这个问题根本不用想象,有很多现成的实例——德系的插电混动,基本都是单电机P2并联结构,电机的动力要先经过齿轮箱才能传到车轮。这种车的纯电模式就相当于一台多档位变速箱的电动车。
加速快了吗?1.大众Arteon(CC)eHybrid,基于1.4T+6DSG的混动,前驱,电机最大功率85kW,12.1秒破百。
2.奔驰A250e,1.3T+8DCT混动,前驱,电机最大功率75kW,13.0秒破百。
3.奔驰E350e,2.0T+9AT混动,后驱,电机最大功率65kW,19.6秒破百(笑哭)。
从结果上看,首先这些车的加速过程都多次换档,而且换挡次数比发动机驱动时还多(燃油发动机一般3档破百,少数车2挡或4挡破百),9AT的奔驰甚至升到了7挡,但它们的加速比起同动力的单速电动车不仅没有优势,甚至还因为换挡一度掉了功率。
当然,在其他条件不变(如电机功率、风阻等)且轮胎不打滑的前提下,如果能做到以下几点,电动车增加档位理论确实可以提高加速性能(姑且只考虑0-100km/h):
1.低速挡的传动比大于原单速减速器的传动比,目的是放大轮上扭矩,并使电机转速更快攀升到恒功区。同时还要保证放大扭矩的动力收益大于增加挡位造成的传动损耗和增重。
2.以电动机宽泛的转速域,一档破百大概率仍是最快方案,所以低速档传动比也不能太大,至少要保证100km/h时电机的转速不超出红线或恒功区。
3.如果所用电机的恒功区过于靠后,做成两档破百也不是不行,但齿比设定需要更考究,确保扭矩放大省出的时间多于换档本身损失的时间,还得让升档之后转速仍落在恒功区而不要过低。
来看看保时捷Taycan两档变速箱的效果:纵轴是轮上扭矩(不是电机扭矩),横轴是车速,直线部分是恒扭区,曲线部分就是恒功区。可以看到Taycan的1挡就满足了我刚刚说的条件1,轮上扭矩更大了、达到恒功区的车速从50mph提前到40mph(1mph=1.61km/h),这样头段加速的平均功率就会更高,自然就意味着加速时间缩短。但进入恒功区之后,低档大传动比因为转速攀升快,所以扭矩退坡也快(功率=扭矩*转速),50mph就已经跌没了头段的所有扭矩优势,在50-60mph之间的轮上扭矩甚至还低于单挡,不过60mph换挡后随着传动比变小,扭矩退坡的速率反而又比单挡低了,使后段的扭矩全程略高于单挡。
保时捷Taycan两档变速与单挡变速箱的性能对比
极速高了吗?之前我在另一篇回答里说过,燃油车极速的道理很简单,当行驶阻力功率=发动机最大功率时,就是这车的极速。但电动车的极速光峰值功率高不够,还受三大因素的木桶效应影响:电机最高转速、电机最大可持续功率以及电池放电和热管理性能。
在常规家用车领域,影响电动车极速最短板往往不是档位太少。国内很多三五百马力的电动车,都被厂家电子限速在200km/h以下(电机有的是余力,但电池不行),以电动机0-10000+的转速范围来说一个挡就够用了。就连Model S Plaid这种极速能上300km/h的变态也都是1个挡解决。Taycan的两档变速箱,从效果上也只是提高了加速性能,Turbo S版本极速260km/h仍是个电子限速值,远远没发挥出760马力的真实水平,肯定是受制于以电池性能为首的其他因素。
保时捷Taycan电动机的两档变速箱
续航长了吗?从刚才Taycan的表格也能看出,两档变速箱对续航的提升最多也就3%。如果你觉得这是因为档位不够多,那我们再来看看开头提到的德系插混电耗表现。
城市百公里电耗14.5kWh;90km/h匀速电耗15.5kWh;120km/h匀速电耗22.1kWh。再看看同为B级尺寸、轿跑造型的Model 3:
城市百公里电耗14.8kWh;90km/h匀速电耗14.4kWh;120km/h匀速电耗19.1kWh。从上面三张图可以看到,插混CC在纯电巡航时已经挂上了6挡,转速肯定是够低了,但高速巡航电耗还是比不过单挡的Model 3,反倒是城市电耗和Model 3持平。其他德系插混的情况也一样,别看动不动就八九个档位,但纯电驱动的能耗相比同级别单挡纯电动车毫无实质性优势。可不像燃油车,120km/h用3挡5000转和用8挡1800转跑,完全是两种不同的体验。
我之前说过,电动车高速费电不是因为没有变速箱或高转速效率低,而是绝对行驶阻力比低速时高得多。因为电动机没有内燃机那么难伺候,普通家用汽油机六七千转就已经声嘶力竭了,而电动机8000转还可能处在最高效率区。具体原因详见下文
总之在家用车领域,多挡位变速箱对燃油车是必需品,但对电动车来说,无论是加速、极速、续航,都是可有可无的,增加的成本和调校难度未必能换来相应的收益,车企可不傻。