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為什麼特斯拉連變速箱都要減配?

1939年第一台自動擋轎車誕生,當時自動擋只有4個前進擋,2007年世界第一款8AT變速箱量產,2016年世界第一款10AT變速箱量產。大半個世紀過去,自動變速箱擋位數翻了兩倍,如果燃油車前景一片光明,11AT甚至12AT不是夢!

然而電動車崛起後,變速箱直接沒了!為了安撫廣大燃油車用戶,電動車仍會背著良心說自己有個單速變速箱。什麼叫變速箱?首先得能換擋啊!可一個齒輪如何換擋?所以電動車實際上沒有變速箱,只是巧立名目把主減速器包裝成變速箱。

為什麼電動車取消了變速箱,這是否屬於變相簡配?講真,要把這事說清楚有點麻煩,這牽扯到發動機和電機的效率以及動力上的差異,而且這些都是比較抽象的東西!

我這暴脾氣你學不來

發動機和電機扭矩輸出特性完全不一樣,這裡以寶馬340i的3.0T發動機為例,峰值扭矩輸出範圍為1380-5000rpm,但是這個峰值扭矩輸出是有前提的,節氣門必須是最大開度,也就是油門踩到底!

如果油門沒有踩到底,那扭矩始終在峰值以下,這裡糾正一個認知誤區,最大扭矩輸出轉速只需1500rpm,不是說轉速1500rpm就是峰值扭矩,好比你掛P擋踩油門,轉速上來了扭矩實際上很小。

發動機扭矩跟進氣量成正比,以自然吸氣發動機為例,排量越大扭矩越大。進氣量多少與節氣門開度成正比,也就說油門踩多少扭矩有多大(進氣量達到一定程度扭矩就上不去了)。發動機動力輸出範圍通常是800-6000rpm,假設發動機跳過變速箱直接驅動車輪,那必須每台車都是大排量!

現實中大部分車都是小排量,由於小排量扭矩小,因此需要很高的主減速比去放大扭矩,不然爬坡都是個大問題,一旦主減速比過大最高時速就會降低。變速箱相當於功率/扭矩調節器,起步爬坡用大齒比放大扭矩,高速巡航用小齒比提高功率。

買車最炫(裝)富(X)的一句話是,我這車沒有變速箱!因為只有柯尼塞格 Regera這種重量不過1.6噸,卻搭載5.0T V8發動機加三電機,最大馬力超1500ps的超跑,才不用考慮變速箱去留問題!

開外掛真的可以為所欲為

電動車扭矩控制很簡單,注意是很簡單!電流大扭矩大,控制電流就是控制扭矩,就是這麼簡單粗暴。電流又不像空氣,受進氣管長度、流速、溫度影響,所以電機的扭矩輸出就像開了外掛!

不論是什麼電機,它們的扭矩輸出特性基本一樣,以特斯拉Model S為例,不同功率電機扭矩大小是不一樣,但電機轉動那一瞬間就已經輸出峰值扭矩!不好意思,這點真是秒所有。更變態的是電機轉速極高,12000rpm對電機來說不費吹灰之力,於是它的功率輸出範圍一般是發動機的兩倍多。

低扭猛功率足,通過弱磁場控制,輕鬆把電機的扭矩和功率按照理想方式輸出,還要這變速箱有何用?

效率逆天

發動機談油耗,電機談電耗,那麼兩者都要講效率。一談效率就傷感情,汽油發動機熱效率能做到40%,已經屬於非常高的水平,但電機效率輕鬆可以做到92%,也就說效率方面,電機是汽油機的兩倍以上。如果把電機和發動機的效率圖擺在一起,裡面還有很多細節差異。

一台普通的三相交流電機,最高效率做到92%沒有任何問題,如果針對性的優化,效率提升到94%也行!但電機和汽油機一樣,不同轉速和扭矩區間下,效率會有變化,但不管怎麼變,電機最低效率幾乎都在80%左右。

汽油發動機隨著扭矩和轉速區間的變化,效率差異會很大,最低5%,最高40%。這種效率差異,使得發動機必須搭配變速箱,假設發動機一直維持在最高效率區間運轉,靠變速箱升降擋來調節扭矩和功率,油耗會特別理想。這就是早期搭載CVT變速箱的轎車,踩油門後發動機轉速變動很小的原因。

電動車也不是說完全不需要變速箱,只是它的效率本身已經很高,所以不用它效率也不會很差!假如要做一款高檔電動車,設計時速250km/h,那麼電機就可能要在低效率區間工作,所以也有廠家給電機配兩個擋位的變速箱,使電機的高效率區間擴大。

教授總結

電機動力輸出特性的確要強於發動機,而且效率也特別高!但是電池的體積密度和重量密度跟汽油差距懸殊,教授之前聽一位業內專家說,只要內燃機效率做到60%,就沒有電機什麼事了!

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