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知豆竟然与特斯拉用同样的变速箱?

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知豆竟然与特斯拉用同样的变速箱?

发布日期:2016-10-11 作者:111 点击:

前几天在一个汽车群里聊天,笔者提出一个话题:关于电动车变速箱,各位怎么看?
没想到群友的回答五花八门,着实让我有点吃惊。比如,电动车有变速箱吗?有变频器,电动车要变速箱干嘛?轮毂电机直接驱动车轴就可以了啊……
其实这些问题都不难回答,群友们有这种想法的根本原因。一方面,目前绝大部分人对电动车的概念还是处于低速电瓶车的认知程度,另一方面,“学术思维”过于浓重,什么变频器、轮毂电机、轮边电机等等,考虑产业环境,这些都不切合实际。
基于这些问题,笔者就提出一个命题:电动车是否需要变速箱?
首先,从理论角度看,这里引一张学术界大师C.C. CHAN 综述里的一张图,纯电动汽车结构分类:
以上六张图总体介绍了纯电动车的动力总成架构,这说明,电动车的变速箱可有可无。
什么决定了电动车是否需要变速箱呢?答案是产业环境。图a虽然最复杂,但是就当前中国零部件市场的配套基础设施与成本两者进行均衡,这是最合适的方案,笔者曾经开的一款电动物流车就是这个架构;图f,动力总成架构最简单,但是技术条件最高,正如一位群友所说的轮毂电机变频调速什么的,不过根本笔者之前跟一个博世工程师聊天,他坦言,即使在德国,这个技术也不是非常成熟,虽能做出来,但是离大规模量产还是有些距离。
从以上可知,虽然理论上电动车的变速箱是可有可无的,但是,考虑当前产业基础配套能力,与市场对电动车性能的需求,电动车还是需要变速箱的。
从传统低速电动车、电动自行车、工厂电机等,甚至广义上电机的驱动方式(比如电风扇、刮胡刀等),电动车的确可以不需要变速箱。但是电动车为什么要变速箱呢?
我们举一个简单数学例子,家用车一般最大速度限定在240千米每小时,轮胎规格用R16。根据这两个参数,大致可以算出的结果是,如果车子极速达到240,那么,此时轮胎的转速达到三千转左右,也就是说,轮胎最大限定是在这个转速,如果再加速,那就会出现滑动而不是滚动,但是,许多乘用车的交流电机额定转速就是三千了,最大转速是八九千转,甚至上万,去除差速器和半轴那些微弱减速,如果不加变速箱,就相当于“直驱”了,那么电机后面的转速有什么用?轮胎作为汽车直接接触地面的媒介,是牵引力、阻力等各种力的集聚点,如果轮胎一直处于高转速下,对轮胎的磨损也非常严重,也就是所谓的“烧胎”,这是不现实的。
其次,电机是发动机的一种,也有自己的万有特性,从工作效率、噪音抑制等方面来看,电动乘用车也需要加变速箱。
至于以上说的那些低速电动车,一方面他们主要使用的是直流电机,电机转速大小、范围都很有限,或者交流电机用廉价简单的变频器调速,由于电动乘用车的特殊使用功能属性,绝大部分都用高转速的交流电机,所以,电机的特性也决定了电动乘用车需要变速箱。
加上变速箱之后的好处:
第一, 扩大电机转速工作范围,如果加上多档变速箱、离合器等效果更好;
第二, 能够控制电机工作在有效区间,更加“省电”,这也是混合动力省油的核心之一;
第三, 避免电机过多的高转,对机械产生折损的同时,也产生很大噪音,影响乘坐舒适性;
第四, 对性能有一定加强,比如,电机在持续高转时,也就是汽车加速末端,这时再提速就很难了,但是如果加上变速箱,俗话说的“后劲”有余,通俗点就是加上多档变速箱之后,电动车的爆发点更多、更持续,如果没有或者就一个单级减速箱,那么就是起步那一段时间推背感很强,中后段加速就比较疲软;
第五,为达到相同的性能,有变速器可以有效地减少电机指标与电池指标,比如,Tesla 的第一个车型Roadster的最初设计是180kW电机 2档变速箱,后来由于变速箱生产质量的问题,被迫采用了第二种方案,取消了变速箱但使电机功能增大到240kW才能达到相同的性能。为了配合更大的电机,电池也需要增大到80kWh以提供更大的输出功率。
最后,还是总结一下,理论上来说,电动车变速箱可有可无。但是,考虑到新能源汽车产业持续向前发展,各个细分市场对电动车提出的要求也更高,比如,电动车物流车,由于对电动车的爬坡能力更加看重,所以,最好安装一台多齿比变速箱;再就是市场最大的电动乘用车,为了满足更多消费者挑剔的目光,电动车的性能就需要更加强大,也对变速箱提出更大的要求。
目前市场上绝大部分电动车都是单级减速箱,比如豪华如特斯拉,实用如知豆等。虽说单级减速箱在性能上有些打折扣,但是考虑市场产业环境与成本,这也是最“划算”的选择。未来,多档变速箱肯定是电动车的趋势,也是各大零部件厂商与主机厂必须要重视的核心技术之一。

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