«Автомат» или «механика» для современного электромобиля — это реально? - «Автоновости»
Автор: Дмитрий Зинченко
Фото из открытых источников и компаний-производителей
Источник: ДромВ прошлом году на мировом рынке появились первые электромобили с коробками передач — Hyundai Ioniq 5 N и Lexus RZ 550e F Sport. Чуть позже эту идею взяли на вооружение Mercedes и Porsche. Ответы на вопросы «что это такое и зачем оно нужно» — в сегодняшнем материале Дрома.
Да, вы не ослышались: автомобильные компании в последнее время все активнее заговорили о внедрении возможности переключать «передачи» для владельцев электромобилей. Любой человек, хоть немного понимающий в устройстве современных EV, конечно, эту идею найдет весьма странной: подавляющее большинство «электричек» вполне успешно довольствуются редуктором с постоянным передаточным отношением.
Маркетинговые исследования среди владельцев электрокаров, особенно мощных, показали, что многим водителям не хватает эффекта разгона и большей вовлеченности в процесс управления — чувства нарастания оборотов «двигателя», специфических рывков при переключениях, а также соответствующего звука. Надо же, какая неожиданность: нашлись люди, на которых плоское, бесшовное и почти бесшумное, хотя и очень быстрое, ускорение «электрички» не производит должного впечатления. Какой же выход нашли Toyota, Hyundai, Mercedes и Porsche? Чуть позже узнаете, а пока немного теории и истории.
Нужна ли электромобилю коробка передач?
Мы не будем сегодня глубоко залезать в технические дебри этого вопроса, а попытаемся дать простой ответ, понятный обывателю. Автомобили с ДВС используют изменение передаточного отношения при помощи коробки передач для того, чтобы преодолеть энергию покоя при старте (ведь на холостых оборотах тяга всегда минимальна), а также для того, чтобы двигатель, независимо от скорости движения, мог находиться в зоне самых эффективных оборотов, когда крутящий момент максимален, ведь эффективный диапазон работы ДВС довольно узок, что видно из графика. К тому же такой режим оптимален и для снижения расхода топлива, значит, и экологии. Как раз этим вызвано желание современных автопроизводителей «нарезать» передачи максимально мелко — сейчас встречаются даже 10-ступенчатые «автоматы».
Главное отличие электродвигателя от бензинового или дизельного — максимальный крутящий момент доступен с нуля оборотов, «полка момента» продолжается до средних оборотов, а потом тяга постепенно падает.
Теперь же взглянем на график момента электродвигателя: так это именно то, что нужно для автомобиля — максимальный момент на «низах», который с увеличением оборотов плавно снижается! Идеальные характеристики, при которых вполне достаточно одноступенчатого редуктора, выполняющего функции главной передачи, и плавного ускорения во всем диапазоне оборотов и скоростей. Поэтому именно такая схема используется на подавляющем большинстве современных электромобилей. Есть у нее еще одно неоспоримое преимущество — меньше сложных и механически изнашиваемых деталей, никаких сцеплений или фрикционов, замен масла и, как следствие, меньшие эксплуатационные затраты. Казалось бы, сплошные плюсы, кто же додумался установить коробку передач на электромобиль?
Особенности работы автомобилей с электрической силовой установкой и ДВС
| Электро | ДВС | |
| Коробка передач | Одноступенчатая трансмиссия | «Ручка» или «автомат» с несколькими передачами |
| Сцепление | Отсутствует | Необходимо для «механики», фрикционы в «автомате» |
| Переключение передач | Отсутствует | Постоянно |
| Двигающиеся детали | Мало | Много |
| Обслуживание | Более длинные интервалы, меньшие затраты | Постоянное — чем дальше, тем дороже |
| Ощущения при вождении | Плавное, тихое | Шумное, с рывками и необходимостью участия водителя |
История EV с коробками передач
Как мы выяснили в предыдущем разделе, современный электромобиль вполне обходится без классической коробки передач. И все же «электрички» с обычными трансмиссиями истории известны. Условно их можно разделить на две группы. В первой — результаты так называемой электроконверсии. Этот вариант был особенно распространен на заре создания «массовых» EV: когда уникальных платформ еще не существовало, конструкторы объединяли электрический двигатель и «батарею» со стандартным шасси. Во второй — несколько современных гиперкаров, которые используют двухступенчатую «коробку» для большей отдачи при активных ускорениях, например, на гоночном треке.
Конверсия
Родоначальниками жанра «серийного электромобиля» можно считать две американских компании — US Electricar и Solectria — которые начали осуществлять свои попытки еще в конце 80-х годов, когда CARB (California Air Resources Board) начал разрабатывать программу по «чистым автомобилям», которую закрепили в США в 1990 году. Мы ставим «серийные» в кавычки, потому что все эти потуги в итоге заканчивались высоченными ценами, скромными характеристиками и, можно сказать, штучными продажами. Тем не менее это веха в истории электромобилей с коробками передач, и пройти мимо нее мы не можем.
US Electricar начала переделывать серийные автомобили в электрические еще в 1970-х годах, в 80-х выпускала EV-версии популярных Renault 5 и Fiat Strada — так называемые Lectric Leopards. В 1994 году Electricar был поглощен компанией Solar Electric Engineering, начался выпуск электрического пикапа Chevrolet S-10 и построенного на его базе развозного фургончика Grumann LLV, который использовала в основном Почтовая служба США. Вдаваться в подробности мы не будем — это тема отдельной статьи, поверьте — но все эти экземпляры в том или ином виде использовали стандартную коробку передач, преимущественно в виде «заваренного» на одной передаче «автомата».
Enova Electric Chevy S-10 (вверху), Grumann LLV, Lectric Leopard Fiat Strada и Lectric Leopard Renault 5
«Первенцем» компании Solectria, разрешенным для использования на дорогах, в 1991 году стала модель Force, созданная на базе продающегося на тот момент в Канаде хэтчбека Geo Metro, который, в свою очередь, являлся перелицованным Suzuki Cultus (Swift). В 1993 году, как и US Electricar, в «Солектрии» конверсировали Chevrolet S-10 (Blazer). Все это были весьма специфические и очень дорогие продукты. Для примера, цена хэтчбека Force в 1998 году составляла $26 000 (примерно соответствует $50 000 в 2026 году с учетом инфляции), а за E-10 просили $43 000 (около $90 000 сейчас). При этом их пробеги на одной заправке стали превышать 100 км, только когда в 1995 году свинцовый аккумулятор у Force заменили на Ni-MH!
Solectria Force (вверху) и Solectria Sunrise (внизу слева)
Chevrolet S-10
Если модели Force и E-10 внешне копировали своих вполне заурядных «доноров» Geo Metro и Chevrolet S-10, то концепт Sunrise, появившийся в 1994 году, выглядел очень футуристично! Но только выглядел: под необычным кузовом скрывалась хаотичная мешанина из самых разных деталей, например, элементы подвески и тормозной системы взяли от того же Metro и Dodge Neon. Маломощный асинхронный двигатель (68 л.с.) передавал момент на передние колеса через, по сути, стандартный «автомат» Geo Metro. И все же Ni-MH аккумулятор GM/Ovonic вкупе с отличной аэродинамикой (Сх=0,17) позволяли проехать на одной «зарядке» около 350 км. Solectria уже готовилась к серийному производству, но цену снизить не удалось (первые экземпляры стоили $100 000 вместо обещанных $20 000), Калифорния отменила требования по введению нулевых выбросов, и в конце 90-х годов проект забросили.
Особенно забавно в наше время выглядят свинцово-кислотные «батарейки» (13 кВт⋅ч), расположенные в нише запасного колеса. Говорят, на деле пробег пикапа составлял всего 50 км, а потом его приходилось заряжать от 220-вольтовой сети в течение чуть ли не 12 часов.
На самых первых версиях Tesla Roadster была попытка использовать 2-ступенчатую трансмиссию
В 2004 году, создавая свой первый электромобиль Tesla Roadster, на «грабли» многоступенчатой трансмиссии наступил Илон Маск. Первые версии Родстеров оснащались 2-ступенчатой коробкой передач (отдаленным аналогом того, что сейчас устанавливается на Porsche Taycan и Audi e-tron GT, о которых ниже), которая оказалась очень ненадежной. К тому же те первые Родстеры разгонялись до 100 км/ч за 5,7 секунды, а после замены этой «коробки» на классический редуктор этот показатель улучшился сразу до 3,7 секунды!
Бывали случаи использования на «электричках» стандартных коробок передач и уже в относительно современной истории. Так, в 2014 году была запущена серия Formula E, на одинаковых гоночных автомобилях которой — Spark Renault SRT-01E — использовалась поначалу секвентальная 5-ступенчатая коробка передач Hewland. Совсем недавно, в 2022 году, Jeep представил семь «концептов» для «Пасхального сафари». Главным героем стал прототип Magneto 2.0, у которого 635-сильный электромотор передает момент на колеса через… 6-ступенчатую «механику»! Правда, дальше единичного образца дело так и не пошло.
У первой Формулы Е — секвентальная коробка передач Hewland, а у электрического прототипа Jeep Wrangler Magneto —6-ступенчатая «механика» от обычного Рэнглера
Электромобили с 2-ступенчатой КП
Среди же серийно выпускаемых на данный момент электромобилей мы знаем только два, которые используют 2-ступенчатые трансмиссии. Это Porsche Taycan и его более бюджетный «близнец» Audi e-tron GT. У этой коробки передач от ZF — один планетарный редуктор и две муфты с примерно вдвое отличающимся передаточным отношением и возможностью отключать задний электромотор. Точка переключения — примерно на 80 км/ч и только в режимах Sport и Sport+. В обычных условиях, без серьезной нагрузки, Taycan и e-tron GT используют только вторую «передачу».
Из ныне выпускающихся электромобилей две передачи есть только у соплатформенных суперкаров Porsche Taycan Audi e-tron GT
И снова здравствуйте: Hyundai, Toyota, Mercedes и Porsche возвращают «коробки передач» в электромобили!
Почему вообще возникла такая идея? Оказалось, покупая мощный EV — а нынешние электрогиперкары давно перешагнули отметку в 1000 л.с. — владелец желает ощущений несколько больших, чем пушечный и линейный разгон почти в полной тишине. Да, некоторые автопроизводители предлагают специальное акустическое сопровождение, когда из колонок аудиосистемы раздается синтезированный звук «двигателя». Но этот саунд зачастую никак не вяжется с бесшовным и плоским ускорением. Поэтому решено было… синтезировать и коробку передач! Да-да, друзья, речь, конечно же, идет о программном решении, о «софте», o drive-by-wire, а не о «железе». Но так ли это плохо? Ведь привыкли же мы к электронной педали газа на многих автомобилях.
Lexus UX 300e MT
Впервые разговоры о возвращении «коробки передач» в электромобили зазвучали примерно в 2023 году со стороны компании BMW. Дескать, в 2027 году мы ждем новый М3 на платформе Neue Klasse, а значит, полностью электрический (не волнуйтесь, бензиновые версии пока тоже будут), не мешало бы для него придумать систему, которая бы имитировала звук двигателя и «автомат» со ступенчатыми переключениями. Но пока в BMW думали (а на новом М3 все же появится simulated gearbox), идею подхватили в Toyota, и уже в конце октября 2023 года выкатили прототип Lexus UX 300e аж с ручной «коробкой передач»! Посмотрите, в центральный тоннель имплантировали рычаг МКП от Toyota GT86, от этого же купе взяли и три педали! На тахометре отображались «обороты двигателя», из колонок шел звук, водитель пользовался сцеплением, а автомобиль мог даже… «заглохнуть» при неудачном старте, отключив электромотор. Вполне реалистично, вам не кажется? Toyota еще тогда дала понять: в будущем что-то подобное точно появится на серийных автомобилях концерна.
Hyundai IONIC 5 N стал первым серийным электромобилем с «коробкой передач». В видео ниже — наглядное подтверждение того, как работает система N e-Shift на 641-сильном Hyundai Ioniq 5 N
Но первым серийным электромобилем с виртуальной коробкой передач суждено было стать в конце 2024 года новому Hyundai Ionic 5 N — это топовая версия Ионика с 641-сильным электромотором. И тут закрадывается сомнение: а не витали ли такие идеи еще раньше? Ведь Альберт Бирман — отец-основатель отделения «N» Hyundai — до 2014 года возглавлял отдел разработок BMW M! Если серьезно, то именно Бирман стал инициатором создания аналога DSG от Hyundai — «автомата» с двумя сцеплениями, он же хотел применить что-то подобное для «электричек». В Hyundai особенно подчеркивают, что разработкой N e-Shift занимались те же инженеры, которые работали над трансмиссией DCT, чтобы имитировать физику работы ДВС и сделать процесс максимально реалистичным. Получилось ли?
Бывший чемпион мира в классе «Туринг» Габриэле Тарквини протестировал Hyundai на гоночной трассе в Италии и отметил, что в теории время круга с N eShift должно быть хуже, но стало, наоборот, быстрее! Дело в том, что выбор фиксированной «передачи» на выходе из поворота позволял минимизировать пробуксовку и сделать автомобиль более стабильным.
«Двигатель» крутится до 8000 об/мин на каждой из восьми «передач», обороты отображаются на «тахометре», звук привязан к аудиосистеме N Active Sound+, при переключениях происходит привычный разрыв тяги, присутствуют даже характерные рывки. Если эти игры вам надоели, можно перейти в обычный режим и передвигаться, как на обычном электромобиле — плавно и бесшумно. Иностранные журналисты, которым удалось прокатиться на таком Ionic 5, довольно высоко оценили нововведение и его реалистичность. Говорят, что на новом Ionic 6 N система работает еще лучше, а впоследствии она появится и на других моделях Hyundai/Kia.
Toyota же продолжила эксперименты с виртуальной коробкой передач снова на Lexus — на сей раз на полностью электрическом кроссовере RZ 550e F Sport, дебютировавшем в начале 2026 года. Конечно, первое, что обращает на себя внимание на фото, это уникальный салон европейской версии RZ со «штурвалом». Присмотритесь внимательно — за ним притаились «лепестки» переключения восьми виртуальных передач в режимах Interactive Manual Mode и M Mode (в обычных режимах ими регулируется уровень рекуперации). Как и у Ионика, звук «мотора» транслируется из динамиков, появляется тахометр с красной зоной, при переключениях присутствуют рывки, а на высокой передаче при малой скорости вам будет не хватать тяги. Но многие журналисты ругали RZ 550e F Sport за излишнюю навязчивость при выборе спортивных режимах и слишком ненатуральный звук «двигателя».
Lexus RZ 550e F Sport
Еще одним электромобилем с simulated gearbox этим летом стал новейший Mercedes-AMG GT 4Door Coupe. В исполнении немцев эта система называется AMGForce S+ и старается максимально имитировать вождение «обычного» автомобиля AMG с двигателем V8 — с переключением передач, гоночным тахометром и, конечно же, специальным звуком, который в реальном времени адаптируется к стилю вождения. Эта технология — результат долгой и кропотливой инженерной работы: интеллектуальная система микширования использует более 1600 (!) файлов для звуковой интерпретации любой дорожной ситуации. Каждый элемент сэмпла разбивается на «петли», а «микс» динамически генерируется в реальном времени в соответствии с текущим режимом — мощный разгон, переключение передач, перегазовки или характерное урчание V8 на холостых оборотах.
Mercedes-AMG GT 4Door Coupe
Уже анонсирована еще одна новинка среди суперкаров: новый Porsche Taycan появится в следующем году, и в версии Turbo GT будет предлагаться с системой E-Shift, которая вместе с звуковой системой Porsche Electric Sport Sound и виртуальным тахометром призвана выполнять те же функции виртуальной трансмиссии. Подрулевые «лепестки» позволяют выбрать одну из восьми «передач». Инженеры Porsche старались создать реалистичные ощущения от переключения «ступеней» (с кратковременными потерями мощности и заметными рывками), создать эффект «торможения двигателем» и ограничителя оборотов. Кстати, звук «мотора» отличается для разных модификаций Taycan.
Porsche Taycan 2027 e-Shift
В сухом остатке: нас обманули?
С одной стороны, пожалуй, да: никаких настоящих коробок передач никто никогда на электромобили устанавливать не станет — в этом нет никакого практического и реального смысла. И английское название «simulated gearbox» максимально точно передает смысл — это все, по сути, синтетика, иллюзия, виртуальная реальность, игрушка. С другой стороны, мы видим, что количество самых разнообразных «электричек» в мире растет год от года, и процесс этот необратим. Поэтому неудивительно, что со временем возникли идеи сделать водителя более вовлеченным в процесс управления, тем более что запрос на это явно был и остается — не пристало мощному автомобилю быть плавным и бесшумным. В случае если удастся идеально настроить все компоненты этих систем — а Mercedes-Benz, BMW и Porsche очевидно выведут их на новый уровень — это, безусловно, поможет в некотором роде скрасить скучную жизнь владельца электромобиля. Пока «е-шифт» внедряется в основном для мощных и дорогих автомобилей, но позже появится и на бюджетных вариантах: например, уже в следующем году на рынок Европы выходит «малыш» Honda SuperN (цена всего от $27 000) с аналогичной виртуальной трансмиссией.
