満載状態で車庫を出発する大型トラックは、1時間後に高速道路を巡航する同じトラックとは、駆動系に全く異なる要求を課します。発進時には、ホイールトルクが重要になります。長く安定した道路区間では、モーターをより適切な動作範囲に維持することがますます重要になります。このデューティサイクルの両端を1つの固定減速比でカバーしようとすると、駆動系の他の部分で妥協を強いられる可能性があります。マルチスピードeアクスルはエンジニアに別の選択肢を与えますが、同時にハードウェア、キャリブレーション作業、シフト制御の要件も増えます。したがって、有益な問いは、2速が1速より優れているかどうかではなく、車両が十分な広い範囲で動作し、追加の減速比が実際の問題を解決できるかどうかです。
なぜ単一のギア比では、高負荷用途において対応が難しくなるのでしょうか？
減速比は、車輪トルクとモーター回転速度の両方に影響します。減速比を小さくすると、車輪でのトルク増幅率が高まり、積載トラックが停止状態から発進したり、坂道を登ったりする際に有利になります。しかし、その代償は後々現れます。高速走行時には、同じ減速比でもモーターが不必要に速く回転してしまう可能性があるのです。
ギア比を高くすると、トレードオフは逆の方向にシフトします。高速道路での走行はモーターへの負担が軽減されるかもしれませんが、発進性能と登坂能力を改めて確認する必要があります。より大型のモーターを使用すれば補える場合もありますが、その選択は重量増加、パッケージングの制約、冷却要件、そしてコスト増につながる可能性があります。
商用車の場合、こうしたトレードオフは単一の走行地点だけで判断されることはほとんどありません。物流トラックはターミナルを出発し、市街地を走行し、高速道路に合流し、勾配を登り、数時間巡航速度で走行した後、再び低速走行に戻る可能性があります。そのため、ギア比は走行ルート全体に対応する必要があります。
ギアの数を議論する前に、まずルートから始めましょう
したがって、最初に有用な入力データは、車両とルートに関するデータです。具体的には、車両総重量、駆動軸荷重、タイヤサイズ、必要な発進性能、登坂能力、最高速度、標準的な巡航速度、およびさまざまな運転条件下で費やされる時間の割合です。
これは、「重量物輸送」が単一の運転サイクルではないため重要です。加速を繰り返す地域配送トラックは、高速道路で作業時間のほとんどを過ごすトラクターとは異なるニーズを持っています。アーキテクチャを絞り込む前に、エンジニアはより広い範囲を使用できます。 電動駆動技術情報 パワートレインがシステムとして車両にどのように組み込まれるかを理解する。
マルチスピードEアクスルは、どのような妥協点を解消できるのか？
多段変速機構により、駆動系はモーター速度と車輪速度の間に複数の機械的な関係性を持つことができる。実際には、より強い車輪トルクが必要な場合は低速ギア比を使用でき、モーターを同じ高速領域に維持することなく、より高い走行速度での運転をサポートするために別のギア比を使用できる。
それは単純に聞こえるかもしれないが、その価値は各ギア比が実際にどれくらいの頻度で役立つかによって決まる。全行程の中でほんの数秒間しか発生しない状況を解決するために2速ギアを追加することは、追加のトランスミッションハードウェアに見合うだけの価値があるとは限らない。車両が高負荷発進と長い高速区間を頻繁に繰り返す場合は、状況は変わってくる。
ピーク時の数値ではなく、稼働ゾーンで考える
モーターの最大出力は比較しやすい数値ではありますが、それだけでギア比を選択する基準としては不十分です。最大出力が似ている2つのシステムでも、モーターの回転速度、ホイールトルク、連続出力、走行速度などを総合的に考慮すると、動作特性は大きく異なる可能性があります。
実務的な検討は通常、いくつかの代表的な条件から始まります。
| 車両の状態 | 確認すべき事項 |
|---|---|
| フルロード発射 | 利用可能なホイールトルク |
| 持続的な勾配 | 連続トルクと熱条件 |
| 都市の加速 | モーターの動作範囲とシフト周波数 |
| 高速道路クルーズ | 通常の道路速度でのモーター速度 |
| 車両の最高速度 | モーター速度マージン |
| 長時間運転 | 継続的なシステム機能 |
この演習によって、真の問題点がすぐに明らかになることが多い。もし一つのギア比で全てのケースを妥当な余裕をもって満たせるのであれば、ギアをもう一つ追加してもほとんどメリットはないだろう。発進時の要求によってギア比が一方に偏り、高速道路走行では明らかに別のギア比が有利になる場合、多段変速レイアウトを採用する方がはるかに理にかなっている。
ドライブトレインのアプローチを比較するOEMチームは、既存のものを参照することもできます。 商用車業界の洞察 大型車両におけるeアクスルアーキテクチャの適用方法を検討する際。
自動車メーカーは始動トルク以外に何をチェックすべきでしょうか？
発進性能は、車両テスト中に体感しやすいため、注目を集めやすい。しかし、フリート運用においては、トラックが走り出した後も、その性能は同様に重要となる。
連続トルクは特に注意を払う必要がある。モーターは短時間であれば高いピークトルクを発揮できるが、長時間の登坂や繰り返しの加速シーケンスでは、駆動システムが熱的にどれだけ耐えられるかが重要となる。冷却、モーター温度、インバーターの制限、駆動系の熱管理と耐久性検証、そして負荷の継続時間など、すべてが重要になる。
効率性についても同じことが言えます。公表されている最大効率値だけでは、車両が実際にその動作点付近でどれくらいの時間を過ごしているかはほとんど分かりません。エンジニアは、商業的に重要なルートにおいてモーターがどの位置で動作するかを把握する必要があります。
高速道路を走行する車両は、不適切なギア比の選択を露呈する可能性がある
1日の走行距離のほとんどを一定の速度で走行するトラックを考えてみましょう。固定ギア比が主に強力な発進トルクを確保するために選ばれた場合、モーターは数時間にわたって比較的高い速度を維持する可能性があります。長距離走行で繰り返されるわずかな損失であっても、短距離の市街地走行の場合よりも重要になります。
多段変速式電動アクスルは高速道路走行時の作動点をずらす可能性があるが、システム全体を評価する必要がある。ギアのかみ合い、ベアリング、潤滑、アクチュエータのハードウェア、変速動作はそれぞれ損失と負荷をもたらす。したがって、適切な比較対象は、個々の概念としての「1速」と「2速」ではなく、実際の走行サイクルにおけるドライブトレイン全体の挙動である。
そのため、購入者はサプライヤーに対し、最大トルクや最大出力の仕様書だけでなく、動作範囲に関する説明を求めるべきである。
シフト行動は意思決定にどの程度影響を与えるべきか？
2速ギアが追加されると、変速自体が駆動系の性能の一部となる。商用車は相当な積載量を運搬しながら変速比を変更する必要があるため、変速品質はトルク伝達と切り離して考えることはできない。
懸念されるのは、単に変速が速く行われるかどうかだけではありません。エンジニアは、変速比が変化する際の駆動トルクの変化、車両に顕著な中断が生じるかどうか、負荷がかかった状態でのギアの噛み合い挙動、そして目標ルート走行中に変速がどのくらいの頻度で発生するかなども考慮する必要があります。
積極的な戦略は走行時間を短縮できるものの、トランスミッションへの負荷は大きくなる。保守的な戦略は機械的な負担は少ないかもしれないが、車両が途切れることなく牽引力を維持する必要がある場合には適さない。どちらのアプローチも、実際に車両を運転してみなければ判断できない。
不都合な状況をテストする
試作作業では、平坦で無負荷のテストルートよりも快適性の低い状況も考慮に入れるべきです。負荷をかけた状態での加速、勾配への進入、繰り返しのシフトアップとシフトダウン、アクセル操作の変化、長時間の走行などは、多段変速レイアウトの適合性についてより多くの情報を提供します。
シフトマップは、用途に合ったものでなければなりません。通常の動作点がシフト境界付近にあるためにシステムが繰り返しギア比を切り替える場合、キャリブレーションの見直しが必要になる可能性があります。仕様上は効率的に見えるギアボックスでも、ギア間を頻繁に切り替えるようでは、使い勝手が悪く、非効率になる可能性があります。
CDTL大型トラック向けアプリケーションに関する公開情報によると、分散駆動システムは、ギアチェンジ時にも動力伝達を維持することを目的としたシフト制御戦略を組み込むことができる。OEMにとってより重要な教訓は、ギアボックスのハードウェアとシフト制御は別々に購入するのではなく、まとめて検討すべきだということである。
マルチスピードEアクスルは、実際にどのような場合に選択する価値があるのか？
多段変速システムの方が高度に聞こえるからといって、わざわざギアを追加する技術的な理由は何もありません。単一のギア比で、許容範囲内のモーターと熱負荷内で、発進、上昇、巡航、最高速度の要件を満たせるのであれば、シンプルな方が賢明です。
車両のデューティサイクルが2つの方向に引っ張られる場合、より顕著な問題が生じます。高負荷始動トルクにはあるギア比が適している一方で、長距離巡航には明らかに別のモーター速度範囲が有利になります。このような繰り返し発生する矛盾こそ、ギア比の柔軟性によって解決されるべきものです。
最終決定には、エネルギー消費量だけでなく、より多くの要素を考慮に入れるべきです。パッケージングスペース、トランスミッションの質量、制御の手間、耐久性、整備性、製造コスト、キャリブレーション作業量なども同様に検討する必要があります。ある動作点におけるわずかな改善では、車両プログラム全体の複雑さを正当化することは難しいでしょう。しかし、数千時間にわたる動作で繰り返し得られる改善であれば話は別です。
速度の数ではなく、車両レベルのメリットを比較してください。
意思決定の枠組みを考える上で有効な方法の一つは、2つ目のギア比を追加することでどのような問題が解消されるかを問うことです。発進時にモーターを過剰に大きくする必要はなくなるでしょうか？高速道路でのモーター回転数はより適切な範囲に収まるでしょうか？車両は望ましい巡航状態を損なうことなく、登坂能力を満たすでしょうか？
回答が曖昧な場合は、アーキテクチャのさらなる分析が必要となるでしょう。車両データに同じ競合が繰り返し示されている場合は、より明確な技術的根拠が存在します。
RFQ（見積依頼）を発行する前に、サプライヤーに一般的な多段変速電動アクスルを要求するのではなく、積載質量、車軸荷重、タイヤ半径、目標発進性能、勾配要件、巡航速度、最高速度、ルートプロファイル、冷却条件、および予想される年間運用パターンといった、実際の車両仕様を提示する方が賢明です。
Eアクスルプロジェクト向けエンジニアリングサポート
ギア比の選択がモーターのサイズ、熱制限、シフト動作、そして車両全体の性能に同時に影響を与え始めると、そのプロジェクトは単なる部品比較の域を超えていると言える。 杭州現代eドライブテクノロジー株式会社 分散型電気駆動システムと新エネルギー商用車の車両レベル統合に取り組んでいます。大型物流プロジェクトの場合、OEMチームは同社のEA5000N分散型電気駆動アクスルをレビューできます。 重量物輸送アプリケーション情報 そして、単一の性能数値から駆動系を選択するのではなく、実際の車両に対して、モーター構成、ギア比のマッチング、シフト制御、車軸荷重、走行経路、設置条件、連続運転要件について議論する。
結論
マルチスピードeアクスルは、固定ギア比では低速時のホイールトルクと高速時の動作との間で繰り返し矛盾が生じる場合に有効です。この矛盾は、ギアボックスのレイアウトから推測するのではなく、車両データを用いて実証する必要があります。負荷がかかった状態での発進、持続的な勾配、巡航時のモーター速度、連続出力、熱挙動、シフト品質など、アーキテクチャを確定する前にあらゆる点に注意を払う必要があります。OEMにとって、適切な質問は単純です。追加のギア比によって、システムの複雑さが増すほど、実際のデューティサイクル制限が十分に解消されるでしょうか？
よくある質問
1. 大型電気自動車に複数の電動アクスル比が必要となるのはなぜでしょうか？
低速時の強力なホイールトルクと高速時の効率的な動作が、単一の固定減速比に対して相反する要求を課す場合、2つ目の減速比が役立つことがある。
2. 多段変速式電動アクスルは常にエネルギーを節約できるのでしょうか？
いいえ。結果は、デューティサイクル、モーターの動作点、トランスミッションの損失、シフト頻度、熱条件、および車両が各ギア比で過ごす時間によって異なります。
3. ギア比を選択する前に、どの車両データが最も重要なのでしょうか？
車両総重量、車軸荷重、タイヤサイズ、必要な発進性能、登坂能力、巡航速度、最高速度、モーター作動範囲、およびルートプロファイルは、重要な入力項目です。
4. なぜ自動車メーカーは、ピークトルクだけでなく連続トルクにも注目すべきなのでしょうか？
最大トルクは短時間の性能を表す指標です。長時間の登坂、繰り返しの加速、および持続的な高負荷運転においては、連続出力と熱性能がより重要になります。
5. 多段変速式電動アクスルを量産する前に、どのようなテストを行うべきですか？
車両レベルの検証には、負荷をかけた状態での発進、坂道走行、高速道路での巡航、繰り返し変速、トルクの連続性、熱挙動、モーター速度、および長時間運転のすべてを含めるべきである。