无杆气缸工作原理(电动车为什么不用变速箱？（硬核警告）)

Posted 2023-05-28

篇首语：千磨万击还坚劲，任尔东西南北风。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了无杆气缸工作原理(电动车为什么不用变速箱？（硬核警告）)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

无杆气缸工作原理(电动车为什么不用变速箱？（硬核警告）)

众所周知，纯电动车型得益于独特的做功方式，让它拥有了与汽油机完全不同的工作特性。低速时相对省电，使它更适合在城市里游走。可随之而来的就是高速时巨大的电耗。这时很多人便会提出疑问，为什么不给电动车使用变速箱来提高极速，并降低高速电耗呢？

想知道为什么，先要了解是什么！变速箱的工作原理，是通过各个齿轮之间的齿比搭配，在马达转速相同的情况下，改变输出端的转速。与此同时，得益于转速变化的关系，动力输出端的扭矩也会随之改变。

比如当齿轮呈现出省力杠杆时（小带大），转速则会随着齿比出现减速的情况，但输出端的扭矩则会因为齿比的关系变大，反之亦然。所以，汽油机标称的扭矩数值只是曲轴端的数据，输出给车轮的扭矩实际上是根据变速箱齿比来决定的。另外需要注意的是，只有扭矩会根据齿比变化，作为功率单位的马力不会产生变化。

这时我们不妨发散一下思维。电机扭矩虽比汽油机大，但整体扭矩水平依旧处于同一量级内。所以电动机在起步时也需要扭矩放大，只不过是由主减速齿轮取代变速箱完成了这个动作。

根据上文，已知放大扭矩后，转速也会出现相应的下滑，这自然会影响车辆的极速表现。解决办法也很简单，那就是使用变速箱。不过，既然电动车有如此致命的问题，那为什么汽车厂家依旧不使用变速箱来提高极速，并降低电机转速，从而达到省电的目的，并提高后段加速能力呢？

其实答案很简单：不值当。

首先汽油机之所以使用变速箱，其中一点是因为变速箱需要弥补发动机在低转速下扭矩太低的问题。因为汽油机在低转速工作时，有不少力气都用在了克服活塞与气缸之间的摩擦力上，所以汽油机在低转速时的扭矩表现都会无一例外的差。

可电动机因为工作原理的关系，转子和电极之间并没有真正接触，自然也就不会产生摩擦力。所以电动机即使在转速为零的情况下，仍可以提供最大扭矩。如此一来，电动机自然不需要大齿比齿轮弥补低转扭矩。说人话就是电动机就像美式大排量肌肉跑车挂入“3挡”一样，不用换挡就可以完成95%的日常驾驶。

同时，正是因为电动机初始扭矩可以达到巅峰的缘故，所以不少新能源车都拥有着变态般的初段加速性能，突破轮胎抓地力更是家常便饭。那此时如果再使用多挡位变速箱进一步放大扭矩，那么在起步加速时便会更容易突破轮胎抓地力的极限，甚至还会拖累车辆的加速性能！所以，使用变速箱并不能从根本提升电动车加速时间。

汽油机需要变速箱还有一个很关键的原因，就是倒车操作，不加一组齿轮是根本实现不了的。而在电动机这边，只要通电时利用开关改变电流方向，使正负极位置交替，就可以轻而易举地完成换向操作。甚至在不受软件干预的情况下，电动车即使是倒行，也同样能达到正着开的极速。

汽油发动机效率高原图

我们都知道汽油机有热效率一说。通俗点解释就是汽油爆炸后百分之多少的能量能转化成动力。比如丰田最高的热效率是41%，那么就是汽油被压缩点燃后，41%的能量会成为动力。不过41%的效率并非是存在于各个转速的，而是会出现在某一特定的转速区间，而这个区间也就是发动机效率最高的点。

电机自然也有自己最高效的运转区间范围。只不过因为运转时没有有任何阻力，电机通常都拥有90%以上的效率输出，且还拥有比汽油机宽得多的高效区间范围。比如在上图中我们可以发现，从3200转到9000转的转速区间内，电动机都可以拥有92%左右的运转效率。甚至在极高转速且大动力需求的情况下，电动机的运转效率依旧在90%左右。

这样一对比，结果自然便清晰明了。汽油发动机由于最高效率平原低且窄的缘故，所以只有使用变速箱，才足以让发动机能在各个速度区间高效运转。反观电动机那令人羡慕的效率图，无论是高转速低扭矩输出，还是低转速高扭矩输出，都可以拥有了至少70%以上的效率转换表现。同时宽广的高效区间，更是彻底否定了需要一堆齿轮组合出来的铁疙瘩帮助它提高效率的用途。所以就算是用上变速箱，在如此宽广高效的区间下，其实也不会提升电动车日常驾驶时的续航里程。

而对于电动车来说，高速行驶才是电动机真正需要变速箱的时刻，因为电动机在高转速下运转时，两个磁场之间会互相产生一定干预，最终致使电动机的马力下降，进而影响到车辆的再加速能力以及极速性能。

在同等动力输出的情况下，汽油发动机的尺寸显然是要比电动机更大的。所以对于使用“油改电”底盘的新能源车型来说，原先固定发动机的机脚，尺寸肯定与电动机是不适配的，这时就需要通过安装横梁固定电机。再加上电能需要高压包进行整流再输送给电动机的关系，其实电动机的固定位置远比发动机更靠下。

正因如此，发动机舱内并没有因为少了发动机、变速箱而变得宽敞。这时如果再加上一台变速箱，发动机舱内便会更加拥挤。并且因为高压包的存在，变速箱的安装位置也是一道难题，想要解决就需要大笔的资金投入。

除了解决变速箱安装位置所带来的高成本外，变速箱自身的高成本自然也是车企需要考虑的因素。以目前市场来看，自动变速箱加上TCU（变速箱电脑）电控单元基本都需要万八千元。这对于一台电池就占据了造车成本30-40%的车型来说，再增加1万元的成本去“购买”变速箱，简直就是“一利万本”的事情。

甚至站在消费者的角度来考虑，变速箱所带来的保养和购买成本其实也是额外的负担。虽然电动车日常确实没有什么保养项目，每跑6万公里多花1000元保养变速箱也不算什么事，但苍蝇再小也是肉啊。

更何况，变速箱也不是拧好螺丝就能万事大吉的东西。之后的匹配调校，同样也需要花钱。需要注意的是，目前并没有按照电动机特性大规模量产的变速箱。所以购买过来的变速箱，齿比是适配给汽油机的，那么在后期调校时，主机厂还需要找变速箱厂额外定制符合电动机工作效率的齿比，甚至还需要减少挡位数来减小尺寸和无用挡。如此小批量的定制生产，电动车变速箱的造价肯定会进一步水涨船高。当然了，厂商也可以选择自己研发，但技术难度也会成倍增加。

乍一看，新能源车企和传统车企之间除了生产车型种类不同外，可能并没有什么差别。不过你们不要忘了，从新时代电动车“缔造者”特斯拉开始，电动车就没有用过变速箱，所以目前在新能源厂商中肯定不会出现变速箱工程师这个职位。

变速箱挡位曲线

那么，对于一家新能源车企来说，给电动车安装变速箱更是难于登天。由于缺乏专业的调校工程师，新能源要想安装变速箱势必只有两条路可走，自己乱调和寻找外包团队操刀。可无论哪种方法，只要变速箱有丁点匹配问题，被骂的都会是厂家，所以这种费力不讨好的活，新能源厂家肯定不会干。

奥迪e-tron的四驱

众所周知，不少大马力电动车为了克服电机扭矩过大的问题，都会选择使用四驱系统来降低起步打滑的可能性。并且为了不使用传动轴，电动四驱车通常都采用前后双电机配置。这样做的好处不仅可以避免传动轴侵蚀座舱空间，同时还可以为电池组留有更高的布置灵活度。但如果使用变速箱的话，那么一切就不再像现在这样简单了。

奥迪S8的四驱

首先，按照传统汽油车单变速箱的设计，电动四驱车型虽然可以不使用后部电机，但却要安装中央差速器、传动轴这两件本不应该出现在车身上的机械结构，同时这些部件的存在还会侵蚀本身位置就不够的电池组空间。

但如果非按照目前电动四驱车前后各使用一个电机的布置方式，那除非安装两台变速箱，否则根本不可能做到全时四驱。更要命的是，这两台变速箱之间的换挡逻辑、换挡速度和齿比都要完全匹配才可以。如此一来，研发成本将会成几何倍数提高，厂家和消费者肯定都不会选择为此买单。

所以综合以上几点问题，我们可以总结出三点电动车不使用变速箱的原因：

第一点：拥有变速箱的电动车的确能够省电，只不过省下的电量微乎其微。

第二点：安装变速箱后不会提高大幅提高车辆的加速性能，但会显著提升后段性能，并增加极速。

第三点：贵且很不值当。

保时捷Taycan的变速箱

虽然电动车安装变速箱会遇到上述种种困难，不过目前依旧有电动车使用了变速箱。比如保时捷Taycan就为后轮电机安装了一台两速的变速箱，从而让车辆在低速时可以与前轮电机配合达成四驱模式，并拥有最大的牵引力。除此之外，还可以在高速拥有更好电量消耗控制的同时，提高车辆的极速。

此外，魏派的插电混动车型P8也给后轴电机安装了一台两速变速箱。这样一来，电机就可以更好的匹配前方汽油机输出的动力，进而达到几乎全时四驱的效果。

当然，作为电动领域翘楚的FE（电动方程式）则使用了一台5速的变速箱，来弥补只有270匹马力所带来的极速过低和加速太慢问题。得益于5速变速箱的加持，这台小马力赛车可以做到在3秒内破百，同时还可以拥有230km/h左右的极速。

民用电动车之所以不使用变速箱，最关键的因素其实还是成本和匹配问题所导致的。但对于利润更高的高端电动车来说，使用一台两速的变速箱远比一套减速齿轮来得强。而在赛车界这种不计成本的比赛中，一台5速变速箱足以让电动车领先同马力汽油车。

所以其实并不是电动车不需要变速箱，只是在目前的大环境下，市场不允许厂家这样放肆烧钱开发罢了。毕竟极速不够马力来凑，更何况大马力电机造起来远比大马力发动机容易得多！