电动汽车不用变速箱是真的不用“变速”吗?减速器了解一下

编辑:凯恩/2019-01-01 12:22

  【慧聪网】随着电动汽车的逐渐普及,对于变速箱的话题逐渐变少了。在我们以往的印象里,发动机和变速箱是汽车最重要的两个部件,也是是密切相关、缺一不可的。而对于电动车来说,由于电机本身就有极高的转速和扭矩的输出范围,所以变速箱就变得可有可无了。但是电动车不用变速箱就是真的不变速了么?当然不是,减速器代替了变速箱,成为了电动车不可或缺的重要部件。今天小编就跟大家聊一聊减速器。

  电动汽车是由电动机直接驱动还是需要通过减速器驱动车轮??试想如果是直驱可以不用减速器,那么就要求电机具备低速大扭矩的特征,而电机在扭矩一定的情况下,转速和功率成正比,相同功率的驱动电机,转速越低体积和重量就越大,所以带来的问题就是电机尺寸和重量都比较大,输出的功率曲线不一定满足车辆要求。

  电机+减速器方案可以降低驱动系统的整体重量和制造成本,目前两种方案同时存在,但电机+减速器的方案偏多。例如,电机+减速器+后桥的方案用来代替电机+后桥方案,带减速器方案的整体重量比不带减速器的方案的整体重量轻了至少100kg,成本降低了1万多元。

  如果电动汽车没有减速器的话,输出到轮的扭矩太小,尤其是爬坡等需要大扭矩的情况就很难满足了。而日常使用,绝大部分时间都是在平路上行驶,如果选大扭矩的电机,价格会极高,整车性价比就下去了。

  车轮转速常用区间是0rpm(起步)到1000rpm(车速100km/h左右),特别是城市里常有的50km/h的车速,(对应轮速500rpm)现在大部分民用电机,在这个转速区间并没有很高的效率,选择可以是使用更高功率电机,通常意味着几倍的成本增加。齿轮箱主要作用是减速增扭,便是一个低成本的解决方案。

  另外,车在转弯的时候,左右两个轮的转速是有差异的,目前汽车使用成熟的差速器解决方案,差速器可以根据行驶阻力变化自动调节轮子转速。如果电机直驱,不仅需要复杂的算法匹配转弯半径和轮速差,更困难的是动态保持轮子实际转速和理论一样(两个轮子,同时按照理论设计)否则不能避免轮子打滑,造成不必要的风险。从成本和技术成熟度来说,现在还是电机+齿轮箱的天下。?所以目前和未来短期内,一定是高速电机加减速器的方案主导市场。

  特斯拉的第一个车型Roadster的最初设计是180kW电机+2档减速器,后来由于减速器生产质量的问题,被迫采用了固定齿比减速器,但为了达到相同的动力性能,使电机功率增大到240kW才能达到相同的性能。

  为了配合更大的电机,电池也需要从60kWh增大到80kWh以提供更大的输出功率。以特斯拉ModelSP85可以轻松赢在起步,但在中后段加速却频输对手。究其原因,问题就出在特斯拉匹配的单级减速器上:它使特斯拉始终在一挡上行驶,完成从起步到最高时速的行驶。

  这相当于开一辆燃油车,用一挡起步后不换挡,直到转速被拉高至红线区,发动机不能回到最佳扭矩输出区间,再加速能力被大幅削弱。

  单级减速器造成电动机产生的扭矩输出一气呵成,也许不间断的动力输出对起步加速有利,但却不利于车辆的经济性与舒适性。尤其是为追求性能采用高转速电动机的ModelS,它配置的高转电动机功耗较大,并且单级减速器一挡大齿比,造成车辆巡航状态也处于较高的转速临界点,经济性不高。

  目前大多采用单挡减速方案的原因也主要是因为电机的特性与内燃机不同,驱动电机一般具有低速恒转矩和高速恒功率的特性,在很低的转速下就能产生很大的扭矩,不像内燃机车需要减速增扭来起步。

  然而采用单挡减速器时,纯电动乘用车的动力性能完全取决于驱动电机,对驱动电机性能的要求较高,即要求驱动电机既能在恒转矩区提供较高的驱动转矩,又能在恒功率区提供较高的转速,以满足车辆加速、爬坡与高速行驶的要求。

  当电动汽车的速度到达极限之后没有提升空间,所以的速度受到制约,高速经济性不高。同时,采用单挡减速器不利于高电驱动总成系统的效率,这是因为单一传动比通常无法同时兼顾纯电动乘用车的动力性和经济性,行驶过程中驱动电机多数情况下无法处于高效率工作点,尤其是在最高或最低车速以及低负荷条件下,驱动电机效率一般会降至60-70%以下,严重浪费了车载电能而减少续驶里程。

  为什么国内绝大多数电动汽车还是匹配单级减速器呢?并非他们不懂得锦上添花的道理,而是因为减速器供应链弱、整车厂集成控制能力弱,导致不想用复杂的减速器这不是说厂商们已经放弃了提升经济性,只是现在还无暇顾及。

  所以未来如果电动汽车能匹配一个速比范围合理的多挡减速器,来优化电动机动力爆发的时机,那将会大幅提升经济性和持续加速性能。