大有學(xué)問的變速器

因輸出特性截然不同

不少“圈外人士”都認(rèn)為電動車是不需要變速器的……

可既然每分鐘轉(zhuǎn)速只有數(shù)千轉(zhuǎn)的發(fā)動機(jī)都要靠變速器才能讓車輛正常行駛，那最高轉(zhuǎn)速輕易超過10000rpm的電動機(jī)顯然更需要功能類似的部件來幫助它驅(qū)動車輛。事實(shí)上，由于電機(jī)馬達(dá)的大扭矩、高轉(zhuǎn)速輸出特性，所以我們一般會把電動車的變速器更精準(zhǔn)的稱之為減速器一一讓馬達(dá)輸出的轉(zhuǎn)速透過齒輪降低到符合車輛行駛車速、電能耗、扭矩強(qiáng)度所需求的標(biāo)準(zhǔn)。而目前在售的電動車普遍都配有單級減速器，更有個別車型已經(jīng)裝上兩級變速器，這是我們之后要討論的……

在多數(shù)條件下，電動車不會直接把燃油車的變速器拿來充當(dāng)自己的變速器，因?yàn)殡妱訖C(jī)與發(fā)動機(jī)的輸出特性截然不同。接下來，我們就透過實(shí)際比較，來說明電動車的變速器到底有何特別之處。

多功能的燃油車用變速器

眾所周知，靠活塞運(yùn)動做功的發(fā)動機(jī)只有在達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后，才能輸出最大功率或者進(jìn)入峰值扭矩高原，但其本身無法在不熄火的前提下中斷動力輸出或反向輸出動力，必需由變速器在發(fā)動機(jī)處于低轉(zhuǎn)速時為其降低傳遞到車輪的轉(zhuǎn)速，同時增大對應(yīng)的扭矩，以便車輛順利起步;并在發(fā)動機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，改變車輪的旋轉(zhuǎn)方向，從而實(shí)現(xiàn)倒車。

根據(jù)公式v=πdn/i*60/1000000，既然輪胎直徑d（單位：mm）固定不變，而車速v（單位：km/h）卻會因路況而隨時變化，所以只能相應(yīng)地切換不同的傳動比，才能將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速n（單位：r/min）保持在工作效率最高的轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)。故需在變速器內(nèi)設(shè)置多個不同傳動比的擋位，并外接離臺器以便在發(fā)動機(jī)不熄火的情況下中斷動力傳輸，讓變速器切換擋位。

簡而言之，燃油車的變速器需要：根據(jù)行駛條件及時切換傳動比;在發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，倒轉(zhuǎn)車輪的運(yùn)動方向;在發(fā)動機(jī)不熄火的情況下，中斷動力輸出。

為省電、效率、成本而生的電動車用變速器

而電動機(jī)就沒那么麻煩。以最為常見的永磁同步電機(jī)為例，其本身即可在電機(jī)控制系統(tǒng)的管理下實(shí)現(xiàn)反向旋轉(zhuǎn);不僅如此，電動機(jī)還能短暫地中斷動力輸出并迅速恢復(fù)，不需要在傳動系統(tǒng)中另接離臺器。同時，電動機(jī)的啟動扭矩之大也足以讓車輪克服滾動阻力。也就是說，電動車確實(shí)可以由電動機(jī)直接驅(qū)動。 但根據(jù)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式T=9500p/n，在超過一定的轉(zhuǎn)速n之后，電動機(jī)的扭矩T與功率P都會明顯下降。因此，電機(jī)要想直接驅(qū)動電動車，就得儲備相當(dāng)大的功率與扭矩，即便從峰值滑落也依然能滿足車輛的動力需求。這意味著要降低轉(zhuǎn)速。而最快實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的方法便是讓定子或轉(zhuǎn)子變大、變重，從而轉(zhuǎn)得慢些—一顯然，這并不適用于規(guī)格受限的狹義乘用車。所以，需兼顧動力與續(xù)航的新世代電動車普遍配有變速器，以便搭載尺寸緊湊的小型電機(jī)。只不過，受成本、技術(shù)等因素所限，目前大多數(shù)車型都優(yōu)先選擇結(jié)構(gòu)相對簡單的單級減速器。

然而，現(xiàn)役電動機(jī)畢竟無法在全轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)始終保持高效工作，一旦車輛遭遇復(fù)雜路況，僅靠單個固定減速比傳動必然會顧此失彼，難以兼顧整個轉(zhuǎn)速區(qū)間的動力發(fā)放效率以及省電性能。于是，相關(guān)廠商便給電動車安排上多擋變速器——但跟燃油車不同的是，電動車并沒有為變速器留出寬裕的安裝空間，不僅如此，電動車還要求變速器能與已有的電動機(jī)、差速器等動力總成部件集成在一起，以減輕整個動力單元的重量。以至于弄到現(xiàn)在，量產(chǎn)車也只能用上兩級減速器或兩擋變速器。

好在，哪怕只有兩個擋位，也能帶來顯而易見的改善。有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在輸出同等動力性能時，相比單級減速器，兩擋變速器對應(yīng)的電機(jī)耗電量可降低20%，并且轉(zhuǎn)速也相應(yīng)地降低40%，而電動機(jī)輸出的峰值扭矩卻能增加17%。這說明兩擋變速器比單級減速器擁有更好的動力性和經(jīng)濟(jì)性。而對于電動車制造商來說，這意味著他們可以在適當(dāng)縮減電動機(jī)性能與尺寸的同時，還能充分增加電池容量，從而更好地解決里程焦慮這一大痛點(diǎn)。

兩擋也講究匹配

在可預(yù)見的未來，兩擋變速器極有可能會成為電動車的主流配置，但燃油車時代的經(jīng)驗(yàn)表明，車型選用何種動力單元與傳動系統(tǒng)是有講究的，并且要在研發(fā)過程中進(jìn)一步標(biāo)定或調(diào)校。若是一味追隨潮流，就會出現(xiàn)“很難用到的第九擋”、“被DCT拖累的整車NVH表現(xiàn)”等匹配失當(dāng)?shù)慕Y(jié)果。而這，也適用于同樣配有動力單元與傳動部件的電動車。

具體到電動車的兩擋變速器，這玩意盡管比單級減速器擁有更高效的動力傳輸，并能帶來更精致的行車體驗(yàn)，但別忘了更現(xiàn)實(shí)的是—一其成本通常也高于單級減速器。所以，注重經(jīng)濟(jì)性并且主要用于市內(nèi)通勤的入門車型其實(shí)并不用急于跟隨潮流改用兩級變速器，像現(xiàn)在—樣依靠單級減速器也完全能滿足車主的日常使用需求。相反，在意經(jīng)濟(jì)效率跟NVH表現(xiàn)的豪華品牌車，或是需要突破電機(jī)馬達(dá)高轉(zhuǎn)扭矩衰退限界，讓車輛能夠行駛到更高極速的高性能車，確實(shí)需要兩擋變速器來換取更優(yōu)良的行車質(zhì)素。

接著，廠商就得確定是選用簡單的兩級減速器，還是復(fù)雜的兩擋變速器;然后再根據(jù)預(yù)定的最高車速、道路坡度和車輪半徑，以及最大爬坡度、路面滾動阻力系數(shù)、傳動效率、電機(jī)扭矩等數(shù)據(jù)，分別計(jì)算出相應(yīng)的最小減速比、最大減速比等規(guī)格參數(shù)……從而為車輛選擇最合適的變速器。

是后起之秀，但也有挑戰(zhàn)者

別看電動車兩擋減速器在研發(fā)、調(diào)校、生產(chǎn)等方面均比單級減速器要難得多，并且還得解決耐用性、動力損耗、換擋平順性等實(shí)際問題，但在明顯的優(yōu)勢面前，相信會有更多車型搭載兩擋減速器。

更重要的是，目前包括GKN、BOSCH、Schaeffler、ZF等重量級汽車零部件與技術(shù)方案供應(yīng)商都在研發(fā)乃至投產(chǎn)兩擋變速器。事實(shí)上，相比廠商的營銷策略，供應(yīng)鏈的支持更能決定一項(xiàng)技術(shù)的市場前景——從雙離合器變速箱、小排量渦輪增壓一直到眼下的3缸發(fā)動機(jī)，近些年每一次新技術(shù)潮流興起的背后，都離不開供應(yīng)鏈的支持與推動。

當(dāng)然，這并不是說兩擋變速器將從此主宰電動車的變速器市場。且不說單級減速器和電動機(jī)本身都還有極大的優(yōu)化空間，更關(guān)鍵的是，電子組件的進(jìn)化速度可謂日新月異，等到出現(xiàn)像減速器一樣可以改變電動機(jī)輸出扭矩、轉(zhuǎn)速的電子組件時，電動車的制造商及供應(yīng)商就有可能會考慮淘汰由齒輪構(gòu)成的機(jī)械變速器，畢竟電子組件的操作更快、更直接，還能進(jìn)一步減少機(jī)械損耗，這可不是天方夜譚。

所以，在電動汽車領(lǐng)域，一股一般人看不到的硝煙正在冉冉升起，機(jī)械變速器與電子組件兩者正在不斷進(jìn)化、不斷降成本、不斷搶客戶……地爭奪市場話語權(quán)。但就眼前態(tài)勢來看，兩擋變速器或許會逐漸從中高端電動汽車開始普及，因此我們也決定搶先對其進(jìn)行分析與測試！