新能源百科|電動車不配有變速箱嗎?

e電園官方賬號 發佈 2020-01-06T17:37:02+00:00

在燃油車大行其道的時候,廠商紛紛會宣傳自家車型搭載6AT或7速雙離合變速箱,要麼就說變速箱來自愛信或采埃孚。但走入電動車時代後,似乎沒有誰再標榜自己使用何種變速箱,從而大家會認為電動車沒有變速箱這一結構,這是否是一個誤區呢?電動車是不配擁有變速箱嗎?

在燃油車大行其道的時候,廠商紛紛會宣傳自家車型搭載6AT或7速雙離合變速箱,要麼就說變速箱來自愛信或采埃孚。但走入電動車時代後,似乎沒有誰再標榜自己使用何種變速箱,從而大家會認為電動車沒有變速箱這一結構,這是否是一個誤區呢?電動車是不配擁有變速箱嗎?我們用本次新能源百科為大家解答這一問題。

[·1·發動機有缺陷,所以要有變速箱]

作為燃油車三大件之一,變速箱的存在是由發動機的物理性質所決定的。發動機機雖然經歷了上百年的發展,但依舊無法擺脫兩個致命的缺點,一是低轉速下輸出扭矩較低,難以保證發動機正常運轉,二是高轉速下輸出扭矩下降明顯。

當然,這和發動機本身的特性有關,或許一些學機械的朋友會知道「發動機特性曲線」這個東西,展示了發動機在不同轉速下功率和扭矩的變化,比如下面這張圖(藍色的是扭矩,紅色的是功率):

簡單來說,單純一個發動機,既無法驅動車輛前進,也無法兼顧低速和高速行駛。因此需要通過離合器和變速箱,靈活調節不同車速和不同動力需求下的發動機轉速。此外,發動機的合理工作範圍也比較窄,一般為1000-4000rmp。變速箱為了讓發動機轉速保持在合理的工作範圍,就無法固定在一個減速比來匹配行駛需要的轉速,因此需要多個擋位來提高發動機的效率。總而言之,變速箱是內燃機時代的「遺留產物」,因轉速帶來在扭矩方面的缺陷,讓變速箱必須存在。

[·2·電機有先天優勢,單速變速箱基本能搞定]

首先要告訴大家,電動車是有變速箱的,目前大多數電動車採用的都是單速變速箱,也就是說只有一個擋位的單擋減速器,可謂「一擋走天下」。由此一來,燃油車變速箱中的換擋邏輯和換擋頓挫等問題也就不復存在。

Ps:減速器和變速器兩者都是工作機與原動機之間速度變換的裝置。其中將原動機轉速變換成一種固定轉速輸給工作機的裝置稱為減速器(一般是降低原動機轉速,實現定傳動比傳動);將原動機轉速變換成多種轉速輸給工作機的裝置稱為變速器(實現可變傳動比傳動),下圖是減速器的工作原理。

相比於發動機的「先天缺陷」,電機則更能夠讓人省心些。跟發動機相比,電動車的電機有兩個截然不同的特點。首先是零轉速下便可輸出最大扭矩,因此不需要設置怠速,靜止時電機關閉即可。此外,電機的工作範圍特別寬,一般為0-7000rmp,所以不同動力下電機的轉速也能滿足,只需要一個減速器來提高電動高轉速下的輸出扭矩。

我們再來看看電機的特性曲線,就用這個被用爛了的特斯拉的例子吧(實線是扭矩,虛線是功率)。從圖中我們可以看出,在轉速為0的時候就可以輸出最大扭矩,不但不需要怠速,而且減速比也可以做得相對比較小,所以電動車搭載的那個「單速變速箱」其實是個減速器。

由此可見,即使沒有變速箱,電動車也可以照常行駛,並可享受與之帶來的好處。相比變速箱,單級減速器傳動效率更高,而且不存在換擋過程中的頓挫感,更重要的是對電動車輕量化的貢獻。

[·3·兩擋變速箱可使運轉更高效]

既然單速變速箱已被大範圍應用,貌似也已經實現了「一擋走天下」,難道真的不需要兩個或多個擋位嗎?答案當然不是了!

有了變速箱的電動車,在工作時會處於更加高效的狀態。前面提到,電機的工作範圍較廣,但相對來說,在中低轉速的情況下,電機的扭矩非常足,工作效率也相對較高。但在高轉速的情況下,電機的效率和扭矩則會急速下降。而兩擋變速箱的作用就是使電機儘量工作在高效率的轉速區間,從而達到降低損耗和提高續航里程的效果。此外,曾有研究結果顯示,與單速變速箱相比,兩擋變速箱可節省電量達13%。我們再用一張圖直觀為大家展示。

藍色區域為電機的低效率區域(80%-90%),紅色區域為高效率區域(90%-93%)。在起步階段,電機轉速較低,為避免藍色區域,需要變速箱提高電機轉速到紅色區域。而在高速行駛階段,電機轉速較高,為避免藍色區域,則需要變速器降低電機轉速到紅色區域。由此來看,只有兩擋變速箱才能使汽車在高低速情況下均保持在紅色區域。在量產車當中,為了達到兼顧加速性能和高速性能,保時捷Taycan、奧迪e-tron就使用了兩擋變速箱。

[·4·兩擋變速箱暫無法大規模應用]

通過以上內容不難看出,兩擋變速箱對電動車來說,是錦上添花的好事。那麼問題來了,既然兩擋變速箱這麼好,為何還沒有被大規模應用?答案無外乎兩點,一是性價比不高,二是供應鏈跟不上。

第一,傳統變速箱的設計複雜,成本高,體積大,即使設計得再精密也存在效率損耗。對於電動車來說,沒有必要為了一點點的改良而加入這麼一個費成本,占空間,又還損耗續航里程的機械結構。省下變速箱的空間還可以用來安放更多的電池包,提升純電動車的續航里程。

第二,兩擋變速箱能否快速或是大規模的投入市場,還與相關產業鏈、供應鏈的成熟程度有關,這一點從國內自動變速箱此前的發展歷程中便能看出。自動變速箱的控制和設計上的瓶頸或許沒那麼難以克服,但是自動變速器需要具備精密機械製造能力的產業鏈,而國內在這一方面還並不成熟。

[·5·全文總結] 總而言之,電動車沒有變速箱就可以正常行駛,主要是因為電機的功能相比發動機的功能簡單又強大的多。但為了讓電機處在高效的運轉區間內,變速箱也就應運而生。而單速變速箱是目前電動車的主要選擇,但是隨著相關技術的成熟,兩擋變速箱未來有望成為一大趨勢。

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