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【科普】电动汽车为什么不用变速箱来控制转速?

2015-11-26 09:56
吃瓜天狼
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  从这张图我们也能够看出,车用动力电机的输出特性是,在某一转速以前,是等扭矩输出,之后是等功率输出,再过了某一点以后,功率也以某种凹曲线形式缓慢下降。总体上来看,特斯拉的功率曲线其实也有变化,一般巡航的速度区间,42-72mph,也就是68-116公里/时,功率曲线根本是平坦的,也就是说,尽管此时扭矩随转速升高而下降,但你此时通过变速箱提高档位,降低发动机转速,发动机扭矩上升的因素和减速比下降的因素彼此抵消,根本不能够达到增加输出的目的。

  还是以刚才高速上飙车的故事为例,假设你现在变成了那辆发起挑衅的ModelSP85的车主,行驶速度是120公里/时,75MPH,此时输出325牛米的扭矩,300kw的马力,轮上扭矩是325x9.73=3162牛米。

  现在假设特斯拉ModelSP85突然多了一个2速变速箱,1档传动比是1,2档传动比0.6,你现在换到2档,最终减速比从9.73变为5.84。转速从8807转降到5284转,对应的1档车速就是75mph*0.6=45mph,看起来扭矩增长到了550牛米,但是其实“并没有什么卵用”。此时轮上扭矩变成了550x5.84=3211牛米,根本没什么变化(微弱的变化是因为75MPH时的功率本身略低)。

  再来看看轮上扭矩的公式:

  轮上扭矩=发动机扭矩*减速比=发动机扭矩*发动机转速/车轮转速=发动机功率/车轮转速

  给定速度,车轮转速一定,功率大小与轮上扭矩成正比。如果最大功率不随转速改变,你通过减小减速比来增大转速就是“然并卵”。

  所以,如果911GT3没有变速箱,减速比只能固定在7档的水平,就会输的很惨,但特斯拉modelS起码在这个速度多个变速箱完全没卵用。

  当然,我们从上面那张图中也能看出,modelSP85的电机的功率曲线也不是完全平坦的,高于72MPH以后,会有缓慢的下降,此时如果有2档能够通过降低减速比,降低发动机转速,能够输出更大的轮上扭矩,但是因为这种高速本身也不常用,所以意义不大。

  同样的,虽然在42MPH以下功率随转速上升,此时如果有一个更低的档位,可以通过增大减速比,增加发动机转速,在扭矩不变的情况下,增大扭矩放大倍数来增加轮上扭矩。

  但是,毕竟即使对于低速来说,因为实际上电机已经输出最大扭矩,这个时候的最大加速度已经很不错,再通过变速来进一步增加最大加速度意义也不是很必要,也可能会突破轮胎附着力的极限。如果我们看功率,那么75mph时的最大功率也只是15mph时的3倍左右。也就是说,即使有变速器,也最多只能将15mph时运行最大加速度增大为现在的3倍左右而已(911GT3如果通过变速,将1500转变成7500转,则是增长近8倍)。

  (别忘了给定档位,最大加速度取决于发动机的最大扭矩,models在单速变速箱的情况下,20mph和40mph能达到最大加速度是一样的,如果有更低档位,20mph能够达到的最大加速度才可以更大)

  当然,其实如果为了拼0-400米加速,因为后段会达到比较高的速度(超过150公里/时),所以如果有一个更高的档位,使得电机转速更低,会显著改善P85的成绩。同样,如果有一个更低的档位,配合更好的轮胎和四驱系统,在起步时也可以达到高的多的加速度。所以一般认为电动车如果有一个3档变速箱,对性能也会有显著的改善,据说特斯拉也曾经考虑过配上这样一个变速箱。

  不过呢,增加变速箱不仅仅增加成本,还会带来额外的效率损失,即使是好的双离合变速箱,传动效率也只能做到90%多,而且还增加重量,这样不但会降低动力,也会增加油耗。所以为了大多数人并不在意的极限性能而增加变速箱,似乎没有什么必要。

  最后再来看看燃油经济性。

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