最近，舍弗勒為P4構(gòu)架的插電混動車型設(shè)計(jì)了一種帶有兩個(gè)擋位的后軸電驅(qū)動橋，并且搭載在已經(jīng)上市的WEY P8、長安CS75 PHEV上。由于P4構(gòu)架發(fā)動機(jī)與電機(jī)的動力不會在同一軸上耦合，因此P4構(gòu)架的電驅(qū)部分可以獨(dú)立成為一臺后驅(qū)的純電動車型——換言之，舍弗勒的兩擋后軸電驅(qū)動橋，事實(shí)上有潛力開發(fā)成一臺帶兩擋變速的純電動車。

這在很大程度上改變了我們對于純電動車型的認(rèn)知。為什么純電動車型也開始搭載變速箱？它的意義何在？可能會有哪幾種形式？

▎為什么需要變速箱？

這個(gè)問題或許要先從傳統(tǒng)能源車型的變速箱說起。內(nèi)燃機(jī)有這樣兩個(gè)共通的特性——低轉(zhuǎn)速扭矩較低（起步時(shí)扭矩接近于0），最高轉(zhuǎn)速較低。

于是，內(nèi)燃機(jī)車型搭載變速箱的必要性就出現(xiàn)了：首先是提供空擋，使發(fā)動機(jī)可以啟動并達(dá)到怠速；其次是將低轉(zhuǎn)扭矩放大，使發(fā)動機(jī)可以帶動車輪起步；而扭矩放大的唯一方法是利用高傳動比，這會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)過快到達(dá)最高轉(zhuǎn)速，而車速依然很低，這時(shí)需要變速箱提供合理的齒比，滿足高速行駛的需求。

需要指出的是，滿足以上三個(gè)必要性需求并不需要過多的擋位。筆者曾經(jīng)開過1965年的初代Mustang，它搭載的是一臺3AT變速箱，但可以滿足正常時(shí)速區(qū)間段行駛的需求（雖然換擋沖擊非常嚴(yán)重，油耗也奇高）。之前MG6的手動擋版本，2擋就可以突破100km/h的時(shí)速。因此，目前熱議的9AT，甚至10AT，只是滿足更高階需求應(yīng)運(yùn)而生的產(chǎn)物。

初代Mustang的變速箱

何謂更高階的需求？那便是提高平順性、降低油耗，擋位越多，動力銜接越綿密，平順性自然就越好；同時(shí)在同一速度下，有更高的擋位降低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，提高發(fā)動機(jī)負(fù)荷，使發(fā)動機(jī)工作在其萬有特性圖更理想的工況區(qū)間內(nèi)，有助于降低能耗。

▎純電動車變速箱，意義何在？

之所以純電動車在結(jié)構(gòu)上可以用一級減速實(shí)現(xiàn)日常行駛功能，是因?yàn)殡姍C(jī)自身的特性，恰好可以規(guī)避內(nèi)燃機(jī)的劣勢——電機(jī)在零轉(zhuǎn)速時(shí)，即可達(dá)到扭矩最大值，且轉(zhuǎn)速范圍相對寬泛，可以支持高速行駛，中途不用換擋，更能確保車輛加速的平順性。從機(jī)械特性的角度看，電動機(jī)其實(shí)非常適合作為動力的來源。

然而，筆者本人作為純電動車用戶，遇到了這樣兩個(gè)典型問題：

• 市區(qū)正常行駛（包含堵車等情況），電耗可以控制在13.5kWh/100km左右，而在120km/h左右的高速行駛條件下，即使采用穩(wěn)定的巡航操作，電耗也很難低于15kWh/100km，中間有超過10%的差距。相比而言，燃油車在120km/h時(shí)雖然不是最經(jīng)濟(jì)工況區(qū)間，但是其高速油耗還是低于城市工況的。

筆者城市工況下的低電耗紀(jì)錄

• 隨著車速增加，電機(jī)轉(zhuǎn)速升高到截止值，功率、扭矩急劇下降，因此最高時(shí)速僅為140km/h左右。筆者的車輛最大功率85kw，車重1420kg，與一臺典型的1.5L自吸緊湊型車數(shù)據(jù)相近，但是大部分該級別汽油車型最高時(shí)速可以達(dá)到180-190km/h。

因此，變速箱優(yōu)化能耗表現(xiàn)、提高巡航車速的功能，對于純電動車型而言，依然有特殊的意義。需要指出的是，在目前大部分國家道路交通法律的框架下，優(yōu)化能耗表現(xiàn)的意義，比提高巡航車速更有價(jià)值。

眾所周知，電機(jī)本身的能量轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)高于內(nèi)燃機(jī)。然而，電機(jī)存在恒定損耗（通風(fēng)摩擦損耗、定子鐵損）和負(fù)載損耗（定子銅損、雜散損耗，對于異步電機(jī)還有轉(zhuǎn)子銅損）。因此，電機(jī)在不同的扭矩、轉(zhuǎn)速區(qū)間的效率，依然存在差異?？梢杂靡粡堫愃朴诎l(fā)動機(jī)萬有特性圖的電機(jī)效率Map圖來表示不同扭矩、轉(zhuǎn)速下電機(jī)的效率表現(xiàn)：

上圖是日產(chǎn)Leaf的電機(jī)效率Map圖，區(qū)域越偏紅，效率越高。紅色和綠色曲線表示經(jīng)過模型優(yōu)化的加速踏板響應(yīng)曲線?？梢钥闯?，在70%的加速踏板開度下，優(yōu)化曲線在額定轉(zhuǎn)速（約2600rpm）以下的扭矩輸出僅為原有曲線的約60%。在這一區(qū)間內(nèi)，如果想獲得原有的輪上扭矩體驗(yàn)（即相同的動力體驗(yàn)），就需要一個(gè)將扭矩放大的擋位。

這便是純電動車變速箱存在的意義——在動力體驗(yàn)不變的情況下，盡可能使電機(jī)工作在高效的區(qū)間。

▎有哪些工程化實(shí)現(xiàn)的途徑？

有了理論數(shù)據(jù)的支持，接下來就要思考工程實(shí)踐手段了。常見的思路自然與普通的變速箱相似，例如之前提到的舍弗勒兩擋電驅(qū)動橋，采用了類似于自動變速箱的行星齒輪組+制動器進(jìn)行變速。

由于純電動變速器擋位需求較少，因此，難以適應(yīng)汽油車多擋位需求的AMT變速箱，反倒也是一種可以考慮便利、廉價(jià)的解決方案。例如寶馬i8雖然不是純電動車，但它匹配的變速箱就是一臺兩擋AMT變速箱。當(dāng)然，由AMT衍生出的雙離合變速箱，也是一種可行的形式。

需要指出的是，由于電機(jī)可以通過電控系統(tǒng)精確控制扭矩輸出與動力中斷，因此可以省去傳統(tǒng)汽車變速箱離合器&液力變矩器的結(jié)構(gòu)，總體而言，增加一個(gè)變速箱不會給電動汽車的布局和設(shè)計(jì)造車過大影響。

傳統(tǒng)汽車使用的CVT變速箱，或者類似豐田THS的功率分流結(jié)構(gòu)，從機(jī)械結(jié)構(gòu)的角度理論上也是可行的，不過設(shè)計(jì)的標(biāo)定過程過于復(fù)雜，被最終采納的可能性較小，不多做展開。

但是與內(nèi)燃機(jī)車型不同的是，純電動車還有一種替代方案實(shí)現(xiàn)變速——多電機(jī)。通過不同功率電機(jī)之間驅(qū)動的切換，就可以達(dá)到改變同轉(zhuǎn)速下扭矩和功率輸出的作用（相當(dāng)于變速器的功能）。例如，日本精工（NSK）就開發(fā)了一種雙驅(qū)動電機(jī)的輪轂電機(jī)，通過將兩個(gè)電機(jī)組合，使用戶的常用工況盡可能落在兩個(gè)電機(jī)當(dāng)中某個(gè)高效區(qū)內(nèi)，以提高電機(jī)的綜合效率。

圖片來源：NE時(shí)代

它的結(jié)構(gòu)也相當(dāng)緊湊，完全可以安裝在輪邊驅(qū)動，這是內(nèi)燃機(jī)車型無法想象的便利。

另外，如果是純電四驅(qū)車型，也可以采用前后軸大小電機(jī)的策略，實(shí)現(xiàn)變速功能。可以說，純電動為工程技術(shù)提供了完全不同的解決思路，“變速”的概念，或許值得重新審視！

▎如何看待純電動車變速箱？

如果觀察電機(jī)功率的Map圖，你會發(fā)現(xiàn)，在大部分區(qū)間，電機(jī)的效率都相當(dāng)高，相同電機(jī)最高效率和一般效率之間大約只有10%左右的差距，而低效的工況區(qū)間面積往往不大。

以吉林大學(xué)高炳釗、梁瓊等人對他們設(shè)計(jì)的兩擋AMT變速箱進(jìn)行數(shù)據(jù)仿真的結(jié)果為例，在NEDC工況下，電池能耗會降低11.4%，加速時(shí)間也略有縮短。由此可見，在搭載純電動變速箱的情況下，電池的效率會略有提高，但不至于有質(zhì)的飛躍。