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油车市区费、高速省,电车为啥正相反?
傅雪峰
作者:傅雪峰评论评论:点击率点击率:

发表时间: 2023-04-10 13:36:07

作者介绍

汽车博主,特约汽车评论员。用平静而幽默的笔触解读汽车变革。

  3.0T的宝马X5,平时在城里跑,百公里13、14个油正常,跑出15个以上也不稀罕;但一旦上了高速,轻松8、9个油。


▲燃油车跑快了反而更省油


  就算油耗名声一般的美系车,跑高速的油耗数据也可以很漂亮,比如别克中型SUV昂科威2.0T,市区百公里10个油已经算比较省了,但高速6个多油算正常。


  然而,电动汽车正好相反,市区很省电,高速易“尿崩”。比如特斯拉Model 3在市区百公里电耗能低到12、13度,高速上17、18度还不能跑太快。


▲电动汽车高速行驶时续航会明显缩水


汽车跑起来需要多大劲?


  开发一款新车时,该给它装多大功率的发动机(驱动电机)?


  这就要看这辆车的“动力性”想达到什么水平了。


  说起汽车的动力性,主要是看三个指标:加速性能、最高车速、最大爬坡能力。
这里先插播传统燃油车开发时的一个套路:


  这三个指标中,工程师只要确定一个就行,那就是加速性能。因为对于大多数汽车来说,只要功率能满足加速性指标,等于其它两个指标也能同时搞定。


  所谓汽车加速性能,一看起步加速(就是我们常说的时速0到50公里、0到100公里加速),二看超车加速(比如时速60到100公里、80到120公里加速)。


  这里再插播另一个开发套路:


  为保证加速性能,发动机的设计最大功率,约为该车辆以100公里时速在平路上行驶时需求功率的10倍(汽车跑这个速度是真心轻松),或者是在6%坡度上以100公里时速行驶时需求功率的3~4倍。


  下边是一张功率需求对比图,说的是一辆重1吨的车,从起步到加速到100公里/小时,然后维持100公里/小时匀速行驶,这中间的功率需求变化。


▲汽车加速需要的功率远大于高速匀速行驶


  很明显,加速过程中发动机很是卖力,输出功率直线上升,跑到时速100公里时,最大输出功率接近100kW;但一旦时速稳定在100公里,发动机马上躺平,输出功率还不到20kW。


  看出点儿什么门道了吗?


  发动机一会儿疲于奔命,一会儿又岁月静好,加速时要卖苦力,匀速时忙里偷闲,也是够折腾的。


油车为什么市区特别费油?


  在城市里走走停停、忽快忽慢,油车是很憋屈的。

  话不多说,接着上图。这张图的主角是汽油发动机,说的是油耗和转速之间的关系。


▲油耗高低和发动机转速密切相关


  对于大部分汽油发动机来说,中间转速区间效率高,大约2000转到3000转之间是最省油的,而1500转以下的低转速,那是相当费油。


  上边两张图一块儿看,你瞬间就领悟了。


  城市里的路况太复杂,过个路口要减速、遇上红灯要停车、拐弯要避让行人自行车,赶上拥堵就只好龟速。汽车在城里跑是极不痛快的,发动机长时间在低转区间挣扎,还要频繁地应对加速减速。


  低转速费油,加速也费油,这两种对发动机非常不利的高油耗工况,就这样悲催地纠集到一起,你说咋会省油?


▲城市路况较为复杂


  但车子一跑上高速公路,剧情就马上来个大反转。


  高速公路上路况简单多了,车子不用频繁加减速,有大把的时间接近匀速,上边的功率需求图已经说得很明白,车子匀速跑时功率需求很低,发动机根本不用出多大力。
不仅如此,汽油车跑高速时,通过档位调整,发动机转速就能长时间落在2000到3000转之间,正是效率特别高、特别省油的区间。


  功率需求不高,而发动机运转效率高,油车在高速公路上好事成双,安能不省油?
那位说了,跑高速风阻大多了吧?


  汽油车真正的悲伤正是如上所说:转速一低毁所有。回头看看那张图,1500转以下的油耗实在是触目惊心。发动机在低转速下的效率太差,浪费的汽油太多,相比之下,跑高速时为克服高风阻而增加的油耗反倒不值一提了。


  一辆2.0T的轿车,在高速顶着风干到时速130公里,也比市区省油至少四分之一以上,燃油车在城市里跑实在是受了大委屈了。


为什么电车正相反?


  先看一张电机的输出特性图。



▲某电机输出特性图


  电机启动瞬间就能输出最大扭矩,巅峰状态一直坚挺到“某个转速点”,从此点开始下滑,就像坐了滑梯一样。


  输出的功率是随着转速增加,一直在爬坡,到了“某个转速点”爬上最高峰,然后一直维持巅峰状态。


  这一奇特的“某个转速点”有个专业名称叫“基速点”。一句话概括电机的特性就是:基速之下恒扭矩,基速之上恒功率。


  再看一张汽油发动机的输出特性图。



▲某2.0排量自吸发动机输出特性图


  汽油发动机的输出特性就是另一番风光了。功率和扭矩都是随着转速而上升,上升到一定程度开始下降,那意思有点像抛物线(当然,涡轮机会出现一个峰值扭矩平台,不再细说)。


  两张图对比着一看,马上就能明白:


  为什么电动汽车起步加速那么猛?因为一启动就是最大扭矩呀;


  为什么很多电车一跑高速就显稀松?因为电机到了高转速扭矩走了下坡路呀;


  为什么油车起步略逊但后劲更足?因为扭矩和功率随转速在持续增加呀。


  不懂“基速点”,就不懂得电机。


  基速点之前,一直是最大扭矩,不用输出大功率就轻松把事儿办好了。这大致对应城市工况,电车加速快还省电,更爽的是,一松油门还能给电池反充电,爽上加爽。
基速点之后,一直是最大功率,转速越高扭矩就越小,电机就开始心有余而力不足了。这基本对应高速工况,电车加速能力下降还特别费电,跑得越快越费电,更麻烦的是,风阻还越来越大,可叹雪上加霜。


  最后再看一张图。


▲某电机效率示意图


  这是一张电机效率图。


  每当看到这种图都不由赞叹:电机的效率是真心高,最高效率随随便便都在90%以上。再想想汽油发动机想达到40%的热效率都很难,真是机比机气死机啊。


  虽然整体效率很高,但最高效率还是出现在中低转速区间,高转速明显差点意思——这也算是电车高速费电的一个因素吧。


  转载自傅雪峰微信公众号。

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