為什么說二級變速器是電動汽車的未來趨勢？

相較于傳統(tǒng)燃油車,電動汽車的構(gòu)造有很大的不同。除了不再需要構(gòu)造復(fù)雜的發(fā)動機(jī)以及占據(jù)了大量空間的排氣系統(tǒng)之外,在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車上最為常見的配置之一變速器似乎也并沒有出現(xiàn)在電動車之上。據(jù)蓋世汽車了解,目前全球主流純電動汽車均采用電機(jī)匹配單級減速器的架構(gòu)。不過盡管如此,業(yè)界對于電動汽車是否需要變速器還存有爭議。很多業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為,二級變速器才是電動汽車未來的主要趨勢。

北美華人汽車工程師協(xié)會中國分會會長周士建博士近日在接受蓋世汽車記者采訪時就明確表示,二級變速器是純電動車未來的發(fā)展趨勢,并且這一趨勢會隨著更多兩檔變速器產(chǎn)品的出現(xiàn)而越來越明了。

單級減速器被廣泛使用,二級變速箱是否仍有必要?

傳統(tǒng)變速箱作為協(xié)調(diào)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和車輪實(shí)際行駛速度的變速裝置,用于發(fā)揮發(fā)動機(jī)的最佳性能。具體來說,由于發(fā)動機(jī)的合理轉(zhuǎn)速區(qū)間較窄(一般在1000-4000rpm左右),轉(zhuǎn)速過低則無法輸出轉(zhuǎn)矩,而一旦發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速過高則會處于一種低效的工作狀態(tài),所以在行駛時,燃油車需要通過換擋來調(diào)整減速比,從而使轉(zhuǎn)速保持在合理的工作區(qū)間。于燃油車而言,沒有變速箱,車輛便無法正常行駛。

電動汽車則有所不同,由于電機(jī)的工作范圍較廣(一般在0-15000rpm)。在低轉(zhuǎn)速甚至零轉(zhuǎn)速下也可以輸出很大的轉(zhuǎn)矩。也就是說,沒有變速箱,電動汽車也可以照常運(yùn)行。目前,全球主流純電動汽車均采用電機(jī)匹配單級減速器的架構(gòu)。從結(jié)構(gòu)上來說,單級減速器不需要換擋機(jī)構(gòu)、同步器和離合器,結(jié)構(gòu)相對簡單且容易實(shí)現(xiàn),因此為車企所廣泛使用。據(jù)蓋世汽車研究院統(tǒng)計,2017年中國減速器銷量達(dá)到788639臺。

既然單級減速器已被廣泛使用,那電動汽車為什么要裝二級變速器呢?原因是,有了變速箱的純電動車,在工作時會處于更加高效的狀態(tài)。前面提到,電機(jī)的工作范圍較廣,但相對來說,在中低轉(zhuǎn)速的情況下,電機(jī)的扭矩非常足,工作效率也相對較高。但在高轉(zhuǎn)速的情況下,電機(jī)的效率和扭矩則會急速的下降。而二級變速器的作用就是使電機(jī)盡量工作在高效率的轉(zhuǎn)速區(qū)間,從而達(dá)到降低損耗、提高續(xù)航里程等效果。

如下圖所示,藍(lán)色區(qū)域?yàn)殡姍C(jī)的低效率區(qū)域(80%-90%),紅色區(qū)域?yàn)楦咝蕝^(qū)域(90%-93%)。在起步階段,電機(jī)轉(zhuǎn)速較低,為避免藍(lán)色區(qū)域,需要變速器提高電機(jī)轉(zhuǎn)速到紅色區(qū)域;而在高速行駛階段,電機(jī)轉(zhuǎn)速較高,為避免藍(lán)色區(qū)域,則需要變速器降低電機(jī)轉(zhuǎn)速到紅色區(qū)域。由此來看,只有二級變速器才能使汽車在高低速情況下均保持在紅色區(qū)域。

周士建表示,在電機(jī)的運(yùn)行過程中有兩個工況點(diǎn),而單級減速器無法兼顧這兩大工況,“匹配了前面匹配不了后面,匹配了后面匹配不了前面?！币虼?為了避免電機(jī)工作在低效區(qū),就需要采取二級變速器。他還指出,與單級減速器相比,二級變速器可節(jié)省的電量高達(dá)13%。

人們傾向于認(rèn)為,增加變速箱會增加電動汽車重量以及相應(yīng)的成本,事實(shí)似乎并非如此。以特斯拉為例,對于其首款車型Roadster有所了解的人士應(yīng)該知道,Roadster在最初設(shè)計時采用了180kW電機(jī)+2檔變速箱的搭配,后來由于2檔變速箱在生產(chǎn)時遇到了一定的困難,才取消了這一設(shè)計,改用單級減速器。不過,為了保持相同的性能表現(xiàn),特斯拉只得選擇更大的電機(jī),而為了配合更大的電機(jī),電池也進(jìn)一步增大,以提供更大的輸出功率,來滿足電動機(jī)的需求?？梢?對于車企來說,采用減速器方案也未必劃算,而二級變速器的使用或許會為其帶來額外的“收益”。

二級變速器這么好,車企為何不投入大規(guī)模的應(yīng)用?

通過以上內(nèi)容不難得出,二級變速器之于純電動汽車,是錦上添花,而非畫蛇添足。那么問題來了,既然二級變速器這么好,為何還沒有被大規(guī)模的應(yīng)用?答案無外乎兩點(diǎn):一是技術(shù)達(dá)不到;二是供應(yīng)鏈跟不上。

蓋世汽車研究院相關(guān)分析師表示,市場上的純電動汽車之所以都選擇用單級減速器,最主要的原因之一便是技術(shù)上的不成熟。盡管相對于傳統(tǒng)燃油車所用的變速箱,二級變速器對精度和控制方面的要求大大減低。但對于車企及供應(yīng)商來說,這仍然并非易事,尤其對于國內(nèi)技術(shù)能力相對較弱的廠家來說,技術(shù)要求相對較低的單級減速器顯然是當(dāng)前的最佳選擇。

產(chǎn)品能否推向市場,不僅僅與技術(shù)相關(guān)。周士建指出,二級變速器能否快速或是大規(guī)模的投入市場,還與相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈的成熟程度有關(guān),這一點(diǎn)從國內(nèi)自動變速箱此前的發(fā)展歷程中便能看出,“自動變速箱的控制和設(shè)計上的瓶頸或許沒那么難以克服,但是自動變速器需要具備精密機(jī)械制造能力的產(chǎn)業(yè)鏈,而國內(nèi)在這一方面還并不成熟?！?/strong>

當(dāng)然,當(dāng)二級變速器的市場前景越來越明了,越來越多的企業(yè)加入其中,相關(guān)方面的進(jìn)度也必須將逐步跟上來。據(jù)了解,雖然當(dāng)前市場上還沒有十分合格的二級變速器,但很多企業(yè)已經(jīng)開始研發(fā)相關(guān)的產(chǎn)品。

不過,在周士建看來,這些企業(yè)大多還在走傳統(tǒng)變速箱的路子?！皟蓹n變速器在市面上還沒成熟的時候,大家似乎都禁錮在這樣的一個框子里面:想要把用于傳統(tǒng)燃油車的變速器簡化成兩檔變速器,而無論從成本或是相關(guān)應(yīng)用上來看,這都是不劃算的一種做法,而且可能會產(chǎn)生其他一些技術(shù)方面的問題?！?/p>

他指出,“原先,由于發(fā)動機(jī)的需要,我們將變速器從四檔、六檔提升到更高的檔位,以提高它效率、動力以及經(jīng)濟(jì)性,但是驅(qū)動電機(jī)不同,它不需要那么多的檔位。這意味著,原來一些適用于多檔位的設(shè)計可能并不適合于電機(jī),而原來一些不適于多檔位的設(shè)計,或許恰好能夠滿足其要求。我們應(yīng)該跳出原有的思維框架,跳出現(xiàn)有的四種自動變速器去思考。我認(rèn)為,在二級變速器中,最后能占領(lǐng)市場的一定是第五類、第六類甚至第七類自動變速器?！?/strong>

而這對于國內(nèi)的相關(guān)廠商來說未必不是件好事?！敖鉀Q問題最好的方法是把它簡化,而解決設(shè)計方面缺陷最好的辦法是把麻煩的地方徹底的拿掉?！敝苁拷ū硎?“相對于傳統(tǒng)變速箱,二級變速器箱對精度和控制方面的要求大大減低。同時,兩檔變速器很有可能把離合器拿掉,從而避開國內(nèi)企業(yè)在摩擦材料方面的瓶頸。液壓系統(tǒng)也有可能被拿掉,如此又避免了我們在液壓閥方面的缺陷?！?/p>

總之,單級減速器目前仍然是純電動車的主要選擇,但是隨著相關(guān)技術(shù)的成熟,二級變速器未來有望成為一大趨勢。雖然現(xiàn)在談二級變速器似乎還稍微較早,畢竟大多數(shù)廠商在現(xiàn)階段的首要目標(biāo)還更多放在如何提升續(xù)航里程、縮短充電時間、進(jìn)一步壓縮成本等課題上,但是“趕早不趕晚”,車企以及相關(guān)供應(yīng)商還應(yīng)提前準(zhǔn)備起來,以便及時抓住這一機(jī)遇。