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    新能源汽車不需要變速箱?不但需要,還很復雜!

    文章出處:網責任編輯:作者:人氣:-發表時間:2020-10-13 09:58:00【

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    傳動系統在新能源汽車時代遭遇了巨變。

    由于電動機擁有寬域高效的工作區間,只需調整輸入電流,即可完成對輸出動力的控制,實現車輛的加減速。這讓一直以來被視為關鍵部件的變速箱,顯得“多余”起來。

    傳統汽車在速度上不斷追高,大部分電動車卻只需一臺單級減速器便可完成從電動機到車輪的動力傳遞。

    為什么會有電動汽車不需要配變速箱的說法?

    電動汽車的驅動動力源是電機,而電機和發動機相比,它有一個不同的地方,就是在恒功率狀態下,轉速越慢,轉矩越大;轉速越高,轉矩越小。所以當電動汽車給驅動電機的供電是恒定時,即恒功率輸入時,電機可以自動輸出電動汽車克服阻力所需要的轉矩,及可獲取該阻力下的最高轉速。

     


    以加速過程來看,就是在加速中的每一個時間點,電機總是自動的把轉矩變小來換取該時間點下的最高轉速。這樣看來,電機本身就具備了變速箱的特性,無需外加變速箱,使電動汽車的車輪能靈活自動地根據車況輸出不同的轉矩來克服前進阻力。

     

    那么,問題來了:電動汽車真的不需要變速箱了嗎?

    可以不用變速箱,但不等于一定不用變速箱;不用變速箱+離合器,電動汽車可以完成行駛的基本功能;但如果給電動汽車匹配上變速器+離合器,則可以如虎添翼,錦上添花。

     

    目前,一些國際巨頭已經嗅到了這塊市場商機。吉凱恩、舍弗勒、博格華納等著名國際性零部件供應商已經開發出了量產的AMT,寶馬、豐田的一些插電混動結構車型也裝配過多級變速箱;國內崛起了一批電控企業新秀,另有一些從傳統變速箱轉型的企業也在謀劃布局。

     

    新能源汽車的核心配置是電動機,和發動機相比最大的區別就是,電動機的功率是恒定的,可以克服阻力所需要的轉矩,及可獲取該阻力下的最高轉速,電動機本身就自帶變速箱的屬性,因此不需要額外配備?

    所有新能源汽車都不需要變速箱嗎?

    目前新能源汽車串聯、純電動、燃料電池目前多采用單級減速器,未來能耗要求提升,或發展為多級減速器;并聯多采用現有自動變速箱進行改造或使用電驅動橋;混聯多采用專用混動變速箱??傮w來看,新能源汽車仍然需要變速箱,近年來出現了兩擋變速器、同軸變速器、集成電子斷開差速器的變速器、集成雙離合器式差速器的變速器、電動機控制器變速器三合一總成、集成發動機電動機發電機的變速器等新型變速器。

    1 兩擋變速器

    吉凱恩(GKN)兩擋變速器,減速比分別為11.38和5.85。圖1為吉凱恩兩擋變速器剖視圖,圖2為吉凱恩兩擋變速器在輸入軸上的換擋機構。應用在寶馬(BMW)i8混合動力車上。

    格特拉克(Getrag)兩擋變速器,減速比分別為12.06和8.61。

    與減速比為9-10.5的單擋變速器相比,兩擋變速器的低速擋減速比設置為11-12,滿足加速和爬坡性能,而且所需電動機最大轉矩可以降低;高速擋減速比設置為5-9,滿足最高車速要求,而且所需電機最高轉速可以降低。電機最大轉矩和最高轉速降低,可使得電機小型化、輕量化。而且兩擋變速器可使電機較多地在最佳效率點運轉,降低油耗。

    圖1 吉凱恩兩擋變速器剖視圖

    圖2 吉凱恩兩擋變速器在輸入軸上的換擋機構

    2 同軸變速器

    吉凱恩變速器,輸入軸與輸出軸同軸。圖3為吉凱恩同軸單擋變速器剖視圖。應用在沃爾沃(Volvo)XC90 T8混合動力汽車上。

    雪佛蘭(Chevrolet)Bolt變速器,輸入軸與輸出軸同軸。圖4為雪佛蘭Bolt同軸單擋變速器剖視圖。應用在雪佛蘭Bolt純電動汽車上。

    輸入軸輸出軸同軸結構,可減小變速器尺寸,便于整車布置。

    圖3 吉凱恩同軸單擋變速器剖視圖

    圖4 雪佛蘭Bolt同軸單擋變速器剖視圖

    3 集成電子斷開差速器的變速器

    吉凱恩變速器,集成電子斷開差速器。圖3為其剖視圖。圖5為吉凱恩電子斷開差速器爆炸圖。應用在沃爾沃XC90 T8混合動力汽車上。

    高速時,電子斷開差速器將電機與車輪分離,以提高高速時系統效率并防止電動機超速。電子斷開差速器控制犬牙式離合器接合或分離,使用霍爾傳感器非接觸式測量離合器位置。

    圖5 吉凱恩電子斷開差速器爆炸圖

    4 集成雙離合器式差速器的變速器

    吉凱恩變速器,集成雙離合器式差速器。圖6為其剖視圖。該差速器應用在路虎攬勝極光(Range Rover Evoque)、福特??怂梗‵ord Focus)RS上 ,也可應用在純電動汽車或混合動力汽車上。

    圖6

    采用雙離合系統取代傳統差速器,可精確調節每個車輪的扭矩,實現左、右車輪扭矩矢量控制。實現扭矩限制,實現電子限滑差速鎖功能。斷開連接時提高系統效率。

    5 兩擋同軸集成雙離合器式差速器的變速器

    吉凱恩兩擋同軸變速器集成雙離合器式差速器(吉凱恩稱為eTwinsterX),在2017年法蘭克福國際汽車展上首次亮相。

    該變速器綜合了上述的兩擋、同軸、雙離合器式差速器三種變速器的特點。

    6 電動機控制器變速器三合一總成

    吉凱恩三合一總成。計劃于2019年在歐洲汽車制造商的全球平臺上生產。

    采埃孚(ZF)三合一總成。于2018年量產,應用在歐洲汽車制造商車型上。

    以及麥格納(Magna)、博世(Bosch)三合一總成。

    三合一總成結構緊湊、功率密度高、系統效率高、安裝簡單、減少電纜、可以提供整體解決方案。

    7 集成發動機電動機發電機的變速器

    吉凱恩集成發動機電機發電機的變速器,剖視圖如圖7所示。應用在三菱歐藍德(Mitsubishi Outlander)混合動力汽車上。

    本田(Honda)集成發動機電機發電機的變速器,剖視圖如圖8所示。應用在雅閣(Accord)混合動力汽車等車型上。

    豐田(Toyota)集成發動機電機發電機的變速器,剖視圖如圖9所示,原理圖如圖10所示。應用在第四代普銳斯(Prius)等車型上。

    菲亞特克萊斯勒(FCA)集成發動機電機發電機的變速器,原理圖如圖11所示。應用在大捷龍(Pacifica)混合動力汽車上。

    實現純電動、串聯混合動力、并聯混合動力、混聯混合動力等模式之間切換,提高了整車性能和效率。

    圖7

    圖8

    圖9

    圖10

    圖11

    有專家預測,到2035年,新能源汽車和傳統汽車可能是平分天下的狀態。因此,未來變速器技術既要滿足傳統汽車的需求,又要滿足混合動力汽車的需求,還要滿足純電動汽車的需求,而且純電驅動還分動力電池和燃料電池等不同形式。

    不過就眼下而言,電動車的變速器和傳統汽車的變速器一樣,也面臨著很多新的巨大挑戰。

    現有的變速器技術,無論是手動的還是自動的,都是基于燃油車發展起來的技術,把這些技術簡單地挪到電動車上并不能滿足電動車的工況要求,這其中還要攻克很多技術難關。

    目前專門為電動汽車設計的變速箱還寥寥無幾,也就是說,這場角逐的戲碼并非塵埃落定,而是剛剛開始。

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