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美国车企为什么一直造不出一流的变速箱

来源:网络 作者:佚名 时间:04-08 手机版

美系车,首先是符合美国的用车环境,福特除外,现在越来越全球化。美国的用车环境特点是地广人稀,长途多,汽车依赖度非常高,同时没有排量税。所以美国的汽车强调动力、易于维护。这样以来,变速箱不需要在换挡方面有多么智能,因为在平直的高速公路上,自动挡的车子和手动挡本身区别基本不大。

美国汽车为什么造不好变速箱,不如德国和日本的?

美国车做不好变速箱吗?虽然美系自动变速器的耐用性、故障率、换挡响应速度不如日系爱信、Gatco、德系ZF,但整体差距不算太大。至少美国福特可以独立制造6AT和8AT变速器,通用可以制造6AT和9AT变速器。最起码不需要在外面买。我觉得美系车的实力还是有的,只是设计和制造工艺不够完善,使得变速器的一些性能不如日系和德系。但是这并不代表美国车制造不好变速箱,只是像美国车一样,这款做工粗糙,并不是因为做不好,而是不想做的那么好。

“特斯拉们”没有变速箱是因为不喜欢?埃安:不,是你们造不出来

世界上的许多规律大抵是一致的,比如多一点总比少一点更好。

拿变速箱的挡位来举例子,6AT通常比4AT更好,8挡的一般比6挡更强。而当全世界几乎都在追求越来越多的变速箱挡位时,电动车的横空出世似乎打破了这条规律。仿佛换了一种能源方式,一些牢不可破的物理规律也能随之改变。

然而真的如此吗?电动车可以跨越变速箱这一道鸿沟?

电动车为什么没有变速箱?

电动车其实是有变速箱的,只不过这个单一齿比的减速箱并不是我们通常所说的那个可以进行多速比变换的变速箱。

而截至目前99%的电动车都只有一个一级减速箱,一方面在于作为新能源教父的特斯拉一直在这么干,下面的追随者们当然就跟着学,另一方面在于电机实现了对内燃机的全方位降维打击,让变速箱的作用显得不再那么突出。

变速箱的作用是什么?一,变速;二,变矩。对于内燃机来说,“给力”的时候不多,一般极限转速都不超过10000rpm,而峰值扭矩又无法连续从低转维持到高转,尤其低速时的扭矩都比较羸弱。

换个通俗的说法就是,如果不套个变速箱,发动机在低速起步时会像没睡醒一样极其乏力,而铆足了劲儿工作又无法满足车辆的极速(一般需要达到220km/h)需求。通过变速箱的变矩能力可以有效放大低转下的扭矩,提升动力,而通过变速能力又能保证车子轻松在转速范围内达到目标车速。

再看看电机的外特性曲线,虽然不同种类电机的曲线各有差异,但总体上的特性是大同小异的。相比内燃机,电机有着三大优势。一、起转即可达到峰值扭矩;二、扭矩平台非常宽泛;三、转速高。

这也意味着,即便没有变速箱,电机也能在低转速下输出比较强的动力,同时通过固定速比基本满足法定的限速时速。

此外,电机在效率方面相比内燃机也有着得天独厚的优势,超过90%的效率广泛分布在电机从低转到高转,从低扭到高扭的工况范围内。而内燃机在这一块完全是没有对比就没有伤害的牺牲品,不仅最高效率偏低,同时高效范围也很窄。

所以给电动车加多级变速箱不仅不能像内燃机一样显著提升性能,考虑到变速箱本身的效率损失,还不一定能够降低能耗提升续航。再考虑到空间布置的问题,以及可能增加的失效零部件单元,当然还有至关重要的成本考量,不使用多级变速箱或许对于电动车来说是更好的选择。

Roadster:特斯拉之殇

既然电机如此强悍,那是不是代表变速箱就完全失去用武之地了呢?

早在2006年,特斯拉真正意义上的首款车型Roadster原计划搭载一台两速变速箱,一挡齿比为4.2:1,二挡齿比为2.17:1,终传比3.41:1,搭载185kW电机,电池53kWh,由英国Xtrac供应商提供变速箱解决方案。

后来我们都没有等来这款搭载真正意义上变速箱的电动跑车,显然是研发出现了不可解决的问题。由于两挡变速箱的量产难度太大,导致了Roadster发布的严重延误,甚至一度让特斯拉濒临破产倒闭。而因此才有了后来马斯克的临危受命,出任首席执行官,同时特斯拉也最终宣布更改方案,采用固定齿比为8.27:1的BorgWarner单速减速箱,并且换装215kW电机 ,让这款新兴跑车不至于完全溟灭。

这看似是一场舍弃变速箱而得来的胜利,但显然特斯拉也为之牺牲了一些性能。后来发布的单挡位变速箱Roadster虽然也达成了和一开始一样的4s左右百公里加速成绩,但在极速方面只能达到201km/h,远不及最初那套方案的210km/h。要知道这还是在使用了更强的电机之后达成的结果。

电动车为什么需要变速箱?

所以并不是电动车不需要多级变速箱,只是因为法定限速的遮羞布,以及低速加速能力的障眼法,让初级阶段市场下的消费者们普遍忽略了电动车极速以及高速再加速的能力。

北京航空航天大学交通科学与工程学院副院长徐向阳教授在中国 汽车 工程学会齿轮技术分会年会上就说过:“电动车多挡自动变速器有着广阔的市场前景。”纯电动乘用车的电动机低速扭矩很大,但此时电机的效率仍偏低,因此电动 汽车 在起步、加速和低速爬陡坡时耗电大,还会使电动机发热。在丘陵地带、山城或拥堵的城市里使用电动 汽车 续航里程缩短很多。这就需要用变速箱来减小电动机发热、减小能耗、增大续航里程、提高车辆动力性。而如果不需要提高动力性,可减小电动机功率而进一步节能、提高续航里程,还可简化电动机的冷却系统降低成本。但是电动 汽车 在低速起步或爬陡坡时,驾驶员不会感觉动力不足和能耗极大,因此纯电动 汽车 需要的是自动变速箱。

而我们简单做一个对比也能发现,以常见的A级家用电动轿车为例,使用两挡变速箱对比使用单挡位变速箱在加速能力、最高时速、能耗、爬坡能力四个方面实现了全方位碾压。

因此从理论的角度来理解,变速箱变速变矩的能力在电动车这里依然有着不小的用武之地。这也是为什么我们能看到保时捷推出的首款高性能电动车Taycan在后桥上搭配了一台两挡变速电机,目的就是为了保证保时捷应有的极速和加速兼顾的卓越性能。

加速、极速、效率我全都要

那么现在结论就很清晰了,在电动车发展的初级阶段,电机凭借强悍的外特性可以满足一开始的需求,但随着对性能的进一步挖掘以及表现在续航里程上对能耗的更高追求,未来给电动车配备多级变速箱是必然的发展趋势。

其实不必等到未来,今天已经有厂家在布局多挡位电驱动总成,广汽新能源就推出了全球首创的两挡双电机“四合一”集成电驱系统。

这里面有两个关键信息,一个是“两挡”,一个是“双电机”。我们先来看看“两挡”,这意味着这套电驱系统可以使用一大一小两个传动比进行扭矩放大,而通常如果仅使用一个一级减速箱,往往只能在这两个齿比之间选择一个折中的数值。说得通俗一点就是,当使用了两挡变速箱以后,加速时可以选择更大的齿比以提供更强的扭矩,而在高速状态下又能切换更小的齿比从而达到更高的车轮转速(即车速)。而这也让未来搭载该动力总成的埃安LX的百公里加速成绩轻松达到2.Xs。

这是一个非常简单的道理,就像骑自行车一样,带挡位会比不带挡位随性得多。那么为什么别的企业都不用呢?

首先变速箱的研发对于任何车企来说都是一座大山,全球只有少数顶级的主机厂能完全掌握变速箱的自主研发,即便强如宝马,也只是以深度合作的方式与采埃孚进行协作。这其实也很好地解释了当年为何特斯拉Roadster的变速箱方案夭折,而对于其它企业来说,想要找到适合自家动力总成的变速箱尚且难度很大,更不用谈自造了。

电机变速箱研发的难点在于输出端扭矩大,而电机的瞬时扭矩变量又是比较剧烈的,这对可靠性和换挡品质都提出了不小的挑战。广汽新能源根据自身电机特性,历经10万次拨叉耐久试验、10万次同步器耐久试验,通过三年正向研发、半年技术攻坚,最终完成了高速同步器的开发,其次对标定程序的不断迭代也匹配出了最优的换挡策略,因此才有了提出两挡电机的底气。

接下来我们再看看“双电机”,其实双电机的概念并不陌生,但传统的双电机都是离散型电机,往往分别用于驱动前后轴。广汽新能源埃安的双电机是并行式的,简单地理解就是用两个小电机代替一个大电机。

这能带来两个好处,其一是输入端扭矩得以分担,可以减轻变速箱的工作负担,进而提升耐久可靠性以及换挡品质,而且同时还不会牺牲全力输出时的动力。其二与近些年愈发流行的内燃机downsizing或者闭缸技术的逻辑是一脉相承的,降低单一电机功率可以提升能耗表现,提高续航,同时也让电机冷却系统减轻负担。对埃安“四合一”电驱总成来说,这一升级相比上一代的“三合一”续航能力提升了3%。

当然,还有一项容易被忽视的点,就是动力总成的尺寸。为了进一步节省车厢空间,广汽新能源对埃安3.0系统进行了“四合一”高度集成化设计。通过高度集成化的设计将双电机、控制器以及两挡减速器糅合在一起,为总装节省了宝贵的空间,对于乘坐舱的设计以及动力电池组的布局甚至未来多车型平台化研发都有着深远的积极作用。因此相较原来的“三合一”更进一步提升了13%的功率,减小30%的体积,减轻25%的重量。

写在最后

改革开放后,中国 汽车 工业虽有长足发展,但与国外一流车企相比仍有很大差距,而在近几年兴起的新能源造车大潮中,似乎所有人也在以特斯拉的马首是瞻,所谓的“弯道超车”成为一句空话。但很高兴我们能看到像广汽新能源这样默默认真搞研发的企业,静静地秉承着以产品为源动力,以自主研发为核心竞争力,靠着沉下心来的坚守,正面和国际一流大厂“干上一架”。

曾有人认为中国造不出变速箱,所以才勉为其难大力推动新能源 汽车 的发展,但埃安凭借吃苦耐劳的精神啃下了这块骨头,着眼于未来电动车的性能平衡,一步到位地抢占了新时代电动车技术的先机。我们应该为其点赞。

——END——

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大众汽车每年的研发经费高达千亿,为什么就是做不好AT变速箱?

为了避免受制于日本的丰田、本田、马自达等车企,他们的产品线进行了改进,发动机、变速箱等重要零部件都是自主设计生产的。但是作为德国著名的大众汽车,一直没有能力自己生产变速箱。这主要是因为当时AT变速箱的技术壁垒。AT变速箱的主要专利牢牢控制在ZF和爱信手中。如果公众想自己设计和生产齿轮箱,专利是无法规避的。大众在双离合技术上有了很大进步。由于2009年问题频发,变速箱方案升级后越来越稳定。我们的人不认识这辆车。选车的时候,一是看外观,二是听销售顾问的闪烁。大众称与双离合器变速箱匹配的涡轮增压燃油发动机为黄金组合。

从图中我们可以清楚地看到,自动变速器比例最高的是美国(或者北美市场),比例高达95%;其次是日本和澳大利亚,自动变速器的比例高达90%,而在我们国内市场,虽然近几年自动变速器车比较多,但实际比例也只是刚刚超过60%;最神奇的是,在欧洲,自动变速器车的比例只有20%,而手动变速器车的比例高达80%,20%的自动变速器由双离合器、日本CVT和at组成,可见at变速箱在欧洲是多么的少见!

所以大众如果自己开发At,肯定是得不偿失。大众这样的欧洲民用品牌能有自己的At变速器吗?不,没有。除了大众,PSA,雷诺,很多车企在法制上,不要碰At变速器?大部分销售都是在欧洲手动销售,对外销售的车型都是依靠爱信或者ZF提供的产品来解决问题,完全没有必要造,对吧?大众早期根本不想造自动变速器,认为手动操作就足以应付欧洲和中国的汽车市场。大众在我国销量过高,冲击丰田。我们国内的消费者非常认可自动变速器。结果大众想用爱信at应对外部市场的策略没有奏效,我就咬紧牙关拿出了DSG!

不可否认,早期的DSG在国内路况上存在很多问题,但双离合确实是欧洲的神器;干式双离合的主要问题是过热,热量是怎么来的?其实是不同齿轮的速度差和摩擦产生的热量,二档的齿比降最大,现有的速度差也最大,所以一、二档的速度差和发热最多!那我们想想。汽车什么时候经常用一档和二档?答案很简单,就是车辆在拥堵的市区行驶,频繁停车停车,就会频繁使用一档和二档;如果我们避开拥堵的道路呢?有没有可能避免频繁使用一、二档和过热。

为什么美国科技世界第一,造车水平却比不上

美帝科技世界第一是有原因的;两次世界大战都在欧亚大陆,北美州一次也没打过仗(除日本偷袭珍珠港外),保留了非常好的基础设施和人文环境,而且由于战争大量的欧亚大陆的人才为了逃离战火,不远万里来到美帝定居为美帝积攒人才创造了条件。另外,二战结束后美帝在德国俘虏了大量纳粹科学家,这些科学家在当时都是世界顶级的学者,这些人被逮到美帝为美帝打下了很好的科技基础。再者,美帝在二战后几乎利用二战的战果称霸世界,也为美帝创造了政治、经济和科技条件,由于美帝对科学技术的重视,对引进科技人才和培养本国人才大量投入,这也使美帝成为世界科技、军事、政治、经济强国的主要原因!

都是世界顶级变速箱,采埃孚怎么就卖不过爱信?

采埃孚8AT是世界上最成功的自动变速箱之一,宝马不用多说采埃孚忠实用户,象征德国制造巅峰的保时捷,也表示采埃孚8AT香的不行!很多人初次了解采埃孚,都是从变速箱开始的。

作为自动变速箱中的尖子生,采埃孚8AT今年已经在上海投产了,最早尝鲜的大通MAXUS G20表示,国产车MPV中变速箱就它最棒!采埃孚8AT国产虽然是为宝马国产化做准备,但也向其它品牌供货,从装车数量看,自主品牌似乎对它兴趣很弱。

难道是因为采埃孚8AT价格很贵吗?教授也向采埃孚的工程师咨询了一下,得到的答案是,价格并没有比爱信8AT贵多少。难道是因为质量不好?宝马、保时捷、奥迪背书的产品,怎么会差呢!只能怪自主品牌不识货咯?也不是,那问题出在哪?

9AT失利

自动变速箱分横置和纵置两种,横置变速箱的前驱车居多,纵置后驱居多,后驱一般都是价格贵尺寸大的高档车。为了在横置变速箱中分一杯羹,采埃孚就顺势推了横置9AT变速箱,然而这款变速箱没有一炮而红,装车后反倒出了一些问题。

本来采埃孚希望靠结构紧凑的9AT变速箱来吸引车企,毕竟别人都是8个挡,我9个挡更有噱头。但采埃孚并没有把横置变速箱的优势发挥到极致。

9挡需要很高的车速才用得上,另外它还需要匹配扭矩比较大的发动机,也就说9AT为美国市场开发的产品。

前驱变速箱追求体积紧凑、传动效率、和换挡速度,另外前驱车扭矩普遍不大,爱信的AWF8G系列变速箱优势更明显,首先爱信8AT效率很高,结构比上代6AT更复杂,但是传动效率反而提升了10%,上代6AT是什么水平,可以参考马自达的创驰蓝天动力总成。

爱信8AT换挡速度虽然不如采埃孚9AT快,但慢50ms也算不上多大差距,反正接近双离合的水平,另外爱信8AT很多版本,比如沃尔沃XC40的1.5T可以用AWF8G30(8AT),宝马X1的2.0T可以用AWF8F35(8AT),总之在横置变速箱领域,爱信的产品最丰富而且综合性能好。

采埃孚的9AT处境有点尴尬,价格比国产双离合高,适配的发动机少,设计使用场景跟国内还不一样,于是自主品牌纷纷把目光投向了爱信。

市场没了

电气化来得有点快,快的爱信这样的大企业都不敢增加变速箱产能,如果国内厂商要使用爱信变速箱,先要等然后供货量有限,要拿到更多爱信变速箱,最好的办法是与爱信成立合资公司。

将来传统变速箱市场份额会越来越少,大部分都会做电气化升级,比如插电混动那种!采埃孚生产的插电混动变速箱,性能绝对是行业一流,但是用在国产车上等于杀鸡用牛刀,现在用在宝马5系上的插电混动8AT,加速快动力体验好,但对节油的贡献,并不如丰田的E-CVT高。

已经国产的采埃孚8AT变速箱,最多只能给未来的国产X5或者少数高端车使用,自主品牌恐怕是没戏了!一来自主品牌几乎都是前驱车,二来采埃孚为插电混动设计的8AT,性能超过了国产车的需求。与其买采埃孚的变速箱,不如自己生产双离合来的实在。

采埃孚的变速箱性能的确拔尖,但它以前一直都擅长造高端车的纵置变速箱,但除了宝马、奔驰、凯迪拉克和捷豹路虎这些品牌外,其它基本都是用横置变速箱,本来想靠横置9AT去抢占市场,但是爱信的8AT变速箱实在是太香,连宝马都抵不住诱惑,

教授总结

前驱车的变速箱采埃孚算彻底没戏了,后驱车的变速箱市场又太小了,未来采埃孚几乎不太可能再推新变速箱,将来的重心会转移到电气化,比如奔驰EQC和e-Golf电驱系统都来自采埃孚。

本文来源于汽车之家车家号作者,不代表汽车之家的观点立场。

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