خودروهای الکتریکی (EVs) با کنار گذاشتن موتورهای احتراق داخلی، نیاز به گیربکس‌های پیچیده چندسرعته سنتی را از میان برده و دوران جدیدی از سیستم‌های انتقال قدرت را معرفی کرده‌اند. سادگی گیربکس‌های تک‌سرعته در EVها، یکی از مهم‌ترین تغییرات مهندسی در این خودروهاست.
۱. چرا گیربکس تک‌سرعته (Single Speed)؟
برخلاف موتورهای احتراقی که گشتاور را فقط در محدوده باریک و میانی دور موتور تولید می‌کنند، موتورهای الکتریکی دارای دو ویژگی کلیدی هستند که نیاز به دنده‌های متعدد را حذف می‌کند:
- گشتاور لحظه‌ای در دور پایین: موتورهای الکتریکی بیشترین گشتاور خود را از دور صفر (لحظه شروع حرکت) تولید می‌کنند. این بدان معناست که نیازی به دنده‌های سنگین اولیه (مانند دنده ۱ و ۲) برای غلبه بر اینرسی حرکت نیست.
- بازه گسترده دور موتور (RPM): موتورهای الکتریکی مدرن می‌توانند با کارایی بالا در بازه‌ای بسیار گسترده‌تر از دور موتور (گاهی تا 18,000 دور در دقیقه یا بیشتر) کار کنند. این انعطاف‌پذیری، نیاز به تنظیم مداوم ضریب دنده را از بین می‌برد.
در نتیجه، گیربکس EVها صرفاً یک سیستم کاهش دنده (Reduction Gear) است که وظیفه دارد دور موتور بسیار بالای الکتریکی را به یک سرعت قابل استفاده برای چرخ‌ها تبدیل کند و در عین حال، گشتاور را افزایش دهد.
۲. ساختار و اجزای گیربکس‌های تک‌سرعته EV
گیربکس EV Single Speed بسیار ساده‌تر و فشرده‌تر از گیربکس‌های DCT یا AT سنتی است و اغلب به صورت یکپارچه با موتور و دیفرانسیل در یک واحد واحد به نام "محور الکتریکی" (e-Axle) قرار می‌گیرد.
جزء | کارکرد در EV Single Speed |
دنده‌های کاهش | کاهش دور موتور الکتریکی در یک یا دو مرحله (مثلاً ضریب کاهش 9:1 تا 12:1). |
بلبرینگ‌ها و شفت‌ها | حفظ هم‌راستایی و انتقال نیرو با حداقل اصطکاک. |
پمپ روغن | روغن‌کاری و خنک‌کاری دنده‌ها (در برخی مدل‌ها از سیستم خنک‌کاری خارجی موتور بهره می‌گیرد). |
دیفرانسیل | تقسیم گشتاور بین دو چرخ یک محور. |
نکته فنی: برخلاف گیربکس‌های دستی که به دلیل گشتاور زیاد در دنده‌های پایین نیاز به دنده‌های قوی دارند، دنده‌های کاهش در EVها عمدتاً برای کاهش نویز (Noise, Vibration, and Harshness - NVH) طراحی می‌شوند تا انتقال قدرت نرم و بی‌صدا باشد.
۳. عیب‌یابی و مشکلات تخصصی گیربکس‌های EV
اگرچه این گیربکس‌ها ساده هستند، اما مشکلات آن‌ها اغلب با نویز، لرزش و یا خرابی ناشی از سایش قطعات با سرعت دور بالا مرتبط است:
الف) نویز و زوزه (Whining Noise)
- علت: شایع‌ترین مشکل، نویز با فرکانس بالا (زوزه) است که معمولاً به دلیل سرعت دور بالای موتور الکتریکی و دنده‌ها رخ می‌دهد. تلورانس‌های پایین ماشین‌کاری دنده‌ها، تنظیم نادرست فاصله بین دنده‌ها (Backlash)، یا خرابی بلبرینگ‌ها منابع اصلی این نویز هستند.
- عیب‌یابی: گوش دادن تخصصی در سرعت‌ها و بارهای مختلف. نویز دنده‌ای با تغییر سرعت (نه دور موتور) تغییر می‌کند. خرابی بلبرینگ‌ها معمولاً در تمام محدوده‌های سرعت نویز ایجاد می‌کند.
ب) نشتی و آلودگی روغن گیربکس
- علت: مانند هر گیربکسی، نشتی از محل کاسه نمدها یا واشرها رخ می‌دهد. همچنین، آلودگی روغن به دلیل سایش دنده‌ها و ذرات فلزی می‌تواند باعث تسریع سایش و نویز شود.
- عیب‌یابی: بررسی سطح و کیفیت روغن (Gear Oil) ضروری است. اگرچه در بسیاری از EVها روغن گیربکس نیازی به تعویض دوره‌ای ندارد، اما چک کردن سطح آن برای جلوگیری از آسیب حرارتی و سایش مهم است.
ج) مشکلات مربوط به خنک‌کاری و حرارت
- علت: با وجود خنک‌کاری سیستم، انتقال قدرت متمرکز در یک جعبه کوچک حرارت قابل توجهی ایجاد می‌کند. خرابی پمپ روغن یا سیستم خنک‌کاری می‌تواند باعث بالا رفتن دمای روغن و تخریب آن شود.
- عیب‌یابی: نظارت بر سنسورهای دمای روغن گیربکس از طریق دیاگ. دمای بیش از حد بالا (بیش از حد مجاز سازنده) نیازمند بررسی سیستم خنک‌کاری و روغن‌کاری است.
۴. گرایش به سمت گیربکس‌های چندسرعته در EVها
در حالی که اکثر EVهای فعلی تک‌سرعته هستند، تولیدکنندگان برای رسیدن به کارایی و بُرد بالاتر، به تدریج در حال حرکت به سمت گیربکس‌های دو یا سه سرعته هستند:
- مزایای دنده‌های بیشتر:
- افزایش بُرد: با افزودن دنده‌های بلندتر، موتور می‌تواند در سرعت‌های بالا (مانند بزرگراه) در دور موتور پایین‌تر کار کند و مصرف انرژی را کاهش دهد.
- افزایش گشتاور: دنده‌های کوتاه‌تر در سرعت‌های پایین می‌توانند گشتاور بیشتری را برای خودروهای سنگین (مانند کامیون‌ها یا SUVهای عملکرد بالا) فراهم کنند.
- مثال: شرکت‌هایی مانند پورشه در مدل Taycan از گیربکس دو سرعته در محور عقب استفاده می‌کنند تا هم شتاب بالا و هم راندمان بزرگراهی را داشته باشند.
این روند نشان‌دهنده آن است که اگرچه سادگی تک‌سرعته یک مزیت است، اما برای به حداکثر رساندن پتانسیل عملکرد و بُرد، سیستم‌های انتقال قدرت EVها نیز به تدریج پیچیده‌تر خواهند شد.
