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发展电动汽车 到底要不要取消变速箱?
来源:汽车研究网 作者:雷洪钧 编辑:杨煜 2018-08-07 字号   打印  收藏

电动汽车,虽然没有了发动机,但是采用中央电机驱动模式,如果没有配备变速箱,作为工程师都知道,这就有些不太专业了。但是如果直接采用目前传统变速箱,又未免有些说不过去。笔者的体会是,发展电动汽车,选用变速箱已经是一件十分尴尬的事情了。

一、电动汽车发展,到底要不要取消变速箱

如果电动轮可以应用到电动汽车上,即乘用车用上轮毂电机,肯定没有变速箱了。特斯拉纯电动汽车,前后桥上,配备了两个不同的电机,也就不存在变速箱了。目前中国的纯电动公交车基本上是由中央电机驱动的,也没有变速箱了。业界对电动汽车到底要不变速箱的讨论比较激烈,大家都有各自的道理。

图1变速箱内部结构图

①中央电机驱动模式,又必须要配变速箱。但是目前传统的4-6档变速箱不适宜;

②传统4-6档变速箱技术已经成熟,而2档变速箱适宜于电动汽车,却要重新开发;

③电动汽车发展方向是四个车轮配电动轮的。这个技术进步的速度,目前很难把控,而2档变速箱要重新开发,再到市场成熟,也是要时间验证的。就是现阶段的2档变速箱,其规格也是相当多的。

笔者理解,没有办法,边做,边看吧。

二、传统燃油车为什么要配变速箱?

无论是电动汽车还是汽车,是否要配变速箱?我们先看一下,传统燃油汽车为什么要变速箱?没有变速箱是什么情形?

传统变速箱的基本功能,是协调发动机转速和车轮实际行驶速度的变速装置。发动机的特点是:

①转速过低则无法输出转矩,没有转矩车辆无法启动;

②转速过高则会处于一种低效的工作状态;

③合理转速区间在1000-4000rpm。

发动机功率、扭矩曲线是指将发动机功率、转矩与发动机曲轴转速之间的函数关系以曲线表示如下,见图(2)。

图2发动机外特性曲线和部分负荷特性曲线

工程上为了发动机转速在合理的区间,开发了变速箱,来调整减速比,确保车辆正常工作。

传统燃油车,先是4-6档手动变速箱,后来又开发出自动变速箱。无论手动变速箱还是自动变速箱,原理上是比较简单。但是车规级的变速箱,其产品技术含量是很高的。中国传统汽车落后于发达汽车国家,具体就体现在发动机和变速箱技术上。

三、中央电机驱动电动汽车为什么还要配变速箱?

中国发展纯电动汽车,还有一个基本目的,即摆脱传统汽车发达国家变速箱技术的控制。目前来看,电动汽车总体上,还是中央电机驱动的电动汽车。下面是电机效率图。

图3电机效率图

注:图(3)横轴是电机速度,纵轴是转矩,蓝色区域为电机的低效率区域(80%-90%),红色区域为高效率区域(90%-93%)。

电机与发动机相比,其特点是:

①工作范围较广(一般在0-15,000rpm),而发动机最高转速在4000rpm以内;(注:国外的电机有的是:20,000rpm);

②在低转速甚至零转速下也可以输出很大的转矩;

③高转速的情况下,电机的效率和扭矩则会急速的下降。

如果有变速箱支持,变速器的作用就是使电机尽量工作在高效率的转速区间,从而达到降低损耗、提高续航里程等效果。

四、为什么目前纯电动公交车和电动货车却基本没有配变速箱?

①纯电动公交车最高速度设计为79公里/小时,而实际运营速度在35公里的水平上。低速时,要求大扭矩。电机特性能满足这个要求。所以说,纯电动公交车被证明没有必要配变速箱,是可以的;

②城市物流的电动货车,目前车速实际运营速度也不高,不配变速箱,也能应付;

③4.2米车厢电动货车,由于目前动力电池比能量还是比较低,高速跑长途,还不现实,配变速箱的要求,也不是很迫切。

笔者观点是:

①纯电动通勤车,目前是中央电机驱动模式下,配2档变速箱是比较合理的;

②如果比能量突破300wh/kg,4.2米车厢电动货车,配2档变速箱是比较合理的;

③如果动力电池比能量突破400wh/kg,长途电动客车、长途电动货车,配2档变速箱是比较合理的,估计是到2025年以后的事情了。

五、变速箱最后会不会取消呢?

①中央电机驱动模式,将会存在比较长的周期,如果动力电池比能量得到提升,超过350wh/kg后,2档变速箱一定被普遍用起来;

②如果电动乘用车都采用特斯拉在前后桥上,直接配2个不同的电机,变速箱对于)乘用车就基本就没有市场了,这个可能性比较大;

③如果电动轮运用成功,变速箱就没有生命了。目前还没有数据,能支持这个结论。尤其是,长途电动大客车、长途电动货车,还是要变速箱支持的。

笔者的观点,中央电机驱动模式下,如果不配变速箱,对减速器总成的要求就高了;如果是电动轮驱动,减速器总成尤其关键。

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