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为什么电动车搭配单速变速箱? dnf格林赛罗斯战场在哪

来源:上虞门户网  2019-08-13 10:47
传统内燃引擎汽车都有一个多速变速箱,而电动车一般只配备单速变速箱,加速过程中完全无需换挡,这配搭跟电动马达与内燃引擎的运作原理与限制有关。

  

  奥迪的电动方程式战车过往一度使用过3前速变速箱以提升起跑爆发力,但最终发现变速箱结构复杂而没有明显优势,最新的FE05赛车已改用单速变速箱。

  

  
要一辆车动起来,加速时最需要的是扭力,而行驶速度有多快,取决于驱动轮的车轴转得有多快。所以,一辆车的内燃引擎或马达的扭力必须要达到一个转速水平,才可提供既定的加速效果。

   扭力产生方式大不同

  使用内燃引擎的汽车,扭力由引擎汽缸内经过活塞压缩的空气及燃料混合物燃爆所产生,燃爆过程将活塞向下推,活塞透过连杆推动曲轴,使引擎的输出轴得以旋转。然而,内燃引擎这种产生扭力及方式,需要活塞不断上上落落的往复运动才可以持续,而这个往复过程由于牵涉大量机械部件,例如活塞、凸轮轴及进排气活瓣等都能产生了不少阻力,大大限制了引擎的转速,一般民用汽车引擎,转速上限只有6000rpm左右,柴油引擎一般更只有约4000rpm。

  

  电动车用的单比率变速箱,结构就简单得多了

  电动车使用的马达,电流通过围绕着中间的金属线圈,线圈会产生磁场,与马达内壁上的磁石所产生的磁场线切割,便会让线圈围绕着轴心旋转,这个由电能转化为动能的过程中,不牵涉任何往复机械运作,而且是电流通过的一刻就能产生大扭力,而马达轴心的转速上限,基本上视乎轴心总成及线圈相关组件的结构可承受多少离心力而定,通过线圈的电压越高,转速就越快,一般民用车马达,以超过10000rpm运作是等闲之事,电动方程式赛车的马达,甚至以20000rpm运转。

  电动马达除了转速高,在整个每分钟超过万转的分分时时彩区域内,都有相当理想的扭力输出,由于大扭力的可用范围够宽,工程师只需为电动车配一组减速齿轮,配搭上只需要考虑起步加速及极速表现是否符合日常行车需要便是了。

   减速齿轮运作原理

  所谓减速齿轮,正如我们小时候玩的电动模型车那样,马达输出轴接驳上一个细小齿轮,而车轴则接驳上一个大齿轮,假设大齿轮的齿数是小齿轮的10倍,那么这套比率减速齿轮的齿比便是10比1,意思是马达要转10转,车轴或车轮才会转1个圈,过程中,车轴转速比马达输出轴的转速慢了10倍,所以这类单比率变速箱又称为减速齿轮。

  以起亚Niro EV为例,变速箱单一齿比为8.206比1,即是马达要转8.206转,车轮才会转1个圈,Niro EV的极速为167km/h,以搭载的215/55 R17轮胎计算,轮胎每转1圈,便行驶了约2.1米,以极速167km/h行驶,每秒速度约46.39米,相等于车轮每秒要转22圈、或每分钟转1325圈,再将这组数字乘以8.206,便可计算到Niro EV的马达在极速时正以约10880rpm运转。

  

  如果Niro EV不是一辆电动车,而是配上一个最多只可以6000rpm运作的内燃引擎,也只用一个固定齿轮比为8.206比1的单速变速箱的话,情况又会是怎样?即使引擎以最高速的6000rpm运作,车轮每分钟可转731圈、或每秒12.2圈,每秒只可行驶25.6米,极速只有92.1km/h。要将极速维持在167km/h水平,理论上的单速变速箱比率便要由8.206改为4.527比1才可。然而,4.527比1的传动比,约等同一辆6前速内燃引擎汽车5挡或6挡的传动比率,试想想一辆车用5挡起步,即使不死火,也只能以龟速前进吧!并不符合实际行车的需要。

   内燃引擎不可用单速变速箱原因

  内燃引擎汽车一般都有两组减速齿轮,第一组是变速箱,6速变速箱的第一组减速齿轮再细分为6个不同齿数的齿轮,齿比范围一般由大约4.X比0.X比1,第二组减速齿轮俗称"尾牙",通常是单比率的,尾牙的齿轮比多在4比1左右,比率视乎车辆的整体性能及机件特性而定,尾牙的作用,是要将变速箱输出轴的转速进一步减慢,才输出至车轴,因此,计算内燃引擎变速箱的实际传动比时,是要将每个变速箱的齿比与尾牙比率相乘,才可跟电动车单比率变速箱的传动比直接比较。

  

  沃尔沃的6前速自动变速箱结构图,可见结构是非常复杂

  

  内燃引擎由多个往复活动的组件,运作时产生不少阻力,限制了引擎的转速

  为何传统引擎汽车要配上一个多比率变速箱呢?这正是跟内燃引擎运转速度比电动马达慢约一倍,以及引擎的最佳扭力输出范围相对较窄有关,起步时,用传动比最大的1挡,传送到车轴的扭力最强,起步最有力,但引擎转速到顶时,车速只有60km/h左右,于是要转上2、3、4等传动比率逐步下降的挡位继续加速,去到6挡时,即使作较高速巡航,由于传动比最小,引擎亦会以较低转速运作,既可减少油耗,亦可减少引擎及排气声噪。说到底,内燃引擎汽车的多挡变速箱,作用是透过不同挡位的传动比,使引擎保持在最佳分分时时彩区域运转,以提升整体运作效率,所以用结构最简单的单比率减速齿轮,已可满足日常驾驶需要。

  
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