电车也装手动挡!丰田迷之专利公布 但解决了业界难题?(纯电动汽车有手动挡)

说到手动挡你会想到什么?我想很多人对这种古老的变速箱的印象,一定是和燃油车紧密绑定的。确实,手动变速箱作为燃油车最早的变速箱形态,已经存在了超过一个世纪了,这种变速箱优缺点都很明显,而现在这种古老的变速箱还被人记得的主要原因,要么就是它的廉价,要么,就是它的超高传动效率和最直接的机械沟通感。

不过你可能会觉得好奇,MT变速箱这玩意跟混动车,跟电车能扯上啥关系?这两种车的动力传输路径,已经意味着它们不再需要传统意义上的“变速箱”了。所以如果当你知道,丰田最近公布了一项专利,将在混动车和电车上搭载手动变速箱的话,你会不会觉得很奇怪:丰田这是要干啥?

但看过文章之后你就会发现,新能源车和手动挡,还真有共存的道理。

大家有没有发现一个问题:所有依靠电机跑高速的车,都存在相当严重的高速电耗问题,正因为高速电耗太厉害,直接导致了纯电车的高速续航严重下滑,导致了插混油混或增程车,都必须在高速时频繁启动发动机参与驱动车辆,以减少电机高速电耗的问题。

那么为什么电机会存在这种高速电耗过大的普遍性问题?请看上图,这是电机外特性曲线图,大家留意看功率和扭矩两条线,你会很明显发现,电机在零转速到一定转速范围内,它的扭矩输出是恒定的,我们一般管这个叫恒扭区,但在这个区间内,电机的功率是一路上升的。直到某个转速点,电机进入一个恒定功率输出的区间,这个叫恒功区。有没有发现,恒扭区和恒功区是不重叠的?

这就导致一个问题,电机加速力最强的恒扭区,是达不到最高功率的,但达到最高功率的恒功区,扭矩是线性下降的。而在这两个区间之间有一个同时能达到最大扭矩和最高功率的点,这个就是电机的最优转速点。所以换句话说,从电机的原理上看,这种机械是适合定速运转的,而不适合变速运转。换句话说,如果用来驱动车辆,电机其实是一个不完美的解决方案(电机只有一个最优工作稳态转速点)。

这就是高速电耗问题的根源。所有的电车也好,电机为主导的混动车也罢,如果在高速工况下要以电机为主驱动动力源,考虑到这些驱动系统只有单速变速箱,在高速工况时,电机必然处于高转速区段,也就是处于恒功区,这就会出现扭矩下降,而要维持一定的车速,需要的不是马力而是扭矩,这就必然导致需要更多电能以维持足够的扭矩,而速度越高,需要维持扭矩的电能就越多,这就导致了电机的高速电耗暴增。

所以要减低电机高速电耗,技术上有两种方式,,使用转速上限更高的电机,让恒功区的转速点推迟,尽可能通过高转速电机,让车辆在更高速度下仍然尽可能处于恒扭区,达到恒功区的时间延迟。这也是目前包括绝大多数国产品牌、特斯拉和大多数欧洲美国的车企用的一招。

另外一个方式就更直接了,既然高转速不可避免的要进入恒功区,扭矩要大幅度下跌,那么如果能通过变速箱,人为地把电机转速一直控制在某个转速点以内,那么同样也可以在达到更低的电耗的同时,通过多挡变速箱,把车速维持好。这就是几年前好几家车企都研究过的,在电车上装变速箱,以及现在国内很多插混系统的“多挡DHT变速箱”的路径。

但这里又有问题了,多挡变速箱固然可以保持转速的同时维持车速,但采用何种变速箱?自动变速箱?无论是AT、AMT、CVT还是其他类似形式的,它们或多或少都存在能量效率相对MT变速箱更低的问题。我们现在要解决的是电机能耗问题,如果还采用这种会加剧能耗的自动变速箱,那是不是从工程上看,和降低电机能耗这个出发点背道而驰?

所以这就是丰田这项专利的目的,既然要解决电机能耗问题,而MT是所有变速箱中传动效率最高的一种,而且MT结构非常简单,哪怕在很紧凑的结构中都能塞得下(MT没有液力变矩器或多片式离合器),所以对于THS这种结构非常紧凑,内部空间寸土尺金的混动系统来说,考虑到换装高转速电机必然产生的“副作用”是电机本体尺寸的加大加重(更高转速必然意味着更粗壮的定子和转子)和发热量加大(能量守恒),还真的没有什么比MT变速箱更好的方式了。

所以可能有些人会觉得,丰田在混动车搞这个是多此一举,但通过我们的解读大家会知道,这种做法是有必要性的,特别是针对THS这种先天结构紧张,内部空间极小的小型混动系统来说,MT变速箱是很好的选择。当然了,这种MT变速箱和传统意义上的手波不同,它是没有离合器的(其实它有离合器,但已经被集成在飞轮端了,由驱动电机控制),仅保留了MT的基本结构,所以大家其实不用担心这种变速箱需要“踩离合”的问题。

你可能要问了,THS这种紧凑型混动系统有必要使用MT变速箱这种结构,那么纯电车呢?它为何也需要MT?实话说,MT变速箱用在电车上是没什么特别大的意义的。首先驱动电机的布置位置、体积要求都不高,完全可以使用高转速电机代替多挡变速箱,来实现前面提到的电耗问题。同时按照现在电池技术的发展速度看,完全可以用更大的电池来抵消电机本身的高速电耗问题。

而且类似于把MT变速箱放到电车上的动作,保时捷已经在Taycan上试过了,效果是很好,能大大提高电车的极速和高速再加速能力,但Taycan的那台2前速类手动变速箱,用意单纯是为了提高运动性能,增加Taycan的极速。而且这套变速箱成本相当高,以至于保时捷自己,都没有在Taycan之外的任何一台保时捷电车上使用这套系统。保时捷背后的大众集团,也没有把这套系统技术下放的打算。

所以丰田固然可以把MT放在电车上,但我们认为,这个动作的目的和保时捷是类似的,换句话说,丰田哪怕真的有把MT放在电车上的计划,针对的也只会是丰田下一代纯电超跑(毕竟LFA已经停产好久了,该换代了)、纯电高性能车这类本身就很高的车。在我们能接触到的普通车方面,电车装MT变速箱这个,目前实话说,还不怎么实际。

我们实际上认为,未来的丰田下一代或再下一代THS混动系统中,搭载MT变速箱的可能性不小,因为这东西是真的可以有效提高整套混动系统的高速油耗表现,而即便是MT变速箱,控制方式也大概率是自动控制。换句话说,并不存在一些消息所言的,以后的丰田混动车要“自己踩离合换挡”的情况。这种新系统的换挡方式,仍然是我们熟悉的“自动挡换挡模式”,它只是把换挡结构换了一下而已。

而至于纯电车领域,我们不认为丰田未来会在普通的,走量用的电车上应用这种多挡变速箱系统。就算有,也只会出现在类似于“LFA换代车”之类的高端车型上。

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