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『卡叔说车』电动车到底要不要装变速器?

『卡叔说车』电动车到底要不要装变速器?
2019-08-19 13:07:22 电动邦

电动车到底要不要装变速器的话题由来已久。在国内,之前因为WEY P8和长安CS75 PHEV都在后桥上配备了舍弗勒的两挡减速器,一度增加了“支持者”的阵营。在全球,研发和提供“电动车变速器”的厂商,也并不是舍弗勒一家。如今,支持者又有了新论据。不久前,“变速器界”有名的采埃孚,也发布了它的首款电动车两挡减速器。照这个趋势,是不是意味着电动车如同燃油车一样,要开始进入“装配变速器”的时代呢?Tips:最早的汽车,也是没有变速器的。1889年标致发明了首个变速器,之后变速器由最早的2MT发展到现在的10AT。

『卡叔说车』电动车到底要不要装变速器?

▲采埃孚的两档减速器

电动车不配变速器

与一百多年前的燃油车有本质不同

电动车会像燃油车发展那样配变速器——这个思路看上去好像“很顺”,但原理上是有本质不同的。一百多年前奔驰弄的那台三轮汽车,之所以没有变速器,不是缘于“有没有必要”,而是“压根不会”。因为在此之前,只有马车,根本就没有所谓变速器这种“东东”。现在的电动车显然不是这样。变速器技术的发展已经非常成熟,甚至到了有点BT的程度。有人说,因为电机的扭矩大、转速高,所以匹配变速器的难度要大于燃油车。例如早期特斯拉就是想用两挡减速器的,但因为技术难度大没搞成。这看似有理,但其实也绝非真正的障碍所在。特斯拉是不是真正没搞成两说(更大程度上是因为后来觉得没必要)。即便是,这也不能说明技术门槛太高。要知道,特斯拉的牛逼是在电池和电驱,变速器这块儿,它跟各路汽车大佬比起来,还是“雏儿”。

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▲特斯拉也没有采用两档减速器所以电动车发展了这么多年,(乘用车领域)大多不用变速器,真正的原因还是觉得“没必要”。而这(有没有必要),恰恰也是本期话题争论的焦点。

电机工作原理的不同

确实有“没必要”的基础

有人说,电动车没必要配变速器,是因为它有控制器,可以调频来实现转速的大幅改变。尤其是有相当一段区间,实现功率恒定而转速持续提升,相当于电机本身就已经会“变速”了,因此完全没有必要再叠加一个变速器。这个说法有一定道理,但其实归根结底,还是表现为电机的转速范围宽泛。尤其是感应异步电机,例如像特斯拉的主力电机,就可以通过线圈电流的控制来改变磁场,从而达到上述目的。这也使得其电机的转速范围异常宽泛(例如0-18000转)。转速范围宽泛只是一方面。更关键在于电机从静止就能维持峰值扭矩的特性,这是燃油发动机比不了的。燃油车,正常起步一般也就1500转以下,此时的发动机扭矩距离峰值扭矩还有相当距离(尤其是自然吸气发动机)。所以燃油车初始齿比必须足够大。

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▲即使是涡轮增压发动机,峰值扭矩表现也难比电机然后才是转速范围。燃油车的转速峰值一般只有7000转,再配合大齿比,如果只有一个挡的话,极速会很悲剧(不到100公里/小时)。

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▲特斯拉电机的工作特性曲线这其实也不是最关键的。否则燃油车配个两挡、顶多三挡变速器也就足够了。关键是燃油发动机的高效转速区间太过狭窄,一般也就1000多转。而且它脱离这个转速区间以后的燃效曲线非常陡峭。说人话就是:低于这个转速或高于这个转速,油耗会大幅度提升。所以必须用多挡位变速器,让发动机尽可能在高效工况下工作。现在动不动8个挡10个挡,主要就是被“燃效”逼的。电机也存在最佳能效转速范围。但一来,这个转速范围很大,二来即便脱离这个转速范围,其燃效曲线也不陡峭。也就是说,即便不在最佳转速范围工作,电机的效率也不会大幅度降低。

两挡减速器与改善电机谁更划算

太多档位对于电机来说没必要,这一点基本上就能达成共识。争论的焦点是:两个挡位也没必要吗?例如在高速状态下,切换到小一点的齿比,让电机转速别动不动八千、一万转,这不是可以提高效率吗?理论上确实没错,但实际上却并不一定。首先,电驱到底什么工况下才需要改变速比?按照采埃孚的数据,它的换挡速度为70公里/小时。那是不是意味着70以上的速度,就用变速器合适呢?显然不是。一款电动车在多高速下依然可以维持高能效,与电机的设计、减速比的设计密切相关。例如,我们如果提升一款电动车的扭矩,让它可以获得更小的齿比;或者提升电机功率和转速,改善电机高效转速范围,这些都可以保证它在120公里/小时以下的车速范围内,拥有高效的运转工况。事实上像特斯拉的各款车型,比亚迪的唐、宋之类,以及蔚来等等,它们在120公里/小时以下的工况,电机效率都不低。基本上没有再为其叠加变速器的必要。既如此,为何采埃孚给出的换挡速度是70公里/小时呢?其他两挡减速器,切换速比的速度,也都不到120公里/小时。很简单。一来,既然配备了两挡减速器,自然也就没必要再配备更大扭矩的电机。如此,这类电机的高效工况有可能低于120公里/小时。二来,既然是两挡减速器,它的一挡齿比会明显大于单减速器,那么它的一挡自然不能支持过高的车速。

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Tips:WEY P8的两挡减速器,一挡综合齿比超过14,而像特斯拉Model S的综合齿比还不到10,比亚迪的电机多数也在10上下。于是问题来了:要实现这一点,需要提升电机的功率和扭矩,这无疑会增加成本,也会增加电机的体积和重量。那还是应该给它配两档减速器合适。如果你的两挡减速器可以零成本、零重量,那确实如此:谁都应该配备两挡减速器。问题恰恰是,两挡减速器的成本和重量都很“可观”,“可观”到足以抵消增加电机功率扭矩带来的成本和重量。既如此,我们与其劳什子地去配个两挡减速器,还不如把心思花在优化电机技术、提升电机性能上。事实上,从特斯拉到比亚迪,乃至蔚来等等各路电动大咖,都是这么想、也是这么干的。

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▲宝马i8采用的GKN两挡减速器,两档速比分别为11.38和5.85

小结

至此我们大致算是梳理了电驱动与变速器之间的关系。可以肯定,电驱动不可能像燃油车那样,从单一齿比发展为多挡位变速器。这是由于电机的驱动特性决定的。那么两档减速器呢?按照本文的分析,似乎也是“没必要”。然而这又如何理解舍弗勒、采埃孚它们的动作呢?作为国际大牌的供应商,推出这样的技术上已经趋于成熟,并在一些车型上量产的产品,绝不可能是简单地拍脑门。到底为什么会有电驱动的两挡减速器的存在,它们到底是“剑走偏锋”还是真正具备“存在价值”?伴随着这类技术的成熟,它又会不会在电驱动车辆上大面积普及呢?关于这些,咱们下回接着说。

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