电动汽车为什么不配变速箱来提高高速加速性能?

小麦麦Mike


电动汽车多数只配一个固定齿比的减速箱。

因为这类车型多数是乘用车,负载轻。因此只要电动机功率足够大,那么只需一个固定速比的变速箱就可以应对。关于变速箱,大多数用来减速增扭用的。牺牲速度来提高扭矩。譬如生活中常见的电动三轮车,很多车型会有空两个档位,例如高速与低速档位。这就是电动机功率不足导致的,只能牺牲速度来换取扭矩。其中低速档位速比要比高速档位高一倍,车速自然也降低一倍。但是低速档位输出扭矩要比高速档位高一倍,因此用来脱困爬坡是非常好用的。


而电动货车也和三轮车是一样的原理,因为载货,负载高,因此需要把电机减速,来增加扭矩。



这时候变速箱就有存在的必要了!如果只采用一个固定齿比的变速箱,那么就行不通了。例如,固定齿比变速箱,减速比设定多少合适?想要起步力矩足够, 那么减速比必然要高一些,但是最高车速就降低了!后果就是电耗增加,效率降低。如果想要把最高时速提升一下,那么就要降低变速箱速比,但是起步力矩会严重不足, 甚至重载难以顺畅起步。这个感觉就像重载用二挡起步一样 ,难以成功或者导致硬件损坏。而空车时甚至可以四挡起步。因此电动货车需要变速箱来配合,以便实现一个较高的传动效率。

电动机与内燃机不同的地方就是最大扭矩转速区间不一样。


例如某电动机最大转矩是0-4000rpm,超过4000rpm时转矩反而会下降,进入恒功率状态。而内燃机最大转矩需要转速支持,即便是涡轮增压器发动机最大转矩时转速也要在1300rpm以上。而电动机只要转动,那么在4000转之前始终都能发挥出最大扭矩,起步时力矩足够,因此只需要一个小齿比的减速箱就足够用,可以满足起步所需力矩即可,而高时速所需的转矩是不用考虑的。车辆速度提升后,维持一个高时速所需要的功率不会太大,20kwh足够,所以发动机进入恒功率阶段,转矩降低时依然可以驱动车辆高速行驶。



这种情况下变速箱反而显得多余,机械变速机构必然存在离合器、换档机构等。够造复杂、体积增加、重量增加、传动效率降低,最终导致能耗增加。而电动机并不像内燃机,内燃机高转速时能耗激增 ,为了维持高转速,会增加一部分喷油量专门用来降低燃烧室温度用。所以汽车有个经济时速,发动机转速升高完全是消耗更多燃油来实现的,高转速下效率低下。所以汽车必须配备变速箱,避免发动机在高速状态下运转,以便平衡油耗。而电动机则不然,转速进入恒功率区间后,其效率并不会下降,因此利用电动机高转速的特点,完全可以抛弃变速箱,只需要一个固定齿比的减速箱就可以满足电动汽车对动力的需求。

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电动汽车绝大部分有变速箱,但这类车的变速箱仅限于单速,原因为代步车不需要、性能车不能承受。

代步电动汽车不需要的原因为发动机类型不同

普通燃油车需要多档位变速箱的原因是的不能长时间高转速运行,发动机内部从活塞气缸到气门顶杆,几乎所有的运动部件都会有物理接触。低转速运行时在润滑油的作用下可以合理的控制接触磨损,但磨损只是合理而并不是没有;发动机使用十几万公里后活塞和气缸间隙还是会磨损扩大,结果则会出现烧机油;如果长时间高转速驾驶磨损速度会更快,使用寿命会大幅缩短。

其次内燃机运行的基础是燃油爆燃产生的热能转换,如转速过高进气量同步加大会导致爆燃产生的振幅过大,而震动必然会产生噪音。所以高转速驾驶对NVH和使用寿命都有很大影响,为解决这一问题内燃机才需要使用更多齿轮比的变速箱控制把发动机转速控制在较低的范围内正常运行,高转速只是储备,用以超车或竞速。

而电动机没有如此复杂的结构,其运行原理是电磁场产生动能;最简单的小实验小时候应该都做过,两块磁铁同级相斥、异极相吸,原因是磁铁中有无数的涡电流,同级磁场的涡电流可以理解为电流运转的方向相同,在不平行的前提下同级磁场的电流会产生对抗造成推力,电动机依靠的就是这一原理。

如上图所示永磁体与传动轴连接,在电机通电后线圈形成电磁场产生动能,动力带动传动轴形成转矩;这一动力产生的过程完全不接触、不需要氧气、不存在震动,几乎是从静态的禁止到“静态的运动”,不需要物理接触则没有磨损也无需润滑,所以电动机的耐用性非常高;其次电动机也没有震动(相对内燃机而言),所以允许以超高转速运转直驱。

不过高转速运转电耗毕竟过大,而且转速太高直驱会让车速高到离谱,但解决这一问题也很简单:

  • 假设电动机可以在0~15000转持续运行,不需要如此高的车速只要通过一个固定的齿轮比把转速控制在0~6000转,在调整后的转速内只需要更过油门控制转速、用转速控制车速即可,没有必要在用两级多多级变速箱实现不同的传动比,那是画蛇添足。

  • 众所周知功率代表车辆极速,功率=转速*扭矩/常数,电机恒扭矩发力但在恒功率区间扭矩会下滑,那么只要把转速控制在恒扭矩区间即可;而即使在这一范围内对于普通代步车而言已经足够,因为高速公路的最高限速也不过120km/h,按照公式计算大部分电动车使用单速变速箱已经可以满足。

这是代步车不需要更多档位变速箱的原因,至于性能车不能使用两档变速箱原因也有不需要的因素,因为只要提高电机功率则能解决扭矩衰减的问题,至于特斯拉无法解决因为其品牌的电机依靠采购需要控制成本。

其次因为电机的恒扭矩特性发力非常直接,对变速箱的结构材质的要求非常高,由Xtrac为特斯拉测试的两档变速箱不到1分钟时间就被超高扭矩打坏了齿轮,如提升材质升级变速箱其成本比升级电机还要高很多,所以没有必要在变速箱方面做文章。

至于商用电动汽车使用AMT电机,原因为这些车使用的电机均为制造成本更低的低功率电机,低功率电机高车速行驶电耗会很高,于是不得不通过传统类型的变速箱为电机实现不同的传动比。

不过AMT结构与手动挡相同,即使是大扭矩机型制造成本也不是那么高,而且低功率电机对变速箱工况的影响也不大。

总结:普通电动汽车不需要多挡变速箱,后期可能会以直驱为主变速箱会成为过去式。


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天和Auto


电动车没有变速箱?那是不可能的。奇瑞公布的多模式变速箱了解一下,10个档位。目前这个模式的变速箱属于世界首创。就看押没押对宝了




呐回忆终成殇


这是未来电动车改进的方向,但也与电动车机械结构简洁化背道而驰,但最终会为了续航走向平衡。


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咋了?你是觉得es8的加速慢了?


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