电动车变速箱之谜,那些变速箱厂未来都要倒闭?

技术 发布于:2021-03-12 19:55:09

变速箱又称变速器、排挡、波箱,燃油车时代汽车部件三剑客之一,当之无愧的汽车灵魂,一再多的形容词也不足以表达它的重要性,但也因为变速箱的存在拉高了汽车行业的的准入门槛,大部分叫得出名堂的变速箱大厂基本都在德、日、美等发达国家之中。

而与燃油车相比,电动车机械结构变得简单起来,电动机取代发动机,电池组取代了燃油,结构复杂的变速箱也被单级减速器等较为简单的部件所取代。正因为如此,电动车绕过了这些环节,拉低了准入门槛,造车、维护保养变得更加简单了。

曾经风光一时的变速箱在电动车时代似乎变得“不被需要”了起来,这样下去,变速箱真的会消失么?这是不是代表着未来变速箱厂都要倒闭了?

变速箱到底是啥?

要想知道变速箱未来该何去何从,首先得知道变速箱为何存在,以及它的基本工作原理。

作为燃油车的三大件之一,变速箱之所以存在,是由于发动机的物理特性所决定的。

内燃机经历一百多年的改进,但它仍有两大致命缺陷:

1.在低转速状态下无法输出扭矩;

2.在高转速下扭矩会急剧下降。

这样的缺陷会带来什么问题呢?首先,你是无法启动汽车(无法起步);其次,汽车无法兼顾低速或者高速行驶。

这时就需要离合器与变速箱的作用了。

学车时,教练只让你踩下离合发动汽车、换挡,但没告诉你其中的原理,当你踩下离合踏板,此时离合器处于断开状态,这时发动机就能以无负载的情况发动(踩离合换挡同理),此时变速箱处于低挡位,高减速比的状态(轮上扭矩=发动机输出扭矩x减速比)。

但如果没有换挡,直接一挡干到中高速时,你会听到发动机不满意地发出尖锐刺耳的噪音,甚至断油,因为此时发动机转速过高,进入扭矩极速下降区间,甚至超出发动机转速工作范围。此时就要提升挡位,将转速降下来,让发动机转速进入最适宜的区间(一般为1000-400rpm之间)。

电动车为什么不需要变速箱

正确来说,电动车是不需要多速比的变速箱,广义上的变速箱,或者说减速器还是需要的。

上文提到,燃油车时代变速箱的存在是由于内燃机天生的缺陷所致的,那为何电动车不需要多速比变速箱?那就是它没有这个缺陷呗。

与内燃机相比,电动机有两个明显的优势:

1.电动机在低转速,甚至转速为0的情况下即可输出很大扭矩;

2.高扭矩转速工作区间很广,比较常见的范围为0-7000rpm(不同的电机有所差异)。

这两个特性,让变速箱少了存在的必要。而且,单级减速器传动效率更高,而且不存在换挡过程中的顿挫感,没有变速箱车也能省去几百公斤的重量。再者,电动机在高转状态下,也不会有发动机高转时刺耳的轰鸣声,这样看来,变速箱在电动车上真的不是必要的选项。

非必要≠不能

刚刚说到,电动车在没有变速箱的帮助之下,他确实可以完成正常行驶这样的功能,但变速箱对于电动车那说是不是就一点存在意义都没有呢?

那倒不是!

我们可以将变速箱之于电动车的关系为锦上添花的搭档。道理其实也非常简单,首先前文虽然提到电动机的高扭矩工作区间很广,但再高也有顶,加入变速箱后,可以减少电动车在高速行驶时电机处于高转速工作区间的可能,对降低能耗,加强性能,减少电机与电池的负荷都有一定的帮助。

保时捷Taycan配备2挡变速箱

这时,有小伙伴就要问了,既然有你说得那么好,为什么不给电动车配上变速箱?

因为,就目前来看,对于一般的家用电动车来说,得不偿失。

给电动车配上多速比变速箱,在我们可感知的范围里,主要对车辆最大爬坡度、最高车速、加速时间和能耗(续航)这几个项目起到帮助。但对于一般家用电动车来说,改善最大爬坡度和最高车速意义不大,而且电动车的加速时间本来就是它的优势,剩下的就是降低能耗和提升续航了。

相信不少小伙伴都应该听过发动机的热效率这样一个参数,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,行业内发动机热效率最高可以达到40%+的一个水平,以丰田41%热效率的发动机,这个热效率数据也仅能出现在某一特定的转速区域中。

我们再来看电动机,上面是一个电动车运转效率图,图中绝大部分区域电动机的运转效率都可以维持在90%以上,就算在极高转速以及大动力需求之下,运转效率也相当可观。

在网上看过一组数据,大概就是说一辆普通家用电动车,使用单速比变速箱能录得WLTC工况下耗电量16.51kWh/100km,而换上一个多速比(2挡)变速箱之后,WLTC工况下耗电量能降到15.71kWh/100km。

为了这区区百公里零点几度电,让车辆增重,压缩乘员舱空间,增加整车集成、系统控制的复杂程度,还有可能影响电动车天生加速平顺的优势,怎么算都划不来。而且如前文所言,制造变速箱门槛本来就高,许多新势力原本就是为了绕开这个门槛才选择造电动车,现在一句话又说要加个变速箱,这不得行。

变速箱厂真得倒闭?

变速箱生产一直以来都是一个门槛很高产业,这里的门槛高并不是因为变速箱要用多特殊的材料,也不是它需要多复杂的生产工艺,门槛更多的是指需要长时间的技术积累,一款被称作优秀的变速箱需要经过多年来的反复打磨迭代才能有我们看到那出色的表现。

举个例子来说,就算强如大众集团,当初铁下心要研发双离合变速箱,也遭遇过碰壁的阶段,前期的干式双离合变速箱经常有这样那样的问题,差点拖累了整个集团的发展,这足以说明要玩转变速箱的设计与生产真不是一件容易的事情。

说了那么多关于变速箱这些那些的事,知道了变速箱对于燃油车和电动车的意义之后,更了解到变速箱行业的高门槛,我们还是得回到开头的那个话题。

既然电动车是我们的未来,而电动车又不那么需要变速箱,那么那些变速箱生产企业该何去何从呢?真的该倒闭了?

其实大部分变速箱生产商除了设计生产变速箱以外,通常业务范围都会涵盖车上其他部件的生产设计,比如底盘、转向系统等,许多汽车上核心系统部件都会有所涉猎,而且他们其中大部都与各大汽车主机厂有长期合作关系,简单来说,一时半会倒不了。

话虽说如此,但对于这些变速箱大厂而言,变速箱订单减少一大半,你说收入会不受影响那肯定是假的,为了适应变化,求变是必须的。

最后,我们来看两个鲜活的例子,看两大变速箱巨头是如何应对电动化浪潮的:

采埃孚

历史悠久的德国采埃孚(ZF Friedrichshafen),在变速箱生产设计领域绝对是大哥大级存在,为了适应电动化的浪潮,早在2018年就传出采埃孚总公司向其德国萨尔布吕肯变速箱工厂投资8亿欧元,用以帮助该工厂向生产电动车变速箱转型。

在2019年的技术日上,采埃孚就已经给大家展示了一款专为纯电动车打造的2挡变速箱,它集成了先进的电机、换档元件和相应的功率电子,主要提供给高性能电动车使用。另一方面,采埃孚也宣布用了10年之久的8AT变速箱将进行换代,换代后的变速箱可以适配混动和轻混动车型。

采埃孚在未来的日子里,将会加大电动车传动系统技术开发投入,预计到2028年,HEV和EV车型专用的传动系统市场份额将分别从现在的5%,增长至50%。而由于电动机和相关传动系统仅有更少的部件,同时对技术的要求不减反增,预计在转型向电动化的过程中,采埃孚或裁员15000人,但集团却将能得到更大的利润。

爱信

爱信作为日系变速箱的代表,背靠丰田这棵大树自然好乘凉。丰田旗下产品的传动系统里面肯定有爱信提供的部件,简单来说,只要丰田还是行业里的大哥,爱信的日子也不会难过,无论纯燃油车、混动车、电动车,爱信只要配合丰田研发,怎么样也不会饿死。

但正所谓居安思危,爱信的工作人员曾经以世界上最大的胶卷生产商柯达为例,不求变,也有可能倒下。除了协助丰田完成产品的电动化转型以外,爱信还在投资新的领域,利用自己在悬挂和刹车方面的专业技术沉淀来研发各式驾驶辅助功能。

顿挫是我们即将逝去的青春

电动化已是无法改变的大方向,(多速比)变速箱再也不是汽车上那不可或缺的部分,对于各大产业链上相关的供应商而言,他们要做的是适应这个变化,开发相应的产品,又或者转型开发别的产品;而对于我们用户而言,要做的就是适应没有变速箱的电动车加速带来的眩晕感。未来说不定你会怀念变速箱带给你的顿挫感,因为到那时你会记得,这就是你的青春。

(图/文/摄:皆电 罗顺鹏)

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罗顺鹏

简介:今后的路, 要靠你自己走下去了, 而我坐宝马。

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