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电动车功率大为什么不配个变速箱增加转速比


兰州自动变速箱维修保养 编辑:2022-07-05

想设计一款车,配备哪些硬件得考虑存在多大的需求,而需求足够大的硬件就一定会配备,比如燃油车与变速器的关系,不配备变速器行不行?燃油车不配变速器显然是不行的,因为没有变速器的燃油车连点火、起步都做不到,那这还算是汽车么?所以燃油车一定要配变速器,因为刚需。

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道理很简单,内燃机的扭矩、功率需要转速来支撑,而且市面上比较常见的发动机峰值扭矩平均在200nm左右,而即便是一吨出头的A0级小车,非满载状态下完成起步所需要的扭矩也在800-1000nm左右,而这个级别发动机所能提供的峰值扭矩往高了说也仅能达到150nm左右,峰值扭矩150nm、低转速下的起步扭矩能输出多少?车子起步时能拉出100nm都困难。

那么问题就来了,推动车辆完成起步至少需要800-1000nm(坡度汽车需要的扭矩要更多一些),而起步阶段A0级别车型的发动机普遍只能输出100nm,那么该如何确保汽车顺利完成起步?这时候就轮到变速器来解决问题了;传统燃油车的传动比由主减速器齿轮比与变速器各挡位齿轮比构成,比如飞度的主减速器为4.6(即差速器齿轮比,为固定值),变速器一挡齿轮比为3.46,那么一挡可以放大扭矩3.46*4.6=15.9倍。

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这样一来起步时只能输出的100nm扭矩,在放大扭矩15.9倍后达到了约1600nm,而上文已经提到这个级别车型平路起步所需扭矩不过1000nm,如此可以顺利完成起步还保留足够的富余来完成提速;即便是坡道起步所需扭矩更大也不过1200-1400nm左右(30度的坡),一挡下输出1600nm依然可以顺利完成起步,况且给油后转速上升,发动机输出扭矩更大了,轮上扭矩也会更大。

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纯电车无需变速器来完成起步

所以对于燃油车而言,变速器是刚需,确切的说是硬需求,抛去燃油经济性、极限速度这两个维度不说,开发一款车子最重要是让它先跑起来,其它都是后话,没变速器燃油车跑不起来;那么纯电车是如何解决起步问题的?实际上纯电车解决起步问题主要有两种方式,其一利用电机的特性、简单说就是即便0转也能输出峰值扭矩(扭矩可看作是一种趋势,0转一定没功率,但0转速下可以存在扭矩)。

其二利用主减速器的固定齿轮比对发动机进行调速,从广义上看电动车也是有变速机构的,主减速器(差速器)改变了发动机的转速,那么称之为变速器也并不为过,只是没有传统燃油车上这种多齿轮比变速器;咱们拿特斯拉的model 3为例,电机峰值扭矩能达到340nm(低性能版),主减速器齿轮比达到9.73;地板油起步可输出340*9.73达到了3308nm,这样的扭矩甭说推动Model 3完成起步,拽一辆两吨以上的酷路泽都非常轻松。

而另一方面就是电机的特性,电机扭矩换向速率太快了,燃油车拉转速获取功率、扭矩是有过程的,这个过程可以理解成转速攀升的过程,比如VQ37地板油1秒中内可以完成从1000转-5000转,一秒或许很短暂,但与电机扭矩换向速率相比较就太慢了;给油前0转、0扭矩、0功率,给油起步爆发扭矩大概仅在几十毫秒之间,如上图所示从请求电机释放扭矩到实际输出扭矩几乎没间隔,也就在毫米范围;内燃机输出扭矩受到转速的影响;但电机的扭矩受电流、电压、磁场影响。

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内燃机、电机能耗方面的对比

解决完内燃机汽车顺利起步问题后,燃油经济性又成了各大主机厂不能回避的问题,实际上自从上世纪的石油危机出现后,燃油经济性就成了汽车的主要维度,而这时变速器又扮演了一个对发动机调速、维持较高效率的角色;内燃机高效区间太窄,只有达到合理的转速匹配到合理的负荷才能获得理想的燃油经济性,而电机几乎不会受到这方面的影响。

如上图所示某燃油车一挡2000转、可以达到时速15千米,而用二挡跑可能1500转就能达到15千米的时速,那么两个挡位谁更省?相对而言是二挡省,两个挡位跑15千米所需要的功率是一样的,差异在于一挡高转低负荷、二挡低转高负荷;内燃机的效率就是这么奇怪,转速过低不行、过高也不行,负荷过低不行、过高也不行;所以难点在于如何保持在某一车速下,恰好get到理想的转速以及负荷,这就是现如今变速器挡位越来越多的原因,追求无级传动,才最容易找到这个最佳的区间。

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而有级传动的几个挡位很容易造成某车速下负荷、转速不是高就是低,CVT变速器唯一优点就是先天拥有无极传动特性,所以甭管实际表现多么糟糕,但总会有车企看中它的潜力;所以变速器同样是内燃机维持高效输出的法宝,效率对燃油经济性的影响是最大的,相反高转速所带来的摩擦功损耗显得微不足道,这就好比同跑120km,CVT飞度转读2300、MT飞度3900转,转速差异巨大但油耗大概差了不到0.3,所以效率的高低才是油耗的关键。

而电机在效率方面优势巨大,如上图示比亚迪所打造的高效电机,峰值效率97.5%,而最关键的是高于90%以上的高效率区间已经达到90%以上,简单点说接近全域高效区间了,这是很了不起的成绩;这样的高效以及如此宽泛的高效区间代表什么?代表电机低转、高转效率上的差异很小,比如15000转的峰值转速,从5000-13000转的效率几乎都一样,既然如此还需要变速器来调节效率么?

当然如果给电车上配个两挡变速器还是能起到一定的效果,但提升太小;拿某品牌高效内燃机为例,峰值效率出现在2500转、30%左右负荷,此时效率能达到40%左右(热效率*机械效率*燃烧效率),而转速3000转或2000转时效率可能就到33%了,差异就是如此巨大;而电机5000-13000转效率可能仅仅在94-97%上下浮动,所以给电车上个双挡变速器追求那1%-2%的提升是不是真的值得?

给单速比电动车增加一个双挡变速器,极限速度能提高20-30千米左右,01加速能力可提高0.2-0.4秒左右,续航里程增加个30千米左右(600千米总续航),看上去是有必要增加变速器的,但结合成本、价格呢?增加个变速箱,价格增加个两三万,消费者是不是会认可、能承受得起,换句话说消费者有必要多花3万块钱去换取5%的续航里程增加么?

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当然肯定有这么做的,比如保时捷为taycan上了台采埃孚专门针对电车打造的双挡位变速器,保时捷作为主打性能的车企一定会为哪怕1%提升买单,保时捷的受众群体也不怕多花10万、8万买配备双挡变速器的纯电汽车,但广大普通汽车用户没有那么强大的消费能力,多花2、3万换取3%的提升显然是不值得的,所以现如今主流电车企业的产品都没有配备传统的变速器。

不可否认即便是电车,配备变速器也一定会有所提高,蛋关键是提高多少?消费者增加的预算与获得的收益是否能成比例?就目前来看多花2、3万换2%、3%的提升对于大部分普通车友都是不划算的;所以当我们思考配备变速器的电动车有多好时,不妨先想想买配备变速器的电动车要多花多少钱,这钱值得不值得花;不存在完美的解决方案,有利必有弊,而选择在于对利弊的权衡,显然购买配备变速器的电车对消费者而言并不是理想选择,而车企自然要考虑到消费者的真正需求,所以就以日常代步、买菜的需求来说,电车没必要配备变速箱。

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