الغالبية العظمى من السيارات الكهربائية في الوقت الحاضر لا تستخدم علبة التروس. هناك ثلاثة أسباب رئيسية لحدوث ذلك، ولكن قبل أن نتعمق في التفاصيل، نحتاج إلى شرح ما هو صندوق التروس وماذا يفعل في سيارة ICE. بهذه الطريقة سيكون من الأسهل معرفة سبب عدم أهمية علبة التروس في السيارات الكهربائية. سنحاول أيضًا شرح الحالات التي يمكن أن تكون فيها إضافة مفيدة والفوائد التي تجلبها.
ما هو صندوق التروس وماذا يفعل في سيارة ICE؟
محركات ICE، على عكس المحركات الكهربائية، لا تنتج ما يكفي من عزم الدوران في وضع الخمول حتى نتمكن من تحريك السيارة، فنحن بحاجة إلى دورات أعلى لإنتاج المزيد من عزم الدوران. لكن نطاق دوران المحرك محدود ونتيجة لذلك ستكون سرعة السيارة محدودة ولهذا السبب نستخدم علب التروس. باختصار، يعتبر دمج علبة التروس مع نسبة القيادة النهائية بمثابة مضاعف لعزم الدوران. ربما تكون قد سمعت عن نسب التروس ونسب القيادة النهائية من قبل، ولكن ربما لم تكن تعرف ما تعنيه هذه الأرقام.
لنبدأ بنسبة التروس. لنفترض أنك حددت السرعة الأولى في سيارتك ICE. لنفترض أيضًا أن الترس الأول لديه نسبة 3:1. وهذا يعني أن عزم الدوران الناتج عن المحرك مضروب في 3. ولتحديد عدد مرات مضاعفة عزم الدوران في عجلات السيارة، علينا أيضًا أن نأخذ في الاعتبار نسبة القيادة النهائية. إذا كانت نسبة القيادة النهائية، مرة أخرى، 3:1، فإن عزم دوران عجلة السيارة يساوي تسعة أضعاف عزم دوران المحرك. إذا كان محرك سيارتك ينتج عزم دوران قدره 200 نيوتن متر في الترس الأول بالنسب المذكورة أعلاه، فإن عزم دوران العجلة هو 200 نيوتن متر × 9 = 1800 نيوتن متر.
بدون علبة التروس، لن يكون هذا الضرب ممكنًا، وستظل السيارة ثابتة حتى لو قمنا بالضغط على دواسة الوقود. يجب تصميم صندوق التروس في سيارة ICE بطريقة تجمع بشكل مثالي بين قوة المحرك وخصائص عزم الدوران، وكفاءته عند الأحمال المختلفة، وبالطبع السرعة القصوى التي حددها المهندسون للمركبة المختارة.
وعلى الرغم من التطورات الكبيرة التي شهدتها العقود الماضية، فإن تلك الحلول لا تزال تمثل حلا وسطا. تسبب علب التروس أوجه قصور خاصة بها في نظام الدفع بأكمله، مما يزيد من استهلاك الوقود وفقدان الطاقة.
ما هو الحال مع السيارات الكهربائية؟
تتمتع المحركات الكهربائية بثلاث خصائص أصلية تحل المشكلات الهندسية في تطوير علبة التروس وفي معظم الحالات، تجعل علبة التروس غير ضرورية. وتتمثل هذه الخصائص في عزم الدوران العالي بدءًا من صفر دورة في الدقيقة، والقدرة العالية على عدد دورات المحرك في الدقيقة، والسرعات القصوى المحدودة إلكترونيًا. دعونا نغطي تلك الخصائص واحدة تلو الأخرى.
يعد عزم الدوران العالي من صفر دورة في الدقيقة أمرًا واضحًا جدًا. تذكر أن علب التروس هي في الأساس أجهزة مضاعفة عزم الدوران. إذا كان لديك عزم دوران مرتفع بدءًا من صفر دورة في الدقيقة، فلا داعي لمضاعفته باستخدام نسب تروس متعددة.
لكن الشيء ذو الأهمية الحاسمة هو القدرة العالية على عدد دورات المحرك في الدقيقة. نظرًا لأن المحرك الكهربائي يمكنه الدوران حتى 20.000 دورة في الدقيقة، مع توفر عزم دوران عالٍ عبر النطاق، يمكن تحقيق السرعة القصوى بسهولة بنسبة واحدة فقط. السرعة القصوى المحددة إلكترونيًا للسيارة الكهربائية هي السبب الأخير. لا يحدث هذا فقط بسبب عدم وجود علبة تروس، ولكن بسبب محتوى الطاقة المنخفض نسبيًا للبطاريات عالية الجهد الحالية، مقارنة بالوقود السائل.
دعونا نلقي نظرة على سيارة BMW i4 eDrive 40 لفهم ذلك بشكل أفضل - فهي تتمتع بأقصى عزم دوران للمحرك يبلغ 430 نيوتن متر من 0 إلى 5000 دورة في الدقيقة ونسبة تروس مدمجة ومحرك نهائي تبلغ 11.115:1. وهذا يعني أن عزم دوران العجلة هو 4780 نيوتن متر! أصبح من الواضح الآن لماذا السيارات الكهربائية بشكل عام هي ملوك إشارات المرور.
لنفترض أن السرعة القصوى للسيارة هي 190 كم/ساعة. عند السرعة القصوى، يدور المحرك بسرعة 16500 دورة في الدقيقة. وعلى سرعة الطريق السريع النموذجية التي تبلغ 130 كم/ساعة، يدور المحرك بسرعة 11300 دورة في الدقيقة تقريبًا. كما ترون في هذا المثال، فإن المحرك الكهربائي لديه نطاق عدد دورات في الدقيقة كافٍ لتلبية جميع المتطلبات دون الحاجة إلى علبة تروس.
نموذج بورش وأودي
يستخدم كل من بورش تايكان وأودي إي-ترون جي تي علبة تروس ذات سرعتين في المحرك الخلفي. الآن قبل أن تقول "مرحبًا، لقد أخبرتنا للتو أن علب التروس ليست ضرورية في السيارات الكهربائية." من الناحية المثالية، نرغب في الحصول على نسبة تروس قصيرة عند السرعات المنخفضة إلى المتوسطة لتحقيق تسارع أسرع ونسبة تروس أطول عند السرعات الأعلى لتقليل عدد دورات المحرك الكهربائي في الدقيقة.
لماذا نحتاج إلى تقليل عدد دورات المحرك في الدقيقة عند السرعات العالية؟ حسنا، لسببين. أولاً وقبل كل شيء، من خلال تقليل عدد دورات المحرك في الدقيقة، نقوم بتحسين كفاءته (من خلال تقليل القوى الدافعة الكهربية والتيارات الدوامة) وبالتالي يتحسن نطاق السيارة أيضًا. والسبب الثاني هو إمكانية تحقيق سرعات قصوى أعلى دون الدوران المفرط للمحرك.
تكمن المشكلة في اعتماد علب التروس ذات السرعتين في الصعوبة الفنية التي تواجهها هذه الصناديق في التعامل مع عزم الدوران الهائل والفوري الذي تنتجه المحركات الكهربائية. ومع ذلك، تعمل بعض الشركات المصنعة حاليًا على تطوير علب تروس ذات سرعتين للسيارات الكهربائية.
إذا نجحوا في تصنيع تلك السيارات على نطاق واسع بموثوقية قوية وأسعار معقولة، فقد نرى المزيد من السيارات السائدة توظفها بدلاً من السيارات الفائقة فقط مثل بورش تايكان وأودي إي-ترون جي تي. على الرغم من ذلك، فإن التعقيد الإضافي والسعر المرتفع يفوق بكثير الفوائد المحتملة.
