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純電汽車是否可以透過配備變速箱來提高續航里程?可以提高多少?

簡介所以變速器同樣是內燃機維持高效輸出的法寶,效率對燃油經濟性的影響是最大的,相反高轉速所帶來的摩擦功損耗顯得微不足道,這就好比同跑120km,CVT飛度轉讀2300、MT飛度3900轉,轉速差異巨大但油耗大概差了不到0

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想設計一款車,配備哪些硬體得考慮存在多大的需求,而需求足夠大的硬體就一定會配備,比如燃油車與變速器的關係,不配備變速器行不行?燃油車不配變速器顯然是不行的,因為沒有變速器的燃油車連點火、起步都做不到,那這還算是汽車麼?所以燃油車一定要配變速器,因為剛需。

純電汽車是否可以透過配備變速箱來提高續航里程?可以提高多少?

道理很簡單,內燃機的扭矩、功率需要轉速來支撐,而且市面上比較常見的發動機峰值扭矩平均在200nm左右,而即便是一噸出頭的A0級小車,非滿載狀態下完成起步所需要的扭矩也在800-1000nm左右,而這個級別發動機所能提供的峰值扭矩往高了說也僅能達到150nm左右,峰值扭矩150nm、低轉速下的起步扭矩能輸出多少?車子起步時能拉出100nm都困難。

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那麼問題就來了,推動車輛完成起步至少需要800-1000nm(坡度汽車需要的扭矩要更多一些),而起步階段A0級別車型的發動機普遍只能輸出100nm,那麼該如何確保汽車順利完成起步?這時候就輪到變速器來解決問題了;傳統燃油車的傳動比由主減速器齒輪比與變速器各擋位齒輪比構成,比如飛度的主減速器為4。6(即差速器齒輪比,為固定值),變速器一擋齒輪比為3。46,那麼一擋可以放大扭矩3。46*4。6=15。9倍。

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這樣一來起步時只能輸出的100nm扭矩,在放大扭矩15。9倍後達到了約1600nm,而上文已經提到這個級別車型平路起步所需扭矩不過1000nm,如此可以順利完成起步還保留足夠的富餘來完成提速;即便是坡道起步所需扭矩更大也不過1200-1400nm左右(30度的坡),一擋下輸出1600nm依然可以順利完成起步,況且給油後轉速上升,發動機輸出扭矩更大了,輪上扭矩也會更大。

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純電車無需變速器來完成起步

所以對於燃油車而言,變速器是剛需,確切的說是硬需求,拋去燃油經濟性、極限速度這兩個維度不說,開發一款車子最重要是讓它先跑起來,其它都是後話,沒變速器燃油車跑不起來;那麼純電車是如何解決起步問題的?實際上純電車解決起步問題主要有兩種方式,其一利用電機的特性、簡單說就是即便0轉也能輸出峰值扭矩(扭矩可看作是一種趨勢,0轉一定沒功率,但0轉速下可以存在扭矩)。

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其二利用主減速器的固定齒輪比對發動機進行調速,從廣義上看電動車也是有變速機構的,主減速器(差速器)改變了發動機的轉速,那麼稱之為變速器也並不為過,只是沒有傳統燃油車上這種多齒輪比變速器;咱們拿特斯拉的model 3為例,電機峰值扭矩能達到340nm(低效能版),主減速器齒輪比達到9。73;地板油起步可輸出340*9。73達到了3308nm,這樣的扭矩甭說推動Model 3完成起步,拽一輛兩噸以上的酷路澤都非常輕鬆。

純電汽車是否可以透過配備變速箱來提高續航里程?可以提高多少?

而另一方面就是電機的特性,電機扭矩換向速率太快了,燃油車拉轉速獲取功率、扭矩是有過程的,這個過程可以理解成轉速攀升的過程,比如VQ37地板油1秒中內可以完成從1000轉-5000轉,一秒或許很短暫,但與電機扭矩換向速率相比較就太慢了;給油前0轉、0扭矩、0功率,給油起步爆發扭矩大概僅在幾十毫秒之間,如上圖所示從請求電機釋放扭矩到實際輸出扭矩幾乎沒間隔,也就在毫米範圍;內燃機輸出扭矩受到轉速的影響;但電機的扭矩受電流、電壓、磁場影響。

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內燃機、電機能耗方面的對比

解決完內燃機汽車順利起步問題後,燃油經濟性又成了各大主機廠不能迴避的問題,實際上自從上世紀的石油危機出現後,燃油經濟性就成了汽車的主要維度,而這時變速器又扮演了一個對發動機調速、維持較高效率的角色;內燃機高效區間太窄,只有達到合理的轉速匹配到合理的負荷才能獲得理想的燃油經濟性,而電機幾乎不會受到這方面的影響。

純電汽車是否可以透過配備變速箱來提高續航里程?可以提高多少?

如上圖所示某燃油車一擋2000轉、可以達到時速15千米,而用二擋跑可能1500轉就能達到15千米的時速,那麼兩個擋位誰更省?相對而言是二擋省,兩個擋位跑15千米所需要的功率是一樣的,差異在於一擋高轉低負荷、二擋低轉高負荷;內燃機的效率就是這麼奇怪,轉速過低不行、過高也不行,負荷過低不行、過高也不行;所以難點在於如何保持在某一車速下,恰好get到理想的轉速以及負荷,這就是現如今變速器擋位越來越多的原因,追求無級傳動,才最容易找到這個最佳的區間。

純電汽車是否可以透過配備變速箱來提高續航里程?可以提高多少?

而有級傳動的幾個擋位很容易造成某車速下負荷、轉速不是高就是低,CVT變速器唯一優點就是先天擁有無極傳動特性,所以甭管實際表現多麼糟糕,但總會有車企看中它的潛力;所以變速器同樣是內燃機維持高效輸出的法寶,效率對燃油經濟性的影響是最大的,相反高轉速所帶來的摩擦功損耗顯得微不足道,這就好比同跑120km,CVT飛度轉讀2300、MT飛度3900轉,轉速差異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關鍵。

純電汽車是否可以透過配備變速箱來提高續航里程?可以提高多少?

而電機在效率方面優勢巨大,如上圖示比亞迪所打造的高效電機,峰值效率97。5%,而最關鍵的是高於90%以上的高效率區間已經達到90%以上,簡單點說接近全域高效區間了,這是很了不起的成績;這樣的高效以及如此寬泛的高效區間代表什麼?代表電機低轉、高轉效率上的差異很小,比如15000轉的峰值轉速,從5000-13000轉的效率幾乎都一樣,既然如此還需要變速器來調節效率麼?

當然如果給電車上配個兩擋變速器還是能起到一定的效果,但提升太小;拿某品牌高效內燃機為例,峰值效率出現在2500轉、30%左右負荷,此時效率能達到40%左右(熱效率*機械效率*燃燒效率),而轉速3000轉或2000轉時效率可能就到33%了,差異就是如此巨大;而電機5000-13000轉效率可能僅僅在94-97%上下浮動,所以給電車上個雙擋變速器追求那1%-2%的提升是不是真的值得?

純電汽車是否可以透過配備變速箱來提高續航里程?可以提高多少?

給單速比電動車增加一個雙擋變速器,極限速度能提高20-30千米左右,01加速能力可提高0。2-0。4秒左右,續航里程增加個30千米左右(600千米總續航),看上去是有必要增加變速器的,但結合成本、價格呢?增加個變速箱,價格增加個兩三萬,消費者是不是會認可、能承受得起,換句話說消費者有必要多花3萬塊錢去換取5%的續航里程增加麼?

純電汽車是否可以透過配備變速箱來提高續航里程?可以提高多少?

當然肯定有這麼做的,比如保時捷為taycan上了臺採埃孚專門針對電車打造的雙擋位變速器,保時捷作為主打效能的車企一定會為哪怕1%提升買單,保時捷的受眾群體也不怕多花10萬、8萬買配備雙擋變速器的純電汽車,但廣大普通汽車使用者沒有那麼強大的消費能力,多花2、3萬換取3%的提升顯然是不值得的,所以現如今主流電車企業的產品都沒有配備傳統的變速器。

純電汽車是否可以透過配備變速箱來提高續航里程?可以提高多少?

不可否認即便是電車,配備變速器也一定會有所提高,蛋關鍵是提高多少?消費者增加的預算與獲得的收益是否能成比例?就目前來看多花2、3萬換2%、3%的提升對於大部分普通車友都是不划算的;所以當我們思考配備變速器的電動車有多好時,不妨先想想買配備變速器的電動車要多花多少錢,這錢值得不值得花;不存在完美的解決方案,有利必有弊,而選擇在於對利弊的權衡,顯然購買配備變速器的電車對消費者而言並不是理想選擇,而車企自然要考慮到消費者的真正需求,所以就以日常代步、買菜的需求來說,電車沒必要配備變速箱。

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