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智能电动汽车传动系统未来:多挡变速箱优势分析

作者:不爱吃窝瓜时间:2015-09-13浏览次数:973

曾经在一篇关于变速箱的文章中看到,大部分电动车仅通过匹配结构紧凑的单级变速箱,就可以达到普通动力车型的性能,于是作者就此提出,在未来大规制造常规变速箱的场景将成为历史。这个观点指出,“多挡位”变速箱属于内燃机时代的“遗留产物”,难道果真如此?

被变速箱拖累在终点的特斯拉

以性能最好的电动车特斯拉Model S P85(以下简称Model S)为例,它可以轻松赢在起步,但在中后段加速却频输对手。究其原因,问题就出在特斯拉匹配的单级变速箱上,它使特斯拉始终在用一挡,完成从起步到最高时速的行驶。这相当于开一辆燃油车,用一挡起步后不换挡行驶,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,再加速动力被大幅削弱。同样特斯拉“再加速潜力”,也被这个一挡走天下的单级变速箱拖累,才会在中途被对手超越。

单级变速箱降低特斯拉续航潜力

单级变速箱造成电动机产生的扭矩输出一气呵成,也许不间断的动力输出对起步加速有利,但却不利于车辆的经济性与舒适性。尤其是为追求性能采用高转速电动机的Model S,它配置的高转电动机功耗较大,并且单级变速箱一挡大齿比,造成车辆巡航状态也处于较高的转速临界点,经济性不高。

至于效率的打折有多严重,可以看看采用47.5千瓦时电池容量的腾势,最佳续航里程在250公里左右,而Model S配置了容量达到85千瓦时的锂电池组,最佳续航里程为400公里左右,特斯拉高出腾势近一倍电量,续航里程却没有翻倍。

多挡变速箱优势在哪里?

多挡位变速箱相比固定挡位对动力输出的损耗更小,能提升发动机的动力输出效率,这正是研发人员乐此不疲地对变速箱挡位数极致追求的关键,考虑到轻量化以及体积的问题,变速箱也不会无限制的增加挡位。所以如果能匹配一个速比范围合理的多挡变速箱,来优化电动机动力爆发的时机,那将会大幅提升经济性,其次是持续加速性能。

说完了一个挡的缺点,多个挡的优势,电动车厂商们却依然在使用单机变速箱,这是何苦?关键在于单级有结构极为紧凑的优势,体积远比普通变速箱小很多,它不需要离合器(电动机输出轴直接连接变速器,而非内燃机用飞轮),电控换挡结构也比液压更简单可靠。单级变速箱正是利大于弊,主要性能已经满足当前的使用,所以才被广泛使用。这不是说厂商们已经放弃了提升经济性,只是现在还无暇顾及。GKN已经推出量产电动机用两级变速箱,虽然从挡位数看还有点名不副实,不过从宝马i8装配它后的性能表现看已经优于单级变速箱。

 

率先实现“多”挡位,i8双级变速箱

目前纯电动车中,我们还没有看到多级变速箱的存在。在采用插电混动结构的车型中,宝马i8已经率先为驱动前轮的电动机单独装配了一台结构小巧的“双级”变速箱。

大部分混合动力车型都配有离合器结构,用于电动机转速过快时,防止达到临界速度会将电力驱动脱离,但这样会影响动力的性能发挥。宝马i8是一辆对动力有追求的跑车,电动机占到一半的动力输出,显然断开电力传动对它来说不合适,而来自吉凯恩(GKN)公司的eAxle变速箱解决了这个问题,它使宝马i8的电动机在第二挡时临界转速更低,这样全程都有电动机与汽油发动机共同驱动车辆。

电动汽车传动系统未来:多挡变速箱优势分析

宝马i8电动机采用横置布局空间狭小,GKN薄片式“2AT”被紧凑地安装其中

该变速箱的聪明之处在于,为电动机额外增加一个齿轮传动比,可以提高车辆的加速性能,同时增加了纯电动模式行驶里程。吉凯恩的双速eAxle变速箱,还使得电动机以及与其相连各系统的尺寸得到降低,减轻了重量,整个装置仅重27公斤,体积为325×562×313毫米,这个体积参数比,专为横置布局经过特别瘦身的ZF 9AT变速箱还要小,ZF 9AT为367×521×421毫米。宝马i8在传动轴与电动机之间,仅留有狭小的横向空间,与其说是eAxle变速箱被安装在宝马i8,还不如用“贴附”形容更为恰当。

电动车传动系统的未来

其实不光是高大上的宝马i8,丰田也为旗下混合动力车型,装配了一台ECVT变速箱,它没有传统CVT的锥盘与钢带,使用了行星齿轮变速结构,这台变速箱不光匹配发动机,对于电动机同样具有变速功能。目前,德国汽车零件供应商博世,已经表示他们正在加紧研发电动车用多挡变速箱。特斯拉ECO艾伦·马斯克也在考虑,未来为Model S匹配一台紧凑、轻薄的多挡位变速箱。

小结:

电动机只是改变了做功的方式,即通过电磁互斥原理产生动力输出,告别了发动机使用燃烧产生热效率做功,变速箱对于优化电动机动力输出依然至关重要。目前研发轻薄化、小型化的专用变速箱,仍热需要攻克很多技术难题。



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