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雷锋科普电动车变速箱别开历史倒车了

2019-08-16 19:11:35来源:励志吧0次阅读

  雷锋科普:电动车变速箱?别开历史倒车了

  最近有人开始讨论电动车变速箱的问题,针对《【硬核派科学家】电动车需要变速箱吗?》写吐槽文一篇,欢迎一起探讨

  笔者之前的科普文 《什么是混合动力技术》 中,介绍了变速箱的本质

  在良好的工况下,传统的曲轴式内燃机具有相对较高的热效率(约为 30 %~40 %),但在实际行驶中这个数字很少达到。发动机存在一个最佳工作效率点,而对于汽车的指令则是多变的,发动机表示不可能既做到大扭矩起步又兼顾高速行驶,正因为如此工程师们才发明了汽车变速器来帮忙。

  P=T*n/9550

  (P 为功率,T 为扭矩,n 为转速,由此式可以看出,在发动机功率一定的前提下,扭矩和车速成反比

  。使扭矩和车速灵活变化,这就是变速箱的工作本质。)

  变速器的功能就是适应不同的行驶速度下对转速扭矩组合的不同要求,具体原理包括手动变速器(MT,Manual Transmission)、自动变速器(AT,Automatic Transmission)、无级变速器(CVT,Continuously Variable Transmission)、双离合变速器(DCT,dual-clutch transmission)等等。

  因为内燃机存在最优工作效率点,为了让内燃机能够在尽量多的使用场景下达到比较高的工作效率,所以需要变速箱。而电动机的机械特性对驱动车辆十分有利,从下图可以看出,电动机转速较低时候为恒扭矩输出,充分发挥了电动机扭矩大的优点,而达到较高速度时候则转为恒功率输出。因此理论上是可以省去变速器,可以有效减轻车重,提高续驶里程。

  交流感应电机的工作特性

  关于电动车省去变速箱重量的意义,有人通过计算表明:采用固定速比减速器时由于整车质量减少了185kg,城市行驶工况续驶里程增加了20km。作为参考,宝马为i3大费周折,专门建厂采用全碳纤维车身的减重结果也只有kg。

  对于车用电动机,过载系数是一个非常重要的指标,电动机峰值功率需要至少达到正常状态下额定功率的 1.5 倍以上,最高的峰值扭矩需要至少达到额定扭矩的2倍以上,而且要维持峰值扭矩和峰值功率至少 5 分钟以避免影响汽车行驶。在最高速度方面,车用电动机的最高转速也要求达到额定转速的2倍以上。

  至于特斯拉二级变速器的段子,这也并不是什么秘密:

  特斯拉第一代的敞篷跑车Tesla Roadster原计划采用两级变速器,但是离预定投产日期仅剩下两个月时,由XTrac和麦格纳国际负责的两级变速器出现了可靠性问题,造成了延迟交货,如果锁在第二档,汽车加速性能会受到严重影响,降低到5.7秒(作为参考,比亚迪秦的百公里加速时间5.9秒)。因此特斯拉被迫请出了著名变速器供应商博格华纳,提出新的规格要求,由他们专门研发型eGearDrive?单级变速箱(也就是个减速器了),传动效率97%,同时特斯拉自己也强化了逆变器和电机,终于兑现了Tesla Roadster Sport版从静止加速到96km/h为3.7s的性能承诺,化解了危机。

  至于为了加速性能而采用多级变速,这个想法并不是那么容易实现,因为变速箱换挡时间会影响加速性能,换挡过程中动力会急剧降低,产生较大的换挡冲击,这对整车的平顺性和舒适性都会产生不良的影响。看看国产车的现状就知道,造出合格的变速箱可比造出内燃机要难。

  前一段时间,荷兰Delft理工大学Racing Team打破电动汽车百公里加速的时间记录,他们从0到100km/h加速仅仅2.13秒(作为参考,布加迪威航16.4 Super Sport百公里加速2.46秒),这些大学生在电动机方面采用4台AMK DT,可以实现牵引扭矩控制,单台电机最大功率 27 kW,最大扭矩28 Nm。这件事情足够证明了深挖电动机和电控系统的性能可以满足加速性能的要求。

  轮毂电机

  电动车简化机械结构是大势所趋,已经砍掉的变速箱,要想加回去要有充足的论据才行。

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