03.05 究竟為啥大多數電動汽車都沒有變速箱?真的不需要嗎?

王執臣


電動汽車並不是沒有變速箱,減速器可以理解為單速變速,這其實也是一種變速箱。

電動汽車普遍沒有變速箱,原因並不是因為絕對不需要,而是技術達不到。不過一般家用電動車可以沒有,電機需要減速而不是檔位的變化,原因是因為電機的運行特點。

如圖所示,簡單的理解永磁同步電機在運行中沒有摩擦、沒有震動、沒有噪音,而這些正是燃油發動機的所有特徵。電機可以輕鬆達到一萬轉以上,車速飛快的狀態下基本只有風噪而掩蓋驅動電機的聲音;但是發動機如果到一萬轉基本是在嘶吼,而且民用車一般五六千轉就斷油了,即使在這種轉速下發動機的噪音也大到難以接受。

如果發動機沒有變速箱,通過一個齒輪比輸出動力,那麼發動機的轉速就代步了車速,想要高速行駛發動機就要高轉速運行,噪音和震動是不能接受的,發動機也會加劇磨損降低壽命,所以內燃機匹配變速箱是必須的。

但是電機沒有這些問題,一萬轉也沒有可怕的噪音和震動,而且不存在磨損,所以不需要變速。不過轉速太高直接傳動是不現實的,直驅一萬轉是什麼概念了。所以電機需要減速,只要能把轉速控制在更低的區間就足夠了,一個齒輪比可以做到所以減速器一般都單速,也就叫做電動汽車專用單速變速箱。

不過電機並不是完美的,恆扭力可以瞬間爆發最大動力,但達到恆功率區間扭力會明顯下降。

理論上通過傳統變速箱的多檔位可以緩解這個問題,但這種變速箱只能承受小功率低轉速的電機,反而會犧牲性能。在技術沒有突破之前,解決電機扭力衰竭只能通過加大功率電機,這也是新能源汽車動力越來越強的原因所在。


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目前大多數電動汽車並沒有變速箱存在,只有一個單速的減速箱。包括特斯拉也是如此,但是並不代表電動汽車並不需要變速箱。憑藉著電動機恆轉矩與恆功率的特性,乘用車不需要變速箱也可以做到與燃油車等同的性能。

電動機的特性就是低轉速高轉矩。


上圖是驅動電機轉速、扭矩、輸出功率的特性圖,電動機在額定功率之前工作時,其扭矩是保持不變的,與轉速沒有直接關係,電機工作在恆轉矩區域。這期間電機的扭矩與電流有直接關係,通過調節電機工作電壓可以控制速度。通過調節供電電流可以控制電機扭矩,因此低電壓低速時電機也可以輸出高扭矩,只要調節控制電流就控制電機扭矩。隨著電機轉速增加,電機的扭矩反而下降,進入恆功率區間。這是電機的物理特性決定的,轉速增加扭矩下降,轉矩×扭矩=功率。因此達到額定功率時電動機轉速持續增加而扭矩會持續下降電機保持在恆定功率狀態下。

這種情況下,只要電動機功率足夠大,那麼完全可以不用變速箱來驅動汽車

例如某驅動電機最大功率135kw,最大扭矩為315Nm。最高轉速18000rpm,從參數來看,315Nm完全可以取代內燃機,某些2.0T發動機最大扭矩僅為320Nm,因此這樣的電機完全可以代替發動機驅動車輛行駛。這種情況下只需要配備一個單速減速箱即可,雖然電動機最大扭矩可以達到315Nm,但是仍然不能直接驅動車輪,需要一個減速箱降速來放大扭矩。


上圖是


特斯拉P85電動機性能曲線圖(與911對比),可以看出來電動機最高轉速達到1600轉/分,0-6000轉的扭矩為600Nm。儘管有著如此高的扭矩,電動機也是不能直接驅動車輪的,還需要減速箱降速來提升扭矩。特斯拉減速箱速比與主減速疊加後,最終傳動比為9.73,而電動機扭矩則放大了9.73倍,整體輸出扭矩已經接近6000Nm了。因此零百加速成績優秀,電機轉速拉到8000轉/分時,車速可以達到110km/h左右。這就是電動機的優點,利用其高轉速的特點特點可以提高傳動比來提高驅動能力。

放在內燃機上,單速變速箱幾乎是不能用的。

特斯拉的傳動比要比燃油車一檔還要高,燃油車如果用著變速箱 那麼只能滿足起步需求。而發動機最高轉速比起電機低很多,如果跑到110km/h,那麼發動機轉速已經上升到8000轉/這是非常恐怖的,巨大的震動/噪音/油耗是不能接受的,況且發動機紅線轉速不可以維持太長時間的。而放在電動汽車上,起步問題解決後 ,極速更容易解決了!那就是粗暴的把轉速拉高就可以做到了!例如轉速直接拉到16000轉/分,理論車速已經達到220km/h。

因此電機功率足夠的情況下,乘用車並不需要採用變速箱。加了變速箱反而會比較麻煩,體積重量控制邏輯都是問題,而能承受600-1000Nm的變速箱製造起來有一定難度,難以實現。而電動機功率不足,受到體積限制的情況下,必須要加裝變速箱。以便低速時放大扭矩、中速時提高轉速、這樣電動機利用率才能高一些,而乘用車只要電動機功率足夠是不需要變速箱的。


水墨丹青一世情


不需要。

這個不需要是電動機決定的,不是汽車決定的。

新能源汽車的電動機使用減速機,其實是為了省錢了。當然還有技術的原因。

電動機的市場場景不論多麼複雜,都從來不用變數箱。想改變電動機的轉速,或者扭矩,全部都是直接加減速機。

變數箱其實就相當於,內燃機的減速機。只是內燃機之所以用變數箱,是因為內燃機本身的特性:啟停反饋慢,尤其是啟停階段扭矩輸出不足。此外依靠燃燒實現的扭矩輸出,過載有限,同時在超大複合外力作用下會出現憋缸熄火的情況。

這裡先介紹一下變數箱的作用。汽車變數箱已經出現很多年了,新一代的無極變數,已經基本趨近於減速機的形式了。在很多領域都有介紹變數箱。這裡引用機械cax360的幾個動態圖直觀展示變數箱的原理。

手動變數箱的動態圖。

常規情況下的內燃機轉速和扭矩,是一個區間。通過撥動變速桿,切換中間軸上的主動齒輪,通過大小不同的齒輪組合與動力輸出軸結合,從而改變驅動輪的轉矩和轉速。

從左到右,我們能夠看到,發動機帶動輸入的軸以及次輪,通過改變切合次輪的大小,實現速度的變化。最後傳動到車輪部位。

這個設計的原因其實在於幾個原因。

1、我們都知道內燃機是汽油噴霧,在點火花塞的放點作用下,燃燒實現的膨脹推動力。這種結構有一個非常關鍵的情況是,一旦汽車啟動,如果你想改變的速度,扭矩(反饋在表面就是車輛有沒有勁的情況),肯定是不能無限制的加大油門,油門太大燃燒不充分,也沒有力氣。

想減速了,油門太小汽車容易熄火,更容易造成事故。也就是說,這種內燃機的發動機,最低功率其實要同額定功率非常接近。常規的內容機的轉速區間非常小:1000rpm-4000rpm。轉速再往下,很容易熄火,再往上就非常容易拉缸,斷軸。沒辦法呀,他畢竟是燃燒的機器,不是你想控制就能控制的。

(從油耗上面能夠大致看到)。基於這個情況,變數箱的價值就凸顯出現了,那就是內燃機可以正常輸出,通過變數箱控制扭矩和轉速。

2、啟、停的速度慢。尤其在啟停的時候,基本輸出不了力(也就是扭矩)。

不管是汽油機,柴油機。及時啟停的速度不斷優化了。但是還是很慢。而且基本沒有力的輸出,這個速度肯定是同電動機沒法比的。電動機的啟停可以控制在毫秒以內。

然後我們來說,電動機+減速機的控制方式。

電動機搭配減速機的運動控制伴隨著電動機的整個生命時期。

這裡來說一下,比較普遍的電動機搭配減速機的原因。

1、新能源汽車的電動機,控制的主要方式不是我們見到的電門。在你驅動電門大小後,有一個東西叫:驅動器,通過驅動器來控制電動機。常規情況驅動器,會將各類數字信號轉換成脈衝,或電流型號給電動機。讓電動機以什麼速度轉。

所以電動機的優點是,驅動器內部其實有一個整套的算法控制方式。他之所以能夠實現恆力功率輸出也就在驅動器上面。不然你以為你加大電門,電動機怎麼還是恆定功率輸出的?

電動機的轉速輸出空間非常大:0-7000rpm,過載情況都可以達到1.5-1.8萬轉。你說說是不是很恐怖?當然過載情況那就距離報廢不遠了。及時電機不報廢,車也報廢了。

2、此外,就是電動機的啟停控制。速度非常快。並且啟停的狀態下電動機是有力輸出的。

以前的內燃機啟停控制速度非常慢,並且不斷重複的啟停,會造成發動機故障率增高。儘管重複啟停對電動機也同樣有傷害,但現在的電動機技術,在重複啟停上面,還是要比內燃機性能更好。

基於這些情況,內燃機必須要使用變數箱。

對於電動機使用減速機的情況,其實是為了省錢。

這個可能大部人並不瞭解這個情況。當然不單單是省錢,還兼顧電動機物理的極限,或者說當下的電機技術。

正常而言,新能源汽車,完全可以不使用減速機。為什麼?因為電動機本身就可以控制速度,恆功率輸出的狀態下。

P=FV(基準公式),對於各類變形需要配合係數的情況,咱們這裡不討論。我們大致可以歸納為:P=fx(fv)(fx為係數)。

正常情況下,我們只要提高電機的功率,就可以實現轉速的0-1000rpm,或者是0-10000rpm,以及相對應的扭矩的的覆蓋了。(當然這是理論上,請不要抬槓)

但是在電機方面,這就要提高非常大的成本了。正常情況大扭矩,超高度的的電機(200kw的這種)。可能一個電機就是一臺車的價格20-30萬。

所以,使用高速電機,小扭矩,超高速,實現總功率降低,價格就可以得到有效控制。

這種情況在工業場景中,非常常見,尤其是機床領域。

最理想的狀態肯定是電機直接驅動。但是價格非常昂貴。


機器人觀察


兩年半的純電動車主很願意回答這個問題。嚴格來說,電動車不是沒有變速箱,只不過這個變速箱有名無實,只有固定傳動比,叫單級減速器更恰當。

電動機是把電能轉化成機械能,內燃機是利用化石燃料的化學能轉化成機械能。能量特性和物理結構的不同,讓電動機的低轉扭矩更強、峰值轉速高。

之所以不配多檔位變速箱,主要是因為電動機的高性能和高效率工作範圍都遠高於內燃機,而且噪音和平順性也比內燃機強得多。目前國內所有自主品牌的A級純電動車,電機的紅線轉速都在每分鐘10000轉以上,並且不到1000轉就能爆發最大扭矩。而家用汽油車的紅線轉速只有6000-7000轉,少數自然吸氣性能車和超跑也不過8000-9000轉。即便是調校優秀的渦輪增壓發動機也要至少1200-1500轉才能爆發峰值扭矩。同時,發動機在高轉速下的油耗和噪音也是咱日常開車接受不了的,所以發動機需要匹配多檔位變速箱來兼顧動力、效率(即能耗)和靜謐性,勻速巡航把轉速控制在2000轉以下,需要急加速再通過降擋把轉速拉上去確保動力。但電動機因為沒有曲軸和活塞運轉的機械振動和油氣燃燒,6000轉以內都安靜得難以察覺,即便6000轉以上的高頻電流聲也不會蓋過風噪和路噪,而且始終平順如一。不得不承認,在這些方面,電動機確實比內燃機有很大的先天優勢。

因為只有一個檔位,純電動車的車速和電動機轉速始終成正比,速度越快轉速越高。以我這輛帝豪EV來說,紅線轉速12000轉,表底14000轉,時速100公里的巡航轉速6700轉,已經超過了大多數渦輪增壓車的紅線轉速。同樣是100km/h的車速,我的蔚攬2.0T+6速雙離合的轉速只有1700轉。不過純電動車並不擅長跑高速,尤其是100km/h以上,不僅加速開始乏力,耗電量也噌噌地漲。

答主還發現,雖然電動機只有1個檔位,但傳動比卻比一般汽油車的一檔小得多,帝豪EV的傳動比大致和蔚攬的2擋相當,都是30km/h對應2000轉。這就得益於電動機低扭強大,0轉速起步毫無壓力。


學究又不正經的雜貨鋪


朱博士回答:

燃油車上都有變速箱,選車、侃車、駕車,必須要接觸變速箱,各種變速箱的結構、優缺點等等,自媒體、傳統媒體、各種資訊上,到處都是。

大家都默認了,變速箱是個好東西,汽車就應該有變速箱。

其實,之所以有變速箱,是因為內燃機式發動機性能有缺陷,必須要用變速箱和離合器來彌補內燃機的性能缺陷,才能用到汽車上,否則內燃機在汽車上很難使用。

燃油汽車必須使用變速箱

舉個例子,比較直觀一些。

比如活塞式發動機怠速轉速要600-700RPM,轉速再低,發動機自身都穩定不住,怎麼驅動汽車?

沒有離合器和變速箱,汽車想走也走不了;

發動機低速時輸出扭矩的能力很弱,沒有變速箱通過低擋位時較大的減速比,來把扭矩放大,汽車起步會很困難,並且即使能起步,也會很不平順。

電動車可以不用變速箱

以上內燃機的必須怠速、低速低扭的特性,對於電機來說,都不存在。

電機可以0轉速啟動,持續輸出最大扭矩。

到中等偏高轉速以後,隨著轉速的升高,電機的輸出扭矩也會下降。

雖然這樣,電機驅動系統,採用固定減速比的傳動系統,已經可以獲得相當好的汽車驅動能力。

所以,電動汽車可以不用變速箱。

可以不用,也可以用,即使使用變速箱,也沒必要象燃油車的變速箱這麼複雜。


朱博士白話發動機


因為電機具有天生的牛馬特性,低速可以發揮最大的牽引動力,像牛一樣勁大,高速可以像馬一樣飛速馳騁。調速範圍很廣,只需要調節電壓和電流大小,或者頻率,就可以很方便經濟地獲得不同的速度,而且速度的變化也是無級變速,可以平滑調節。內燃機就不行,內燃機可調節的轉速範圍不廣,而且低速下牽引動力不足,特別起步不能發揮最大牽引動力,必須上了一定的轉速動力才最強,所以需要一套機械變速箱的東西,通過齒輪傳動比的變化來獲得低俗起步所需要的足夠動力,以及廣泛的調速要求。比如火車裡面的內燃機車就是用柴油機發電,發出來的電供給電動機帶動火車運行。因為柴油機的天生特性不能獲得起步低速下所需要的強大動力,需要一套變速箱調速和調節動力,但是機械齒輪式的變速箱又不能滿足火車這種重量級別的調速,所以引入了電動機,這種就叫電傳動,比齒輪傳動更具優勢。火車裡面另外一種動力就是電力機車,包括動車組,都是電動機作動力直接帶動火車運行。那麼汽車一樣的道理,用電動機作動力就可以很方便,經濟地調速,不存在需要一套變速箱速調速,電機天生的特性就已經能方便地獲得各種速度以及低速下的大扭矩,而且是很平滑地無級調速,所以完全可以甩掉笨重地機械式齒輪變速箱。


流紅沉藍


整體上來講,所有的變速箱都是齒輪箱而已!但無論是傳統油版的手動、自動變速箱,還是豐田混動那樣的行星齒輪變速箱、還是本田混動以及起亞混動、通用別克混動那種雙離合變速箱,各有換擋邏輯而品控高低,但其最終而終極目的,就是既能最大化的滿足用戶日常用車需求,又最大化的保證乃至延長耐用度,換而言之,就是誰用了最簡單高效且又超級耐用的齒輪箱,誰就是未來新能源汽車所謂變速箱的王者,誰就是活在汽車市場和用戶口碑裡的最大贏家。









白樓情話


為什麼電瓶車沒有變速箱

第一: 電瓶車的變速是靠轉把轉動,發出的信號傳遞給控制器,控制器相當於人的大腦,控制器接收到信號,電機開始工作。

第二:電動車是無級變速,給電就可以正常行駛,用變速箱也沒用。

所以說電瓶車廠家本身就沒考慮用變速箱用在電瓶車上




低調人生135


電動車電機可以通過電阻電流調節轉速和扭矩扭力因而對機軸輸出很靈活,通過變化線圈轉子定子的電流,來改變轉速和扭矩是平滑變速,對於電力越野車,有減速器可以高速小扭矩變大輸出扭矩,結構比機車簡潔多了。

永磁線圈增強電機,以永磁體為芯纏成電磁線圈,電動機動力更勁爆,可變速更高自身體積重量也更小,


星輝650


第一發動機必須配合變速箱才能滿足汽車的性能特性,在基速轉速前恆轉矩,基速轉速後恆功率,電動車的電機不需要變速箱就能實現

第二為實現不同的前進檔以保證汽車動力經濟性,發動機曲軸不能反轉,必須靠變速箱的倒檔惰輪實現,電動車的電機可以正轉可以反轉,還是無級變速,所以不需要變速箱


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