電動車的"荒唐"與"格子"模式?

電動車的種類不少,你可以從能源的角度來分也可以從馬達驅動方式的角度來分。以能源來分大致可分BEV(純電池電動車)、HEV(hybrid, 一般油電車)、PHEV(plug-in hybrid, 插入式充電油電車)、EREV(extended-range, 延長里程油電車)、FCEV(fuel cell, 氫燃料電池電動車)。以馬達驅動方式來分,有中央驅動(central drive)、輪轂驅動(wheel-hub drive)、輪內驅動(in-wheel drive)。另外油電依傳動系統則另有平行(parallel),串聯(series),平行串聯混和(parallel-series)等之分別。上述值得一提的是串聯式油電車的特性,基本上它是引擎並不直接驅動車輛而是發電後供電池充電同時驅動馬達,本質上這樣的設計就是BEV的概念只是電能來自於引擎發電。相信讀者現在腦子裡應該是個大問號?這不是多此一舉的沒效率,難道只是為了電動而電動不管電能來源為何?原因是串聯式油電車中所用來發電的引擎因為不需要驅動沉重的車輛所以可以小很多,並且可以充分利用高轉速馬達的最高轉速達到高效發電的能力。不似一般的驅動用的馬達往往都需要一組減速齒輪將遠高於引擎轉速的馬達轉速(例如18000 RPM)緩和下來才能用來驅動輪子。

Typical traction motor’s torque-speed characteristics (left). Typical engine’s torque-speed characteristics (right).

了解了種類之後,現在來談談電動車所表現出來的外在性能(撇開馬達種類的細節)。這包括加速極速爬坡力、與能耗。經常看到一些文章說到加速靠扭力而極速則是看馬力,這很容易讓人誤以為這是兩個完全不相關的數值。想像扭力是一匹馬經由放置在懸崖邊緣的滑輪去拖拉水泥塊的能力,馬力則是這匹馬能以多快的速度拖拉這懸吊的重物。所以大匹馬隻自然拖拉速度也就快也就是馬力大,而小匹馬則馬力小。所以馬力的基礎還是扭力,以公式來看(馬力P = 扭力T x 轉速ω)。引擎在轉速逐漸趨高時扭力會越過峰值開始下降,當扭力降幅大於增高的轉速在乘積上可以補償時,依照前面公式扭力與轉速相乘,馬力就會因汽缸內油氣混和達飽和後越過峰值開始下降,最後在無法超越坡度、風阻、與輪胎地面磨擦力後達最大轉速。而電動車的極速則是取決於馬達崩解扭力(breakdown torque)發生之前的最大轉速。所以馬力越大其極速也就會跟著拉高。不同的是,電動車馬力在扭力開始下降點一直到崩解扭力出現之前都是固定最大值,而燃油引擎會在馬力峰值過後隨轉速繼續增加開始下降。

在談電動車性能前先談談燃油車,柴油車一般由於高馬力顯現在低轉速適合負載重物慢速行駛,所以多用於貨卡車。汽油車高馬力則通常在中轉速,如果負載重物時無法將速度提升則無法發揮高馬力,所以鮮少用於貨卡車上。同樣在坡道行駛中,柴油車一旦車速起來馬力就跟著掉下來而汽油車則相反,這現象在郊區山坡行駛就很明顯。電動車最讓人熱血的就是它的起步加速,因為它的扭力峰值可以調教到從轉速零開始持續固定延續到馬力峰值開始出現時的基礎轉速(base speed)才開始下降。馬力峰值則持續直到崩解扭力前都維持固定峰值。所以常聽電動車車主形容電動車起步就像坐直線加速的雲霄飛車時的彈飛的感覺。特斯拉很幽默的用荒唐模式(Ludicrous mode)形容 Model S的彈飛模式,2020下半年出的新版的Model S將會再加碼提供比荒唐模式更荒唐的的進階版彈飛模式叫做格子模式(Plaid mode)。名稱來自於1987的電影Spaceballs劇中的台詞,劇中的飛行器當速度飛快到一個程度後乘客看到的艙外景物變成方格子狀。這樣的加速特性,大概也是電動車迷人之處。你有看過速度會讓人又愛又怕的喜極而泣嗎?有次坐在一輛荒唐模式下的特斯拉,只見身旁的女孩尖叫掉淚,喜極而泣嗎?不得而知。國外也有一位前賽車手在試開完Rimac C_Two電動頂級超跑(hypercar)後也因為它的極速操控喜極而泣 (在影片的9’10″處)。這是一個甚麼樣的感受,只有您身歷其境時才能自己體會了。

發表者:李麥克

興趣廣泛,希望一天是48小時。自幼喜歡拆解家電零件安裝到其他可用的電器上面,興趣廣泛永遠有學習新知的渴望。一輩子都充滿對英文閱讀與各種工程科學 (STEM) 學習的渴望。 小時候閉起眼睛模擬雙手正在控制方向盤並加油或踩離合器換檔的快感成了我的免費虛擬電玩,年輕時迷上電視影集霹靂遊俠後 (仍熟悉的"老哥"稱呼?),更開始對汽車產生了各種幻想。有幸此生見證了電動車的崛起與可預見的自駕車的未來並親歷其中,即使是在人生的下半場。在讀了來自克羅埃西亞電動超跑Rimac C_Two的故事,後產生了取個李麥克筆名的靈感,既有自己的姓又與Rimac諧音同時又可將自己投射到霹靂遊俠中的主角。 自2012年特斯拉推出Model S後即開始累積電動車方面的學養。更於2018年在浸淫軟體工程領域二十餘年與後期的3D感測與自駕車應用新創公司數年後,因著對電動車的狂熱開始對特斯拉(Tesla)是如何成功的好奇而"誤入歧途"一頭栽進對電動車的研究。於是在同年前往英國攻讀英國第一屆電動車工程碩士學程並於次年取得人生繼台灣與美國碩士學位後的第三個電動車工程碩士(MSc with distinction in Electrical Automotive Engineering)。目前開設電動車相關技術與各類電腦資訊教學課程(程式設計等),電動車專長領域為動力系統(Electric Drive)。 嗜好:英語閱讀、電動車、程式設計、顧問、教學、網球、小號、爵士鼓、吉他

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