Az elektromos autók sebességváltóinak technológiai mechanikája

Az elmúlt években az elektromos járművek elterjedése egyre nagyobb érdeklődést váltott ki az autók elektromos motorjai iránt. Ezek a motorok, amelyek az elektromos járműveket hajtják, alapvető témává válnak mindazok számára, akik szeretnék megérteni a modern közlekedést. Ahogy a hagyományos benzinmotorokról az autók elektromos motorjaira való áttérés egyre nagyobb lendületet vesz, létfontosságú megérteni, hogyan működnek ezek az autók elektromos motorjai. Gyakorlatilag minden elektromos autó automata abban az értelemben, hogy a vezetőnek nem kell manuálisan sebességet váltania, mint a hagyományos váltós autók esetében. A legfontosabb különbség az elektromos és a manuális váltós járművek között, hogy az előbbiekben nincs tengelykapcsoló. Itt mindent megtudhat az elektromos autók váltójáról, és számos gyakori kérdésre választ kaphat az elektromos autókkal kapcsolatban.

Az elektromos autók sebességváltóinak alapjai

Az elektromos autók sebességváltójának feladata, hogy eljuttassa a kerekekhez a villanymotor által termelt mechanikai energiát. A legtöbb elektromos autó automata, egyetlen sebességfokozattal rendelkezik. Az elektromos járművek motorja már az elindulásuk pillanatától képes 100%-os nyomatékkal működni. A hagyományos motorokkal szemben a villanymotorok nyomatékgörbéje lapos, tehát már nulla fordulatszámtól is maximális nyomatékot képesek leadni, és ezt fenntartják, míg a motor el nem éri a maximális teljesítményét. Ez zökkenőmentes és egyenletes gyorsulást eredményez, és a vezetőnek még a sebességfokozatok között sem kell váltogatnia. Az elektromos autók nem tudnak lefulladni, mivel nincs bennük tengelykapcsoló, és a vezetőnek nem kell sebességet váltania.

Mindezt úgy, hogy a feladat adott, és ugyanaz. Az autót akár telepakoltan, akár emelkedőn felfelé meg kell tudni mozdítani, majd fel kell gyorsítani, másrészt viszont az autónak arra is képesnek kell lennie, hogy viszonylag nagy végsebességet érjen el. Az elektromotor a 0-tól a maximálisig terjedő használható fordulatszám-tartományával, valamint az ideálist követő nyomatékleadási módjával minden helyzetet képes megoldani. Nincs szükség külső erőforrásra a beindításához, nincs alapjárat, nincs nagy veszteség kis fordulaton sem. Cserébe képes hihetetlenül magas, F1-es motorokat megszégyenítő fordulatszámra is!

Az elektromos autók magasabb fordulatszámot tudnak elérni, mint a hagyományos járművek, ezért csak egy sebességfokozatra van szükség bennük. A villanymotornál tehát kuplungra semmi szükség, mert nem történik semmi, ha a tengelye megáll az autó kerekével együtt. A széles fordulatszám tartomány miatt pedig váltóra sincs szükség, mert egy egyszerű fogaskerék áttétel (ami egyben a differenciálmű is lehet) elegendő a kerék és a motor tengelyének közös nevezőre hozásához. A tengelyhajtás végáttételét is beleszámítva ez az áttétel általában egy 10 körüli szám, a Tesla Model S-é például 9,73, de lehet akár 11, vagy kicsivel a fölötti is. Például, ha 10-es áttétel mellett a motorunk épp 6000/perces fordulattal forog, akkor a kerék fordulatszáma 600/perc lesz. Átlagos, két méter kerületű kerékkel (például 195/65 R 16) a sebesség ennél a fordulatszámnál 72 km/h. Ha a motor maximális fordulatszáma pedig például 12 000/perc, akkor az autó végsebessége 144 km/h. Ha ehhez még hozzávesszük, hogy a hétköznapi használatra szánt elektromos autók legnagyobb sebessége a túlzott fogyasztás elkerülése érdekében általában nem nagyobb 150-160 km/óránál, máris láthatjuk, miért nem szüksége sebességváltót szerelni az elektromos autókba.

Az elektromos autók meghajtásának működése lépésről lépésre

Az elektromos autók működési módját a következő három egyszerű lépéssel lehet leírni:

L300 mechanikus ablakemelő javítása lépésről lépésre

1. Amikor a vezető rálép a gázpedálra, az elektromos autó akkumulátora a motorba küldi a gyorsításhoz szükséges elektromos áramot.
2. A villanymotor ezután megforgatja a „sebességváltót”, azaz az elektromos autó erőátviteli rendszerét.
3. A sebességváltó ezután az autó kerekeire továbbítja a motor mechanikai teljesítményét, ami lehetővé teszi a jármű haladását.

A hátrameneti fokozat az elektromos autókban

Önnek eszébe jutott már, hogy vajon az elektromos autókban van-e hátrameneti fokozat? Nincs. A manuális sebességváltóval szerelt autókban van hátrameneti fokozat, az elektromos autókban általában egy „hátrameneti kapcsolót” találunk, amely úgy néz ki, mint egy váltókar. Tehát hagyományos hátrameneti fokozat nincs, de egy kapcsoló segítségével az autó tud hátrafelé haladni. A kapcsoló hatására az elektromos motor előremenet helyett hátrafelé forgatja a kerekeket.

Karbantartás és folyadékok

Nincs szükség motorolajra, de a sebességváltó-folyadék rendkívül fontos az elektromos jármű megfelelő karbantartásához. A sebességváltó-folyadék gondoskodik a sebességváltó megfelelő állapotának megőrzéséről és zökkenőmentes mozgásáról. Rendszeres karbantartási gyakorlatok az elektromos motorok esetében elengedhetetlenek a hosszú élettartam és a teljesítmény szempontjából.

Összehasonlítás a belső égésű motoros (BÉM) autók sebességváltóival

Ezzel szemben a hagyományos motorban a sebességváltó feladata, hogy mindig az optimális működési tartományban tartsa a motort, tehát a motor által leadott nyomaték a fordulatszámtól függően változik. A belső égésű motoros járműveknél megtanultuk, hogy sorrendben először van a motor, azután a kuplung, majd jön a sebességváltó, végül a tengelyhajtás végáttétele a differenciálművel. A belső égésű motorok csak viszonylag szűk fordulatszám tartományban képesek nyomatékukat leadni, ami a diagramokon ráadásul enyhe dombot, vagy a turbómotoroknál lapos fennsíkot formáz. Az alapjárati fordulatszám alatt egyszerűen lefulladnak, de közvetlen felette sem brillíroznak, a legmagasabb fordulatszám pedig általában nem nagyobb 6000-7000-nél percenként.

A sebességváltó éppen ezért elengedhetetlen tartozéka a belső égésű motoros autóknak. Kis fokozatokban nagy az áttétel, ami nagyra növeli azt a rendelkezésre álló nyomatéktartalékot, ami a kerekeken vonóerővé alakul át. Ahogy azután felfelé kapcsolgatunk (vagy kapcsol az automata), az áttétel egyre csökken, és így a nyomatéktartalék is. A hagyományos autók sebességváltói 3 és 9 fokozat közöttiek, évjárattól függően. Manapság a kézi váltók esetében elterjedt a 6 fokozat, automata váltóknál pedig akár 9-ig is nőhet ez a szám, főleg a prémium kategóriában. Minél több a fokozat, annál közelebb kerülhet a BÉM az optimális működési tartományhoz bármilyen sebességgel halad a jármű.

Amikor mégis hasznos lehet a sebességváltó az elektromos autókban

Csakhogy esetenként nem elégszünk meg azzal, amit állandó áttétellel egy villanymotor nyújtani tud. Ilyen eset például, ha ki akarunk lépni ebből a komfortzónából, például emelni szeretnénk a végsebességet. Igen, egy sebességváltó beépítése. (Természetesen automatikus kapcsolással.) Ebben az esetben akár ugyanazzal a motorral elérhető nagyobb végsebesség, de még az is megtörténhet, hogy kisebb nyomatékú és méretű motorral tudjuk lefedni a teljes sebességtartományt. És ehhez elég csupán két fokozat. Az első, nagyobb áttételű fokozat a kerékre jutó nyomatékot növeli, ami jó indítási és gyorsítási képességeket tesz lehetővé, míg a második, kisebb áttételű fokozat a végsebesség elérését teszi lehetővé.

Tünetek és javítás: Skoda Octavia TDI adagoló

Sebességváltó alkalmazásával ha kismértékben is, de a fogyasztás is csökkenthető. A villanymotorok hatásfoka általában jó (legalábbis a belső égésű motorokéval összehasonlítva), de azért így is akadnak különbségek. A legtöbb motor közepes fordulatszámnál és közepes nyomatékigénynél nyújtja hatásfoka maximumát, ami bőven meghaladhatja a 90 százalékot. Ebből kilépve azonban a hatásfok csökken, egyes elektromotor típusoknál szélsőséges viszonyok között akár 70 százalék alá is eshet.

A sebességváltók használatának egy további előnyére a Formula E elektromos versenyautók mutatnak példát, amelyeknél általánosan elterjedt a sebességváltók alkalmazása. Ráadásul ezeknél a váltóknál nem is állnak meg két fokozatnál, három, négy, sőt, öt fokozatra is akad példa. A Formula E autóknál is egyrészt a motor fordulatszám tartományát és az autótól elvárt sebességtartományt hozzák fedésbe a sebességváltóval, másrészt viszont a visszatáplálás hatékonyságát növelik alkalmazásával. Lassításkor és elektromos fékezéskor általában visszaváltanak egy, vagy akár két fokozatot azért, hogy a generátor üzemre kapcsolt elektromotor felpörgetésével minél több áram termelődjön vissza az akkumulátorba. Nagyobb fordulatszámon ugyanis jobb a töltés hatásfoka.

Egyes gyártók, például az Audi vagy a Porsche 2 sebességes sebességváltót is használnak a nagyobb sebességnél nagyobb hatékonyság érdekében. Nagy teljesítményű, sportos autóknál azonban megérheti beépíteni őket, mint ahogy erre már most is akad példa. Teljesen elképzelhető például, hogy a Kia nemrég bemutatott EV6 nevű elektromos autójának 260 km/órás végsebességre képes GT változatának hajtásában is találunk sebességváltót.

Hibrid autók sebességváltói

Érdekes módon, elterjedtebb a sebességváltó és elektromotor együttműködése a különböző hibrid autókban. A hibrid autók hajtásáról villanymotorok és egy belső égésű motor együttesen gondoskodnak. A legtöbb hibrid járműben egy szabványos, egyfokozatú villanymotor működik, míg a belső égésű motor egy hagyományos automata sebességváltón keresztül adja át a teljesítményt. Az operációs rendszer a terhelési körülményektől függően vált a benzinmotor és a villanymotor és az akkumulátor használata között.

A Honda fejlett e:HEV hibrid hajtásláncában két villanymotor működik - egy generátor és egy hajtómotor. A technológia zökkenőmentesen vált a három üzemmód között - attól függően, hogy épp melyik a leghatékonyabb:

1.9 D Kangoo adagoló hibaelhárítás

• Elektromos hajtás esetén a motor csak az akkumulátor energiáját használja.
• Hibrid hajtás esetén a motor táplálja a generátormotort, amely aztán energiát ad le az elektromos hajtást biztosító motornak. A benzinmotor által megtermelt felesleges energiát a rendszer a generátoron keresztül az akkumulátorok töltésére használja.
• Benzinmotoros hajtás esetén a benzinmotor hajtja a kerekeket.

A Toyota konszern a hibridjeibe fokozatmentes elektromos erőátvitelt szerel, de nem teljesen azonos megoldással. A Lexusok többségében azonban van váltó, amivel egyrészt nagy sebességnél ejteni tudják a benzinmotor fordulatszámát, másrészt a hajtó elektromotor is jobban illeszthető a pillanatnyi hajtási igényekhez. Szintén találunk váltót a Renault E-Tech hibrid rendszerében az elektromotor mellett.

A hagyományos vezetési élmény visszahozása: Szimulált manuális váltók

Bár az elektromos járművek teljesen eltérő hajtásláncot használnak, mint a belső égésű motorral működő autók, a gyártók igyekeznek visszaadni a hagyományos járművek vezetési élményét. A szkeumorfizmus egy görög eredetű szó, ami nagyjából annyit jelent, hogy valami, ami másnak próbál látszani, mint ami. A személyautók világa ugyancsak tele van szkeumorfizmusokkal, mint például a szintetikus motorhang az elektromos autókon. Jelenleg két manuális váltóval szerelt elektromos autó van forgalomban, de előfordulhat, hogy több gyártó is megjelentet majd ilyen járműveket.

Ennek egyik példája a Ford által március 20-án bejegyzett szabadalom, amely egy manuális váltó finomabb működését mutatja be elektromos járműveken. A szabadalom, amely a „Shifter Assembly For Electric Vehicle” (Váltóegység elektromos járműhöz) nevet viseli, egy klasszikus váltókart ábrázol, amely egy dobozban helyezkedik el. Ehelyett a váltókar a padló emelt részén található, és különböző aktorokat működtet, amelyek egy elektronikus energiaellátó rendszer által vannak vezérelve. Más szóval, a váltókar előre-hátra történő mozgatásával jeleket küldenek, amelyek befolyásolják a jármű motorjának (vagy motorjainak) kimenetét, így utánozva a hagyományos váltók működését.

Ford nem csupán egy egyszerű mechanizmust szabadalmaztatott. A váltókar kis motorokat tartalmaz, amelyek erő-visszajelzést adnak a vezető számára. A kar vibrálhat, mint egy nagy teljesítményű V-8-as motorral rendelkező autó, és az egyes „sebességek” közötti váltásnál ellenállást is érezhetünk. A Ford szabadalmának célja a vezetési élmény fokozása, mivel az elektromos járművek gyors és sima működése nem ad olyan érzést, mint egy hagyományos sportautó.

Ford nem egyedül dolgozik ezen az ötletén. A Hyundai az Ioniq 5 N modellel kezdte el ezt a koncepciót, amely szimulált váltókarokat alkalmaz, hogy hasonló vezetési élményt biztosítson, mint egy hagyományos belső égésű motoros autó. A Toyota hasonló megoldást próbál a Lexus RZ új modelljén, és Japánban teszteltek olyan prototípusokat is, amelyek szimulált váltót alkalmaznak - kuplunggal és lefulladásokkal együtt. A három éve fejlesztés alatt álló rendszer a 2026-os bevezetésre készülő modellek vásárlói számára gyári opció lesz. A rendszer szinte teljes egészében szoftveresen működik, a hardveres módosítás a Toyota GR86-ból kölcsönzött kuplungpedál és a sebességváltó.

Az első fokozatot ugyanúgy kell kapcsolni, mint bármelyik kézi váltós autóban. A váltás rövid és precíz, a kuplung pedig erőteljes. A szokásos manuális funkciók mind megvannak: motorfékezés, kigurulás, és ami a legmulatságosabb, hogy nincs nyomaték, amikor hirtelen megpróbálunk felgyorsítani a legmagasabb fokozatban, ami az utastér burkolatának zörgő részeinek szintetikus hangját hozza magával. A Toyota olyan „On Demand” szoftvert is fejleszt az akkumulátoros elektromos járművekhez, amely megváltoztatja az autó teljesítményét, hogy bizonyos más modelleket utánozzon.

Az elektromos motorok típusai

Az autók elektromos motorjai olyan eszközök, amelyek az elektromos energiát mechanikai energiává alakítják át egy jármű mozgatására. A hagyományos benzinmotorokkal ellentétben, amelyek az égésen alapulnak, az elektromos motorok akkumulátorokban tárolt villamos energiát használnak. Elektromos motorok hatékonyabbak lehetnek, mint a belsőégésű motorok, mivel kevesebb mozgó alkatrészük van, és nem igényelnek bonyolult erőátviteli rendszert. A személygépkocsik elektromos motorjainak különböző típusai léteznek, mindegyiknek megvannak a maga előnyei.

AC és DC motorok a gépkocsikban használt elektromos motorok két fő típusa. A váltakozó áramú motorokat hatékonyságuk és sokoldalúságuk miatt gyakran előnyben részesítik a modern elektromos járműveknél. Különböző sebességtartományokat tudnak kezelni, és könnyebben karbantarthatók. Indukciós és állandó mágneses motorok két népszerű típusa az EV autómotorok. Indukciós motorok elektromágneses indukciót használnak nyomaték létrehozására. Robusztusak és ideálisak a nagy teljesítményű alkalmazásokhoz. Állandó mágneses motorok mágneseket használnak a mágneses mező létrehozásához, és nagy hatékonyságot és teljesítményt nyújtanak.

A váltakozó áramú motorok általában három fázisúak. A három fázisfeszültség segítségével előállítható a tökéletes forgó mágneses tér, amivel a forgó rész vagy szinkronban forog - ez a szinkron motor - vagy a szinkron fordulattól eltérő fordulatszámon - tehát aszinkron motor. Egy rövidre zárt forgórészű aszinkron vagy a gerjesztett szinkron motor gyártásához nincs szükség semmilyen ritka földfémre, mágneses anyagokra (pl neodímiumra).

A sebességváltók fejlődése és típusai

A sebességváltók elhelyezésében a század közepére két nagy iskola alakult ki: az amerikaiak a háromsebességes kormányváltókat preferálták, míg Európában a padlóra szerelt négysebességes botváltó terjedt el. A manuális sebességváltóval szerelt autókban van hátrameneti fokozat, és a hagyományos autók sebességváltói 3 és 9 fokozat közöttiek, évjárattól függően. Manapság a kézi váltók esetében elterjedt a 6 fokozat, automata váltóknál pedig akár 9-ig is nőhet ez a szám, főleg a prémium kategóriában.

A váltó típusok jellemzői

Jelenlegi trendek az autóiparban

Az automata sebességváltók évtizedek óta igen elterjedtek Észak-Amerikában. Ott alig van kézi váltós autó. Európában viszont nagyon sokáig a kézi váltók voltak a legelterjedtebbek. Míg 2000-ben a Németországban eladott új autók mindössze 20 százaléka volt automata, addig 2017-re ez az arány 47 százalékra emelkedett. 2022-ben az új autók 66 százaléka automata sebességváltóval is rendelkezik. A tendencia az autók összlétszámában is jól látható. Ennek oka a vásárlók megnövekedett kényelmi igénye, az egyre jobb automata sebességváltók és a hibridizáció növekedése.

Egyértelmű, hogy az automata sebességváltók aránya tovább fog nőni, mivel a klasszikus belső égésű motorral felszerelt, megfizethető mikro- és kisautók száma tovább csökken. Hétköznapi használatra szánt elektromos autókban jelenleg sincs és várhatóan a jövőben sem alkalmaznak majd sebességváltót, elsősorban valószínűleg költségek és a vételár csökkentése miatt. Ne felejtsük el azonban a többi hátrányt sem: mert bonyolultabbá teszi a szerkezetet, növelheti a karbantartásigényt, és csökkentheti a megbízhatóságot. Az elektromos autók azonnali teljesítményük révén már most is a világ leggyorsabb sorozatgyártású autói. Az autógyártó az elektromos autókhoz olyan 1 sebességes megoldást fejleszt ki, amelynek áttételezése hatékonyan szabályozza a villanymotort, és a legjobb egyensúlyt kínálja a gyorsulás és a végsebesség között.

tags: #technológiai #mechanika #elektromos #autó #sebességváltó

• Hátsó könyöklő beszerelése Mk2 Mondeóba
• Klasszikus Mofém Golf csaptelepek
• Vélemények a CLS 320 CDI-ről
• Céges autók esetpélda az informatika érettségin
• A megfelelő akkumulátor méret kiválasztása Octavia 1.6 TDI-hez