新能源汽車多擋變速箱應用研究

袁博

摘 要：新能源汽車中的純電行駛由于是驅動電機驅動，不存在噪音、震動、磨損等問題，不需要傳統的多擋變速箱，一般采用單級減速器驅動，可以更直接地驅動車輛，進而提高效率、節約成本，目前絕大多數純電動汽車采用單級減速器，但同時也出現了后程加速不足、續航里程偏短等問題，于是出現了專為新能源汽車設計的多擋變速箱來解決此類問題。

關鍵詞：新能源汽車 多擋變速箱 應用

Research on the Application of Multi Gearbox in New Energy Vehicles

Yuan Bo

Abstract：The pure electric driving in new energy vehicles is driven by motor， so there is no noise， vibration， wear and other problems. It does not need the traditional multi gear transmission. Generally， the single gear transmission is used to drive the motor more directly， which can improve the efficiency and save the cost. At present， the vast majority of pure electric vehicles adopt single gear transmission， but at the same time， there is no rear acceleration due to the short driving range and short driving range， and a multi gear transmission specially designed for new energy vehicles has emerged to solve such problems.

Key words：new energy vehicle， multi gearbox， application

1 汽車變速箱發展歷史及現狀

變速箱是用來改變來自發動機的轉速和轉矩的機構，它能固定或分擋改變輸出軸和輸入軸傳動比，實現車速的大范圍變動、空擋行駛以及倒擋行駛，屬于汽車底盤部分的傳統系統，是汽車最重要的組成部分之一。

變速箱并不是與汽車同時期產生的，1886年誕生的全世界第一輛汽車——奔馳一號只有一部主減速箱，并且沒有擋位設置，不能倒車、只能前進，1889年法國標致公司發明了世界上首個變速箱，該變速箱只有兩個擋位，需要與發動機轉速配合操作才能實現換擋，對于普通消費者來說操作難度較高，實用性較低，1908年美國福特公司生產的T型轎車裝備了全球首款二擋自動變速箱，但不能完全實現真正的自動，仍然需要駕駛者掌握一定的駕駛技巧，當變速箱換擋時需要油門的配合才能順暢，1940年美國通用公司研制出Hydra-Matic變速箱，其采用液力耦合器（非液力變矩器）和3排行星齒輪，擁有4個前進擋位和一個倒擋位，是真正意義上的全球首款自動變速箱，隨后德國保時捷公司也發明了專用于賽車的雙離合變速箱，然而卻沒能成功將DCT/PDK技術投入批量生產，自動變速箱最重要的改進與革新是在第二次世界大戰期間，當時美國別克公司為坦克開發了液力變矩器，1948年這種液力變矩器被應用于汽車領域，它的到來為自動變速箱的進一步成熟奠定了堅實基礎，1958年荷蘭DAF公司發明了CVT變速箱，隨后它們推出裝備雙V型橡膠帶式CVT的轎車DAF600，1969年法國雷諾公司生產的R16TA首次采用電控變速箱，極大地提升了電子換擋的速度和平順性，使駕乘體驗更加舒適，此后變速箱進入快速發展階段，4AT、5AT自動變速箱開始出現，到了20世紀90年代末期德國大眾公司與博格華納公司合作生產了全球首款可以實現大規模量產的DCT雙離合變速箱，至此變速箱進入到相對成熟的發展階段。

進入21世紀之后汽車產業技術水平和生產工藝日新月異，出現了新能源汽車這一劃時代的汽車類型，驅動驅動電機轉速范圍更寬和低轉速扭矩大的先天特性具有加速線性、平順舒適、保養成本極低等明顯優勢，純電動汽車普遍采用固定齒比的單級減速器來代替傳統燃油車的變速箱，但由于驅動電機在加速后期扭矩衰減，而單級減速器無法幫助釋放輪上扭矩，導致純電動汽車在中后段加速能力疲軟，同時極速也無法達到同級燃油車的水準，為解決這一問題，相關整車和零部件企業在積極研發匹配新能源汽車的多擋變速箱，2017年上汽集團率先推出全球首款專為混合動力汽車定制的EDU電控驅動變速箱，并在旗下榮威和名爵品牌的混合動力車型上應用，2018年英國GKN公司專為寶馬i8混合動力轎車設計了二擋變速箱，2019年德國采埃孚公司推出全球首款純電動汽車的二擋變速箱，保時捷Taycan成為首款搭載這一變速箱的車型。

2 變速箱對新能源汽車性能的影響

變速箱與差速器、半軸等組成了燃油車的傳動系統，是其不可或缺的重要組成部分，新能源汽車由于是驅動電機驅動車輛，動力電池和電控系統的重要性顯而易見，變速箱逐漸成為次要的組成部分，但對新能源汽車的性能同樣會產生影響，主要體現在以下幾個方面：

2.1 對車輛加速的影響

主流的車用交流電機的轉速區間可以達為0-15000rpm，范圍遠大于傳統內燃機轉速區間的0-7000rpm，同時驅動電機可以在起步階段的較低轉速下迸發出最大扭矩，完全不需要多擋變速箱來放大，純電動汽車在起步初期的加速遠好于同一功率數值下的燃油車，但由于單級減速器無法幫助釋放輪上扭矩，使其會在轉速達到某一數值后有所下降，純電動汽車高速時的加速性能普遍不如相同功率的燃油車，為了更加直觀地了解純電動汽車的加速特性，本文選取比較有代表性的特斯拉Model S車型的加速數據進行詳細分析。