大部分電動車傳動部分結(jié)構(gòu)都極為緊湊,只能裝配單機變速箱,這使電動機長期處于臨界點運轉(zhuǎn),降低了動力的輸出的效率,不過寶馬i8為解決轉(zhuǎn)速臨界問題率先裝配上了一臺2AT。
曾經(jīng)在一篇關(guān)于變速箱的文章中看到,大部分電動車僅通過匹配結(jié)構(gòu)緊湊的單級變速箱,就可以達(dá)到普通動力車型的性能,于是作者就此提出,在未來大規(guī)制造常規(guī)變速箱的場景將成為歷史。這個觀點指出,“多擋位”變速箱屬于內(nèi)燃機時代的“遺留產(chǎn)物”,難道果真如此?
被變速箱拖累在終點的特斯拉
以性能最好的電動車特斯拉Model S P85(以下簡稱Model S)為例,它可以輕松贏在起步,但在中后段加速卻頻輸對手。究其原因,問題就出在特斯拉匹配的單級變速箱上,它使特斯拉始終在用一擋,完成從起步到最高時速的行駛。這相當(dāng)于開一輛燃油車,用一擋起步后不換擋行駛,直到轉(zhuǎn)速被拉高至紅線區(qū),發(fā)動機不能回到最佳扭矩輸出區(qū)間,再加速動力被大幅削弱。同樣特斯拉“再加速潛力”,也被這個一擋走天下的單級變速箱拖累,才會在中途被對手超越。
單級變速箱降低特斯拉續(xù)航潛力
單級變速箱造成電動機產(chǎn)生的扭矩輸出一氣呵成,也許不間斷的動力輸出對起步加速有利,但卻不利于車輛的經(jīng)濟(jì)性與舒適性。尤其是為追求性能采用高轉(zhuǎn)速電動機的Model S,它配置的高轉(zhuǎn)電動機功耗較大,并且單級變速箱一擋大齒比,造成車輛巡航狀態(tài)也處于較高的轉(zhuǎn)速臨界點,經(jīng)濟(jì)性不高。
至于效率的打折有多嚴(yán)重,可以看看采用47.5千瓦時電池容量的騰勢,最佳續(xù)航里程在250公里左右,而Model S配置了容量達(dá)到85千瓦時的鋰電池組,最佳續(xù)航里程為400公里左右,特斯拉高出騰勢近一倍電量,續(xù)航里程卻沒有翻倍。
多擋變速箱優(yōu)勢在哪里?
多擋位變速箱相比固定擋位對動力輸出的損耗更小,能提升發(fā)動機的動力輸出效率,這正是研發(fā)人員樂此不疲地對變速箱擋位數(shù)極致追求的關(guān)鍵,考慮到輕量化以及體積的問題,變速箱也不會無限制的增加擋位。所以如果能匹配一個速比范圍合理的多擋變速箱,來優(yōu)化電動機動力爆發(fā)的時機,那將會大幅提升經(jīng)濟(jì)性,其次是持續(xù)加速性能。
說完了一個擋的缺點,多個擋的優(yōu)勢,電動車廠商們卻依然在使用單機變速箱,這是何苦?關(guān)鍵在于單級有結(jié)構(gòu)極為緊湊的優(yōu)勢,體積遠(yuǎn)比普通變速箱小很多,它不需要離合器(電動機輸出軸直接連接變速器,而非內(nèi)燃機用飛輪),電控?fù)Q擋結(jié)構(gòu)也比液壓更簡單可靠。單級變速箱正是利大于弊,主要性能已經(jīng)滿足當(dāng)前的使用,所以才被廣泛使用。這不是說廠商們已經(jīng)放棄了提升經(jīng)濟(jì)性,只是現(xiàn)在還無暇顧及。GKN已經(jīng)推出量產(chǎn)電動機用兩級變速箱,雖然從擋位數(shù)看還有點名不副實,不過從寶馬i8裝配它后的性能表現(xiàn)看已經(jīng)優(yōu)于單級變速箱。
率先實現(xiàn)“多”擋位,i8雙級變速箱
目前純電動車中,我們還沒有看到多級變速箱的存在。在采用插電混動結(jié)構(gòu)的車型中,寶馬i8已經(jīng)率先為驅(qū)動前輪的電動機單獨裝配了一臺結(jié)構(gòu)小巧的“雙級”變速箱。
大部分混合動力車型都配有離合器結(jié)構(gòu),用于電動機轉(zhuǎn)速過快時,防止達(dá)到臨界速度會將電力驅(qū)動脫離,但這樣會影響動力的性能發(fā)揮。寶馬i8是一輛對動力有追求的跑車,電動機占到一半的動力輸出,顯然斷開電力傳動對它來說不合適,而來自吉凱恩(GKN)公司的eAxle變速箱解決了這個問題,它使寶馬i8的電動機在第二擋時臨界轉(zhuǎn)速更低,這樣全程都有電動機與汽油發(fā)動機共同驅(qū)動車輛。
寶馬i8電動機采用橫置布局空間狹小,GKN薄片式“2AT”被緊湊地安裝其中
該變速箱的聰明之處在于,為電動機額外增加一個齒輪傳動比,可以提高車輛的加速性能,同時增加了純電動模式行駛里程。吉凱恩的雙速eAxle變速箱,還使得電動機以及與其相連各系統(tǒng)的尺寸得到降低,減輕了重量,整個裝置僅重27公斤,體積為325×562×313毫米,這個體積參數(shù)比,專為橫置布局經(jīng)過特別瘦身的ZF 9AT變速箱還要小,ZF 9AT為367×521×421毫米。寶馬i8在傳動軸與電動機之間,僅留有狹小的橫向空間,與其說是eAxle變速箱被安裝在寶馬i8,還不如用“貼附”形容更為恰當(dāng)。
電動車傳動系統(tǒng)的未來
其實不光是高大上的寶馬i8,豐田也為旗下混合動力車型,裝配了一臺ECVT變速箱,它沒有傳統(tǒng)CVT的錐盤與鋼帶,使用了行星齒輪變速結(jié)構(gòu),這臺變速箱不光匹配發(fā)動機,對于電動機同樣具有變速功能。目前,德國汽車零件供應(yīng)商博世,已經(jīng)表示他們正在加緊研發(fā)電動車用多擋變速箱。特斯拉ECO艾倫·馬斯克也在考慮,未來為Model S匹配一臺緊湊、輕薄的多擋位變速箱。
小結(jié):
電動機只是改變了做功的方式,即通過電磁互斥原理產(chǎn)生動力輸出,告別了發(fā)動機使用燃燒產(chǎn)生熱效率做功,變速箱對于優(yōu)化電動機動力輸出依然至關(guān)重要。目前研發(fā)輕薄化、小型化的專用變速箱,仍熱需要攻克很多技術(shù)難題。
(審核編輯: 智匯張瑜)
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