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单挡还是多挡?电动汽车变速器发展趋势前瞻

单挡还是多挡?电动汽车变速器发展趋势前瞻

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  随着电动汽车不断发展,其技术性能也不断提高,就最重要的动力传动系统而言,尽管目前市场上的主流解决方案是单电机+单减速器,但也有车企开始采用多电机+多挡变速器的方案。单挡还是多挡?开始成为车企在设计开发电动汽车时不得不考虑的问题。

  10月15日-16日,中国汽车传动领域最高端的技术大会“TMC”在江苏泰州举办了两场专题论坛——“传统与电气化动力DCT技术发展论坛”和“电动汽车驱动与多挡变速器技术发展论坛”,对此进行了深入讨论。

  本次“TMC”专题论坛,由中国汽车工程学会主办,吉林大学泰州汽车动力传动研究院、江苏省泰州市临港经济园、吉林大学汽车工程学院联合主办,中汽瀚思管理咨询协办,壳牌中国作为战略合作伙伴。

  一般意义上,单挡变速器结构简单,成本低,由于没有换挡产生的动力中断,因此驾驶感受更好。但由于速比固定,为了避免电机超速,车辆的最高车速也会受限。另外,车辆高速行驶时中后段加速能力一般。比如,特斯拉的起步加速能力非常强悍,但是中后段加速表现非常一般,就是受固定速比的影响。

  相对于固定速比的单挡变速器来说,两挡变速器可以通过一挡高速比提供启动时的大扭矩,二挡小速比提高车辆最高时速。同时,电机转速的降低有助于改善整车NVH性能,通过控制换挡策略也能让电机更多工作在高效率区间,从而降低能耗、增加续航里程。但是,两挡变速器结构复杂、成本高,而且会有动力中断。

  另外,从整车结构布置来说,两挡变速器对于车辆轴向空间的要求比单挡减速器也要更高一些。

  目前,市场上主流的A级及以下纯电动轿车基本上都采用了单挡变速器,有个别追求动力性能和操控感受的插电式混合动力四驱SUV车型采用了两挡变速器,比如长城WEY P8和长安CS75 PHEV都在后轴上安装了舍弗勒公司提供的两挡电子驱动桥。在整车动力性能方面确实有非常大的改善。

  舍弗勒公司提供的数据表明,使用两挡电驱动桥的电动汽车在动力性和经济性上更有优势,尤其是对于SUV车型而言。在动力总成不变的情况下,采用两挡电桥比采用一挡电桥的电耗可以降低6.3%,电池容量可以减少8%,续航里程增加6.4%。

  另外,上汽荣威Marvel X也采用了两挡变速器的方案。据说这是上汽自主研发的两挡变速器。我的同事曾经试驾过这款车,据他反映几乎感受不到换挡时的动力中断。

  在10月16日的讨论中,来自上汽、长安、长城、江淮、一汽、东风等整车企业,壳牌、联合电子、AVL、FEV、里卡多、方正电机、长城华冠、万里扬、邦奇动力、贺尔碧格等供应商,以及吉林大学、上海交通大学、北京航空航天大学、河北工业大学、合肥工业大学等高校的技术专家对于电动汽车变速器未来的发展趋势进行了讨论。

  与会专家普遍认为,电动汽车变速器的多挡化毫无疑问将是趋势。北京航空航天大学,国家乘用车自动变速器工程技术研究中心常务副主任徐向阳教授说,结论是肯定的,我们需要一个两挡、三挡这样一个多挡位的变速器来适应、改善提高电动车总体的性能。

  徐向阳表示,电机在低速大负荷时效率不高,仍有优化需求。如果采用两挡变速器,一挡可以改善电机动力输出性能,二挡可以提高车速、降低电机转速。根据舍弗勒的研究,两挡变速器可以使车辆续驶里程提高3%-5%,0-100km/h加速时间缩短30%左右。另外,两挡时电机转速下降有利于改善车辆NVH性能。在同等动力性、经济性的表现下,两挡变速器可以让车辆使用更小的电机。因此,我们需要一个两挡、三挡的多挡位电驱动变速器来适应、提高电动汽车的总体性能。

  在EV世纪与徐向阳的交流中,他进一步表示,对于A级和A级以下的纯电动轿车而言,单挡变速器是比较合适的,但对于B级及以上轿车和SUV车型来说,两挡变速器更适合。

  国家新能源汽车技术创新中心电驱动业务负责人杨良会博士认为,目前单挡变速器还是主流方向,两挡变速器是未来重要方向。两挡变速器主要应用在两个场景,一个是高效能汽车上,还有低成本汽车上(单挡变速器不存在动力中断,从驾驶感受来说,更适合中高端车型)。

  还有一种观点认为,电机技术和性能的提升也会影响单挡或者两挡(多挡)变速器的使用。浙江方正电机股份有限公司总经理牛铭奎博士表示,由于电机不能达到理想工作状态,所以需要多挡变速器去补充。但是最近几年电机技术有很大进步,一方面效率提升,有的电机的最高效率已经超过97%,同时电机高效区也在增加。电机转速也在增加,目前给一些主机厂设计的电机转速已经达到了16000转。

  如果能以较小的成本让单挡减速器适应电机性能的提升,那么对于两挡或者多挡减速器的需求就会下降。

  上海交通大学汽车工程研究院副院长殷承良教授也表示:“未来三年,如果电机企业能够解决高转速带来的振动噪声等问题,单速构型就能胜出,那就不需要多挡了。反之,如果两挡变速器能够解决平顺性的问题,也可能胜出。”

  AVL混动系统经理王健博士指出,每一种技术都离不开具体的环境和客户需求,如果是城市工况,单挡减速器就可以满足要求。如果是高速工况,可能需要多挡位来满足要求。不同技术会并存,但是比例会有差异,再过几年之后,两挡或者三挡变速器成为中高端车型的需求。

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