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新能源汽车不需要变速箱?不但需要,还很复杂!

文章出处:网责任编辑:作者:人气:-发表时间:2020-10-13 09:58:00【

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传动系统在新能源汽车时代遭遇了巨变。

由于电动机拥有宽域高效的工作区间,只需调整输入电流,即可完成对输出动力的控制,实现车辆的加减速。这让一直以来被视为关键部件的变速箱,显得“多余”起来。

传统汽车在速度上不断追高,大部分电动车却只需一台单级减速器便可完成从电动机到车轮的动力传递。

为什么会有电动汽车不需要配变速箱的说法?

电动汽车的驱动动力源是电机,而电机和发动机相比,它有一个不同的地方,就是在恒功率状态下,转速越慢,转矩越大;转速越高,转矩越小。所以当电动汽车给驱动电机的供电是恒定时,即恒功率输入时,电机可以自动输出电动汽车克服阻力所需要的转矩,及可获取该阻力下的最高转速。

 


以加速过程来看,就是在加速中的每一个时间点,电机总是自动的把转矩变小来换取该时间点下的最高转速。这样看来,电机本身就具备了变速箱的特性,无需外加变速箱,使电动汽车的车轮能灵活自动地根据车况输出不同的转矩来克服前进阻力。

 

那么,问题来了:电动汽车真的不需要变速箱了吗?

可以不用变速箱,但不等于一定不用变速箱;不用变速箱+离合器,电动汽车可以完成行驶的基本功能;但如果给电动汽车匹配上变速器+离合器,则可以如虎添翼,锦上添花。

 

目前,一些国际巨头已经嗅到了这块市场商机。吉凯恩、舍弗勒、博格华纳等著名国际性零部件供应商已经开发出了量产的AMT,宝马、丰田的一些插电混动结构车型也装配过多级变速箱;国内崛起了一批电控企业新秀,另有一些从传统变速箱转型的企业也在谋划布局。

 

新能源汽车的核心配置是电动机,和发动机相比最大的区别就是,电动机的功率是恒定的,可以克服阻力所需要的转矩,及可获取该阻力下的最高转速,电动机本身就自带变速箱的属性,因此不需要额外配备?

所有新能源汽车都不需要变速箱吗?

目前新能源汽车串联、纯电动、燃料电池目前多采用单级减速器,未来能耗要求提升,或发展为多级减速器;并联多采用现有自动变速箱进行改造或使用电驱动桥;混联多采用专用混动变速箱。总体来看,新能源汽车仍然需要变速箱,近年来出现了两挡变速器、同轴变速器、集成电子断开差速器的变速器、集成双离合器式差速器的变速器、电动机控制器变速器三合一总成、集成发动机电动机发电机的变速器等新型变速器。

1 两挡变速器

吉凯恩(GKN)两挡变速器,减速比分别为11.38和5.85。图1为吉凯恩两挡变速器剖视图,图2为吉凯恩两挡变速器在输入轴上的换挡机构。应用在宝马(BMW)i8混合动力车上。

格特拉克(Getrag)两挡变速器,减速比分别为12.06和8.61。

与减速比为9-10.5的单挡变速器相比,两挡变速器的低速挡减速比设置为11-12,满足加速和爬坡性能,而且所需电动机最大转矩可以降低;高速挡减速比设置为5-9,满足最高车速要求,而且所需电机最高转速可以降低。电机最大转矩和最高转速降低,可使得电机小型化、轻量化。而且两挡变速器可使电机较多地在最佳效率点运转,降低油耗。

图1 吉凯恩两挡变速器剖视图

图2 吉凯恩两挡变速器在输入轴上的换挡机构

2 同轴变速器

吉凯恩变速器,输入轴与输出轴同轴。图3为吉凯恩同轴单挡变速器剖视图。应用在沃尔沃(Volvo)XC90 T8混合动力汽车上。

雪佛兰(Chevrolet)Bolt变速器,输入轴与输出轴同轴。图4为雪佛兰Bolt同轴单挡变速器剖视图。应用在雪佛兰Bolt纯电动汽车上。

输入轴输出轴同轴结构,可减小变速器尺寸,便于整车布置。

图3 吉凯恩同轴单挡变速器剖视图

图4 雪佛兰Bolt同轴单挡变速器剖视图

3 集成电子断开差速器的变速器

吉凯恩变速器,集成电子断开差速器。图3为其剖视图。图5为吉凯恩电子断开差速器爆炸图。应用在沃尔沃XC90 T8混合动力汽车上。

高速时,电子断开差速器将电机与车轮分离,以提高高速时系统效率并防止电动机超速。电子断开差速器控制犬牙式离合器接合或分离,使用霍尔传感器非接触式测量离合器位置。

图5 吉凯恩电子断开差速器爆炸图

4 集成双离合器式差速器的变速器

吉凯恩变速器,集成双离合器式差速器。图6为其剖视图。该差速器应用在路虎揽胜极光(Range Rover Evoque)、福特福克斯(Ford Focus)RS上 ,也可应用在纯电动汽车或混合动力汽车上。

图6

采用双离合系统取代传统差速器,可精确调节每个车轮的扭矩,实现左、右车轮扭矩矢量控制。实现扭矩限制,实现电子限滑差速锁功能。断开连接时提高系统效率。

5 两挡同轴集成双离合器式差速器的变速器

吉凯恩两挡同轴变速器集成双离合器式差速器(吉凯恩称为eTwinsterX),在2017年法兰克福国际汽车展上首次亮相。

该变速器综合了上述的两挡、同轴、双离合器式差速器三种变速器的特点。

6 电动机控制器变速器三合一总成

吉凯恩三合一总成。计划于2019年在欧洲汽车制造商的全球平台上生产。

采埃孚(ZF)三合一总成。于2018年量产,应用在欧洲汽车制造商车型上。

以及麦格纳(Magna)、博世(Bosch)三合一总成。

三合一总成结构紧凑、功率密度高、系统效率高、安装简单、减少电缆、可以提供整体解决方案。

7 集成发动机电动机发电机的变速器

吉凯恩集成发动机电机发电机的变速器,剖视图如图7所示。应用在三菱欧蓝德(Mitsubishi Outlander)混合动力汽车上。

本田(Honda)集成发动机电机发电机的变速器,剖视图如图8所示。应用在雅阁(Accord)混合动力汽车等车型上。

丰田(Toyota)集成发动机电机发电机的变速器,剖视图如图9所示,原理图如图10所示。应用在第四代普锐斯(Prius)等车型上。

菲亚特克莱斯勒(FCA)集成发动机电机发电机的变速器,原理图如图11所示。应用在大捷龙(Pacifica)混合动力汽车上。

实现纯电动、串联混合动力、并联混合动力、混联混合动力等模式之间切换,提高了整车性能和效率。

图7

图8

图9

图10

图11

有专家预测,到2035年,新能源汽车和传统汽车可能是平分天下的状态。因此,未来变速器技术既要满足传统汽车的需求,又要满足混合动力汽车的需求,还要满足纯电动汽车的需求,而且纯电驱动还分动力电池和燃料电池等不同形式。

不过就眼下而言,电动车的变速器和传统汽车的变速器一样,也面临着很多新的巨大挑战。

现有的变速器技术,无论是手动的还是自动的,都是基于燃油车发展起来的技术,把这些技术简单地挪到电动车上并不能满足电动车的工况要求,这其中还要攻克很多技术难关。

目前专门为电动汽车设计的变速箱还寥寥无几,也就是说,这场角逐的戏码并非尘埃落定,而是刚刚开始。

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