Τον περασμένο Μάρτιο, η Στουτγάρδη αποκάλυψε τη νέα Mercedes-Benz CLA. Στην πιο αποδοτική έκδοση, η κατανάλωση ανακοινώνεται στις 12,2 kWh/100 km σύμφωνα με το πρότυπο WLTP, με αυτονομία έως και 792 km.

Η γερμανική φίρμα επενδύει στην απόλυτη αποδοτικότητα, βελτιώνοντας, για παράδειγμα, την αεροδυναμική (συντελεστής οπισθέλκουσας Cx μόλις 0,21). Παράλληλα, πειραματίζεται με ένα κιβώτιο δύο σχέσεων πάνω στη νέα πλατφόρμα MMA -επιλογή σχεδόν μοναδική στον κόσμο των ηλεκτρικών αυτοκινήτων. Για να καταλάβουμε γιατί, ας θυμηθούμε μερικές βασικές αρχές.

Γιατί χρειάζεται το κιβώτιο ταχυτήτων; Σκεφτείτε το ποδήλατο: Μικρός δίσκος εμπρός και μεγάλα γρανάζια πίσω σημαίνει εύκολη ανάβαση με γρήγορο πεταλάρισμα. Μεγάλος δίσκος εμπρός και μικρά γρανάζια πίσω σημαίνει υψηλή ταχύτητα σε επίπεδο δρόμο.

Αλλάζοντας ταχύτητα λοιπόν, μεταβάλλεις τον λόγο μετάδοσης, που δεν είναι άλλο από τον αριθμό περιστροφών του τροχού ανά πεταλιά. Αυτό ονομάζεται και σχέση μετάδοσης.

Σε ένα ηλεκτρικό, περνώντας από έναν απλό μειωτήρα για την κίνησή του σε διτάχυτο κιβώτιο προκύπτουν πλεονεκτήματα αλλά και μειονεκτήματα. Ποια είναι αυτά;

Ακριβώς το ίδιο ισχύει και στα αυτοκίνητα: Η ροπή που αποδίδει ο κινητήρας μπορεί να αξιοποιηθεί καλύτερα ανάλογα με τις ανάγκες, χάρη στο κιβώτιο ταχυτήτων και τις σχέσεις του. Αντί για αλυσίδα και ντεραγιέρ, το κιβώτιο ρυθμίζει τον λόγο ανάμεσα στον στροφαλοφόρο άξονα του κινητήρα και στους τροχούς. Έτσι, μπορείς να ξεκινήσεις σε ανηφόρα με 1η ή να κινείσαι άνετα σε αυτοκινητόδρομο με 6η, κρατώντας τον κινητήρα για παράδειγμα στις 2.000 rpm.

Στον κινητήρα εσωτερικής καύσης, η μέγιστη ροπή εμφανίζεται σε μια σχετικά στενή ζώνη στροφών, π.χ. μεταξύ 1.500 και 3.000 rpm. Αν προσπαθήσεις να ξεκινήσεις με 5η, το αυτοκίνητο δεν θα κουνηθεί -και θα σβήσει. Αντίθετα, αν πας να βάλεις 1η στα 130 km/h… ας πούμε πως δεν είναι και πολύ καλή ιδέα.

Στα 140 χρόνια του αυτοκινήτου έχουμε δει τα πάντα: Χειροκίνητα, αυτόματα, ρομποτικά κιβώτια, με σχέσεις που κυμαίνονται από δύο, τρεις, τέσσερις μέχρι και δέκα ταχύτητες, όπως το κιβώτιο 10R80, προϊόν συνεργασίας μεταξύ Ford και General Motors. Και η Honda που έχει εξελίξει εδώ κι οκτώ χρόνια 10άρι σασμάν για προσθιοκίνητα. H, εν προκειμένω με εννιά σχέσεις, όπως στις Mercedes-Benz με τα σασμάν 9G-TRONIC Plus.

Μην ξεχνάμε και τον μεταβλητό λόγο μετάδοσης, γνωστό ως CVT. Το κιβώτιο διαρκώς μεταβαλλόμενης σχέσης ή Continuously Variable Transmission που αλλάζει τη σχέση μετάδοσης συνεχώς και ομαλά, χωρίς «σκάλες». Συνηθίζονται σε σκούτερ, ενώ στα αυτοκίνητα πρωτοέγινε γνωστό το 1958 από το DAF 600 και μικρά ιαπωνικά μοντέλα. Με τον ήχο του να είναι… τουλάχιστον ασυνήθιστος, μιας και φέρνει στον θόρυβο που κάνει το μίξερ.

Οι κατασκευαστές μελετούν προσεκτικά την κλιμάκωση των σχέσεων -άλλοτε για μέγιστη αποδοτικότητα και χαμηλές εκπομπές CO₂, άλλοτε για σπορ χαρακτήρα με κοντές σχέσεις που ενισχύουν την επιτάχυνση εις βάρος της τελικής ταχύτητας.

Με τα ηλεκτρικά, το σκηνικό αλλάζει. Ας ξαναπάμε στο ποδήλατο: Φαντάσου να έχεις βιονικά πόδια που δίνουν μέγιστη ροπή σε όλο το φάσμα περιστροφής. Οι δίσκοι και τα γρανάζια θα ήταν σχεδόν περιττά.

Σε μια τυπική καμπύλη ροπής ενός ηλεκτρικού (π.χ. Tesla Model 3), η μέγιστη ροπή εμφανίζεται από μηδενικές στροφές και διατηρείται σχεδόν επίπεδη μέχρι περίπου τις 7.000 rpm, πριν αρχίσει σταδιακά να μειώνεται. Αυτή η συμπεριφορά εξηγεί γιατί τα περισσότερα ηλεκτρικά αρκούνται σε μία μόνο σχέση μετάδοσης.

Σε ένα τυπικό θερμικό αυτοκίνητο, η κόκκινη περιοχή στο στροφόμετρο βρίσκεται συνήθως μεταξύ 4.500 και 6.000 rpm, φτάνοντας σε κάποια αυτοκίνητα, όπως για παράδειγμα τα σούπερκαρ ακόμα και τις 9.000 rpm. Πέρα από αυτά τα όρια, τα μεταλλικά κινούμενα μέρη του κινητήρα εσωτερικής καύσης κινδυνεύουν να παραμορφωθούν ή να καταστραφούν λόγω αδράνειας και καταπόνησης.

Οι ηλεκτροκινητήρες, αντίθετα, έχουν λιγότερα κινούμενα μέρη (κυρίως τον ρότορα και τα ρουλεμάν), οπότε μπορούν να φτάσουν σε πολύ υψηλότερες στροφές. Για παράδειγμα:
- Ο κινητήρας APP550 της Volkswagen περιορίζεται γύρω στις 13.000 rpm στα 180 km/h.
- To  πίσω μοτέρ του Kia EV6 GT φτάνει τις 21.000 rpm στα 260 km/h.
- Η BYD ισχυρίστηκε πρόσφατα πως διαθέτει ηλεκτρομοτέρ που ξεπερνά τις 30.000 rpm.

Αυτό σημαίνει ότι το «χρήσιμο» εύρος λειτουργίας είναι πολύ μεγαλύτερο σε σχέση με έναν θερμικό κινητήρα. Έτσι, μπορείς να κινείσαι είτε με 16 km/h είτε με 160 km/h έχοντας μόνο μία σχέση μετάδοσης.

Οι περισσότεροι κατασκευαστές τοποθετούν απλώς έναν μονοτάχυτο μειωτήρα στον ηλεκτροκινητήρα. Μέσω ενός απλού γραναζιού, προσαρμόζεται η ταχύτητα περιστροφής του άξονα του κινητήρα σε εκείνη των τροχών. Σε γενικές γραμμές, αυτό αρκεί και όλα κυλούν ομαλά.

Όμως, γιατί να βάλεις σχέσεις σε ένα ηλεκτρικό; Αν και το μονοτάχυτο σύστημα είναι επαρκές, η προσαρμογή της σχέσης μετάδοσης στις συνθήκες μπορεί να έχει πλεονεκτήματα -ακόμη και σε ένα ηλεκτρικό.

Το πιο προφανές είναι το σπορ πλεονέκτημα. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι οι Porsche Taycan και Audi e-tron GT -τα μόνα σήμερα ευρείας παραγωγής ηλεκτρικά που πωλούνται στην Ευρώπη και διαθέτουν διτάχυτο κιβώτιο για τον πίσω κινητήρα.

Σύμφωνα με την Porsche, ο ρότορας μπορεί να φτάσει τις 16.000 rpm. Οι μηχανικοί έπρεπε να βρουν δύο σχέσεις που να προσφέρουν:
- Δυνατές επιταχύνσεις
- Μέγιστη δυνατή αποδοτικότητα
- Υψηλή τελική ταχύτητα

Το κιβώτιο είναι ενσωματωμένο στον σύγχρονο ηλεκτροκινητήρα μόνιμου μαγνήτη και διαθέτει τρεις άξονες. Το ηλεκτρονικό σύστημα της Porsche αλλάζει από 1η σε 2η αυτόματα, γύρω στα 80 με 100 km/h, χωρίς καμία ενέργεια από τον οδηγό και σχεδόν χωρίς διακοπή ισχύος. Με την κλιμάκωση να διαθέτει μια κοντή σχέση (15:1) για εκρηκτικές επιταχύνσεις και μια μακριά σχέση (8:1) για αποδοτικότητα σε υψηλές ταχύτητες και τελική έως 230 km/h (βασική έκδοση) ή 260 km/h (Turbo S).

Το δεύτερο πιθανό πλεονέκτημα είναι η βελτιωμένη αποδοτικότητα. Το 2019, η ZF παρουσίασε ένα σύστημα μετάδοσης με κινητήρα 190 PS και διτάχυτο κιβώτιο, υποστηρίζοντας ότι μπορεί να προσφέρει έως και 5% μεγαλύτερη αυτονομία.

Για να το καταλάβουμε, πρέπει να δούμε μια χαρτογράφηση αποδοτικότητας. Στην περίπτωση του πίσω κινητήρα του Tesla Model 3 (2018), η βέλτιστη περιοχή εμφανίζεται σε σκούρο κόκκινο και βρίσκεται μεταξύ 6.000–12.000 rpm, με ροπή 80–250 Nm.

Με δύο σχέσεις, ο κινητήρας έχει διπλάσιες πιθανότητες να παραμείνει σε αυτή την αποδοτική ζώνη, ανάλογα με τη ροπή που απαιτείται για να υπερνικήσει την αντίσταση του αέρα και τις τριβές κύλισης. Το λογισμικό μπορεί να επιλέξει τον πιο αποδοτικό συνδυασμό στροφών και ροπής.

Σε παρόμοιο διάγραμμα της Mercedes-Benz (δημοσιευμένο από το MotorTrend), η ύπαρξη κιβωτίου δύο σχέσεων δημιουργεί μια δεύτερη νησίδα υψηλής αποδοτικότητας -αποτυπωμένη με ανοιχτό κίτρινο- η οποία επεκτείνει το εύρος λειτουργίας στην κορυφαία αποδοτική ζώνη.

Η εξέλιξη του πρώτου Tesla Roadster μόνο ομαλή δεν ήταν. Το 2007, τα πρωτότυπα έσπαγαν διαρκώς το κιβώτιο ταχυτήτων. Όπως και στην περίπτωση της Porsche Taycan, στόχος ήταν να συνδυαστούν οι ισχυρές επιταχύνσεις με υψηλή τελική ταχύτητα.

Σύμφωνα με τους Los Angeles Times, «οι παραδόσεις καθυστέρησαν κατά έξι μήνες λόγω προβλήματος στο κιβώτιο, που ανάγκασε την Tesla να εγκαταλείψει το διτάχυτο σχέδιο και να υιοθετήσει μονοτάχυτο, αυξάνοντας τον χρόνο 0-100 km/h κατά 1,7 δευτερόλεπτα. Ένας άλλος λόγος της καθυστέρησης ήταν η απομάκρυνση του συνιδρυτή Martin Eberhard και περίπου του 10% του προσωπικού στο τέλος της προηγούμενης χρονιάς».

Η Tesla τελικά δεν χρησιμοποίησε ποτέ το διτάχυτο κιβώτιο, αλλά βρήκε άλλη λύση. Στα μοντέλα με δύο κινητήρες, οι σχέσεις μετάδοσης τους μπορεί να είναι διαφορετικές. Όπως φαίνεται και στο εγχειρίδιο του σημερινού Model S, το «ηλεκτρονικό μυαλό» του αυτοκινήτου αποφασίζει ποιος κινητήρας θα δουλεύει και με ποιο φορτίο, ανάλογα με την εκάστοτε κατάσταση.

Ας δούμε όμως και το σύστημα της Mercedes-Benz, όπου με τη νέα CLA εισαγάγει το δικό της διτάχυτο κιβώτιο, ενσωματωμένο στην πλατφόρμα MMA. Η διάταξη αυτή θα εμφανιστεί και σε άλλα «entry» μοντέλα, όπως η επόμενη CLA Shooting Brake, αλλά και οι GLA και GLB.

«Θέλαμε να έχουμε ένα σημείο μέγιστης αποδοτικότητας και σε υψηλότερη ταχύτητα», εξηγούσε τον Δεκέμβριο ο Oliver Zolke, υπεύθυνος Έρευνας & Εξέλιξης της πλατφόρμας MMA.

Ο οδηγός δεν χρειάζεται να κάνει τίποτα -ούτε καν θα ξέρει ποια σχέση είναι επιλεγμένη. «Δεν προβλέψαμε κάποια ένδειξη στο ταμπλό», πρόσθεσε ο Zolke, «δεν είναι χρήσιμη πληροφορία για τον πελάτη».

Πάμε τώρα να δούμε τις σχέσεις και χαρακτηριστικά. Στη νέα πίσω μονάδα EDU 2.0, η Mercedes-Benz αποδίδει μέγιστη ροπή 335 Nm και ισχύ 272 ίππων. Η πρώτη σχέση έχει λόγο 11:1, κοντά σε αυτόν της πρώτης γενιάς Volkswagen ID.3. Δεν προορίζεται για να κοντράρει το Tesla Model S Plaid, αλλά για καλές επιταχύνσεις και υψηλή αποδοτικότητα σε χαμηλές και μεσαίες ταχύτητες. Επιπλέον, προσφέρει ικανότητα ρυμούλκησης 1.800 kg, έναντι 1.000 kg του Tesla Model 3.

Η αλλαγή σε δεύτερη σχέση γίνεται μεταξύ 80 και 100 km/h μέσω μηχανισμού συμπλεκτών με δόντια, σχετικά απλού στη σύλληψη. Η Mercedes-Benz υπόσχεται ομαλή μετάβαση, χωρίς αισθητούς κραδασμούς.

H δεύτερη και πιο μακριά σχέση έχει λόγο 5:1, κάτι που επιτρέπει στον κινητήρα να λειτουργεί σε χαμηλότερες στροφές στον αυτοκινητόδρομο, άρα (θεωρητικά) με καλύτερη κατανάλωση.

Τι περιμένουμε από την κατανάλωση;  
Σύμφωνα με τα στοιχεία των δικών μας μετρήσεων για να υπολογίσουμε την κατανάλωση στην εθνική η Mercedes-Benz CLA θα πρέπει να τα καταφέρει καλύτερο τα παρακάτω αυτοκίνητα -σημειωτέον ότι μόνο το Volkswagen ID.7 είναι δικίνητο (πισωκίνητο):
- Tesla Model 3 Performance, 19,7 kWh/100 km
- Hyundai Ioniq 6 AWD, 21,5 kWh/100 km
- Volkswagen ID.7 Pro, 23,6 kWh/100 km
- BYD Seal AWD, 25,5 kWh/100 km

Μιλάμε δηλαδή για ένα μέσον όρο 22,5 kWh/100 km που αν η CLA καταφέρει να βελτιώσει, θα έχουμε να κάνουμε με πραγματικό τεχνολογικό επίτευγμα. Κι αν κατέβει κάτω από τις 19,7 kWh του Model 3, για την πιο αποδοτική ηλεκτρική μεγάλη μπερλίνα της αγοράς -κάτι που θα διαπιστώσουμε τους επόμενους μήνες.

Η δεύτερη σχέση να σημειώσουμε ότι επιτρέπει επίσης τελική ταχύτητα 210 km/h, σημαντική λεπτομέρεια για τη γερμανική αγορά. Πολλά σημερινά ηλεκτρικά περιορίζονται από τις μέγιστες στροφές τους. Π.χ. το Volkswagen ID.7 στα 180 km/h με τον APP550 στις 13.000 rpm, παρά την υψηλότερη ισχύ του ηλεκτρομοτέρ του σε σχέση με το EDU 2.0 της Mercedes-Benz.

Υπάρχουν μειονεκτήματα; Φυσικά, ένα τέτοιο σύστημα έχει και την άλλη όψη του. Το διτάχυτο κιβώτιο, όντας πιο περίπλοκο από έναν απλό μειωτήρα, αυξάνει τη μάζα του αυτοκινήτου. Η CLA δεν είναι άλλωστε «ελαφριά», αφού ζυγίζει 2.055 kg. Ο Oliver Zolke δεν αποκάλυψε το βάρος του κιβωτίου, όμως η Porsche δηλώνει περίπου 70 kg για το αντίστοιχο κιβώτιο της Taycan. Σύμφωνα με υπολογισμούς, αυτό το επιπλέον βάρος μπορεί να κοστίσει περί τα 10 km θεωρητικής αυτονομίας.

Επιπλέον, η ύπαρξη κιβωτίου συνεπάγεται και πρόσθετες τριβές, οι οποίες λογικά μειώνουν την αποδοτικότητα. Μια θεωρητική μελέτη του 2018 ανέφερε πως «απώλεια 4%–5% στην αποδοτικότητα είναι αναπόφευκτη σε οποιαδήποτε μετάβαση από τη μία στις δύο σχέσεις, λόγω τριβών, ιξώδους και απωλειών από τον συμπλέκτη».

Το κιβώτιο δύο σχέσεων προσθέτει επίσης μηχανικά μέρη που μπορεί, θεωρητικά, να υποστούν φθορά. Ωστόσο, τα σύγχρονα συστήματα είναι ιδιαίτερα αξιόπιστα και οι αλλαγές θα είναι λίγες, δεδομένου ότι υπάρχουν μόνο δύο σχέσεις.

Τέλος, υπάρχει και το θέμα του κόστους. Η Mercedes δεν ανακοινώνει πόσο κοστίζουν τα επιμέρους εξαρτήματα, αλλά είναι σαφές ότι αυτός ο μηχανισμός αυξάνει το κόστος παραγωγής -κάτι που αναπόφευκτα θα περάσει και στον πελάτη.

Παρά τα μειονεκτήματα, η Mercedes-Benz θεωρεί ότι «το παιχνίδι αξίζει το κόπο». Θα το διαπιστώσουμε στα πρώτα test drive. Σε έναν κόσμο όπου κάθε κιλοβατώρα μετράει, η καλή, παλιά κλιμακωτή μετάδοση ίσως βρει ξανά τον ρόλο της. Δεν είναι τυχαίο ότι και ο Όμιλος Stellantis εξετάζει αντίστοιχη λύση.

Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι η έμπνευση για το διτάχυτο κιβώτιο προέρχεται από τους αγώνες. Άλλωστε, λέγεται συχνά ότι ο μηχανοκίνητος αθλητισμός είναι εργαστήριο για την παραγωγή. Το ίδιο ερώτημα για το κιβώτιο τέθηκε και στη Formula E. Την πρώτη σεζόν (2014-15), όλες τα μονοθέσια ήταν ίδια και χρησιμοποιούσαν το ίδιο 5τάχυτο κιβώτιο της Hewland, με αλλαγές μέσω paddles στο τιμόνι και πνευματικούς μηχανισμούς -ο ήχος τους ήταν χαρακτηριστικός.

Από τη δεύτερη σεζόν και ύστερα, οι ομάδες είχαν μεγαλύτερη ελευθερία στον σχεδιασμό του συστήματος κίνησης: Η Renault e.Dams υιοθέτησε κιβώτιο δύο σχέσεων (με την πρώτη για τις εκκινήσεις και κλειστές στροφές), αλλά στην τρίτη σεζόν επανήλθε σε μονοτάχυτο. Η Abt Schaeffler Audi, βασικός αντίπαλος τότε, χρησιμοποίησε τρεις σχέσεις με αντίστοιχες επιδόσεις.

Σήμερα, όλες οι ομάδες της Formula E χρησιμοποιούν έναν και μόνο λόγο μετάδοσης -δηλαδή σταθερό πινιόν. Τα οφέλη σε κατανάλωση σε σταθερή ταχύτητα δεν υπερτερούν, καθώς οι αγώνες έχουν ελάχιστα τμήματα σταθερής ταχύτητας, σε σχέση με το επιπλέον βάρος και τις τριβές ενός κιβωτίου.

Φυσικά, όλα αυτά αφορούν καθαρά αγωνιστική χρήση σε πίστες, που ελάχιστη σχέση έχει με τις καθημερινές μετακινήσεις μας.