Механика в полза на електромобила

С настъпването на електрическата мобилност става все по-ясен един факт – бъдещите поколения електрически автомобили няма да минат без трансмисия. В името на по-компактната конфигурация и намаляването на разходите конструкторите използват потенциала на големия въртящ момент при нулеви обороти (потегляне) и широкия им оборотен диапазон (максималната скорост) за да избегнат употребата на трансмисия с няколко предавки. Дори Porsche Taycan чийто заден мотор е свързан с двустепенна трансмисия използва първата само за динамични потегляния и на практика винаги се движи на втората предавка.

Този подход засега има своите основания в процеса на търсене на конкурентни предимства пред конвенционалните автомобили, като липсата на скоростна кутия, но ограничава максималната скорост и води до значително увеличаване на разхода на енергия. VW ID.3 например има максимална скорост от 160 км/ч не защото няма мощност за повече (204 к.с. на задния електромотор), а защото при тази скорост достига максималните си оборотни режими – 16 000 об./мин. Подобна и ситуацията при BMW iX3 роторът на чийто електромотор се върти с около 14 000 об./мин при максималната скорост от 180 км/ч. 

Вероятно бъдещите електрически автомобили ще използват някакъв вид планетарна механизми поради подходящата и форма и функции и възможността за лесен контрол, но в Bosch смятат че има и други възможности и това е CVT трансмисия. Решението на пръв поглед изглежда странно предвид чувствителността на този тип механизми към въртящ момент, но има и своето обяснение.  

Според конструкторите на компанията е напълно възможно внедряването на класическа CVT трансмисия използвана за двигатели с вътрешно горене с предаващ въртящия момент „ремък“ работещ на принципа на бутането – нещо което отдавна не е новост в тази област. Модифицираната за нуждите на електромобилите трансмисия се нарича CVT4EV и може едновременно да подобри динамиката на автомобила и разхода на енергия в сравнение с класическата в момента конфигурация с пряко свързан с едностепенна трансмисия електромотор. Оборудваният с тази технология демонстрационен автомобил от C-сегмента е показал че CVT4E подобрява ускорението, дава възможност за повишаване на максималната скорост, намалява изискванията към въртящия момент на тяговия електромотор и прави автомобила много по-ефективен. 

Съществена полза според Bosch е фактът че CVT4EV позволява използването на едно и също електрическо задвижване в широка гама от модели – от C до F-сегмента, както и SUV и лекотоварни модели. Освен това е напълно възможно и използването и при задвижване и на двата моста с отделни електрически машини. 

Широк диапазон на работа 

Голямо предимство на CVT4EV е широкия диапазон от предавателни числа и следователно поддържането на електромотора в по-ефективни диапазони по отношение обороти и натоварване. Трансмисиите с фиксирани предавки трябва да правят компромис между изискването за въртящ момент при изкачвания например и оборотите за висока скорост. При едностепенна трансмисия оборотите на електромотора са пряка функция на скоростта на движение с всички произтичащи от това недостатъци. Според Герд-Ян Ван Спийк, директор на отдела Bosch Transmission Technology „двустепенните трансмисии са първата стъпка за подобряване на ефективността на електромобилите, но те имат ограничен диапазон на работа и осезаемо прекъсване при превключване. Затова се изисква по-широк диапазон от предавателни числа, а решението със CVT е по-логично, защото подобрява ефективността на работа, като същевременно осигурява възможността за равномерни оборотни режими без резки спадове – синхронизирайки по този начин работата си с типичната за електрическите машини“. 

Все пак, благодарение на по-широката гъвкавост на електрическите мотори, съотношението при диапазона от предавателни числа може да бъде ограничен до 3:1-4:1, за разлика от 6:1 до 8:1 при използване с ДВГ. По този начин се ограничава и леко странното звучене и шума заради който са критикувани съвременните CVT трансмисии. 

„Гъвкавостта на електрическия мотор поставя различни изисквания при контрола на работата на CVT спрямо тези при ДВГ. При него ефектите от инертните маси се забелязват по-малко, а това прави решението със CVT по-подходящо отколкото многостепенни автоматични трансмисии“, отбелязва Ван Спийк.

Демонстрациите на прототипните автомобили оборудвани с CVT4EV на Bosch показват че при превключване комфортът не се влошава, а намалените оборотни режими и натоварването намаляват шума. 

Създадена с цел максимална динамика 

Разработката на Bosch е съвместно дело с учени от Технологичния университет в Айндховен с които са създадени методи за оптимизиране на работата на електромотора в зависимост от скоростта и натоварването. Благодарение на интелигентното управление е намален броят на компонентите, цената, подобрени са ефективността и динамиката на автомобила. Тъй като Bosch не изработва цели трансмисии, а е доставчик на пренасящите въртящия момент ремъчни предавки в разработката са включени и доставчици от първо ниво. Факт е обаче че това решение на Bosch е изключително надеждно и е базирано на вече изпитана технология, използвана при автомобили с ДВГ с различни технически параметри.  

Тестовете на Bosch показват че дори в ранните фази на разработката при автомобили в C-сегмента с мощност от 150 кВт (прибл. 200 к.с.) се постига 3% снижаване на времето за ускоряване до 100 км/ч, 13% в диапазона 80-120 км/ч и 11% увеличение на максималната скорост. Ефективността се увеличава, а разходът на енергия се намалява с 4%, но в реалния живот снижението може да бъде още по-голямо (до около 8%), особено при постоянна скорост на движение. Трансмисията може да понесе до 4000 Нм въртящ момент (на колелата), което позволява използването и за лекотоварни автомобили. Интересен е и фактът че при автомобилите задвижвани от ДВГ този тип трансмисии имат ограничени възможности по отношение на въртящия момент (до около 410 Нм на коляновия вал), но намаления диапазон от предавателни числа при електрическите автомобили им позволява да поемат значително по-голям въртящ момент от този при ДВГ и разширява сферата на използване на трансмисията. 

В широк аспект ползите от трансмисия могат да бъдат значителни – тя позволява подобрена водимост на автомобила, по-голям прикачен товар, увеличаване на пробега или възможност аз намаляване на капацитета на батерията, както и възможност за използване на по-компактен мотор с присъщите по-малко скъпи материали като магнити и мед. Всичко това компенсира допълнителните разходи за нея.

Засега трансмисията все още е в развойна фаза, но тестовете са в много напреднал етап. Освен споменатите ползи теоретично тя би могла да позволи повече унификация и при подходящи настройки използване за по-широк диапазон от превозни средства задвижвани с едни и същи агрегати, използващи една батерия и една и съща силова електроника.