电动汽车变速器,电动汽车为什不采用多档位的变速箱?

习惯燃油车的人一般都知道,对于一款车而言,变速箱挡位越多,意味着这款车身价越高,比如普通车型大都搭载6速或以下变速速箱,而豪华车型一般都是8速电动汽车变速器、9速甚至10速变速箱。但是这个逻辑要是拿到纯电动车领域,就走不通了,实际的情况是,从几万块的知豆类小车到一百多万的特斯拉,几乎纯电动车都清一色采用的单速变速箱,一个固定的名称是“电动车单速变速箱”,也称“单挡固定齿比变速箱”。

电动汽车变速器,电动汽车为什不采用多档位的变速箱?

电动汽车变速器,电动汽车为什不采用多档位的变速箱?

就是这个变速箱,其实很多业内人士并不认为这是变速箱,说白了,就是一台减速器。比如特斯拉,搭载的就是一台固定齿比为9.73的减速器,并不提供换挡功能。

为什么纯电动车不采用多挡变速箱呢?这是由于电动机自身的特点所决定的,与发动机不同,电动机从0转速开始就能全动力输出,没有怠速问题困扰,而且,电机的转速范围比发动机更广,也更高,普遍都能达到 7000-10000 转以上,减速器的作用就是将电机的转速降低,并将动力传递到车轮。同时,电动机最大输出功率可以保持很宽广的转速区间,基本能覆盖车辆所遇到的各种不同运行工况,所以它只需要一个固定齿比的减速器就足够了,而不需要太过于复杂的多速变速箱。

电动车使用的高速电动机,通过电控系统进行调速。而固定齿比变速箱可以通过齿轮的不同速比来改变车速。这种结构缺点使得电动车起步能耗大,电动机转速大,变速箱调速功能单一,在高速行驶状态下,不能通过变速箱超速档齿比小于一的档位,降低电动机转速,单级变速箱也使得车辆的极速不高。

此外,电机本身就拥有自变速功能,只要保持电机的输入功率不变,那么它便可以自动在输出功率和输出扭矩之间寻找一个最佳的平衡点,而无需你去对转速进行控制。这是电机与生俱来电路特性所决定的,所以没必要用变速箱去进行控制。

电动汽车是否需要多档位变速箱仍存在争议,电机功率决定了变速箱是否存在价值。首先说明电动汽车多挡变速箱的制造技术难度确实很大,因为高功率电机的转速可以轻松高达10000转以上,且高功率的电机的扭矩动辄数百牛米,某些商用车辆的扭矩可以高达1000N·m左右;而电动机的特点又可以恒扭矩发力,电机与内燃式发动机的动力曲线完全不同。

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燃油燃烧需要依靠量来提升内能,燃烧是一种化学反应,在反应过程中分子无规则剧烈运动产生机械能,以推动发动机活塞连杆曲轴运转输出转矩。而固定量燃油燃烧产生的分子运动量是固定的,所以只有提高耗油量才能提升动力,但加大喷油量的前提是增加进气量、增加进气量的方式是提高转速,所以内燃式发动机的扭矩输出要缓缓的增加。

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电动机依靠电磁场形成电场力,电的速度仅次于光速,那么在起步瞬间把油门踩到最深则可以让电池组瞬间输出最高倍率的电流,这一状态等于内燃式发动机起步瞬间达到最大喷油量,然而内燃机做不到电机做得到,于是问题也就来了。

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多挡变速箱的结构非常复杂,过于复杂的结构强度假设要面对瞬间500N·m的输出扭矩,如果从起步到峰值扭矩是从100~500线性增长则结构可能承受冲击,如瞬间达到500N·m则对材料强度的要求非常高;曾经的量产混动汽车存在因扭矩输出过大打坏齿轮的情况,齿轮与齿轮之间在瞬间结合时会有瞬间的物理碰撞,力过于强大则要求材料强度极其高。

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理论上可以选择高强度材料打造这种变速箱,但是成本很难控制而且对于电动机而言确实没有必要。

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电动机的特点为恒扭矩,但在高功率输出的恒功率转速区间扭矩会快速下滑;不过正常公路的限速仅仅有120km/h,这一速度并不需要很高的功率(转速),所以使用高功率电动机预留出足够大的余量,保证极速驾驶时不超出监控转速区间则扭矩不会明显下滑,电耗也就可控了。

电动汽车变速器,电动汽车为什不采用多档位的变速箱?

那么使用多档位变速箱还有意义吗?答案一定是有,因为高功率电动机的成本相当高,不是所有量产汽车都能选择的;尤其是有些商用型汽车只能选择低功率电动机,使用单速减速器在高速驾驶时会轻易达到恒功率区间,电耗确实会很大。

电动汽车变速器,电动汽车为什不采用多档位的变速箱?

所以这类车为了控制低转速高车速不得不使用多挡变速箱,于是制造成本最低的AMT机械自动挡则成为了首选,但对材料强度的要求也会很高,只是综合变速箱升级成本与电机制造成本对比还是要低一些,所以中重型电动客货车多使用这类变速箱。=

至于小微型客车也可以使用低功率电机与多挡变速箱的组合,量产车中甚至有一台手动挡电动汽车,然而这种匹配显然没有高功率电机与单速减速组成的,以电机控制变速箱形成的特殊无级变速更理想。

普通乘用车以实际用车环境决定了无需多挡变速箱,至于性能车可以使用但也没有必要,除非是追求极限驾驶乐趣的超级跑车,然而这类车的消费者垂直度太高且太窄,供需关系决定了没有必要投入研发;至于某特本就没有核心技术,两档变速箱也是由其他机构代为研发试验,三电技术除了电控以外基本空白,这类车企不会出现颠覆性的技术,无需过于关注。

(上文由天和Auto撰写,仅代表个人观点;禁止站外转载,平台内欢迎转发。)

2021-10-31

2021-10-31