記得在很早之前，我用一篇專欄專門介紹過電動(dòng)機(jī)的功率扭矩輸出特性曲線。詳細(xì)解釋了電動(dòng)機(jī)低速恒扭矩平臺(tái)的特性，以及不同電機(jī)類型，高效工作轉(zhuǎn)速區(qū)間的差異。當(dāng)時(shí)有很多評(píng)論提出：既然電動(dòng)機(jī)有低速扭矩大但高速廢電的特性，為什么不給電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)變速箱呢？如今隨著保時(shí)捷Taycan的推出，兩檔變速箱的設(shè)計(jì)策略進(jìn)入了人們的視野。那么為什么保時(shí)捷Taycan要采用兩檔變速箱，而與之動(dòng)力性能相當(dāng)?shù)奶厮估璏odel S卻仍在堅(jiān)持在用單級(jí)變速箱呢？本期來為大家解讀。
▲保時(shí)捷Taycan的關(guān)鍵性能參數(shù)
■ 新派車企和老牌車企在研發(fā)上有著巨大的實(shí)力差異
一句話來概括：不是特斯拉不想用，而是特斯拉造不出來。
其實(shí)特斯拉早在推出Model S之前，它的Roadster（就是馬斯克發(fā)射進(jìn)太空的那臺(tái)車）在研發(fā)之初就考慮過采用兩擋變速箱，但是項(xiàng)目進(jìn)展很不順利。由于電動(dòng)機(jī)的超大扭矩特性，使得市場(chǎng)上能夠買到的、現(xiàn)成的變速箱都很難適應(yīng)如此苛刻的工作條件。所以，除非自己從頭到尾研發(fā)一款能夠承受幾百牛·米扭矩的兩擋變速箱。而當(dāng)初特斯拉也的確這么做了，但是可靠性和耐用性存在的巨大問題一直無法解決。所以特斯拉最后放棄了對(duì)兩檔變速箱的研發(fā)，退而求其次使用了單級(jí)減速器來實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳遞。
由此可見，變速箱的技術(shù)壁壘確實(shí)很高，不是一個(gè)新進(jìn)企業(yè)短短幾年時(shí)間能夠掌握的。而且變速箱不僅技術(shù)門檻高，研發(fā)投入也是巨大的。如果說正向研發(fā)一個(gè)純電動(dòng)車型，不需要發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱的整車平臺(tái)，從開始到第SOP，大概需要1500-2500研發(fā)人員的話，那么動(dòng)力傳統(tǒng)系統(tǒng)的研發(fā)則需要上萬人。
具備動(dòng)力傳統(tǒng)系統(tǒng)研發(fā)能力的公司，如：奔馳，福特等，它們的PT（動(dòng)力總成）部門甚至能夠達(dá)到數(shù)萬人的規(guī)模。要知道這樣的研發(fā)規(guī)模已經(jīng)持續(xù)了幾十年，每一代產(chǎn)品性能的提升都是基于這樣大的研發(fā)投入下實(shí)現(xiàn)的，這還是在有前面幾十年的技術(shù)積累的前提下。
所以，一個(gè)新的造車品牌想完全掌握變速箱的研發(fā)幾乎是不可能的。因此很多品牌如果需要變速箱只能從愛信、ZF這樣的變速箱配套商處購買。這就是為什么大家看到自主品牌車型的自動(dòng)變速箱基本上不是德國采埃夫的就是日本愛信的。而且?guī)缀跚宦傻囊?AT要么8AT。因?yàn)樽灾髌放频匿N售規(guī)模有限，很難讓變速箱供應(yīng)商專門為其開發(fā)變速箱（研發(fā)成本均攤下來會(huì)造成價(jià)格巨貴，沒有市場(chǎng)意義）。但是像寶馬這樣的品牌，雖然自己不制造變速箱，但是它的出貨量足以支撐ZF為其定制開發(fā)，甚至寶馬和ZF共享知識(shí)產(chǎn)權(quán)。也就是說，如果ZF想把同款變速箱賣給其它品牌，還需要獲得寶馬的授權(quán)才行。類似的情況在很多汽車核心零部件中都非常常見，這就是雖然自己不生產(chǎn)變速箱但仍然具備技術(shù)壁壘的寶馬。所以，特斯拉和國內(nèi)的新勢(shì)力們只能選擇繞開變速箱的開發(fā)，退而求其次使用單級(jí)減速傳動(dòng)。
▲采用兩擋齒輪比之后Taycan能夠獲得多少性能優(yōu)勢(shì)？
我在之前的專欄為大家介紹過電動(dòng)機(jī)的恒扭矩平臺(tái)。往往，永磁同步電機(jī)的恒扭矩平臺(tái)要比交流異步電機(jī)擁有更寬的車 速范圍。從保時(shí)捷Taycan的前后電機(jī)匹配來看，前后都為永磁同步電機(jī)，并且前電機(jī)重量控制到了76kg，后電機(jī)重量170kg，再匹配上兩檔變速箱可以使得其擁有適應(yīng)廣泛轉(zhuǎn)速的恒扭矩（最大扭矩）輸出特性。
比如上圖，為通用Volt電動(dòng)車電機(jī)的扭矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線。從圖中可見，在0-3000轉(zhuǎn)左右可以獲得一個(gè)恒扭矩平臺(tái)。
所以，在兩擋變速箱的加持下，Taycan可以在更寬泛的車速情況下，使用效率最高性能最好的恒扭矩電機(jī)轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)。從而獲得比單級(jí)減速器更優(yōu)異的、各個(gè)不同速度范圍段的加速性能。
上圖為在其它條件相同的情況下，采用單級(jí)減速和采用兩擋變速箱獲得的，不同速度范圍段的加速時(shí)間差異以及續(xù)航里程差異。從上圖可以看出，保時(shí)捷Taycan前電機(jī)并沒有配備變速箱，而是采用單級(jí)齒比傳動(dòng)。后電機(jī)配備了一個(gè)兩檔變速箱，齒比為1擋10.5；2檔7.0 。相比單級(jí)減速器，兩擋變速箱可以把0-60英里/小時(shí)的加速時(shí)間減少0.3秒，100-150英里/小時(shí)的加速時(shí)間減少1.4秒，并且續(xù)航里程可以提升0.3%。所以，保時(shí)捷之所以為Taycan配備后電機(jī)的兩擋變速箱，主要設(shè)計(jì)訴求，是為了提升加速性能而不是續(xù)航里程。
上圖是為Taycan定制開發(fā)的變速箱，采用電控操縱系統(tǒng)，通過狗牙齒輪來實(shí)現(xiàn)順序式換擋。
保時(shí)捷Taycan的兩擋變速箱結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，采用多片離合器控制動(dòng)力的通斷，并且使用了賽車上使用的順序式變速箱才會(huì)用到的狗牙齒輪，這種齒輪在市售的量產(chǎn)燃油車上是見不到的。再通過電機(jī)控制換擋操縱機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)不同齒比齒輪的選擇。并且它可以承受住后電機(jī)610牛·米的超大扭矩。
■ 結(jié)論
雖然原則上電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車不需要變速箱，但如果該車型的定位是一款性能車，那么為此匹配上一臺(tái)兩檔變速箱，是一個(gè)非常有效的性能提升手段。這就是老牌車企轉(zhuǎn)型電動(dòng)車的優(yōu)勢(shì)之所在。它們可以隨心所欲的設(shè)定整車的性能目標(biāo)，因?yàn)樵谒麄兊募夹g(shù)儲(chǔ)備庫中有足夠多的選項(xiàng)能夠輕松達(dá)成為此設(shè)定的性能，而不是因?yàn)闆]有掌握核心技術(shù)而不得不選擇退而求其次的妥協(xié)辦法。
