給電動汽車裝備無級變速器: 博世果真是黔驢技窮了嗎?

【BOSCH-博世】是德國知名的汽車零部件供應商,其知名度最高的是ESP(車身穩定控制系統)和無級變速器的鋼帶;在燃油汽車時代的博世確實是很牛氣的,幾乎知名車企都在使用它的ESP&CVT鋼帶,只是在電驅時代似乎這些主攻燃油汽車的知名供應商都有些找不到北了。

比如如果讓ESP更理想的與電驅和混動系統相容,博世也只能與已經成為行業巨頭的自主品牌合作;在電驅領域已然時中國製造領先,即便是不討論佔比超七成的

動力

電池產能,僅論IGBT&MCU晶片

電動汽車

電子也能這樣評價。所以很多老牌外國車企或供應商總在搞一些噱頭,但都沒有博世的「CVT4EV」來得驚奇,因為它並不是一個用於混動汽車的ECVT,而是一個真正使用鋼帶(推帶)傳動的無級變速器。

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01什麼是無級變速器

CVT-continuously variable automatic transmission,概念為連續可變傳輸的自動變速器,準確的應為“CV-AT”;可變傳輸自然是指能夠改變傳動比,說白了就是能換擋,使用齒輪結構換擋的自動變速器包括AT/AMT/DCT;以不同齒輪的組合實現了1-10個不等的前進擋(乘用車標準),前進擋數字越小則放大扭矩的能力越強,數字越大則放大車速的能力越強。

連續可變傳輸則是指改變傳動比(換擋)的過程中沒有動力的中端,AT等

變速箱

在換擋時要斷開發動機與變速器的連線,讓齒輪減速後分離再結合新的前進擋齒輪,這是防止打齒的設計;但是無級變速器就不用切斷動力換擋,在發動機持續輸入動力的狀態下也可以同步換擋,概念如下。

圖1:低速擋和高速擋的“錐輪角度比”。

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圖2:錐輪改變角度則鋼帶角度同步變化,變化過程是線性的,角度每變一點都等於改變了一個傳動比,CVT理論上有無數個前進擋。

無級變速器的概念就是「沒有固定的檔位、有無數個前進擋」。

擋可以理解為“極”,負責換擋的鋼帶和錐形輪是貼合的,是不能也無法分離的;這就與齒輪箱的齒輪齧合與分離概念不同了,而正由於不能分離則可以在傳動過程中改變傳動比——能解決的問題是齒輪箱換擋過程中發動機轉速下降,換擋前後加速出現頓挫(短暫發動機制動);這對於改善行駛品質和提高效能表現,理論上都有一定的效果。

但是沒有任何高效能車使用CVT,這又是為什麼呢?

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02電動汽車是否需要CVT

首先需要說明的是電動汽車目前不需要變速箱(器),因為電機的效率是內燃機熱效率的平均三倍,也就是能耗可以比燃油車低三倍;燃油和電能可以換算,所以相同級別的電動汽車的油耗會比燃油汽車低三倍。

這是以沒有變速器的前提實現的結果,電動汽車需要變速器嗎?如果一種變速器能夠再不提升電動汽車目前的製造成本的標準,以及不破壞電動汽車加減速平順性的前提下裝車,這樣的變速器就是有意義的,當然變速器的耐用性也必須足夠高。然而這種自動變速器是不存在的,不論是AT/DCT/CVT都有換擋頓挫的問題;齒輪結構的變速器是因為換擋過程中的轉速回落,CVT則是滑行階段的拖拽問題造成頓挫,不過最重要的問題還是CVT的使用壽命太短。

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無級變速器依靠錐輪和鋼帶的貼合實現連續可變傳輸,但錐輪和鋼帶的貼合傳動必然存在磨損,不論它是“拉帶”還是“推帶”;摩擦傳動的磨損是比較嚴重的,因為摩擦依靠的是物體表面分子的相互作用,也就是會碰撞損耗。這和拋光、磨刀、輪胎磨損都是一樣的概念,即便不打滑也會有磨損,打滑則磨損更加嚴重;比如急加速時車輪會打滑,地面出現的黑色輪胎痕跡就是磨損的結果。所以無級變速器的耐用性其實是很差的,好一些的推帶也不過是十幾萬公里就要出現滑磨,很多推帶用不到十萬公里就要出現問題;但這還是用於燃油汽車上的結果,用於電動汽車會更加嚴重。

參考下圖,這是電機的動力曲線特點。

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電機起步瞬間即可爆發最大扭矩,這是恆扭矩的概念;使用CVT的大都是些裝備自然吸氣發動機的代步車,少數有些渦輪增壓機的車輛使用則造成了推帶使用壽命足夠短的問題。因為自然吸氣發動機要到四五千轉才能達到最大扭矩,中低轉速區間的扭矩小、推帶壓力低則磨損程度也會低一些;反之起步就能爆發最大扭矩的電機用CVT,什麼推帶扛得住造?博世倒是說這種變速器的製造成本低,但很少有車企真正把CVT當成一種廉價變速器。

更換一個無級變速器再少也需要一兩萬元,一些本質實際足夠低的所謂中端車的CVT換一臺可以超過十萬元——博世的CVT4EV裝在電動汽車上可以提高4%的效率,節省的電能會有一點但也不算多。電的成本已經足夠低,那麼加上這臺無級變速器之後首先會增加定期更換變速箱油的成本,後期還要考慮更換變速箱總成的成本,對比這一點點的電費成本,裝備這種變速器不是瘋了嗎?

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綜上所述,電機直驅車輛實現了超高標準的平順性,因為依靠轉速調整車速、轉速的升降是絕對線性的,裝上CVT之後可能會適得其反;同時電機的減速器是齒輪,使用壽命連AT等自動變速器都不能相提並論,CVT就更不在同一個等級上了。

雖說高車速時需要電機高轉速執行會有些費電,但動力電池的技術進步速度很快,NEDC 700-800km的車輛也不是沒有;這就會讓使用者不會在意這一點點的電耗差異了,不過多出一臺CVT的購車和用車成本的大幅提升必然會被在意,博世的CVT4EV有什麼存在價值嗎?德系汽車行業真的是黔驢技窮了。

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