特斯拉们不需要变速箱,不代表电动汽车不需要变速箱

冰封之城

最近电动汽车变速箱火了,有网友发科普贴力证:“电动汽车不需要用变速箱,不经济也不实用”,并以偶像明星特斯拉进行了详细论证。“白马非马”,本文将先就特斯拉作一个实例计算,来说明“只是特斯拉们不需要变速箱,不是所有电动车不需要变速箱”。

本屌只能展会上远远的热切注视下特斯拉,只好以入门的model s 70为基本型,在网上放狗搜到以下信息(有车的壕请更正):

外观尺寸:4970*1964*1445 mm

轴距:2960mm

前后轮距:1663/1700mm

轮胎:245/45 R19

整备质量:m=2108kg

电机功率:p=234kw

最高车速:Vmax=225km/h

百公里加速时间:t=5.4s

减速比:i=9.73

下面将依据以上信息,对特斯拉的电机功率进行一个简单核算(据说是特斯拉的核心秘密哦)。电机的最大功率Pmax必须同时满足最高车速时功率Pe,最大爬坡度时功率Pa,和满足加速时间功率Pc三者的要求,即Pmax≥max[Pe,Pa,Pc]。

特斯拉们不需要变速箱,不是电动车不需要变速箱

其中各参数意义及取值如下:

Vmax:最高车速,225km/h;

m: 整备质量加乘员2人,2225kg;

CD: 迎风面积, 2.3㎡ (经验公式估算);

A:风阻系数,0.3;

η:传动效率,0.93(给特斯拉不算低吧);

f:滚动阻力系数,0.015;

因查不到特斯拉爬坡的详细参数,按90km/h速度,通过一般城市地下车库15%的坡度来设定。

Vi:爬坡最高速度,90km/h;

α:15%坡度,转换角度约9度(应该是小了);

Va:加速末速度,100 km/h;

t:0到100加速时间,5.4s。

带入公式计算如下:

Pmax≥max[Pe=133,Pa=108,Pc=333]

计算电机最小峰值功率为333kW,查询所得该款车型电机额定功率为234kW,其电机的过载系数为:

特斯拉们不需要变速箱,不是电动车不需要变速箱

特斯拉采用的是交流电机,这个过载系数还是在合理范围之内的。

电机的扭矩转矩特性不同于发动机,需不需要变速箱呢?且看以下分析:

特斯拉们不需要变速箱,不是电动车不需要变速箱

驱动电机的额定转速nb和最高转速nmax,要符合电机的转矩转速特性要求,如图一所示,在启动即低转速时得到恒定的最大转矩Tmax,在高转速时得到恒定的较高功率。

特斯拉们不需要变速箱,不是电动车不需要变速箱(电机扩大恒功率区系数),增大该值,可使电机在恒功率区获得较大的转矩,有利于加速和爬坡性能。采用交流驱动要考虑两个重要的动力平衡点:一是常规车速等速行驶的转矩平衡点,二是最高车速时的转矩平衡点,需不需要变速箱,关键看β了。如下图a功率平衡图所示,β>2.5,电机从基频向上的调速范围相当大,选择一个档位即可,设计时,先确定B点和A点,再根据A点计算传动比即可。如果β<2.5,功率平衡图如下图b所示,则需要增加一个档位,并合理分配传动比。

特斯拉们不需要变速箱,不是电动车不需要变速箱

下面来看特斯拉的:

特斯拉们不需要变速箱,不是电动车不需要变速箱

i:减速比 ,9.73

D:轮胎直径,0.703m

计算后:nmax=16589转/分(这么高确实牛)

特斯拉们不需要变速箱,不是电动车不需要变速箱

根据上图,可基本确定特斯拉的nb点在45码即73km/h附近,同上个公式,计算其电机额定转速nb=5383转/分。

特斯拉们不需要变速箱,不是电动车不需要变速箱

说明特斯拉基频往上的调速范围确实够好,选择一个档位即可。其最高转速十分惊人,确实是值得作为核心的技术秘密。但是对于电机匹配达不到上述要求的车型来说,增加一个档位就是有必要的了。

ADVISOR(高级车辆仿真器)是由美国可再生能源实验室NREL在ATLAB和SIMULINK软件环境下开发的高级车辆仿真软件。它在给定的道路循环条件下利用车辆各部分参数,分析传统汽车、纯电动汽车和混合动力汽车的燃油经济性、动力性以及排放性等各种性能。以下是搜到的一款额定功率13kw,最高车速65km/h的低速车(就是大家说的渣车)的不同路况模拟结果:

特斯拉们不需要变速箱,不是电动车不需要变速箱

在cyc1015即日本路况下的结果,两档还是有一定的优势。

重要事情重复一遍:特斯拉基频往上的调速范围确实够好,选择一个档位即可。电机水平达不到的,或者在产品定位上有自己的市场理解的,还有那些草根的低速车,如果要到某些特定的路况环境下使用,小一号的电机配置加两档的组合是你不错的选择。

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