, но долгосрочная экономия накапливается.
