文|嗷嗷胡
已經被遺忘許久的機械變速器正密謀在電動時代回歸。
燃油車從市場 C 位退下來,幾代車迷津津樂道的三大件之一,變速器也被打入了冷宮。但本屆慕尼黑 IAA 車展,奔馳 CLA 電動概念車誇張的外表下,卻多了一具機械兩速變速箱。
當然這不是電動車第一次 " 返祖 ":幾年前保時捷 Taycan 就爲後軸電機配備了兩速變速器,作爲其電驅性能中的重要一環,後來路特斯 Eletre 的 R+ 版也出現了類似的配置。
不過和這些明顯追求極緻性能的神仙們不同,CLA 概念車預演的是奔馳下一代中低端産品線,175kW 的電機功率也說明了車型取向。對于如此主流級别,機械變速器的意義全然不同。
Taycan
少數派報告
今年出現在慕尼黑的 CLA 概念車,已經比較接近奔馳全新平台 MMA 的量産車型,各方面的技術指标并非空穴來風,而是預示了量産車将可能應用的技術方向。
兩速變速器包含在 CLA 概念車首發的 MB.EDU 驅動模塊内,奔馳并沒有着重介紹其中的變速器結構,我們隻知道 MB.EDU 是一系列的電驅集成模塊,而 CLA 概念車搭載了 175kW 版本。
對于 CLA 概念車的動力系統,奔馳強調的是 " 定義電動時代的‘一公升車’(低于 1L/100km 的超節能燃油車)",即超低電耗。
搭載着不算誇張的 89.6kWh 電池包,CLA 概念車憑借僅 12kWh 的超低百公裏電耗,實現了 750km 的 WLTC 續航。雖然終究是概念車,但起碼表明了一個 " 不堆電池拼電耗 " 的整體态度。
奔馳稱借助新一代碳化矽等高效技術,從電池到車輪端的能量轉化效率達到了 93%。MB.EDU 中加入的兩速變速器,自然也是爲超低電耗這個大目标服務的。
之前的 Taycan 和 Eletre 則完全不同,二者采用多擋位的主要目的,都是更好地兼顧加速與極速,最終提高極限性能。同樣是爲了适應強大動力,保時捷選擇了對大扭矩耐受能力最佳的行星齒輪組 2AT 結構(路特斯不詳)。
電動車加入機械變速器的例子本就不多,主流定位的量産車型也就更少,在 CLA 概念車之前,國内隻有榮威曾在 Marvel X/R 上動用過兩速變速器,不過最終沒有什麽存在感。
雖然量産應用端一直缺乏熱情,不過供應商早就準備了各類電驅專用變速器。除了保時捷選擇的 ZF 的行星齒輪組 AT 結構,還出現了鋼帶傳動的電驅專用 CVT(博世),摩擦力傳動的平滑兩速變速器(NSK)。
Taycan 因爲德國高速和高性能車的身份," 多一個擋位來提高極速 " 是比較好理解的事,而 CLA 作爲主流電動車重新撿回變速器則顯得有些 " 反動 "。
話說回來,今天大多數人都知道,電動車不再需要燃油時代複雜難懂的各種變速器,不過背後的原因和機理卻并非人人說得出。
讓另一條路隐現
相對于内燃機,電動機的一大優勢是 " 在寬得多的轉速區間内都可以高效率獲得大扭矩 "。這讓單速比傳動對于電機而言成爲了現實可行的選擇,而内燃機則無論如何難以效仿。
作爲一種 " 将直線往複運動(活塞)轉化爲旋轉運動(曲軸)的機器 ",内燃機在低轉速下散熱損耗過大而高轉速下摩擦損耗激增(當然還有更多,本文不詳述),于是扭矩曲線往往是兩頭低中間高,即隻在轉速範圍中段輸出大扭矩。
" 隻能在中間一段較窄的轉速區間獲得理想的扭矩和效率 ",使得内燃機需要變速器的多個速比 " 接力 ",讓車輛在整個實用車速區間内,引擎都能在 " 中間轉速區間 " 運轉,而不至以加速性、NVH、極速爲代價。
電動機是全然不同的物種:通電即受力、電流大小直接決定力的大小。于是零轉速下即可輸出最大扭矩,且由于變頻技術的幫助,電機可以在相當大的轉速範圍内保持最大扭矩,而此後仍能保持最大功率。
而今天,電機已經可以在完全可接受的成本和規格下,提供足以驅動一輛汽車在法定和實用車速範圍内正常行駛的動力輸出,于是單速比也就成了電動車的主流選擇。
另一方面,加入變速器也會增加成本、體積重量和複雜度,并非隻有好處沒壞處,即必須考慮扣除潛在損失之後的淨收益。那麽當增加多個速比帶來的總收益本就吸引力不足,單速比也就壓倒性勝出了。
對于電動機而言,單速比其實并不一定最佳,但同樣也不确定存在 " 更佳 "。當下而言單速比又已足夠,尋求 " 更佳 " 的誘惑和動力太少,更何況多速比還不一定就是更佳。
我們都知道電動機的相對優越性,但不代表電機 " 獨走 " 就無懈可擊,沒有任何提升空間。比如低轉速大扭矩的特性,很多電動車以單速比即可獲得超越燃油車的加速性,但在極速和高車速時的加速能力就相對偏弱。
隻是這在今天、尤其在我國通常不構成問題,一輛主流電動車使用單速比,可以在法定限速内輕易碾壓同級燃油車,而極速低于燃油車的 150km/h、160km/h,通常也不會造成實質性影響。
所以過去隻有 Taycan,這種一要考慮賽道之類極限性能、二要考慮德國不限速高速需求的車型,才會采用兩速變速器這種電動車中的另類之舉。CLA 概念車也可能有第二種考慮。
電機的大扭矩、高效率區間遠比内燃機覆蓋得廣,但電機在轉速和負荷的邊緣也存在範圍很小的低效區。對于動力匹配得當的車型,用到低效區的概率極少,因此多擋位可能不比今天通行的單速比有優勢,甚至可能因增重等原因得不償失。
但對于那些動力相對不足的車型,比如受成本限制電機較小而車身較大較重的車型,多擋位變速器仍然是在無法增大電機的情況下,有可能(但不一定)改善能耗與動力表現的可行選擇。
這種情況已經出現在混動車中,如果把目光從純電擴展到整個電驅動範疇,今天自主品牌紮堆的 DHT 混動技術中,一部分帶有機械擋位的 DHT 變速箱,其擋位就可在純電模式下爲電機(而非内燃機直驅)" 服務 "。
于是這類 DHT 混動往往有條件選擇相對(單速比 DHT)功率更小的電機,從而降低成本,或者縮小 DHT 變速器的體積,以達成自己的設計目的。
奇瑞鲲鵬 9 模 11 速就包含了不同擋位下的純電模式
" 動力不足 " 還可以引申爲:日常使用環境下單速比夠用,但極端工況的要求相對更高。上述三款車型都來自歐洲品牌可能不光是偶然,又或者要爲山地市場(爬坡要求高)設計低成本(小電機)電動車。
又或者當電耗突然需要斤斤計較。比如假設電耗突然如油耗般成爲硬性指标,比如極端追求長續航的炫技車型,比如續航天生吃虧的車型,像是小型車難以提升電池容量、方正造型風阻偏大等等。
以往可以 " 無腦 " 直接無視多擋位,因爲即便(計入增重、可靠性等損失的)" 淨收益 " 實際上爲正,這一能耗優勢也可能過小,僅影響一點點續航而已。但如果這一點點電耗優勢的價值突然增加,多擋位就可能被重新納入考量,直到驗證出哪種才是真正的最優解。
保時捷認爲 Taycan 的雙速變速器提高了 5% 的續航,對于很多電動車而言這當然沒什麽,超充、換電、堆更多電池可以輕松找回。但對于某些體積或成本受限的車型," 憑空 " 降低的能耗會更珍貴。
CLA 概念車的 MB.EDU 引入多擋位變速器,目前看來其實隻算是開了一個頭:過去根本沒人想象一輛電動車重新用機械變速器,而現在終于有人願意考慮考慮。(Taycan 和 Eletre 遠離主流市場,可以視爲特例。)
眼下還不能斷言,多擋位的機械變速器一定會成規模的卷土重來,讓純電消費者也不得不埋頭學習 AT、MT、CVT、DCT 等等上古知識。不必擔心,很大可能并非如此。
不過這個開頭也可能預示着,多擋位變速器并不會在純電動車世界中徹底消亡——就像現在這樣。可能最終會有部分電動車出于具體需求、因爲條件限制,而選擇引入多個速比來解決問題。
這種變化已經并非不可想象,比如德國車企可能更有動力,這好理解;其次,如果中低端小體積電動車——難以擁有大電池和大電機——接下來面臨更大的續航或成本壓力,增加速比可能會是 " 卷 " 之外的另一條路。