 |
| Đa số các mẫu xe điện thường chỉ cần 1 cấp số là đủ hoạt động trong mọi tình huống |
Một chiếc ô tô điện có thể tăng tốc từ trạng thái đứng yên lên tốc độ cao trên đường cao tốc mà không cần chuyển số như những mẫu xe chạy xăng. Thay vì liên tục thay đổi tỷ số truyền, phần lớn ô tô điện sử dụng hộp giảm tốc một cấp, cho phép mô-tơ điện hoạt động trong dải tốc độ rộng.
Nguyên nhân nằm ở sự khác biệt cơ bản giữa mô-tơ điện và động cơ đốt trong. Mô-tơ điện có thể tạo ra mô-men xoắn lớn ngay từ tốc độ quay thấp và hoạt động hiệu quả trong dải tốc độ rộng hơn, nhờ đó giảm nhu cầu sử dụng hộp số nhiều cấp. Tuy nhiên, không phải mọi ô tô điện đều chỉ có một cấp số. Một số mẫu xe sử dụng hộp số hai cấp để cân bằng khả năng tăng tốc, hiệu suất ở tốc độ cao và mức tiêu thụ năng lượng.
Vì sao mô-tơ điện không cần nhiều cấp số?
Động cơ xăng và diesel chỉ tạo ra công suất hữu ích trong một dải vòng tua nhất định. Hộp số truyền thống sử dụng nhiều tỷ số truyền để giúp động cơ hoạt động trong dải vòng tua phù hợp khi xe tăng tốc, leo dốc hoặc di chuyển ở tốc độ cao.
Mô-tơ điện hoạt động theo cách khác. Chúng có thể vận hành trong dải tốc độ quay rộng và tạo ra mô-men xoắn đáng kể ở tốc độ thấp. Nhờ vậy, các hãng xe có thể sử dụng một tỷ số truyền cố định cho nhiều điều kiện vận hành, thay vì liên tục chuyển số.
Điều này không có nghĩa mô-tơ điện luôn tạo ra công suất tối đa ở mọi tốc độ. Mô-men xoắn và công suất vẫn thay đổi theo tốc độ quay, đồng thời mô-tơ cũng có những giới hạn vận hành nhất định. Tuy nhiên, dải tốc độ hoạt động rộng hơn khiến hộp số nhiều cấp không còn cần thiết đối với phần lớn ô tô điện du lịch.
Mô-men xoắn lớn ở tốc độ thấp cũng giúp giải thích vì sao xe điện có thể tăng tốc nhanh ngay từ khi khởi hành. Mô-tơ điện không cần tăng vòng tua theo cách tương tự động cơ đốt trong, dù khả năng tăng tốc thực tế vẫn phụ thuộc vào công suất mô-tơ, khả năng cung cấp điện của pin, độ bám đường và hệ thống điều khiển điện tử.
Vì sao xe chạy xăng cần nhiều cấp số?
 |
| Động cơ dốt trong thường cần nhiều cấp số để tối ưu hiệu suất vận hành trong các điều kiện khác nhau |
Động cơ đốt trong thường cần hoạt động trong một dải vòng tua tương đối hẹp để cân bằng giữa khả năng vận hành, mức tiêu thụ nhiên liệu và độ bền. Ở tốc độ thấp, số thấp giúp nhân mô-men xoắn từ động cơ đến bánh xe, hỗ trợ xe khởi hành. Khi tốc độ tăng lên, các cấp số cao hơn cho phép động cơ quay chậm hơn so với tốc độ quay của bánh xe, giúp duy trì khả năng vận hành và giảm vòng tua khi chạy đường trường.
Các hộp số tự động hiện đại có thể sở hữu 8, 9 hoặc thậm chí 10 cấp số tiến. Nhiều tỷ số truyền hơn giúp kỹ sư có thêm lựa chọn để cân bằng khả năng tăng tốc, tiết kiệm nhiên liệu, độ êm ái và lượng khí thải.
Phần lớn ô tô điện có thể đạt được những mục tiêu tương tự bằng một tỷ số truyền cố định. Mô-tơ điện thay đổi tốc độ quay theo tốc độ di chuyển của xe, trong khi hệ thống điện tử điều chỉnh công suất đầu ra.
Kết quả là xe tăng tốc liền mạch, không có những lần chuyển số cơ học thường thấy trên ô tô sử dụng động cơ đốt trong. Hệ truyền động cũng không cần liên tục lựa chọn giữa nhiều tỷ số truyền khác nhau.
Hộp giảm tốc một cấp trên ô tô điện hoạt động thế nào?
Hệ truyền động một cấp trên ô tô điện thường không kết nối trực tiếp mô-tơ với bánh xe. Thay vào đó, hệ thống sử dụng bộ giảm tốc cố định để giảm tốc độ quay cao của mô-tơ xuống mức phù hợp với bánh xe, đồng thời tăng mô-men xoắn truyền đến hệ truyền động.
Các bộ phận chính thường đảm nhiệm những chức năng sau:
- Mô-tơ điện: Chuyển đổi năng lượng điện thành chuyển động quay cơ học.
- Bộ giảm tốc: Giảm tốc độ quay và tăng mô-men xoắn truyền đến hệ truyền động.
- Bộ vi sai: Cho phép các bánh xe chủ động quay ở tốc độ khác nhau khi vào cua.
- Bánh xe: Truyền lực kéo xuống mặt đường để tạo chuyển động.
Cấu hình cụ thể tùy thuộc vào từng mẫu xe. Ô tô điện dẫn động cầu sau có thể sử dụng một cụm truyền động ở phía sau, trong khi phiên bản dẫn động bốn bánh có thể bố trí các cụm mô-tơ riêng ở cầu trước và cầu sau. Mỗi cụm truyền động có thể sử dụng bộ giảm tốc riêng.
Do không cần chuyển đổi giữa nhiều tỷ số truyền, hệ truyền động một cấp có thể đơn giản hơn hộp số nhiều cấp truyền thống. Tuy nhiên, ô tô điện vẫn cần các bánh răng, ổ bi, trục truyền động và những bộ phận cơ khí khác. Hiệu suất tổng thể còn phụ thuộc vào toàn bộ hệ truyền động, chứ không chỉ số lượng cấp số.
Không phải ô tô điện nào cũng chỉ có một cấp số
 |
| Mẫu xe điện Porsche Taycan sử dụng hộp số hai cấp |
Dù hộp giảm tốc một cấp phổ biến trên thị trường ô tô điện, một số nhà sản xuất sử dụng hộp số hai cấp để cải thiện hiệu suất hoặc khả năng vận hành trong những điều kiện nhất định.
Ví dụ, Porsche Taycan sử dụng hộp số hai cấp ở cầu sau. Số một cung cấp mô-men xoắn lớn để hỗ trợ tăng tốc từ trạng thái đứng yên, trong khi số hai hỗ trợ hiệu suất và khả năng truyền công suất ở tốc độ cao. Trên các phiên bản dẫn động bốn bánh, cầu trước sử dụng hộp số một cấp.
Audi e-tron GT cũng sử dụng hộp số hai cấp ở cầu sau. Theo Audi, số một hỗ trợ khả năng tăng tốc ban đầu, còn số hai giúp cải thiện hiệu suất và khả năng truyền công suất khi xe chạy nhanh hơn.
Phiên bản CLA thuần điện phát triển trên nền tảng MMA của Mercedes-Benz cũng được trang bị hộp số hai cấp. Hãng xe Đức thiết kế hệ thống này nhằm cân bằng giữa khả năng vận hành thể thao và hiệu quả sử dụng năng lượng. Đây là phiên bản thuần điện, không phải biến thể hybrid sử dụng cùng tên gọi.
Những ví dụ này cho thấy thiết kế hộp số phụ thuộc vào mục đích sử dụng của từng mẫu xe. Một mẫu xe thiên về hiệu suất có thể hưởng lợi từ số một với tỷ số truyền ngắn để tăng tốc và số hai với tỷ số truyền dài hơn để di chuyển ở tốc độ cao. Các loại xe thường xuyên chở tải nặng hoặc cần tối ưu hiệu suất trong nhiều điều kiện cũng có thể hưởng lợi từ nhiều cấp số.
Tuy nhiên, hộp số nhiều cấp làm tăng số lượng chi tiết, khối lượng, chi phí và độ phức tạp của hệ thống điều khiển. Chúng cũng có thể tạo ra tổn hao cơ học bổ sung, dù mức độ ảnh hưởng phụ thuộc vào thiết kế và điều kiện vận hành. Hộp số nhiều cấp chỉ thực sự đáng sử dụng khi lợi ích về hiệu suất hoặc mức tiêu thụ năng lượng bù đắp được những nhược điểm này.
Thêm cấp số có giúp ô tô điện đi xa hơn?
Câu trả lời là có thể. Mô-tơ điện không đạt hiệu suất tối ưu ở mọi mức tốc độ quay và mô-men xoắn. Vì vậy, tỷ số truyền cố định luôn là một phương án thỏa hiệp giữa khả năng tăng tốc ở tốc độ thấp, khả năng leo dốc, tốc độ tối đa và mức tiêu thụ năng lượng.
Một cấp số bổ sung có thể giúp mô-tơ hoạt động gần vùng hiệu suất thuận lợi hơn trong một số điều kiện. Nó cũng có thể giúp kỹ sư cân bằng khả năng tăng tốc mạnh với hiệu quả vận hành khi chạy ở tốc độ cao. Các nghiên cứu về hộp số nhiều cấp cho xe điện đã xem xét những lợi ích tiềm năng này, bao gồm cải thiện khả năng tăng tốc, leo dốc và phạm vi hoạt động. Kết quả thực tế phụ thuộc vào thiết kế xe, mô-tơ, hộp số và chu trình lái.
Tuy nhiên, đối với ô tô điện phục vụ nhu cầu đi lại hằng ngày, hộp số một cấp thường mang lại sự cân bằng thực tế hơn. Mô-tơ điện hiện đại có thể hoạt động trong dải tốc độ rộng, trong khi nhà sản xuất có thể tối ưu tỷ số truyền cố định để đáp ứng yêu cầu về khả năng tăng tốc, tốc độ tối đa và hiệu suất mà không cần bổ sung cơ cấu chuyển số.
Đây cũng là một trong những lý do khiến ô tô điện có cảm giác lái khác biệt so với xe sử dụng động cơ đốt trong. Thay vì phụ thuộc vào việc chuyển số cơ học thường xuyên, hệ thống điều khiển điện tử có thể điều chỉnh công suất mô-tơ theo nhu cầu vận hành.
Duy Thành
Copy link
