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變速箱是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的標(biāo)配,卻時(shí)常缺席于電動(dòng)汽車(純電動(dòng),不包括混合動(dòng)力)。那么,電動(dòng)汽車到底需要變速箱嗎? 本文從2個(gè)層面來分析這個(gè)問題: 1. 為什么電動(dòng)汽車可以選配變速箱,而傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車必須配,沒有選擇權(quán)? 2. 如果電動(dòng)汽車可以選配變速箱,那么變速箱是錦上添花還是畫蛇添足呢?
首先,為什么電動(dòng)汽車可以沒有變速箱? 與電動(dòng)汽車的電機(jī)相比,內(nèi)燃機(jī)是一個(gè)復(fù)雜得多的系統(tǒng)。經(jīng)過上百年的改進(jìn),現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)的性能已經(jīng)相當(dāng)強(qiáng)勁了。在武林中,內(nèi)燃機(jī)就是一個(gè)高手,但是這個(gè)高手有幾個(gè)弱點(diǎn): 特點(diǎn)1. 低轉(zhuǎn)速下無法輸出轉(zhuǎn)矩(武林高手站著不動(dòng)打拳,是沒力的。必須邊跑邊打才有力)。 特點(diǎn)2. 高轉(zhuǎn)速下最大輸出轉(zhuǎn)矩急劇降低(跑太快了,也沒力出拳了)。 綜上,內(nèi)燃機(jī)的可工作范圍較窄,典型范圍1000-4000rpm。 這會(huì)帶來什么問題呢? 首先,沒法啟動(dòng)汽車(特點(diǎn)1); 其次,不能兼顧低速或高速行駛(特點(diǎn)2.若減速器的減速比高,則只能低速不能高速;若減速器的減速比低,則只能高速不能低速)。 變速器與離合器就是為了解決這兩個(gè)問題而生: 1. 離合器斷開時(shí)切斷阻力,使內(nèi)燃機(jī)可以在無負(fù)載的情況下啟動(dòng),進(jìn)入舒適的“工作范圍”。僅有離合器還不行,變速器也要掛在低速檔,從而使內(nèi)燃機(jī)有足夠的輸出轉(zhuǎn)矩使車輛加速。 2. 車輛在加速或在不同速度的巡航過程中,變速器要換到合適檔,以使內(nèi)燃機(jī)能夠順暢地工作。 而電動(dòng)汽車的電機(jī),與內(nèi)燃機(jī)相比,有兩個(gè)特點(diǎn): 1. 低速,甚至零轉(zhuǎn)速下也可以輸出很大的轉(zhuǎn)矩。 2. 工作范圍特別廣,典型范圍0-7000rpm。(當(dāng)然,以永磁同步電機(jī)為例,在高轉(zhuǎn)速下,輸出轉(zhuǎn)矩也會(huì)逐漸下降)。 正是由于以上兩點(diǎn),即使沒有離合器與變速器,電動(dòng)汽車也是可以正常工作的。 這一層面問題比較簡單,各方觀點(diǎn)也達(dá)成了共識(shí):沒有變速箱,電動(dòng)汽車照常可以跑,而內(nèi)燃機(jī)就歇菜了。 而第二個(gè)層面的問題就比較復(fù)雜了。 對(duì)電動(dòng)汽車來說,變速箱是錦上添花還是畫蛇添足呢? A) 增加變速箱,會(huì)增加電動(dòng)汽車成本? B) 增加變速箱,會(huì)增加電動(dòng)汽車重量? C) 增加變速箱,經(jīng)濟(jì)性提升有限? 如果只是淺層次的分析,很容易得到錯(cuò)誤的結(jié)論:平空增加了一個(gè)變速箱,那成本當(dāng)然要上去了啊,重量肯定要提升了啊!為了得到相同的性能。 關(guān)于這個(gè)問題,我想以一個(gè)經(jīng)典車型為例來進(jìn)行分析: 特斯拉的第一個(gè)車型Roadster的最初設(shè)計(jì)是180kW電機(jī)+2檔變速箱,后來由于變速箱生產(chǎn)質(zhì)量的問題,被迫采用了第二種方案,取消了變速箱,但為了達(dá)到相同的動(dòng)力性能,使電機(jī)功率增大到240kW才能達(dá)到相同的性能。為了配合更大的電機(jī),電池也需要從60kWh增大到80kWh以提供更大的輸出功率。(詳見wiki百科的Roadster詞條,具體數(shù)據(jù)可能有出入,請(qǐng)指正) 讓我們總結(jié)一下: 原方案: 180kW電機(jī) + 60kWh電池 + 變速箱 新方案: 240kW電機(jī) + 80kWh電池 以此例來看,“為了達(dá)到相同的動(dòng)力性能”,特斯拉的新方案去掉了變速箱,但被迫換用了更大的電機(jī),以及20kWh的電池。大體估計(jì)一下,這成本與重量肯定都上去了! 因此,至少以特斯拉的例子來看,增加變速箱,是可以降低電動(dòng)汽車成本的,是可以降低電動(dòng)汽車重量的。為了避免錯(cuò)誤的分析,一定要記著前提:“為了達(dá)到相同的動(dòng)力性能”。 再分析一下,增加變速箱,經(jīng)濟(jì)性提升有限嗎? 量化的計(jì)劃需要詳盡的仿真。定性的來看,在現(xiàn)階段的商業(yè)環(huán)境下,電動(dòng)汽車為了取得市場,一般要具備很高或較高的動(dòng)力性,簡單的來說就是用更大的電機(jī)。而動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性一般是存在trade-off的關(guān)系的。 打個(gè)比方吧,動(dòng)力性就是一匹奔跑在草原上的駿馬,使駕駛員在超車、跑高速、起步時(shí)很爽;而經(jīng)濟(jì)性就是一頭忙碌在農(nóng)田的黃牛,勤懇地工作,使駕駛員在巡航時(shí)可以盡可能地居家省油。如果讓駿馬去耕地,讓黃牛去草原,都不太合適。而電動(dòng)汽車為了能賣得出去,就必須得強(qiáng)調(diào)自己既是駿馬、又是黃牛。這時(shí)候,就需要變速箱才能駿馬與黃牛心得。 有網(wǎng)友提出一個(gè)觀點(diǎn),就是一匹駿馬電動(dòng)車,即使沒有變速箱,黃牛特性差一點(diǎn),但也只不過多費(fèi)了5%的電而已。而電費(fèi)那么便宜,” 5毛錢一度電計(jì)算,不過才7毛5分錢”。 對(duì)此觀點(diǎn),個(gè)人有兩點(diǎn)看法: a) 變速箱節(jié)省5%的電量是一個(gè)保守的值。 b) 在里程焦慮普遍存在的情況下,節(jié)省的電量不應(yīng)該以電費(fèi)來計(jì)量,而應(yīng)該以電池容量來計(jì)量。比如說,省下了1度電,不應(yīng)該算做省了5毛錢,而應(yīng)該計(jì)算為多買了1kWh的電池。 綜上來看,對(duì)電動(dòng)汽車來說,變速箱是錦上添花,而不是畫蛇添足。 那么,為什么國內(nèi)外還是有好多電動(dòng)汽車沒有變速箱呢? 并非他們不懂得錦上添花的道理,而是因?yàn)椋? 1. 國外:適配于高速電機(jī)的變速箱生產(chǎn)不出來。典型例子是特斯拉,那個(gè)變速箱供應(yīng)商搞不出來,使特斯拉的車晚出來一年,差點(diǎn)把特斯拉搞死。 2. 國內(nèi):變速箱供應(yīng)鏈弱、整車廠集成控制能力弱,導(dǎo)致不想用變速箱。(這些設(shè)計(jì)出來的電動(dòng)汽車估計(jì)也沒打算真的賣吧)這一般出現(xiàn)于國內(nèi)的廠家。這里值得一提的是,電動(dòng)汽車如果不用變速箱,連離合器都可以省了,這使整車集成的難度大為降低啊! 對(duì)本文做一個(gè)總結(jié)吧,3個(gè)觀點(diǎn): 1. 沒有變速箱,傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車就不能跑了,電動(dòng)汽車照常跑。 2. 有變速箱,電動(dòng)汽車會(huì)更好,是錦上添花,而不是畫蛇添足。 3. 國內(nèi)外廠商也懂錦上添花的道理,但會(huì)由于其他方面的難處而棄用變速箱。 |
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