كيفية اختيار قوة المحرك وعزم الدوران للسيارات الكهربائية

تحديد قوة المحرك وعزم الدوران المستخدم فيمركبة كهربائية(EV) هي إحدى أهم الخطوات عند تصميم السيارة الكهربائية. سيؤدي المحرك الصغير الحجم إلى ضعف التسارع وارتفاع درجة الحرارة وانخفاض الموثوقية، في حين أن المحرك الكبير الحجم سيزيد من التكاليف والوزن واستهلاك الطاقة.

الغرض من هذه المقالة هو مساعدة المهندسين والمصنعين للمركبات الكهربائية على التحديد الدقيق للكمية المناسبة من القوة وعزم الدوران لاستخدامها في سياراتهم الكهربائية، بالإضافة إلى تغطية العوامل المختلفة المرتبطة بتحديد هذه الكميات.

فهم الاختلافات الوظيفية بين القوة وعزم الدوران

Vمهم جدًا: من أجل تحديد محرك للسيارة الكهربائية بدقة، من المهم فهم الاختلافات الوظيفية بين POWER وTORQUE من حيث صلتها بالمحركات. في أبسط معانيه:

(1) يشير عزم الدوران إلى مقدار القوة الدورانية التي يمكن أن ينتجها المحرك. ويؤثر بشكل مباشر على ما يلي:

التسارع (السرعة التي يمكن للمركبة أن تصل بها إلى سرعتها القصوى)

القدرة على تسلق التلال أو "القدرة على الصعود"

القدرة على حمل الحمولة.

(2) تشير الطاقة إلى مدى السرعة (مع مرور الوقت) التي يمكن بها إنتاج عزم الدوران.

يؤثر في المقام الأول على:

السرعة القصوى

أداء القيادة المستدام

القدرة على العمل في ظروف القيادة على الطرق السريعة عالية السرعة.

التطبيق الأكثر شيوعًا لعزم الدوران والقوة في المركبات الكهربائية هو أن عزم الدوران يؤثر بشكل أساسي على الأداء عند السرعات المنخفضة للمركبة؛ في حين تؤثر القوة على الأداء عند السرعات العالية للمركبة.

المرحلة الأولى: تحديد تطبيق المركبة ودورة العمل

عند اختيار محرك لسيارة كهربائية، تتمثل الخطوة الأولى في تحديد التطبيق المقصود للسيارة الكهربائية الذي تنوي استخدام المحرك من أجله بوضوح.

للقيام بذلك، يجب عليك الإجابة على عدة أسئلة رئيسية:

هل سيتم استخدام هذه السيارة الكهربائية في المقام الأول للتنقل في المناطق الحضرية أو للسفر لمسافات طويلة؟

هل ستحمل السيارة الكهربائية أحمالًا ثقيلة أم ستعمل هذه السيارة الكهربائية في المقام الأول فقط عند تفريغها؟

هل ستواجه هذه السيارة الكهربائية عددًا كبيرًا من عمليات التشغيل والإيقاف؟

هل يجب أن تعمل السيارة الكهربائية على الأسطح المستوية فقط، أم يتعين عليها تسلق المنحدرات الشديدة؟

تتمتع جميع أنواع المركبات الكهربائية (سيارات الركاب، والرافعات الشوكية الكهربائية، وعربات الجولف، والمركبات الزراعية، ومركبات الخدمات، وما إلى ذلك) بمتطلبات مختلفة من عزم الدوران والطاقة، على الرغم من تشغيلها بسرعات مماثلة.

المرحلة الثانية: حساب متطلبات عزم دوران العجلة

يتم تحديد عزم دوران المحرك بشكل أساسي من خلال قوى المقاومة التي ستعمل على عجلات السيارة، والتي يمكن أن تشمل:

المقاومة المتداول

السحب الديناميكي الهوائي

مقاومة الصف (المنحدر)

قوة التسارع

عند البدء بسرعة منخفضة، يكون الطلب على عزم دوران العجلة في أعلى مستوياته. يجب أن يوفر المحرك المقدار المطلوب من عزم الدوران (بعد أي تخفيض مطلوب من خلال استخدام علبة التروس، إن أمكن) للتغلب على هذه القوى في أسوأ الظروف.

تحتاج غالبية المركبات الكهربائية العاملة في الصناعة (كما هو الحال في تطبيقات التصنيع أو التوزيع) إلى توفير قدر أكبر من عزم الدوران مقارنة بالمركبات الكهربائية الأخرى، مثل عربات الجولف والمركبات الموجهة تلقائيًا.

المرحلة 3: حساب الأهداف المطلوبة للتسريع والقدرة على التسلق

لكل من أداء التسارع والقدرة على التسلق تأثير كبير على اختيار عزم الدوران عند استخدام عزم الدوران المنبعث من الأرض لتحديد قدرة أداء عزم الدوران في السيارة الكهربائية.

عند تحديد قدرات التسارع وتسلق التلال، يجب عليك مراعاة المعايير التالية:

الوقت المطلوب لتحقيق أقصى تسارع (أي 0-30 كم/ساعة)

الحد الأقصى للمنحدر الذي يجب تسلقه بواسطة EV

كتلة المركبة عندما تكون محملة بالكامل.

عند استخدام حجم أعلى من عزم الدوران يوفر الفوائد التالية:

استجابة تسارع أكبر

عملية مستقرة على المنحدرات والمنحدرات

تقليل الضغط على نظام نقل الحركة (مكونات مجموعة نقل الحركة) في السيارة الكهربائية

بشكل عام، عند تصميم المركبات الكهربائية التجارية والصناعية، تعد قدرة عزم الدوران المستمر أكثر أهمية من قدرة عزم الدوران القصوى قصيرة المدة.

سالتبول والظروف التشغيلية المستمرة للمركبة. تزداد متطلبات الطاقة مع زيادة سرعة السيارة للأسباب التالية:

• يزداد السحب الديناميكي الهوائي مع السرعة

• الحمولة المستمرة للمركبة عند سرعة السير

يتزامن أعلى طلب على الطاقة مع السرعة العالية، في حين يتزامن أعلى طلب على عزم الدوران مع السرعات المنخفضة.

العوامل التي تحدد أهم العوامل

عند حساب قوة المحرك وعزم الدوران المطلوبين، هناك عوامل متعددة يجب مراعاتها بما في ذلك:

• السرعة القصوى للمركبة

• المدة الزمنية بأقصى سرعة

• الحدود الحرارية للمحرك

لكي يتم اعتباره بالحجم المناسب، يجب أن يعمل المحرك بكفاءة أكبر عند سرعة القيادة الأكثر تكرارًا للمركبة وليس فقط عند ذروة إنتاجه.

نسبة التروس وتخطيط مجموعة القيادة

لا يمكن تحديد قوة المحرك وعزم دورانه إلا بعد أخذ جميع مكونات مجموعة الحركة بعين الاعتبار. يجب أن يأخذ التصميم التخطيطي لخط الحركة في الاعتبار ما يلي:

• ما إذا كان سيتم استخدام علبة تروس ذات سرعة واحدة أو متعددة السرعات

• ما إذا كان لديك محرك مباشر أو تخفيض

• كفاءة الترس التفاضلي والمحور

عند حساب نسبة التروس، يوفر المحرك ذو الحجم المناسب عزم دوران كافٍ للعجلة ويمكن استخدامه بشكل أفضل في كل نطاق تشغيل. من خلال تحسين نسب التروس، يمكن لتصميمات السيارات الكهربائية تقليل الحجم الفعلي للمحرك مع الحفاظ على الأداء.

التقييمات المستمرة مقابل الذروة

يمكن أن تؤدي معظم أنواع محركات السيارات الكهربائية أداءً جيدًا في كل من جوانب الذروة (قصيرة المدى) والمستمرة (المحدودة حرارياً). يعد تحليل التقييمات المستمرة أمرًا ضروريًا لتحديد موثوقية ومتانة المحرك عند التشغيل بشكل طبيعي. سيوفر تصنيف القوة وعزم الدوران المستمر ضمانًا للأداء على المدى الطويل؛ لا تنطبق قيم القوة القصوى وعزم الدوران عادةً إلا أثناء أحداث التسارع أو التغيرات السريعة في التشغيل.

إذا كان مصمم السيارة الكهربائية يستخدم فقط التصنيف الأقصى للمحرك عند الاختيار، فقد يخطئ المصمم في حساب التصنيفات المستمرة. يمكن أن يؤدي ذلك إلى ارتفاع درجة الحرارة وفي بعض الحالات إلى حدوث أضرار جسيمة أو أقصر من الحياة الطبيعية.

مواصفات المحرك المتطابقة مع استراتيجية التحكم

ستؤثر وحدات التحكم في المحرك وإستراتيجية التحكم بشكل مباشر على كيفية استخلاص عزم الدوران والطاقة من المحرك. العناصر التي يجب مراعاتها هي:

• إضعاف القدرات الميدانية

• دقة التحكم في عزم الدوران

• قدرة الكبح المتجددة

تستخدم السيارات الكهربائية (EV) بشكل شائع تصميمات محركات واسعة النطاق وخوارزميات تحكم متقدمة لإدارة عزم الدوران والطاقة والكفاءة والأداء الحراري.

الأخطاء الشائعة في اختيار المحرك

تتضمن الأخطاء الشائعة التي يرتكبها مصممو السيارات الكهربائية عند اختيار المحرك الكهربائي ما يلي:

• حجم كبير أو غير مناسب لقوة المحرك. سيؤدي هذا إلى عدم احتساب دورات العمل.

• تجاهل متطلبات عزم الدوران المستمر.

• استخدام أرقام عزم الدوران القصوى بدلاً من عزم الدوران القابل للاستخدام على عجلة القيادة.

• الفشل في التحديد الدقيق لنوع مجموعة الحركة التي يتصل بها المحرك.

ومن خلال تجنب هذه الأنواع من الأخطاء، يمكن للمصممين تعزيز كفاءة النظام الكهربائي وبالتالي تقليل التكلفة الإجمالية للمركبة.

خاتمة

يعد اتخاذ القرار بشأن قوة المحرك الكهربائي وعزم دورانه قرارًا هندسيًا على مستوى النظام ويتطلب أكثر من مجرد اختيار معلمة واحدة. يجب أن تأخذ الاختيارات الصحيحة لقوة المحرك وعزم الدوران في الاعتبار ما يلي:

• كيف سيتم استخدام السيارة وبيئة التشغيل الخاصة بها

• ما هو مستوى عزم الدوران المطلوب لكل من التشغيل منخفض السرعة وسعة التحميل

• ما هي كمية الطاقة المطلوبة للحفاظ على سرعات الرحلة؟

• التشغيل الشامل بما في ذلك جميع مكونات مجموعة القيادة، واستراتيجية التحكم، والحدود الحرارية.

ومن خلال تحقيق التوازن بين هذه العوامل، يمكن لمصمم السيارة الكهربائية الاستفادة من المتغيرات على أفضل وجه لإنشاء سيارة كهربائية ذات أداء مثالي تتمتع بكفاءة عالية وموثوقية وخصائص تكلفة.