相較于傳統(tǒng)燃油車，電動(dòng)汽車的構(gòu)造有很大的不同。除了不再需要構(gòu)造復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)以及占據(jù)了大量空間的排氣系統(tǒng)之外，在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車上最為常見(jiàn)的配置之一變速器似乎也并沒(méi)有出現(xiàn)在電動(dòng)車之上。據(jù)蓋世汽車了解，目前全球主流純電動(dòng)汽車均采用電機(jī)匹配單級(jí)減速器的架構(gòu)。不過(guò)盡管如此，業(yè)界對(duì)于電動(dòng)汽車是否需要變速器還存有爭(zhēng)議。很多業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，二級(jí)變速器才是電動(dòng)汽車未來(lái)的主要趨勢(shì)。
北美華人汽車工程師協(xié)會(huì)中國(guó)分會(huì)會(huì)長(zhǎng)周士建博士近日在接受蓋世汽車記者采訪時(shí)就明確表示，二級(jí)變速器是純電動(dòng)車未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，并且這一趨勢(shì)會(huì)隨著更多兩檔變速器產(chǎn)品的出現(xiàn)而越來(lái)越明了。
單級(jí)減速器被廣泛使用，二級(jí)變速箱是否仍有必要?
傳統(tǒng)變速箱作為協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和車輪實(shí)際行駛速度的變速裝置，用于發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳性能。具體來(lái)說(shuō)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的合理轉(zhuǎn)速區(qū)間較窄(一般在1000-4000rpm左右)，轉(zhuǎn)速過(guò)低則無(wú)法輸出轉(zhuǎn)矩，而一旦發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)高則會(huì)處于一種低效的工作狀態(tài)，所以在行駛時(shí)，燃油車需要通過(guò)換擋來(lái)調(diào)整減速比，從而使轉(zhuǎn)速保持在合理的工作區(qū)間。于燃油車而言，沒(méi)有變速箱，車輛便無(wú)法正常行駛。
電動(dòng)汽車則有所不同，由于電機(jī)的工作范圍較廣(一般在0-15000rpm)。在低轉(zhuǎn)速甚至零轉(zhuǎn)速下也可以輸出很大的轉(zhuǎn)矩。也就是說(shuō)，沒(méi)有變速箱，電動(dòng)汽車也可以照常運(yùn)行。目前，全球主流純電動(dòng)汽車均采用電機(jī)匹配單級(jí)減速器的架構(gòu)。從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，單級(jí)減速器不需要換擋機(jī)構(gòu)、同步器和離合器，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單且容易實(shí)現(xiàn)，因此為車企所廣泛使用。據(jù)蓋世汽車研究院統(tǒng)計(jì)，2017年中國(guó)減速器銷量達(dá)到788639臺(tái)。
既然單級(jí)減速器已被廣泛使用，那電動(dòng)汽車為什么要裝二級(jí)變速器呢?原因是，有了變速箱的純電動(dòng)車，在工作時(shí)會(huì)處于更加高效的狀態(tài)。前面提到，電機(jī)的工作范圍較廣，但相對(duì)來(lái)說(shuō)，在中低轉(zhuǎn)速的情況下，電機(jī)的扭矩非常足，工作效率也相對(duì)較高。但在高轉(zhuǎn)速的情況下，電機(jī)的效率和扭矩則會(huì)急速的下降。而二級(jí)變速器的作用就是使電機(jī)盡量工作在高效率的轉(zhuǎn)速區(qū)間，從而達(dá)到降低損耗、提高續(xù)航里程等效果。
如下圖所示，藍(lán)色區(qū)域?yàn)殡姍C(jī)的低效率區(qū)域(80%-90%)，紅色區(qū)域?yàn)楦咝蕝^(qū)域(90%-93%)。在起步階段，電機(jī)轉(zhuǎn)速較低，為避免藍(lán)色區(qū)域，需要變速器提高電機(jī)轉(zhuǎn)速到紅色區(qū)域;而在高速行駛階段，電機(jī)轉(zhuǎn)速較高，為避免藍(lán)色區(qū)域，則需要變速器降低電機(jī)轉(zhuǎn)速到紅色區(qū)域。由此來(lái)看，只有二級(jí)變速器才能使汽車在高低速情況下均保持在紅色區(qū)域。
周士建表示，在電機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中有兩個(gè)工況點(diǎn)，而單級(jí)減速器無(wú)法兼顧這兩大工況，“匹配了前面匹配不了后面，匹配了后面匹配不了前面。”因此，為了避免電機(jī)工作在低效區(qū)，就需要采取二級(jí)變速器。他還指出，與單級(jí)減速器相比，二級(jí)變速器可節(jié)省的電量高達(dá)13%。
人們傾向于認(rèn)為，增加變速箱會(huì)增加電動(dòng)汽車重量以及相應(yīng)的成本，事實(shí)似乎并非如此。以特斯拉為例，對(duì)于其首款車型Roadster有所了解的人士應(yīng)該知道，Roadster在最初設(shè)計(jì)時(shí)采用了180kW電機(jī)+2檔變速箱的搭配，后來(lái)由于2檔變速箱在生產(chǎn)時(shí)遇到了一定的困難，才取消了這一設(shè)計(jì)，改用單級(jí)減速器。不過(guò)，為了保持相同的性能表現(xiàn)，特斯拉只得選擇更大的電機(jī)，而為了配合更大的電機(jī)，電池也進(jìn)一步增大，以提供更大的輸出功率，來(lái)滿足電動(dòng)機(jī)的需求。可見(jiàn)，對(duì)于車企來(lái)說(shuō)，采用減速器方案也未必劃算，而二級(jí)變速器的使用或許會(huì)為其帶來(lái)額外的“收益”。
二級(jí)變速器這么好，車企為何不投入大規(guī)模的應(yīng)用?
通過(guò)以上內(nèi)容不難得出，二級(jí)變速器之于純電動(dòng)汽車，是錦上添花，而非畫(huà)蛇添足。那么問(wèn)題來(lái)了，既然二級(jí)變速器這么好，為何還沒(méi)有被大規(guī)模的應(yīng)用?答案無(wú)外乎兩點(diǎn)：一是技術(shù)達(dá)不到;二是供應(yīng)鏈跟不上。
蓋世汽車研究院相關(guān)分析師表示，市場(chǎng)上的純電動(dòng)汽車之所以都選擇用單級(jí)減速器，最主要的原因之一便是技術(shù)上的不成熟。盡管相對(duì)于傳統(tǒng)燃油車所用的變速箱，二級(jí)變速器對(duì)精度和控制方面的要求大大減低。但對(duì)于車企及供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，這仍然并非易事，尤其對(duì)于國(guó)內(nèi)技術(shù)能力相對(duì)較弱的廠家來(lái)說(shuō)，技術(shù)要求相對(duì)較低的單級(jí)減速器顯然是當(dāng)前的最佳選擇。
產(chǎn)品能否推向市場(chǎng)，不僅僅與技術(shù)相關(guān)。周士建指出，二級(jí)變速器能否快速或是大規(guī)模的投入市場(chǎng)，還與相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈的成熟程度有關(guān)，這一點(diǎn)從國(guó)內(nèi)自動(dòng)變速箱此前的發(fā)展歷程中便能看出，“自動(dòng)變速箱的控制和設(shè)計(jì)上的瓶頸或許沒(méi)那么難以克服，但是自動(dòng)變速器需要具備精密機(jī)械制造能力的產(chǎn)業(yè)鏈，而國(guó)內(nèi)在這一方面還并不成熟。”
當(dāng)然，當(dāng)二級(jí)變速器的市場(chǎng)前景越來(lái)越明了，越來(lái)越多的企業(yè)加入其中，相關(guān)方面的進(jìn)度也必須將逐步跟上來(lái)。據(jù)了解，雖然當(dāng)前市場(chǎng)上還沒(méi)有十分合格的二級(jí)變速器，但很多企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始研發(fā)相關(guān)的產(chǎn)品。
不過(guò)，在周士建看來(lái)，這些企業(yè)大多還在走傳統(tǒng)變速箱的路子。“兩檔變速器在市面上還沒(méi)成熟的時(shí)候，大家似乎都禁錮在這樣的一個(gè)框子里面：想要把用于傳統(tǒng)燃油車的變速器簡(jiǎn)化成兩檔變速器，而無(wú)論從成本或是相關(guān)應(yīng)用上來(lái)看，這都是不劃算的一種做法，而且可能會(huì)產(chǎn)生其他一些技術(shù)方面的問(wèn)題。”
他指出，“原先，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的需要，我們將變速器從四檔、六檔提升到更高的檔位，以提高它效率、動(dòng)力以及經(jīng)濟(jì)性，但是驅(qū)動(dòng)電機(jī)不同，它不需要那么多的檔位。這意味著，原來(lái)一些適用于多檔位的設(shè)計(jì)可能并不適合于電機(jī)，而原來(lái)一些不適于多檔位的設(shè)計(jì)，或許恰好能夠滿足其要求。我們應(yīng)該跳出原有的思維框架，跳出現(xiàn)有的四種自動(dòng)變速器去思考。我認(rèn)為，在二級(jí)變速器中，最后能占領(lǐng)市場(chǎng)的一定是第五類、第六類甚至第七類自動(dòng)變速器。”
而這對(duì)于國(guó)內(nèi)的相關(guān)廠商來(lái)說(shuō)未必不是件好事。“解決問(wèn)題最好的方法是把它簡(jiǎn)化，而解決設(shè)計(jì)方面缺陷最好的辦法是把麻煩的地方徹底的拿掉。”周士建表示，“相對(duì)于傳統(tǒng)變速箱，二級(jí)變速器箱對(duì)精度和控制方面的要求大大減低。同時(shí)，兩檔變速器很有可能把離合器拿掉，從而避開(kāi)國(guó)內(nèi)企業(yè)在摩擦材料方面的瓶頸。液壓系統(tǒng)也有可能被拿掉，如此又避免了我們?cè)谝簤洪y方面的缺陷。”
總之，單級(jí)減速器目前仍然是純電動(dòng)車的主要選擇，但是隨著相關(guān)技術(shù)的成熟，二級(jí)變速器未來(lái)有望成為一大趨勢(shì)。雖然現(xiàn)在談二級(jí)變速器似乎還稍微較早，畢竟大多數(shù)廠商在現(xiàn)階段的首要目標(biāo)還更多放在如何提升續(xù)航里程、縮短充電時(shí)間、進(jìn)一步壓縮成本等課題上，但是“趕早不趕晚”，車企以及相關(guān)供應(yīng)商還應(yīng)提前準(zhǔn)備起來(lái)，以便及時(shí)抓住這一機(jī)遇。
北美華人汽車工程師協(xié)會(huì)中國(guó)分會(huì)會(huì)長(zhǎng)周士建博士近日在接受蓋世汽車記者采訪時(shí)就明確表示，二級(jí)變速器是純電動(dòng)車未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，并且這一趨勢(shì)會(huì)隨著更多兩檔變速器產(chǎn)品的出現(xiàn)而越來(lái)越明了。
單級(jí)減速器被廣泛使用，二級(jí)變速箱是否仍有必要?
傳統(tǒng)變速箱作為協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和車輪實(shí)際行駛速度的變速裝置，用于發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳性能。具體來(lái)說(shuō)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的合理轉(zhuǎn)速區(qū)間較窄(一般在1000-4000rpm左右)，轉(zhuǎn)速過(guò)低則無(wú)法輸出轉(zhuǎn)矩，而一旦發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)高則會(huì)處于一種低效的工作狀態(tài)，所以在行駛時(shí)，燃油車需要通過(guò)換擋來(lái)調(diào)整減速比，從而使轉(zhuǎn)速保持在合理的工作區(qū)間。于燃油車而言，沒(méi)有變速箱，車輛便無(wú)法正常行駛。
電動(dòng)汽車則有所不同，由于電機(jī)的工作范圍較廣(一般在0-15000rpm)。在低轉(zhuǎn)速甚至零轉(zhuǎn)速下也可以輸出很大的轉(zhuǎn)矩。也就是說(shuō)，沒(méi)有變速箱，電動(dòng)汽車也可以照常運(yùn)行。目前，全球主流純電動(dòng)汽車均采用電機(jī)匹配單級(jí)減速器的架構(gòu)。從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，單級(jí)減速器不需要換擋機(jī)構(gòu)、同步器和離合器，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單且容易實(shí)現(xiàn)，因此為車企所廣泛使用。據(jù)蓋世汽車研究院統(tǒng)計(jì)，2017年中國(guó)減速器銷量達(dá)到788639臺(tái)。
如下圖所示，藍(lán)色區(qū)域?yàn)殡姍C(jī)的低效率區(qū)域(80%-90%)，紅色區(qū)域?yàn)楦咝蕝^(qū)域(90%-93%)。在起步階段，電機(jī)轉(zhuǎn)速較低，為避免藍(lán)色區(qū)域，需要變速器提高電機(jī)轉(zhuǎn)速到紅色區(qū)域;而在高速行駛階段，電機(jī)轉(zhuǎn)速較高，為避免藍(lán)色區(qū)域，則需要變速器降低電機(jī)轉(zhuǎn)速到紅色區(qū)域。由此來(lái)看，只有二級(jí)變速器才能使汽車在高低速情況下均保持在紅色區(qū)域。
周士建表示，在電機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中有兩個(gè)工況點(diǎn)，而單級(jí)減速器無(wú)法兼顧這兩大工況，“匹配了前面匹配不了后面，匹配了后面匹配不了前面。”因此，為了避免電機(jī)工作在低效區(qū)，就需要采取二級(jí)變速器。他還指出，與單級(jí)減速器相比，二級(jí)變速器可節(jié)省的電量高達(dá)13%。
人們傾向于認(rèn)為，增加變速箱會(huì)增加電動(dòng)汽車重量以及相應(yīng)的成本，事實(shí)似乎并非如此。以特斯拉為例，對(duì)于其首款車型Roadster有所了解的人士應(yīng)該知道，Roadster在最初設(shè)計(jì)時(shí)采用了180kW電機(jī)+2檔變速箱的搭配，后來(lái)由于2檔變速箱在生產(chǎn)時(shí)遇到了一定的困難，才取消了這一設(shè)計(jì)，改用單級(jí)減速器。不過(guò)，為了保持相同的性能表現(xiàn)，特斯拉只得選擇更大的電機(jī)，而為了配合更大的電機(jī)，電池也進(jìn)一步增大，以提供更大的輸出功率，來(lái)滿足電動(dòng)機(jī)的需求。可見(jiàn)，對(duì)于車企來(lái)說(shuō)，采用減速器方案也未必劃算，而二級(jí)變速器的使用或許會(huì)為其帶來(lái)額外的“收益”。
二級(jí)變速器這么好，車企為何不投入大規(guī)模的應(yīng)用?
通過(guò)以上內(nèi)容不難得出，二級(jí)變速器之于純電動(dòng)汽車，是錦上添花，而非畫(huà)蛇添足。那么問(wèn)題來(lái)了，既然二級(jí)變速器這么好，為何還沒(méi)有被大規(guī)模的應(yīng)用?答案無(wú)外乎兩點(diǎn)：一是技術(shù)達(dá)不到;二是供應(yīng)鏈跟不上。
蓋世汽車研究院相關(guān)分析師表示，市場(chǎng)上的純電動(dòng)汽車之所以都選擇用單級(jí)減速器，最主要的原因之一便是技術(shù)上的不成熟。盡管相對(duì)于傳統(tǒng)燃油車所用的變速箱，二級(jí)變速器對(duì)精度和控制方面的要求大大減低。但對(duì)于車企及供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，這仍然并非易事，尤其對(duì)于國(guó)內(nèi)技術(shù)能力相對(duì)較弱的廠家來(lái)說(shuō)，技術(shù)要求相對(duì)較低的單級(jí)減速器顯然是當(dāng)前的最佳選擇。
產(chǎn)品能否推向市場(chǎng)，不僅僅與技術(shù)相關(guān)。周士建指出，二級(jí)變速器能否快速或是大規(guī)模的投入市場(chǎng)，還與相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈的成熟程度有關(guān)，這一點(diǎn)從國(guó)內(nèi)自動(dòng)變速箱此前的發(fā)展歷程中便能看出，“自動(dòng)變速箱的控制和設(shè)計(jì)上的瓶頸或許沒(méi)那么難以克服，但是自動(dòng)變速器需要具備精密機(jī)械制造能力的產(chǎn)業(yè)鏈，而國(guó)內(nèi)在這一方面還并不成熟。”
當(dāng)然，當(dāng)二級(jí)變速器的市場(chǎng)前景越來(lái)越明了，越來(lái)越多的企業(yè)加入其中，相關(guān)方面的進(jìn)度也必須將逐步跟上來(lái)。據(jù)了解，雖然當(dāng)前市場(chǎng)上還沒(méi)有十分合格的二級(jí)變速器，但很多企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始研發(fā)相關(guān)的產(chǎn)品。
不過(guò)，在周士建看來(lái)，這些企業(yè)大多還在走傳統(tǒng)變速箱的路子。“兩檔變速器在市面上還沒(méi)成熟的時(shí)候，大家似乎都禁錮在這樣的一個(gè)框子里面：想要把用于傳統(tǒng)燃油車的變速器簡(jiǎn)化成兩檔變速器，而無(wú)論從成本或是相關(guān)應(yīng)用上來(lái)看，這都是不劃算的一種做法，而且可能會(huì)產(chǎn)生其他一些技術(shù)方面的問(wèn)題。”
他指出，“原先，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的需要，我們將變速器從四檔、六檔提升到更高的檔位，以提高它效率、動(dòng)力以及經(jīng)濟(jì)性，但是驅(qū)動(dòng)電機(jī)不同，它不需要那么多的檔位。這意味著，原來(lái)一些適用于多檔位的設(shè)計(jì)可能并不適合于電機(jī)，而原來(lái)一些不適于多檔位的設(shè)計(jì)，或許恰好能夠滿足其要求。我們應(yīng)該跳出原有的思維框架，跳出現(xiàn)有的四種自動(dòng)變速器去思考。我認(rèn)為，在二級(jí)變速器中，最后能占領(lǐng)市場(chǎng)的一定是第五類、第六類甚至第七類自動(dòng)變速器。”
而這對(duì)于國(guó)內(nèi)的相關(guān)廠商來(lái)說(shuō)未必不是件好事。“解決問(wèn)題最好的方法是把它簡(jiǎn)化，而解決設(shè)計(jì)方面缺陷最好的辦法是把麻煩的地方徹底的拿掉。”周士建表示，“相對(duì)于傳統(tǒng)變速箱，二級(jí)變速器箱對(duì)精度和控制方面的要求大大減低。同時(shí)，兩檔變速器很有可能把離合器拿掉，從而避開(kāi)國(guó)內(nèi)企業(yè)在摩擦材料方面的瓶頸。液壓系統(tǒng)也有可能被拿掉，如此又避免了我們?cè)谝簤洪y方面的缺陷。”
總之，單級(jí)減速器目前仍然是純電動(dòng)車的主要選擇，但是隨著相關(guān)技術(shù)的成熟，二級(jí)變速器未來(lái)有望成為一大趨勢(shì)。雖然現(xiàn)在談二級(jí)變速器似乎還稍微較早，畢竟大多數(shù)廠商在現(xiàn)階段的首要目標(biāo)還更多放在如何提升續(xù)航里程、縮短充電時(shí)間、進(jìn)一步壓縮成本等課題上，但是“趕早不趕晚”，車企以及相關(guān)供應(yīng)商還應(yīng)提前準(zhǔn)備起來(lái)，以便及時(shí)抓住這一機(jī)遇。