電動汽車兩擋減速器工作原理解析
由於工作特性要求，車輛需求動力源在低速時輸出大扭矩，高速時輸出恆功率，傳統內燃機輸出特性無法與車輛直接匹配，需要匹配一個多擋變速器滿足車輛需求。
對於純電動汽車而言，由於電機具有與傳統內燃機不同的工作特性，在低速時能夠輸出大扭矩，高速時能夠輸出恆功率，因此電機特性能夠基本與車輛需求吻合，無需增加多擋變速器，只需增加一個單級減速器或者兩擋變速器即可。
單級減速器方案傳動效率高、資源豐富、開發難度小，基本可以滿足中小型純電動整車要求，目前量產車型大多採用固定速比的減速器，但是單級減速器方案需求電機扭矩較大、轉速較高，無法有效控制電機運行狀態。
兩擋變速器方案可減小電機輸出扭矩，降低電機體積和成本，優化電機運行狀態，但兩擋變速器增加了換擋機構，結構較複雜，效率稍低，需重新開發。
電驅動系統技術發展趨勢
多擋化：現有電機特性很難滿足所有工況下的整車動力性、經濟性需求，搭載多擋變速器可以有效調節電機的輸出表現。
高速化：通過提高電機的工作轉速，採用適當的變速系統及控制策略，可以使回饋制動的允許範圍拓寬，從而適應更多工況，使整車節能更加有效，提高續駛里程。
目前很多主機廠的驅動電機最高轉速已達14000rpm以上，隨著驅動電機高速化的發展，電動汽車變速器的高速化也將成為一種趨勢。
模塊化：電機、變速器、控制器集成一體，使整車結構更緊湊、性能更優異，便於控制和降低成本。模塊化機電耦合傳動系統的集成設計和管理控制是電動汽車動力傳動系統的發展方向。
電動汽車單擋減速器存在的問題
動力性問題：單一速比設計，低速起步加速性、高速巡航速度以及爬坡度等性能不能兼顧
經濟性問題：電機高效工作區間有限；電池電量有限，高速行駛時車輛耗電量顯著增大，單一速比導致制動能量回收效果一般
舒適性問題：尤其是車速≥80km/h，動力加速表現薄弱，影響駕駛員主觀感受
安全性問題：高速超車時，不能有效提升驅動加速度，行駛安全欠佳；部分減速器缺少傳統燃油車P擋駐車功能
可靠性問題：電機高轉速工作時，對電機熱管理、NVH、密封性等有很大挑戰；減速器高速運行時，對齒輪加工工藝、軸承壽命、摩擦磨損潤滑等也提出很高要求
▲某兩擋箱
兩擋變速器技術亮點
- 動力性提升：減小百公里加速時間；提高最高車速；保證最大爬坡度
- 經濟性提升：利用速比調節，擴大電機高效區間，降低電機工作轉速；優化換擋策略，增大低速擋速比，利於擴展制動能量回饋範圍，增加電池續航里程
- 舒適性提升：全電控操作，一擋起步、高速自動換擋，駕駛平穩；高速工況下，巡航、超車、NVH性能有保證
- 安全性提升：二擋高速行駛時，利用降擋加速超車，保證高速下的行駛安全；具有P擋駐車功能，保證靜止狀態下的車輛安全駐車
▲某兩擋箱
兩擋變速器的換擋平順性問題
在車輛換擋過程中，變速器輸出軸扭矩的變化並不是連續的：
- 在處於原擋位階段，車輛的衝擊度取決於電機輸出扭矩的變化率
- 摘空擋階段，無衝擊
- 同步階段，取決於同步器摩擦力矩
- 掛上目標擋位後，車輛衝擊度依然取決於電機輸出扭矩的變化率。
因此，若要控制車輛的衝擊度在一定範圍內，在制定控制策略時就要考慮，在切斷電機「供油」（摘擋前）和恢複電機「供油」（掛上目標擋後）時要平穩，同步時，控制同步器摩擦力矩變化平穩。理論上，要減小換擋衝擊，就要將同步器主被動齒輪速度差控制在一定範圍內。
▲某兩擋箱
如果能達到速度差為零，是最為理想的情況，不需要同步器也可以實現無衝擊換擋。但要實現零速度差，對電機要求很高，而且也會延長換擋時間，造成動力中斷的時間過長。
因此，一般情況下，設計控制策略時，要求同步器主被動齒輪的轉速差控制在一定的範圍內，只要保證減少換擋衝擊的要求即可，這樣可以縮短換擋時間，減小車輛動力中斷的時間。
整車控制策略模型主要包括三大模塊
- 駕駛員需求模塊：主要根據駕駛員踏板開度等信號計算駕駛員需求扭矩和需求功率。
- 整車工作模式判斷模塊：根據駕駛員需求及車輛狀態等信息判斷車輛工作模式。
- 動力總成扭矩分配模塊：根據車輛工作模式計算動力源的輸出扭矩和功率等。
舍弗勒兩擋減速器
▲舍弗勒樣車（兩擋減速器+扭矩矢量分配）
▲兩擋行星齒輪變速箱
▲舍弗勒兩擋減速器
▲已經應用於長城WEY P8和長安CS75 PHEV
▲舍弗勒兩擋減速器參數表
▲舍弗勒兩擋減速器與單擋箱對比圖
▲舍弗勒兩擋減速器與單擋箱效率對比圖
▲舍弗勒兩擋減速器和西門子電機
▲舍弗勒兩擋減速器行星排部分（擬元旦後詳細拆解）
GKN兩檔箱
▲GKN兩擋箱，用於BMW i8
▲GKN兩擋箱
▲GKN兩擋箱實拍照片
格特拉克兩擋箱
▲格特拉克兩擋箱
▲格特拉克兩擋箱
結束語
兩擋變速器方案經濟性較好，主要是其變速器換擋能夠調節電機工作點，使電機儘可能工作在高效率區間。
除整車性能以外，在做方案選擇時還需綜合考慮系統成本、電機及變速器尺寸、變速器資源、變速器開發難度等因素。
綜上所述，兩擋變速器方案能夠降低對電機的需求，降低電機開發難度，改善整車經濟性，但目前兩擋變速器資源較少、不成熟、成本較高，因此目前絕大部分EV車型均搭載單級減速器，但隨著技術的發展，如果兩擋變速器效率能夠進一步提高，批量生產以後成本進一步降低，將會迎來更大規模的應用。
參考文獻：劉建康、王燕，採用單級減速器和兩擋變速器的純電動轎車性能對比研究，一汽技術中心
部分圖片來源網路
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