یکی از متمایزترین تفاوت‌های فنی خودروهای برقی با مدل‌های بنزینی، بهره‌گیری از گیربکس‌های تک‌سرعته در بخش انتقال قدرت است. اما دلیل این موضوع چیست؟

تفاوت اساسی میان اتومبیل‌های تمام‌برقی و نمونه‌های متداول درون‌سوز را باید در طراحی و عملکرد سامانه انتقال قدرت آن‌ها جستجو کرد. در یکخودروبنزینی یا دیزلی، بالا رفتن سرعت همواره با افزایش صدای پیشرانه، تعویض متوالی دنده‌ها و افت‌وخیزهای پی‌درپی دور موتور همراه است که راننده آن را به شکل وقفه‌های کوتاه در شتاب‌گیری احساس می‌کند.

اما در اغلب خودروهای الکتریکی، فشار دادن پدال گاز به شتاب‌گیری کاملاً پیوسته، یکنواخت و بدون هیچ‌گونه لرزش ناشی از تعویض دنده منجر می‌شود، زیرا در بخش انتقال نیرو اصلاً اثری از جعبه‌دنده‌های چندسرعته نیست و توان به واسطه یک نسبت دنده منفرد به چرخ‌ها منتقل می‌گردد.

برتری فنی خودروهای برقی در تولید گشتاور

موتورهای بنزینی توانایی ارائه بیشترین قدرت و گشتاور مفید خود را تنها در یک بازه کاری نسبتاً محدود از دور موتور دارند و به همین علت است که سامانه انتقال قدرت در این وسایل نقلیه باید نقشی حیاتی ایفا کند. وظیفه اصلی گیربکس در خودروهای بنزینی این است که از طریق تغییر پیوسته نسبت‌های دنده، پیشرانه را همواره در همان محدوده مشخص نگه دارد تا بهترین سطح عملکرد فنی و بالاترین بازدهی سوخت به دست آید.

در نقطه مقابل، پیشرانه‌های الکتریکی رفتاری کاملاً متفاوت از خود به نمایش می‌گذارند و قادرند در محدوده دور موتوری گسترده‌تر و انعطاف‌پذیرتر کارایی مفید و اثربخش داشته باشند. این مزیت ذاتی به خودروسازان امکان می‌دهد تا پیشرانه الکتریکی را تنها به یک نسبت کاهنده ثابت متصل کنند و مدیریت کامل افزایش یا کاهش دور موتور را مستقیماً به خود پیشرانه بسپارند تا متناسب با سرعت خودرو بالا و پایین برود.

علاوه بر این، نحوه تولید گشتاور تفاوت عمیق دیگری میان این دو فناوری ایجاد می‌کند؛ زیرا موتورهای برقی برخلاف موتورهای درون‌سوز که نیازمند دور گرفتن و رسیدن به دور موتورهای بالا هستند، می‌توانند درست از لحظه آغازین حرکت و از پایین‌ترین دورهای ممکن، بخش اعظم گشتاور تولیدی را فوراً آزاد کنند.

علت استفاده از گیربکس‌های چندسرعته مدرن

همان‌طور که پیش‌تر اشاره شد، بازه عملکردی بهینه در سامانه‌های احتراق داخلی بسیار محدودتر و حساس‌تر است و همین محدودیت، مهندسان را وادار کرده تا برای مدیریت وضعیت‌های متغیر رانندگی از چندین نسبت دنده متمایز بهره بگیرند.

هدف از به‌کارگیری این ضرایب دنده آن است که پیشرانه در ترافیک‌های شهری، شتاب‌گیری‌های ناگهانی یا پیمایش‌های طولانی‌مدت همواره در نزدیک‌ترین حالت ممکن به نقطه ایده‌آل خود کار کند و به همین سبب امروزه شاهد ورود گیربکس‌های پیچیده ۸، ۹ و حتی ۱۰ سرعته به خودروهای مدرن بنزینی هستیم.

• روغن گیربکس هیپوئید چیست و چه تفاوتی با روغن گیربکس معمولی دارد؟
• گیربکس‌های فیک؛ ترفند جدید خودروسازان برای جذاب‌تر کردن خودروهای برقی
• ۷ دلیل که گیربکس CVT را به انتخابی دردسرساز تبدیل می‌کند

در ساختار این جعبه‌دنده‌ها، هر ضریب برای محدوده مشخصی از سرعت چرخش چرخ‌ها و بار تحمیل‌شده به پیشرانه تعریف شده است؛ به گونه‌ای که دنده‌های سنگین و پایین برای شروع حرکت آرام، غلبه بر اینرسی و شتاب‌گیری‌های سریع طراحی شده‌اند و در مقابل دنده‌های سبک‌تر و بالاتر وظیفه دارند در جاده‌ها و سرعت‌های بزرگراهی، دور موتور خودرو را پایین بیاورند تا مصرف سوخت مهار شود.

این در حالی است که خودروهای برقی ذاتاً از چنین معضلی رنج نمی‌برند؛ چراکه موتور الکتریکی توانایی آن را دارد که همراه با بالا رفتن سرعت چرخ‌ها دور خود را افزایش دهد و در زمان ترمزگیری نیز به نرمی آن را کاهش دهد، بدون اینکه به مداخله گیربکس و تعویض‌های مداوم دنده نیازی باشد.

واقعیت گیربکس در خودروی برقی

در میان بسیاری از افراد این ذهنیت اشتباه رواج یافته که در تمام خودروهای الکتریکی، نیروی موتور بدون هیچ واسطه‌ای مستقیماً به محور چرخ‌ها هدایت می‌شود؛ درحالی‌که این باور از نظر مهندسی صحیح نیست. واقعیت این است که سرعت چرخش موتورهای الکتریکی در اکثر مدل‌های موجود بسیار بالاتر از سرعت دوران چرخ‌های خودرو است و اتصال بدون واسطه امکان‌پذیر نخواهد بود.

از همین رو، مهندسان در بخش انتقال قدرت از یک گیربکس با نسبت کاهنده ثابت استفاده می‌کنند تا سرعت دورانی بسیار بالای موتور برقی را مهار کرده و کاهش دهد و در ازای این کاهش دور، گشتاور خروجی منتقل‌شده به چرخ‌ها را به میزان محسوسی افزایش دهد.

• طول عمر استاندارد گیربکس اتوماتیک چند کیلومتر است؟
• حروف D/S در تعویض دنده اتوماتیک به چه معناست؟
• همه چیز درباره کلاچ برقی خودرو؛ بررسی مزایا و معایب

کاربرد جعبه‌دنده‌های دو سرعته

با وجود موفقیت سیستم‌های تک‌دنده در محصولات، برخی از اتومبیل‌های برقی با تمرکز بر شتاب‌گیری‌های فوق‌سریع و ثبت سرعت‌های نهایی بالا به گیربکس‌های دو سرعته مجهز شده‌اند که از سرشناس‌ترین نمونه‌های آن می‌توان بهپورشه تایکانو آئودی e-tron GT اشاره کرد.

در ساختار فنی این مدل‌ها، گیربکس دو سرعته بر روی محور عقب تعبیه شده است تا دنده اول برای دستیابی به حداکثر شتاب ممکن از حالت توقف کامل عمل کند و دنده دوم برای دستیابی به سرعت‌های بسیار بالا و حفظ بهره‌وری انرژی در بزرگراه‌ها در مدار قرار گیرد. همچنین نسل جدید مرسدس بنز CLA که بر پایه پلتفرم پیشرفته MMA توسعه یافته، نمونه برجسته دیگری است که از مزایای جعبه‌دنده دو سرعته برقی استفاده می‌کند.

معایب دنده اضافی در خودروی برقی

با وجود محاسن یادشده، تجهیز یک پیشرانه الکتریکی به دنده دوم پیامدها و هزینه‌های خاص خود را به همراه دارد که مانع از کاربرد عمومی آن می‌شود. استفاده از یک گیربکس چندسرعته مساوی با تحمیل وزن سنگین‌تر به شاسی خودرو، افزوده شدن تعداد قطعات متحرک درون سیستم، پیچیدگی بیشتر در طراحی مکانیکی، افزایش مستقیم هزینه‌های تولید کارخانه و در نهایت بالا رفتن احتمال هدررفت انرژی به دلیل اصطکاک و تلفات مکانیکی خواهد بود.

بنابراین، هرگاه گیربکس تک‌سرعته ساده بتواند تمامی خواسته‌های طراحان از جمله شتاب‌گیری مورد انتظار، سقف سرعت، مدیریت مصرف باتری و استهلاک قطعات را برآورده سازد، مهندسان تمایل چندانی برای وارد کردن این پیچیدگی‌های پرهزینه به خودرو نخواهند داشت.

تفاوت حس رانندگی با خودروی برقی

آنچه ممکن است در نگاه نخست یک کمبود قطعه یا حذف بخشی مهم در سامانه پیشرانه خودروهای برقی جلوه کند، در حقیقت یکی از بهترین نقاط قوت این ماشین‌ها به شمار می‌رود. در اتومبیل‌های سنتی بنزینی، جعبه‌دنده همواره ناچار است به صورت فعال ضریب مناسب را از میان چرخ‌دنده‌ها انتخاب کند تا موتور درون محدوده بهینه‌اش کار کند که این موضوع به مجموعه‌ای از دنده‌ها، صفحات کلاچ، مدارهای هیدرولیکی، حسگرهای الکترونیکی و سامانه‌های کنترلی وابسته است.

اما پیشرانه‌های الکتریکی هیچ نیازی به این سامانه سنگین و پر از افت‌وخیز ندارند و به همین دلیل راننده در زمان فشردن پدال گاز، با شتابی روان، مداوم و بدون هرگونه وقفه یا لرزش روبرو می‌شود. علاوه بر این، در اتومبیل برقی نوسانات صوتی آزاردهنده پیشرانه‌های درون‌سوز حس نمی‌شود و سکوت کلی کابین بر هم نمی‌خورد.

• معنی حرف L در گیربکس اتوماتیک چیست و چه زمانی باید از آن استفاده کنید؟
• کاربرد دنده L در خودروهای اتوماتیک چیست و چه زمانی و چرا باید از آن استفاده کنیم؟
• مرگ تدریجی گیربکس اتوماتیک: ۵ اشتباه رایج که نباید مرتکب شوید

جمع‌بندی نهایی

تفاوت اصلی سیستم انتقال قدرت میان خودروهای برقی و بنزینی از ساختار بنیادین قوای محرکه سرچشمه می‌گیرد؛ جایی که موتورهای احتراق داخلی ناچارند توان و کشش خود را تنها در بازه محدودی از دور موتور تحویل دهند و به همین خاطر به گیربکس‌های چندسرعته متکی هستند تا با تغییر مداوم نسبت دنده‌ها، پیشرانه را در همان وضعیت کاری مناسب حفظ کند.

در مقابل، پیشرانه‌های الکتریکی چنین محدودیتی ندارند و می‌توانند در گستره بسیار وسیع‌تری از دور موتور کار کنند و درست از پایین‌ترین دورها گشتاور بالایی تولید نمایند که نشان می‌دهد استفاده از یک کاهنده تک‌سرعته در اتومبیل‌های پاک، صرفاً یک راهکار ارزان یا موقت نیست، بلکه حاصل مستقیم رفتار خود موتور الکتریکی است.

البته نمونه‌های خاصی چون پورشه تایکان، آئودی e-tron GT و مرسدس بنز CLA اثبات می‌کنند که بهره‌گیری از جعبه‌دنده‌های چندسرعته هنوز در شرایط ویژه کارایی دارد، به‌ویژه هنگامی که طراحان به صورت همزمان دستیابی به شتاب فوق‌العاده، سرعت نهایی بالاتر و بازدهی بهتر در سرعت‌های بالا را مدنظر داشته باشند.

با این وجود، برای بخش اعظم محصولات بازار، حذف تعویض دنده یک نقطه قوت محوری به حساب می‌آید که سیستم انتقال قدرت را ساده‌تر کرده و رانندگی را کاملاً روان، چابک و قابل پیش‌بینی می‌سازد. بنابراین اگر در تجربه رانندگی با اتومبیل‌های برقی جای خالی نوسان صدای موتور و تقه‌های پیاپی ناشی از تعویض دنده‌ها را احساس کردید، ایرادی به خودرو وارد نیست.