技术简析:电动卡车(重卡)到底要不要变速箱?

2020/07/30 09:49卡车之家驱动技术杂谈

坊间有人说道,“发动机是汽车的心脏,但变速箱是汽车的灵魂!”从而大谈特谈变速箱系统的复杂程度、传动部件的加工精度、精准的匹配调校、聪明的控制策略……

我们姑且不去判断这句话的合理性,但我们深知,变速箱肯定是柴油卡车核心中的核心、是必不可少的关键部件。但作为目前行业内比较火热的电动卡车,到底要不要换挡,要不要加装变速箱。

我们可以慢慢分析下:

变速箱

变速箱

柴油卡车的发动机能够将燃油中的能量通过化学反应转化为机械动能,但这个能量却可不能直接输送到轮胎上去驱动整车起步、加速、爬坡、超车。因为和电动机相比,发动机的自身属性具有天生的缺点,而不得不依靠变速箱去改善它的不良性能。

柴油发动机

柴油发动机

发动机的合理转速区间非常窄(一般在1000-3000rpm左右),在转速较低的时候是无法输出有效的扭矩的,稍微有一些阻力就会被憋死熄火,所以必须依赖变速箱前端的离合器功能,保证发动机在没有负载的时候启动打火运转。

但电动卡车的电动机则有所不同,电动机可以在低转速乃至零转速的时候就输出额定扭矩,不会被憋死,不存在“熄火”的可能性,甚至可以冷启动满载爬大坡。

所以,电动卡车首先会摒弃掉变速箱中的第一个模块:离合器。

离合器

离合器

发动机由于自身工作原理限制,只能正转,不能倒转,所以必须增加变速器中的倒车挡,满足整车的倒车需求。

但电动卡车使用电动机的话,电机只需要转变电流流向,就可以快速实现反向旋转,且工作性能基本不受影响。

那么,电动卡车同时会取消掉变速箱中的另一个模块:倒挡机构。

倒挡机构

倒挡机构

那么电动卡车除了不需要离合器和倒挡,到底还需要不需要常规换挡机构呢?电动卡车的电机的工作范围较广,可以实现在较宽的转速区间内高效地工作运转,一般在0-12000rpm,最大转速可以达到20000rpm。

具有低速大扭矩、高速恒功率的工作特性,在低转速甚至零转速下也可以输出很大的转矩。也就是说,即使没有变速箱,也可以只需要一款合适的高性能电机,既能在恒转矩区提供较高的驱动转矩,又能在恒功率区提供较高的转速,以满足车辆加速、爬坡不高速行驶的要求。

然而故事永远都不会这么简单的,这里我们可以看下电动机的特性曲线图,横坐标为电动机的转速,纵坐标为电动机的输出扭矩。

电动机的特性曲线图

电动机的特性曲线图

图上类似于等高线一样的图案就是电机的效率区间,最中间封闭圆圈区域的效率是最高的,最外围封闭圆的相率相对是最低的。

可以看到,常规的电动机,在中低转速的情况下,电机的扭矩非常足,工作效率也相对较高。但在高转速的情况下,电机的效率和扭矩则会急速的下降,无法同时兼顾整车的动力性和经济性。

而完全满足整车动力性能需求的电机,又会很大很重很贵,不满足成本需求、空间需求、重量需求。

而多挡变速器的作用就是使电机尽量工作在高效率的转速区间,减小电机输出扭矩,降低电机体积和成本,优化电机运行状态从而达到降低损耗、改善整车经济性,提高电动车续驶里程。

我们的观点是,电动卡车作为一种对承载扭矩相对敏感,又十分强调整车效率油耗的车型,是一定需要变速箱换挡的。但对挡位数的要求很低,并且丧失对离合器、倒挡机构的刚性需求。

图

目前我国电动卡车市场已经涌现了许多电机+多挡变速器动力的成熟产品了。其中,四米二电动轻卡(4.5t)多使用电机+两挡变速器,而重型电动卡车多使用电机+四挡/六挡变速器。

采用电机+多挡变速器动力的电动卡车

采用电机+多挡变速器动力的电动卡车

但大多数仍处于产品初期阶段,并没有真正大批量的应用起来。同时,关于电动卡车底盘的动力路线,行业内至今还没有形成一个固定一致的方向,仍处在一个百家争鸣百花齐放的状态。

以上观点也只是总结归纳而成的个人观点,以供大家参考。

责任编辑:Yaodl

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