為什麼電動汽車還需要安裝變速器?

海哥AN


大多數電動汽車只安裝了單速減速箱。可以理解為只有一個檔位,且不能換擋的變速箱。只有少部分車車型帶有真正意義的變速箱,例如吉利的混動車型,電動機集成在雙離合變速箱內部,充分利用了雙離合變速箱實現混動、純電驅動。

變速箱有什麼用?

變速箱的作用就是為了彌補發動機的不足。發動機低轉速扭矩不足,不能直接驅動車輪。變速箱多數情況下工作在減速狀態,把發動機的轉速通過齒輪組降低,這樣就可以輸出一個很的高扭矩,相當於把發動機的扭矩放大了。可以滿足車輛起步、加速需要的扭矩。而車輛高速行駛時需要的扭矩降低,對於高扭矩的發動機,此時功率有富裕,因此提高發動機轉速後可以有效降低油耗。所以通常變速箱高檔位已經不再是減速,反而是增速,通過齒輪組把發動機轉速放大,使變速箱輸出軸的轉速高於輸入軸。


變速箱還有一個重要的功能:在發動機旋轉方向不變的情況下可以讓車輛倒退,實現倒擋功能。因此燃油車上變速箱是不可缺少的部件。

而在電動汽車上,更多的汽車只是採用了一個固定速比的減速箱而已。難道變速箱很貴嗎?其實並不是這麼回事,這是電動機的特性決定的。電動機與內燃機的特性是不一樣的,內燃機最大扭矩需要轉速支持,即便是小排量渦輪增壓發動機,最高扭矩時發動機轉速也要在1400轉/分以上。而電動機就不一了,電動機前半段工作在恆扭矩區間。


例如某直流永磁電動機0-3000轉時,一直保持140Nm的最大扭矩。即使是幾十轉那麼輸出也是140Nm的扭矩,這就代表只有電動機轉動就會輸出最大扭矩,這點與發動機的特性完全不同的。既然起步就可以輸出最大扭矩,那麼就不需要變速箱來放大扭矩。只要發動機功率足夠大,完全不需要變速箱。例如主流電動機最大功率135kw,但是扭矩可以達到315Nm。這種情況下只需要一個固定減速比的減速箱而已。車速提升後,對扭矩扭矩需求降低,而電動機後半段則工作在恆功率區間,恰好滿足了車輛對動力的需求,而且電動機的轉速足夠高,一個固定速比的減速箱就可以滿足車輛需求。
固定速比的單速變速箱中低速效率比較高,高速行駛時效率就差了一些,難以兼顧兩個極端。如果高速行駛時進一步降低傳動比, 那麼可以提高最大時速、降低電耗、提高續航里程。但是真正的電動汽車多檔位變速箱還沒有廣泛應用。多檔位變速箱體積增加、控制系統難度增加,而電動車極速行駛並不是目前的追求,夠用即可。電機功率足夠的情況下,單速變速箱更穩定一些,成本低。而目前混動車型採用拉變速箱,是因為發動機功率較低,只能通過減速的辦法提升扭矩來驅動車輛。同時也帶來了電耗高的缺點,能量損失大,耗電量也高一些。


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能量守恆定律

電動汽車有直驅和使用減速器兩種類型,不同的車型特點決定了是否需要變速箱,首先解釋無需變速箱的電動汽車的特點。

能量守恆定律適合所有領域的所有動力元,一種能量形態轉化為另一種能量形態,其最理想的比例為【1:1】;但是沒有任何機器能做到如此高效,因為在轉化過程中總會有部分能量成為非動能的其他形態能量存在與自然界。

內燃式發動機有效轉化率達到40%左右即為高水平,而電動機能普遍超過90%,按照這一超高比例分析,電動汽車理論上可以做到無需變速箱。

事實也確實存在沒有變速箱的直驅電動汽車,電動機與傳動結構直接連接並輸出動力,單純以電動機輸出轉矩(定力)並調速實現CVT連續可變式動力傳輸;這種傳動系統理論上是最理想的,因為不通過任何結構變矩則能減少一次能量損耗,這是更接近能量守恆的工況。

但是守恆之後還要考慮能源消耗量,任何發動機的高功率輸出必然等於高能耗,這是恆久不變的道理;而電動機的動力曲線特點又比較特殊,因為電流的傳輸速度僅次於光速,只要起步時油門給的多則能在起步瞬間形成最強電磁場力以爆發峰值扭矩,但是在高轉速區間電動機的輸出扭矩又會下滑,這就造成了電機的致命缺點:高轉速電耗過高。

發動機功率=轉速×扭矩÷常數

參考這一公式能得出的結論一目瞭然,電動汽車在中低速段駕駛時能以低轉速大扭矩實現高功率,這是能有效降低電耗的運行狀態,能耗同比計算要比同樣轉速的內燃式發動機更低;但是在高轉速區間扭矩的快速下滑會讓功率整體降低,而功率高低直接決定了車輛的極速高低,那麼為了達到合理的極速則只能依靠電機高轉速運行拉高功率,此時的電耗會相當的高。

所以直驅電動汽車往往極速很低,使用的電動機也是低轉速機型,這類車指負責城市道路通勤作並且以公共出行交通工具的形態出現,或者在特殊領域作為特種車輛使用。


而普通代步汽車使用的高速電機也存在同樣的問題,區別無非是通過高轉速仍能實現高功率,但是電動汽車的電池組容量大一些也不過100kwh左右,超高轉速駕駛可以輕易實現30kwh左右的高電耗,這種運行狀態會大大拉低車輛的實用性價值。

所以為了節省電耗有效提升續航,該類電動以及插電式混動汽車總會使用一組減速器,通過扭矩的合理放大可以讓萬轉以上的高速電機,在幾千轉的低轉速區間實現合理的動力輸出;這種設計既能減少電耗又能減少轉子軸承的磨損,而且仍然能實現以單速比依靠動力元調速實現CVT連續可變傳輸的理想平順狀態。


關於電動汽車的變速箱瞭解這些也就足夠了,對於汽車愛好者而言還可以以車型分類區分,也許後續的電動汽車會以輪轂電機直驅形態定義硬派越野車,以單速減速器定義普通代步車或準性能車(5秒級破百),以雙速變速箱定義超高性能的電動或混合動力超跑車(2秒級),電動汽車的變速箱能決定車型。




天和Auto


絕大部分是安裝減速機,減速機和驅動電機一般集成安裝。配變速箱的電動汽車比例很少,因為電機通過電控可以實現均勻加減變速,就沒必要花更多成本去做龐大的變速箱了,變速箱雖然能夠提升一點點效能,但變速箱的重量卻增加不少,綜合算下來,不用變速箱是更好選擇。


新研汽車


其實現在大部分電動汽車是沒有變速箱的,只有一速或者二速減速器,這是跟電動機輸出特性有關,傳統汽車功率扭矩上升需要一定轉速,所以更多的檔位變速箱能讓車輛保持在一定的轉速,但是電動機轉速高,扭矩大,但功率相對不高,且現在大多數電機和減速器之間也沒有離合器這種分離裝置,所以也用不到多檔位的變速箱!


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