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為什麼電動汽車不需要變速器

汽車 更新时间:2025-05-16 13:56:00

  電動汽車有獨特的輸電方式。

  為什麼電動汽車不需要變速器(電動汽車有變速器嗎)(1)

  電動汽車的驅動裝置

  當你第一次駕駛電動汽車時,你的車甚至可能沒有變速杆來讓你換擋。踩下油門(不是“油門踏闆”),你就不會感覺到任何變速器在換擋。那麼電動汽車有變速箱嗎?

  浏覽著名的汽車網站,你會找到不同的答案,從“沒有變速器”到“某種變速器”,再到“單速變速器”。在這裡,我們将理順事實,弄清電動汽車的動力是什麼。

  變速器能做什麼?

  它有助于定義傳輸首先做什麼。變速器是一種傳遞動力的機器,所以從最嚴格的機械工程意義上講,每輛車都有變速器。

  無論是電動馬達還是内燃機,汽車變速器通過一組齒輪将能源的旋轉動力傳遞給差速器,差速器是旋轉車輪的裝置。但通俗地說,許多人認為變速器是發動機從低速到高速或從正檔到倒車的部分,如“手動變速器”和“自動變速器”。這就是事情變得模糊的地方。

  常規變速器

  在以汽油為動力的汽車中,内燃機必須以一定的速度旋轉,這樣它既不會失速(因為旋轉太慢),也不會過熱(因為旋轉太快)。這個範圍大約在每分鐘500到7000轉之間。為了彌補這一限制,變速器通過在低檔和高檔之間切換來調整發動機旋轉和車輪旋轉之間的比例。

  為什麼電動汽車不需要變速器(電動汽車有變速器嗎)(2)

  自動變速箱:汽油動力汽車上的自動變速箱。

  最低檔位的轉速比發動機慢,使發動機以足夠高的轉速運行,以免失速。最低檔旋轉緩慢,因為它是最大的齒輪,它傳遞更多的力,但速度更小,因為齒輪需要推動車輛從死停前進。

  相比之下,最高檔位是最小的,在“超速”狀态下運行,這意味着它比發動機旋轉得更快,使汽車能夠高速行駛而不會導緻發動機過熱。在手動變速器的車輛中,按下離合器可以使一個檔位脫離,以便換到另一個檔位。自動變速器做同樣的事情,但沒有司機的幹預。

  電動汽車是如何工作的?

  電動汽車的顯著特點之一是安靜、瞬時和平穩的加速。這是因為電動汽車的推進方式不同。顧名思義,電動汽車和汽油動力汽車的主要區别在于燃料來源。當你踩下電動汽車的油門時,電能從電池發送到電動機,使其快速旋轉。

  為什麼電動汽車不需要變速器(電動汽車有變速器嗎)(3)

  電動汽車變速箱。

  大多數電動汽車都有一個單獨的交流電機連接到變速箱。齒輪箱裡裝的就是一些人所說的變速器,因為它确實是一組齒輪,将電機的旋轉傳遞給車輪的旋轉。但更準确地說,它被稱為單速齒輪減速單元,因為變速箱中的多個齒輪總是相互連接,因此所有齒輪都同時旋轉。

  齒輪減速器以大約10比1的比例将電機的轉速降低到更合理的車輪轉速。因此,這款車沒有離合器,沒有脫離檔位,也沒有根據車輛需要在不同大小的檔位之間切換——換句話說,沒有變速箱。

  交流電機的轉速可以從0轉到10,000轉甚至更高。(2021年特斯拉Model S Plaid的電機轉速最高可達23308轉/分,這是它可以加速至200英裡每小時的原因之一。)這使得電動汽車在很大的速度範圍内都有足夠的扭矩,在足夠的扭矩和足夠的速度之間有一個“甜蜜點”,在30-40英裡/小時的範圍内。能量幾乎是瞬間直接從電機通過變速箱傳遞到車輪,而不是通過變速器,從一個速度到下一個速度的轉換不需要從一個檔位換到下一個檔位,從而實現平穩而安靜的加速。

  變速器的缺失減少了與多個齒輪接合和分離時産生的摩擦(以及由此産生的磨損)。流體轉換也能比換擋更好地保持汽車的前進動力,這也是為什麼電動汽車在使用能源方面效率更高的原因之一。

  總的來說,一輛電動汽車平均将電池中儲存的77%的電能轉化為推動汽車前進的電能,而一輛汽油動力汽車則将油箱中儲存的12%的電能轉化為30%的電能剩下的大部分都作為熱量浪費了。根據車輛的不同,電動汽車從電機到車輪的功率傳輸效率為89%至98%,而在内燃機汽車中,從發動機到車輪的相同過程的效率僅為14%至26%。

  電動汽車能有多檔嗎?

  任何車輛,無論是内燃機還是電動汽車,都需要比速度更大的扭矩來推動汽車從死停狀态,一旦車輛已經有前進動量,速度就需要比扭矩更大。那麼電動汽車難道不會從多檔中受益嗎?是的,但代價是更複雜的系統需要更多的部件、更重的重量、更多的勞動力和更大的供應鍊——換句話說,消費者的前期和維護成本都更高。

  一些較新的電動汽車,包括奧迪e-tron GT和保時捷Taycan,确實有多個檔位,這使得它們可以為車輪提供更大的扭矩,以增加加速度。計劃中的吉普萬磁王甚至将有一個多檔手動變速箱。純電動方程式(Formula E)等賽車也有變速箱。

  當電動卡車,特别是18輪卡車進入市場時,它們可能會有多個齒輪和變速器,但考慮到電動馬達的rpm範圍很廣,它們可能隻有兩個:一個用于扭矩,另一個用于巡航速度,從一個轉向另一個的速度約為30英裡/小時。(即将推出的特斯拉半挂車将隻有單速減速器。)這同樣适用于小型車輛,在這些車輛中,拖曳或運載重物的能力非常重要。

  無級變速器

  一些内燃機和混合動力汽車有無級變速器(CVT),這是一種自動變速器,使用滑輪而不是齒輪在不同速度之間無縫加速。CVT系統最近被引入到電動汽車中,它可以在低速時增加扭矩,以适應更重的車輛和負載。這使得電動汽車工程師無需在扭矩和速度之間尋找一個“最佳平衡點”。

  CVT系統有望提高效率,可以讓電動汽車增加續航裡程,這是潛在電動汽車買家的關鍵擔憂。

  多電機而不是多齒輪

  為什麼電動汽車不需要變速器(電動汽車有變速器嗎)(4)

  特斯拉S型雙電機全電動轎車。

  一些電動汽車解決這個問題的方法是,根據車輛的需要,配備多個不同傳動比的電機來提供或多或少的扭矩,電子設備可以更有效地将電子轉移到不同的電機上,而不是變速器換檔效率較低。例如,高性能的Lucid Air有雙發動機或三發動機版本,就像許多特斯拉汽車一樣。

  與内燃機汽車的齒輪不同,電動汽車的多個電機可以同時使用,從而提高車輛的速度和扭矩,增加牽引力或提高靈活性。Rivian電動皮卡甚至在每個輪子上都安裝了獨立的馬達,使卡車可以進行“油箱轉彎”。

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