Электрическая и электромеханическая трансмиссии.

Устройство автомобилей

В электрической трансмиссии механическая энергия двигателя преобразуется в генераторе в электрическую энергию, и затем снова преобразуется в механическую в тяговых электродвигателях.

Очевидно, что двойное преобразование энергии из одного вида в другой связано с определенными потерями, однако, эти потери зачастую ниже потерь в механической трансмиссии, а кроме того, применение электрической трансмиссии имеет ряд существенных достоинств.

В первую очередь – это, конечно же, провода. Безусловно, электрическую проводку для подвода энергии к электродвигателю, установленному в колесе автомобиля, подвести значительно проще, чем от силовой установки к ведущему колесу посредством различного рода механических передач.
Во-вторых, электрические двигатели имеют приближенную к идеальной характеристику изменения крутящего момента в зависимости от частоты вращения вала (якоря). При увеличении частоты вращения крутящий момент на валу уменьшается, а при уменьшении частоты вращения – крутящий момент увеличивается, при этом произведение частоты вращения вала на крутящий момент в каждый момент времени остается постоянным (в идеале), равным мощности двигателя.

Исходя из приведенных выше доводов, становится очевидным, что электродвигатель является почти идеальной автоматической трансмиссией, самостоятельно подстраивающей величину крутящего момента на колесах автомобиля в зависимости от условий движения – возросла нагрузка, скорость снизилась – крутящий момент автоматически вырос.

Однако широко применять электродвигатели в качестве силовой установки современных автомобилей пока не удается, поскольку нет возможности запасаться электроэнергией в достаточном количестве впрок. Привязав автомобиль проводами к какому-нибудь источнику электрической энергии, мы лишим его автономности, а значит, и название «автомобиль» для такого транспортного средства потеряет смысл.
Современные аккумуляторные батареи тоже не способны обеспечить электромобиль достаточным запасом энергии для передвижения.

Многократное преобразование: тепловая энергия топлива – механическая энергия ДВС – электрическая энергия генератора – механическая энергия трансмиссии – электрическая энергия тягового электродвигателя – механическая энергия движителя (колеса) сопряжено со значительными потерями энергии и снижением КПД. Кроме того, чтобы обеспечить движение автомобиля с электрической силовой установкой в широком интервале тяговых усилий без применения дополнительной механической трансмиссии, необходим очень мощный, дорогой и тяжелый электрический двигатель, который сведет на нет все достоинства электропривода с экономической точки зрения.

устройство и работа электромотор-колеса

Тем не менее, электрическая трансмиссия в совокупности с механической нашла применение на современных грузовых автомобилях повышенной грузоподъемности.

Основными элементами электрической трансмиссии (рис. 1, а) являются генератор 2, приводимый в действие двигателем внутреннего сгорания 1, и электрические двигатели 3, расположенные непосредственно в ведущих колесах автомобиля.
Достоинством данного вида трансмиссии является то, что генератор и тяговые электродвигатели могут устанавливаться в любом месте, диктуемом компоновкой автомобиля, при этом связь между ними поддерживается с помощью электрических проводов, которые можно проложить как угодно и где угодно, без ущерба внутреннему объему автомобиля.

Тем не менее, в таком упрощенном виде электрическая трансмиссия применяется редко. Чаще для увеличения крутящего момента в трансмиссию вводятся элементы механической трансмиссии. В таких случаях применяется один тяговый двигатель, а мощность к ведущим колесам передается посредством механических элементов – карданных передач и ведущих мостов (рис. 1, б).

При установке тяговых электродвигателей непосредственно в колесах автомобиля используют планетарные зубчатые редукторы с передаточным числом от 15 до 20. Колесо с электродвигателем и колесным редуктором называется электромотор-колесо .

электромеханическая трансмиссия автомобиля БелАЗ

Электромотор-колесо (рис. 2) является наиболее сложным элементом электромеханической трансмиссии, состоящим из следующих элементов: тягового электродвигателя 4, планетарного редуктора 1, ступицы 2 колеса с подшипниковыми узлами, фрикционного тормозного механизма 3, шины с ободом.
К конструкции электромотор-колесо могут также относиться отдельные узлы подвески, механизм переключения передач (при двухступенчатом редукторе) и некоторые другие элементы.

Электромеханические передачи нашли применение на автомобилях-самосвалах большой грузоподъемности. В частности, все самосвалы марки «БелАЗ» грузоподъемностью свыше 75 тонн оснащаются электромеханическими трансмиссиями.
В зарубежном автомобилестроении электромеханические трансмиссии также применяют на самосвалах большой грузоподъемности и на многозвенных автопоездах высокой проходимости. Перспективным считается применение электромеханических трансмиссий на многоприводных автомобилях высокой проходимости и автобусах большой вместимости.

Читать статью  Топ отечественных новых автомобилей, которые можно купить с автоматом или роботом

Может ли электрический автомобиль иметь механическую коробку передач и сцепление?

Появятся ли на электрокарах механические коробки передач с педалью сцепления?

1504116883 4441114

В настоящий момент популярность механических коробок передач со сцеплением падает по всему миру. Автоматические трансмиссии заняли в автомире свое доминирующее положение. В итоге уже выросло целое поколение молодых водителей, которые не знают, что такое управлять автомобилем с МКПП. Но, тем не менее, вряд в ближайшие годы в мире исчезнут водители, которые любят механические трансмиссии.

Но то, что точно уже известно, что в ближайшие десять лет автомир ждет повсеместная электромания. Скорее всего, в ближайшие годы популярность электрических автомобилей начнет свое резкое восхождение и возможно совсем скоро это отразится на обычных машинах с двигателями внутреннего сгорания, которые могут совсем скоро потерять свою популярность, а затем и вовсе исчезнуть.

Но как быть, если, как правило, в электрических автомобилях отсутствует трансмиссия. Как быть тем водителям, кто любит МКПП и в будущем захочет приобрести электрокар. Может ли в будущем электро-автомобилях появится механические коробки передач со сцеплением?

На самом деле любой электрокар не нуждается в коробке передач, поскольку максимальный крутящий момент электродвигателя доступен водителю сразу, как только он нажимает педаль газа. То есть, даже на маленьких оборотах любой электромотор обеспечивает максимальную мощность и силу.

Вот почему в принципе не имеет смысла оснащать электрокары трансмиссиями.

Но вот вопрос. Можно ли на электрический автомобиль установить, например механическую коробку передач? Ведь в будущем это будет интересовать огромное количество водителей, которые всю жизнь предпочитали управлять транспортными средствами с МКПП.

Вот видео ролик от популярного в зарубежном Интернете блогера, в котором его автор разъяснил детально, возможна ли установка на электрокар механической коробки передач со сцеплением.

В действительности нет, конечно, логической причины, чтобы сцепление существовало в электрической машине. Электромотор не заглохнет, если вы не включите нужную скорость, как например, в автомобилях с двигателями внутреннего сгорания.

Вот почему установка коробки передач со сцеплением в электроавтомобиль не имеет рационального смысла.

1504116982 55544

Но на эмоциональном уровне, конечно, многим бы хотелось, чтобы в электрокаре присутствовала механическая трансмиссия. И чисто технически это реально легко сделать.

В итоге, МКПП на электрическом авто будет работать точно также как и на обычной машине, доставляя водителю такое же удовольствие от ручного переключения передач.

Вот как это работает (для тех, кто не знает английский язык, включите субтитры и их перевод):

Есть ли коробка передач в электромобиле?

Привод электромобиля

Когда вы впервые садитесь в электромобиль, вы можете не увидеть рычага переключения передач. Нажмите на акселератор (не на «педаль газа»), и вы не почувствуете, что трансмиссия переключает передачи. Есть ли у электромобилей коробка передач?

Ответ зависит от того, кого вы спрашиваете. Просматривая авторитетные автомобильные веб-сайты, вы найдете разные ответы, от «без коробки передач» до «своего рода трансмиссии» и «односкоростной трансмиссии». Здесь мы выясним факты и разберемся, что движет вашим электромобилем. (1, 2, 3)

Что делает коробка передач?

Коробка передач – это комплекс механизмов, передающий мощность, поэтому в самом строгом, машиностроительном смысле каждый автомобиль имеет коробку передач.

Трансмиссия, или коробка передач транспортного средства передает мощность вращения источника энергии, будь то электродвигатель или двигатель внутреннего сгорания (ДВС), через набор шестерен на дифференциал, блок, который вращает колеса. Но в просторечии многие люди думают о трансмиссии как о части двигателя, которая переключает передачи с низкой скорости на высокую или с переднего на задний ход, как в «механической коробке передач» и «автоматической коробке передач».

Обычная коробка передач

В автомобиле, работающем на бензине, двигатель внутреннего сгорания должен вращаться с разными скоростями, чтобы не глохнуть (потому что он вращается слишком медленно) и не перегреваться (потому что он вращается слишком быстро). Этот диапазон составляет примерно от 500 до 7000 оборотов в минуту (об/мин). Чтобы компенсировать это ограничение, трансмиссия регулирует соотношение между вращением двигателя и вращением колес, переключаясь между низшей и высшей передачами.

Читать статью  Сборка КПП ЛуАЗ регулировка главной пары с фотами. — LuAZ 969, 1.2 liter, 1985 year on DRIVE2

Коробка передач АКПП

Автоматическая коробка передач в автомобиле, работающем на бензине.
Флорин Патрунджел / Getty Images

Самая низкая передача вращается медленнее, чем двигатель, что позволяет двигателю работать на достаточно высоких оборотах, чтобы не заглохнуть. Самая низкая передача вращается медленно – задействуется самая большая шестерня по размеру, которая передает большую силу, но меньшую скорость на колеса, поскольку шестерня должна двигать транспортное средство вперед от полной остановки.

Наивысшая передача, напротив, является самой маленькой и работает с «перегрузкой» – это означает, что она вращается быстрее, чем двигатель, что позволяет автомобилю двигаться с высокой скоростью без перегрева двигателя. В автомобиле с механической коробкой передач включение сцепления выключает одну передачу, так что вы можете переключиться на другую. Автоматическая коробка передач делает то же самое, но без вмешательства водителя.

Что такое лошадиные силы?

Мощность двигателя определяется скоростью и крутящим моментом. Скорость определяется как скорость, с которой двигатель вращается, а крутящий момент – это величина силы вращения, которую двигатель создает. Когда двигатель с постоянной подачей мощности вращается быстро, он теряет крутящий момент. Когда он вращается медленнее, крутящий момент увеличивается.

Как работает электромотор?

Среди отличительных особенностей электромобилей – тихий, мгновенный и плавный разгон. Это связано с тем, что двигательная установка в электромобиле работает иначе. Как следует из их названий, основное различие между электромобилями и автомобилями с бензиновым двигателем – это источник топлива. Когда вы нажимаете на акселератор электромобиля, электричество передается от аккумулятора к электродвигателю, заставляя его быстро вращаться.

Коробка передач электромобиля

Коробка передач электромобиля.
kool99 / Getty Images

Большинство электромобилей имеют один двигатель переменного тока, подключенный к коробке передач. То, что находится в коробке передач, некоторые люди называют трансмиссией, поскольку это действительно набор шестерен, передающих вращение двигателя вращению колес. Но более точным для него названием будет односкоростной редуктор, поскольку несколько шестерен в коробке передач всегда связаны друг с другом и, таким образом, все вращаются одновременно.

Редуктор снижает число оборотов двигателя до более приемлемых оборотов колес в соотношении примерно 10:1. Таким образом, нет ни сцепления, ни отключения передач, ни переключения между передачами разного размера в зависимости от потребностей автомобиля – другими словами, нет трансмиссии.

Есть ли задний ход?

Поскольку двигатель в электромобиле обычно использует переменный ток, нет необходимости в передаче заднего хода. Двигатель просто вращается в противоположном направлении.

Двигатель переменного тока может вращаться от нуля до 10 000 об/мин и более. (Двигатель в Tesla Model S Plaid 2021 года может вращаться со скоростью до 23 308 об/мин, что является одной из причин, по которой он может разгоняться до 320 км/час.) Это дает электромобилям большой крутящий момент в широком диапазоне скоростей с «золотой серединой» между достаточным крутящим моментом и достаточной скоростью в диапазоне 50–65 км/час. Энергия передается напрямую и почти мгновенно от двигателя к колесам, а не через коробку передач, и при переходе с одной скорости на другую не нужно переключаться с одной передачи на другую, что обеспечивает плавное и тихое ускорение. (4)

Отсутствие коробки передач снижает трение (и, следовательно, износ), которое возникает при включении и выключении нескольких передач. Плавный переход также лучше поддерживает движение транспортного средства вперед, чем переключение передач, что является одной из причин, почему электромобили намного эффективнее расходуют энергию.

В целом электромобиль в среднем преобразует 77% электроэнергии, хранящейся в его аккумуляторе, для движения вперед, в то время как автомобиль с бензиновым двигателем преобразует от 12% до 30% энергии, хранящейся в бензине в его баке. Большая часть остального расходуется в виде тепла. Эффективность передачи мощности от двигателя электромобиля к колесам составляет от 89% до 98%, в зависимости от транспортного средства, тогда как в автомобиле с ДВС тот же процесс от двигателя к колесам имеет эффективность только от 14% до 26%. (5)

Читать статью  Вариатор, робот, автомат: плюсы, минусы, особенности — DRIVE2

Могут ли электромобили иметь несколько передач?

Любому транспортному средству, ДВС или электромобилю, требуется больше крутящего момента, чем скорость, чтобы привести автомобиль в движение от полной остановки, и больше скорости, чем крутящего момента, когда транспортное средство уже набирает скорость. Так разве электромобили не выиграют от использования нескольких передач? Да, но за счет более сложной системы, требующей большего количества деталей, большего веса и большего количества рабочей силы – другими словами, больших затрат потребителя как на начальном этапе, так и на техническое обслуживание.

Некоторые новые электромобили, в том числе Audi e-tron GT и Porsche Taycan, имеют несколько передач, что позволяет им передавать больший крутящий момент на колеса для увеличения ускорения. Планируемый Jeep Magneto будет даже иметь многоступенчатую механическую коробку передач. Такие гоночные автомобили, как те, что используются в полностью электрической Формуле Е, также имеют трансмиссию. (6, 7, 8, 9)

Когда на рынке появятся электрические грузовики, особенно 18-колесные, возможно, они будут иметь несколько передач и трансмиссию, но, учитывая широкий диапазон оборотов, возможный с электродвигателем, их может быть всего две: одна для крутящего момента, другая для крейсерской скорости, с переходом от одного к другому со скоростью около 50 км/час. (Грядущий Tesla Semi будет иметь только односкоростной редуктор.) То же самое относится и к меньшим транспортным средствам, где важна способность буксировать или перевозить тяжелые грузы. (10, 11)

Бесступенчатая трансмиссия

Некоторые автомобили с ДВС и гибридные автомобили имеют бесступенчатую трансмиссию (CVT), форму автоматической трансмиссии, которая плавно ускоряется от скорости к скорости, используя шкивы, а не шестерни. Для электромобилей недавно были внедрены системы вариатора, которые могут увеличивать крутящий момент на более низких скоростях, чтобы приспособиться к более тяжелым транспортным средствам и нагрузкам. Это избавляет инженеров от необходимости искать компромисс между крутящим моментом и скоростью. (12, 13)

Обещая более высокую эффективность, системы CVT могут позволить электромобилям увеличить свой запас хода, что является ключевой проблемой для потенциальных покупателей электромобилей. (14)

Несколько двигателей вместо нескольких шестерен

Электрический седан Tesla Model S с двумя двигателями

Tesla Model S полностью электрический седан с двумя двигателями.
Sjoerd van der Wal / Getty Images

Некоторые электромобили решают эту проблему, имея несколько двигателей с разными передаточными числами для обеспечения большего или меньшего крутящего момента, в зависимости от потребностей транспортного средства, при этом электроника более эффективно переключает электроны на разные двигатели в отличии от коробки передач, которая менее эффективно переключает передачи. Например, высокопроизводительный Lucid Air выпускается в двух- или трехмоторной версии, как и многие автомобили Tesla. (15)

И в отличие от шестерен в автомобиле с ДВС, несколько двигателей в электромобиле могут использоваться одновременно, обеспечивая автомобилю скорость и крутящий момент, повышенное тяговое усилие или большую маневренность. У электрических пикапов Rivian даже есть независимые двигатели, прикрепленные к каждому колесу, что позволяет грузовику совершать «повороты на месте».

Пристегнитесь

Будущее электромобилей не ограничено, и в нем постоянно появляются новые способы обеспечения тяги. Илон Маск даже обещает, что следующая итерация Tesla Roadster будет иметь «систему подруливающего устройства на холодном газе SpaceX». Пристегните ремни безопасности и следите за обновлениями. (16)

Работает экологическим и научным журналистом более 15 лет. Пишет о науке, культуре, космосе и устойчивом развитии. Внештатный автор сайта «Знание – свет».

Источник http://k-a-t.ru/mdk.01.01_transmjssia/transmjssia_3/index.shtml

Источник https://1gai.ru/baza-znaniy/vajno-znat/519163-mozhet-li-elektricheskiy-avtomobil-imet-mehanicheskuyu-korobku-peredach-i-sceplenie.html

Источник https://znanie-svet.ru/yest-li-korobka-peredach-v-elektromobile/