深度丨剖析纯电动汽车多挡化发展进程
新能源汽车的快速发展对变速器行业带来负面冲击。由于纯电动和串联式混动目前多使用单级减速器，单价多在 1000-2000 元之间，远低于 AT/DCT 等动辄 8000-10000 元的单价。本报告则重点论述了未来纯电动车变速器多挡化的确定性趋势，纯电动车变速器的单车价值量有望大幅提升。
1.1 为什么纯电动车发展初期普遍使用单级减速器
1.1.1 为什么传统燃油车必须使用多挡变速器？
汽车发动机是依靠油气混合物爆燃产生的力量推动活塞，然后驱动曲轴旋转进行工作的。随着转速的增加，发动机的输出转矩会先增加再减少，在中间转速附近达到最大值，在其他转速范围下输出转矩较低；输出功率也随着转速的增加而先增后减，但是在某一高转速下达到最大值，在其他转速范围下输出功率较低。这使得发动机只有在有限的合理转速区间内，才能输出理想的转矩和功率。汽油发动机合理转速范围较窄，一般在1000-4000rpm 左右。
发动机上述特性可以用发动机外特性曲线描述。外特性是衡量发动机性能的决定性因素：通过功率来衡量车辆获取最高速度的能力，通过扭矩来评价发动机加速、负载能力。发动机外特性曲线包括三个参数：转速、功率、扭矩。三者存在物理关系：P=MN/9550。其中 P 为功率（kw）、M 为扭矩(Nm)、N 为转速(rpm)。
图 1 为途观 1.4TSI 的发动机外特性曲线，其中红线体现了发动机输出功率与转速的关系，
当转速为 0 至 4500rpm 左右时，输出功率随转速的增加而增加，当转速为 4500rpm 至 6000rpm 时，输出功率达到顶峰，约 110kw，当转速超过 6000rpm 后，功率逐渐下降；蓝线体现了发动机输出扭矩与转速的关系，当转速为 0 至 1500rpm 左右时，扭矩随着转速的增加而增加，当转速为 1500rpm 至 3500rpm 时，输出扭矩达到顶峰，为 250Nm，转速超过 3500rpm 后，扭矩则逐渐下降。
多挡变速器的工作原理：多挡变速器种类繁多，但是实现变速的原理是一样的。以手动多挡变速器为例，介绍一下多挡变速器的工作原理。如图 2 所示，发动机输入轴（绿）将动力传输至主动轴（红），主动轴上的红齿轮与动力输出轴上的蓝齿轮相啮合。通过换挡
叉操纵同步器让动力输入轴和动力输出轴上不同齿比的齿轮啮合，改变传动比实现换挡，并将动力传递到动力输出轴。
整个换挡操作可以改变传动比，减小扭矩提高转速，或者增大扭矩减小转速，实现变速的目的。图 2 中的变速器一共有五个前进挡和一个倒挡，每个挡位都有不同传动比，相当于不同的红齿轮与蓝齿轮的啮合能产生不同的转速，低速行驶时用低传动比（3 挡及以下），动力输出轴转速低于发动机转速，根据公式 P=FV，可获得更大的驱动力，高速行驶时用高传动比（4 挡及以上），动力输出轴转速高于发动机转速，降低牵引力获得更高速度。
多挡变速器可以起到以下 3 方面作用：
①改变传动比，扩大驱动轮扭矩和转速的变化范围，以适应不同的行驶条件，同时使发动机在有利（功率较高或油耗较低）的工况下工作。发动机工作特性为转速过低则输出扭矩太小，转速过高则效率太低，合理转速区间较窄（一般在 1000-4000rpm 之间），所以燃油车需要通过变速器来调整传动比，扩大驱动轮扭矩和转速的变化范围（驱动轮是为车辆行驶提供驱动力、输出功率和扭矩的车轮，输出由发动机提供、经动力传递系统传递的动力），以适应不断变化的行驶条件，同时使发动机在有利（功率较高或油耗较低)的工况下工作。
多挡变速器的每个挡位都有不同的传动比。具体地说，挡位越低，传动比越大，牵引力越大，车速越低；挡位越高，传动比越小，牵引力也越小，车速越高。所以当汽车启动时，使用 1 挡，利用高传动比使发动机在低转速时就能产生较大的牵引力，从而拖动汽车起步；此后，通过踩油门，使车速上升到一定水平后，换入 2 挡，使驱动轮输出牵引力减小，而车速提升；当车速达到某一更高水平后，可以进一步使用更高挡位，汽车牵引力更小，而车速更高，如此类推。这样就保证了发动机无论是低速行驶还是高速行驶都保持在一定的转速范围内。
②通过变速器实现怠速：虽然发动机可以通过熄火切断动力，但实际中发动机反复多次启动会增加损耗，并且频繁的启停比短暂的怠速更耗油，所以还是要依靠变速器实现驾驶过程中的动力切断。变速箱挂到空挡位置，发动机的动力不再传递至车轮，中断动力的同时也能维持车辆其他部件的正常工作。
电动车电机③通过变速器实现倒车：由于大多数内燃机无法反向旋转，因此需要变速器的反转实现倒车。如图 2 所示，当汽车挂前进挡时，主动轴与动力输出轴上对应的齿轮啮合，使动力输出轴与主动轴反向转动，与发动机带动的动力输入轴同向转动，使车辆前进；而汽车的倒挡则在主动轴与动力输出轴对应的齿轮之间增设了一个中间齿轮，这使得动力输出轴可以与主动轴同向转动，与发动机反向转动，实现倒车。
1.1.2 为什么纯电动汽车可以不使用多挡变速器？
车辆由于工作特性要求需要动力源在低速时输出大扭矩，高速时输出恒功率，传统内燃机输出特性无法与车辆需求直接匹配，需要匹配一个多挡变速器在不同工况下改变传动比来满足车辆不同的车速和扭矩的需求。
但是对于纯电动汽车而言，由于电机具有与传统内燃机不同的工作特性，在低速时能够输出大扭矩，高速时能够输出恒功率，具有很宽的合理转速范围，因此电机特性基本与车辆需求吻合，电机自身就自带变速器的属性，电动车无需使用多挡变速器。
电机动力输出特性曲线如图 3 所示，电机的转速范围包括恒扭矩区域和恒功率区域，当转速在恒扭矩区域时，电机能稳定输出最高扭矩，当电机转速在恒功率区域时，电机稳定输出其最大功率。电机在较低的转速下就可以输出最大扭矩，满足启动和爬坡需求，另外其合理转速范围非常宽，为 0-10000rpm 以上，这使其仅通过改变转速就能满足各种行驶情况的需求，且能耗较低。而车辆的动力切断和倒车功能可以通过改变电流来实现。电机的这些特点让电动车不采用多挡变速器也可以正常工作。
单级减速器的工作原理：
如图 4 所示，牵引电机将高速运转的动力由 A 传入减速器，经过一个固定齿比的齿轮组减速增扭，将动力由 B 传向驱动轴。输入轴上的齿轮与输出轴上的齿轮之间设置了一个中间齿轮，由此可以减轻由于输入输出的速差过大而给齿轮带来的磨损。单级减速器只有一个固定齿比，意味着车速与电机转速之间的比值固定不变。
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