【硬核派科学家】电动车需要变速箱吗？

我们都知道，汽车分为手动挡和自动挡，这个「挡」就是控制变速箱的。那么变速箱是干嘛的，这个恐怕就不是每个人都能说得清楚了。而汽车为什么要配备变速箱，电动汽车需不需要变速箱可能就更让大家迷茫了。为此，GeekCar 专门访问了硬核派科学家、星谷实验室创始人、电动机专家陈拯民博士，看他给出什么样的答案。

在话题开始前，陈拯民为我们爆了个料：据说「电动车标杆」特斯拉从设计到生产的过程中，做了很多次妥协，其中就包括将原来的两级变速箱，简化为单级变速箱。也就是说，特斯拉方面一开始还是认为多级变速箱的方案是有优势的。

（下文作者：陈拯民  编辑：李海潮）

单级变速箱

先来说说单级变速箱，单级变速箱利用齿轮的杠杆原理， 把以几千 rpm(转数/分) 旋转的发动机运动，减速成几百 rpm 的轮子旋转，同时将发动机区区 100~200N•m(牛•米) 的力矩，转化成车轮端高达 1000N•m 以上的旋转推力。

为什么引擎不能直接连接到轮子上（想到小时候的玩具四驱车了吗？），直接带着轮子跑呢？当然可以，这种方式叫直驱，也就是直接驱动的简称，轮边电机就是这种驱动方式。

那为什么汽车不用直驱的方式呢？

因为无论是传统汽车的内燃发动机，还是电动汽车的电动机，往往是转速越高，马力就越大。体积和重量都可以轻量化，就是有个小缺点——力矩稍微小一些。

如果我们选用一款力矩足够大，能够直接驱动汽车的发动机，那么这个电机 (或者内燃机) 的最大功率肯定会高到离谱，哪怕汽车飚到 200km/h，引擎也只是发挥了几分之一的功率，这样就是很大的浪费。另外，这样的引擎这价格会比一辆普通汽车还高，而且重量应该是普通引擎的数倍。

所以靠谱的方案是，选一个轻量化，成本低的引擎，配上个便宜的减速器，即有足够的加速性能，又有靠谱的成本。

多级变速箱

这里面说的变速箱，是特指有多个变速比的变速箱。为什么要有多个变速比？两个优势：获得更棒的推力，以及弥补内燃机在低速段力矩不足的缺点。

先说第二个优势：

看一下典型内燃机在各种转速下的扭矩输出吧：发动机在 1000 转以内的力矩如此之低，以至于做测试的工程师都不忍心将低速段的数据标出……当然是玩笑，不过低速段的力矩差却是事实。

所以我们需要一个非常大的减速比，将低速段很弱的推力放大很多倍，用来提供汽车起步的推力。这意味着起步阶段的减速比非常大，所以普通手动挡汽车第一档也就开到 20km/h 左右的时速。其实油门儿踩到底，引擎转速指针到红区，一挡车速也不会超过三四十。

这可不行，我们平时开车起码要到 60~100km/h 的速度。所以聪明的汽车工程师 (在大概 100 年前) 才设计了减速比逐级降低的多挡变速箱。减速比每降低一档，汽车的极限速度就提高一档，当然推力也降低一档。

所以，第一档的主要使命，就是弥补内燃机在低转速下孱弱的表现。附加的优点是很高的推力，而局限就是，较低的极限车速。

再说一下第一个优势：其实前面已经说了，挂的档越低推力越大。

如果一个设计时速 180km/h 的汽车采用只有一个减速比的变速箱，那么他只能慢悠悠的加速到极限速度；如果中间增加一个 2 倍减速比的档位，那么在 0~90km/h 的区间，这个档位可以提供两倍的推力，那么 0-90km/h 的加速时间可以相应缩短一半；同理，如果再追加一个 4 倍减速比的档位，那么 0-45km/h 的加速时间可以减小至原来的 1/4。

这个简单的道理，开手动挡、骑变速自行车、或爱好赛车的同学们自然有体会啦，挂抵挡追求推背感嘛。

电动汽车，到底要不要多级变速？

虽然特斯拉一开始的方案是两级变速，但是经过妥协后还是变为固定减速比，而且现在主流电动汽车用的都是单变速比，比如高大上的特斯拉，奋起直追的宝马 i3，以及北汽、江淮推出的电动汽车，全都是固定减速比。

国产电动汽车那萌萌哒的加速和续航就不夸奖了，看看豪华的特斯拉和内敛的 i3 用单级变速不也做的不错嘛。

难道单级减速就够了么？

足够了！电动汽车有这样的表现就很出色了，关键问题是续航能力，毕竟拿电动汽车当跑车的人不是很多！解决好续航和充电站才是重点！

难道单级减速真的就够了吗？！

早晚有一天，会有多级变速的电动汽车出现，市场会被它的加速性能震撼。大家开始意识到，原来百公里加速 3 秒的水平，不止是特斯拉的专利，普通温顺的小绵羊也可以通过 1、2 档变速实现这样极致的加速。事实上，星谷实验室正在尝试用额定功率 30~40kw 的电机带动某款国产电动汽车爆发出 4 秒多的加速性能。

所以，多级变速也有它的存在理由！因为供应链而妥协的特斯拉，没准会在未来的某款车型上使用多档变速呢？那个时候的电动汽车，可就真的要成为汽车 2.0 了。