电动汽车减速器

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电动车采用变速箱,是历史倒退了吗?

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电动车采用变速箱,是历史倒退了吗?

发布日期:2019-05-16 作者:温岭市华鑫机械制造有限公司 点击:

        相比传统燃油车,电动车的结构发生了很大的变化,电动机代替了传统的发动机,电池组代替了燃油,就连以档位论英雄的变速箱,也被取代为单级减速器。正是因为电动车绕过了发动机和变速箱的汽车行业准入门槛,让造车和维护保养变得更加简单。

        但近来越来越多车企和供应商都在投入研发电动车专用变速箱,比如宝马i8采用GKN的2AT变速箱,博世、加特克、博格华纳等变速箱供应商也在虎视眈眈。如果说电动车简化机械机构是大势所趋,那曾被砍掉的变速箱再次卷土归来,这是历史倒退吗?

内燃机时代的“遗留产物”

       在回答这个问题之前,首先要明白变速箱在燃油车和电动车中的戏份到底有多少。作为燃油车三大件之一,变速箱的存在是由发动机的物理性质所决定的。内燃机虽然经历了上百年的改进,但依旧无法摆脱两个致命的缺点,一是低转速下输出扭矩较低,难以保证发动机正常运转;二是高转速下输出扭矩会急速下降。

       换言之,单纯一个内燃机,既无法驱动汽车,也无法兼顾低速和高速行驶。因此需要通过离合器和变速箱,灵活调节不同车速和不同动力需求下发动机的转速。此外,发动机的合理工作范围较窄,一般为1000-4000rmp,变速箱为了让发动机转速保持在合理的工作范围,就无法固定在一个减速比来匹配行驶需要的转速,因此需要多个档位来提高发动机的效率。

       跟内燃机相比,电动车的电机则有两个截然不同的特点,首先是零转速下便可输出最大扭矩,因此不需要设置怠速,静止时电机关闭即可;此外,电机的工作范围特别宽,一般为0-7000rmp,所以不同动力下电机的转速也能满足,只需要一个减速器来提高电动高转速下的输出扭矩。

       由此可见,即使没有变速箱,电动车也可以照常运行,并可享受与之带来的好处。相比变速箱,单级减速器传动效率更高,而且不存在换挡过程中的顿挫感,更重要的是对电动车轻量化的贡献。据了解,采用单级减速器可以为车重减轻185kg的负担,从而换来更长的续航里程。而宝马i3大费周折,专门采用全碳化纤维车身,也仅带来250-350kg的减重效果。从“性价比”来看,显然前者更符合主流车企的利益,这也是为什么目前全球主流电动车均采用电机+单级减速器的结构。

变速箱是锦上添花?

       当然,可以不用变速箱,并不等于一定不用变速箱。电动车电机的特性确实在起步阶段可以秀你一脸,包括很多三四百万的跑车也只能看它的尾灯,比如特斯拉Model S P100D百米加速为2.28s,,比它贵三倍的兰博基尼Huracan Performante百米加速为2.9s。

        虽然电动车拥有优秀的起步速度,但极速却比不上内燃机,还是以特斯拉Model S P100D和兰博基尼Huracan Performante来说,前者极速为250km/h,而且仅能维持几秒时间,后者最高速度可达到325km/h,堪称“最蛮小牛”。

       电动车的极速远落后于内燃机的根本原因,其实就在减速比。随着电机转速增高,电机内部产生的反电动势也会越大,电机的有效电压也会随着降低,因此对车轮的驱动力也会降低。单级减速器使得电动车完成从起步到最高时速的行驶,相当于内燃机从一档起步后直到转速被拉高至红线区,发动机不能回到最佳扭矩输出区间,再加速能力被大幅削弱。唯有通过增加小齿轮比档位,才能进一步提高极速表现。

        其次是续航能力。单级减速器会造成汽车巡航状态处于较高的转速临界点。加上变速箱的话,可以通过换挡使发动机处于效率最高的区域。从另一个角度来看,变速箱可以有效降低电机和电池的负荷。

机遇与挑战并存

        由此可见,变速箱对提高电动车的极速表现和行驶经济性有莫大帮助,但对车企来说,要实现这种锦上添花的任务并非想象中那么简单。特斯的第一款车型Roadster的最初版设计使用180kW电机+2AT变速箱,后来在设计和生产过程中遇到了不少困难,于是被迫采用了第二种方案,取消了变速箱。但为了实现相同的性能,特斯拉只能将电机增大到240kW,相应的电池也进一步增大到80kWh,来提供更大的输出功率,满足电机需求。

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