电动汽车为何不需要变速箱也能很平顺,燃油汽车为何需要变速箱?

Mr.zhuMr.zhu2025-05-11 17:29:16来源:优站库 (www.uzkoo.com)阅读:84

长期驾驶燃油汽车的司机,在换用电动或插电混动汽车(用EV模式)时,最大的感触是车辆一点顿挫都没有;其次是没有噪音、振动或气味,究竟是什么原因让电动汽车可以这样与众不同呢?

咱们就来了解一下两类车的区别吧,首先需要了解的是燃油汽车的「变速箱」;在发动机的转速可以升降,也就是能够调整输出功率(马力)的前提下——功率的波动等于车速的高低,这时候再加上一个变速箱是不是有些多余了。

图1:内燃机运行动态演示

 

 

图2:传统变速箱的齿轮箱结构

 

 

如果驾驶汽车时有过急加速超车经验的话,对于超车时的噪音,也就是所谓的“发动机声浪”肯定会印象深刻;因为噪音强度实在是太高,长时间处于这样的噪音环境中是一定会损伤听觉系统的。摩托车使用的发动机就是高转机,F1方程式赛车的内燃机转速可以达到20000rpm,超高的噪音都需要让头盔具有降噪功能,但是驾驶普通代步汽车总不能带着头盔吧。

所以从噪音的角度则需要考虑对行车转速(噪音)的控制,同时转速过高也会大幅提升发动机的运行温度与压力;过高的温度会降低机油的润滑能力,内燃机的磨损也会非常夸张,那么为了延长发动机的使用寿命也需要控制转速。

 

 

重点:想要控制油耗必须要控制转速!

内燃机的热效率是很低的,作为动力元使用、平均能达到30%左右就算难得了,即便最佳值会超过40%;因为最佳热效率只能在很窄的转速区间内实现,而且要在热车状态下才行,但行驶中的转速会在很宽的范围内波动,所以平均值其实是很低的。

热效率可以理解为有效利用的热能,比如消耗1L汽油实际只有0.3L燃烧产生的热能转化为动力,前提的都因冷却系统、运动摩擦、进排气等因素转化为其他非机械能的能量形态,说白了就是浪费掉了。

 

 

所以内燃机其实是功耗很高的, 而转速越高做功频率也会越高,高转速会让耗油量飙升到几十甚至上百升/百公里的高标准,如果依靠发动机直驱、以转速调整功率、以功率调整车速的话,用车成本还能接受吗?

那么再综合噪音强度、振动强度、磨损程度,以及运行温度对车内温度的影响等因素,燃油汽车就不适合长时间以高转速运行了;于是就出现了变速箱,变速箱的功能其实不仅是“变车速”,更重要的是“变转速”。

举个例子:5MT

  1. 1挡转速3000rpm 时速20km/h
  2. 2挡转速3000rpm 时速40km/h
  3. 3挡转速2000rpm 时速50km/h
  4. 4挡转速2000rpm 时速60km/h
  5. 5挡转速2000rpm 时速100km/h

这就是变速箱的功能,通过大小齿轮的组合,实现相同发动机的转速达到不同的车速,转速不变则温度、噪音、磨损等程度可控,同时也实现了理想的车速。实现变速的方式其实很简单,比如1挡是发动机驱动小齿轮带动大齿轮(和车轮)转速,发动机和小齿轮的转速都很高,但是转了很多圈大齿轮才转一圈,所以车速就不会高;但小齿轮每转一圈都等于输出一次动力,那么1挡就是放大动力而限制车速,主要用于重载起步。

5挡的齿轮“反了过来”,发动机驱动大齿轮带动小齿轮运转,大齿轮转一圈小齿轮和车轮就能转很多圈,所以不需要发动机的转速多高也能实现高车速,只是此时的动力会差一些,因为高速行驶的运行阻力大。

 

 

 


核心问题:有变速箱就必然会有换挡顿挫问题!

换挡时需要先行分离运行中的大小齿轮,分离之后通过电磁阀操作,更换其他齿轮结合——这个过程是需要时间的,换挡时间越长则顿挫问题就会越明显。假设换挡之前的转速是2000rpm,这个转速可以实现50km/h的时速;而换挡过程中因丢开油门踏板,导致发动机转速回落到1300rpm,这个转速标准对应的功率马力当然会比2000转低,功率低则能实现的车速低。

低转速功率能实现的车速会低于滑行车速,但是功率又要大于滑行的惯性力;这就会出现“发动机制动”,好在换挡结束后就会加油门,如果不加油门就是持续发动机制动减速、加油门就是短暂发动机制动——一个减速再来一个加速,车身自然会晃一晃,驾乘人员在减速时会因惯性力前倾、加速时会因惯性力往后靠,这种感觉就叫做顿挫。

 

 

 

任何类型的变速箱都有这个问题,不论是手动挡、AT/DCT/AMT/CVT;因为换挡都需要时间、区别只是时间的长短,AT换挡时间较长所以顿挫会明显一些,除非是高标准的机型;干式双离合因离合器运行温度问题有明显的顿挫感,湿式双离合没有问题,且换挡速度快、实际可以比AT更平顺。

CVT换挡时不需要断开发动机和变速器的连接,理论上可以足够平顺;但是这种变速器也需要模拟固定速比的前进挡,控制单元的技术标准决定了也会有换挡顿挫的问题,有些品牌的机型一点都不比AT/DCT程度轻。但是电动汽车就没有这个问题,因为至少乘用汽车是没有变速箱的。

 

 

电机与内燃机不同,这种发动机在运行中没有磨损、噪音、振动的问题;因为不依靠燃烧做功,同时电机的结构非常简单,内部的转子和定子还是悬浮固定的不接触状态。所以电机即便以很高的转速运转也会很安静,使用寿命也会非常长;那么从NVH和用车成本的角度分析,变速箱已经没有什么意义了,从能耗方面分析又需不需要呢?

电机的“热效率”最高可以达到97%-98%,高标准的永磁同步电机总能超过90%;也就是说电机的能耗会比内燃机低三倍,按照1L=3kwh计算,中大型的电动汽车也不过是15kwh/100km左右,只相当于5L/100km——是不是低了三倍呢?而且电的价格远低于汽油,15kwh的电的均价在12元左右,5L油的成本33元左右,同级燃油汽车以15L/100km的油耗为参考,成本在100元左右;能耗低三倍、用车成本可以低10倍上下,还用关心电机的转速高低吗?

 

 

综上所述,电动汽车使用的电机不需要关注转速,即便高转速运行也会有良好的NVH和足够低的用车成本;那么用变速箱也就没有意义了,依靠电机转速调节功率、以功率直接调节车轮转速即可,转速的升降是绝对线性的, 所以这才是真正的无极变速系统。

至于减速器只是用于控制车速(不要太高),加上单速比(1AT概念)的减速器仍旧等于电机直驱汽车;这就是电动汽车不需要变速箱的原因,也是电动汽车可以非常平顺的原因,懂了吧。

 

 


编辑:天和Auto-汽车科学岛

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