（特约作者 张抗抗）在上一篇文章《锦上添花还是画蛇添足?全面分析电动汽车是否需要变速箱》中，笔者指出，在进行分析时，一定要有一个大前提：“达到相同的性能”。文章在几个汽车行业群中引发了讨论，认为这个话题有值得深入的潜力。因此，笔者就借此文，以一个真实的案例来稍微深入地讨论这个问题。
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首先，什么是“相同的性能”？
一个车型在设计阶段，性能如何定？ 长期来看，是市场说了算；短期来看，那当然是领导说了算。简而言之，不同的车企，对性能目标的设定，是不同的，这就是性能目标的多样性。简单起见，本文准备以国家标准GB/T 28382《纯电动乘用车技术条件》作为参考来定性能目标。
GB/T 28382指出了8个指标，并为其中7个指标规定了最小值。也就是说，如果设计的车辆不满足最小值，就不许进入市场。这8个指标分别是：
1.最高车速指标(维持30分钟)，至少达80km/h速度
2.爬坡性能1：爬4%的坡至少能达到60km/h速度
3.爬坡性能2：爬12%的坡至少能达到30km/h速度
4.爬坡性能3：可以爬20%的坡，不要求速度
5.加速性能1：0-50km/h加速时间小于10s
6.加速性能2：50-80km/h加速时间小于15s
7.续航里程：工况法大于80km
8.百公里电耗：未规定最小值
第7项可认为是动力性指标，第8项可认为是经济性指标，统称为性能目标了保险起见，本文将性能目标定得比国标稍微高那么一点点，如下图：
特斯拉走得是从高端到低端的路线，动力性指标远高于GB/T 28382的最低值。
然后，什么是性能目标间的trade-off关系？
我们已经看出来了，性能并不是单个指标，而是多个指标。所谓trade-off关系，就是说，有可能我们在追求目标A的时候，损害了目标B。
先考虑没有变速器的情况。具体的仿真方法不在此展开，文末附录会简单地列出仿真工具与仿真方法。此处仅以图表的形式，简单地列出结论。
上图表达了一个意思，在没有变速器的情况下，最高车速、加速性能与百公里电耗三者之间是此消彼长的关系，不可能同时达到3者最优。图中上面那个箭头，体现出在没有变速器辅助下的电机的尴尬： 要么采用小减速比，尽量提高最高车速性能；要么采用大减速比，尽量满足0-50km/h的低速加速性能。具体来说如下面的示意图所示，如果采用了小减速比，那么最大车速会提高(蓝色线)；如果采用了高减速比，那么最大车速会变小，但在0-50km/h的最大输出转矩增加，加速性能会提高。这就是所谓的性能指标的trade-off关系：你好我不好，你不好我才能好，这是一对冤家的矛盾。
2档变速器怎么解决这个问题呢？ 很简单——换档。起步挂I档，高速挂II档，就兼顾了加速性能与最高车速性能。增加了2档变速器之后，由于增加了系统的自由度，就有可能使3者都达到更优的水平。具体的仿真结果是，在使用同样的50kW电机的情况下，不使用变速器的车辆性能为(称为方案A)：
方案A：
最高车速96km/h
0-50km/h加速时间为5.81s
百公里电耗为15.23kWh
而在变速器的帮助下，车辆性能为(称为方案B)：
方案B
最高车速136km/h，
0-50km/h加速时间为5.8s
百公里电耗为15.23kWh
细心的朋友已经发现，两种方案下加速性能、百公里电耗几乎相同，但最高车速大为提高。实际上，在有变速器的情况下，可以优化出其他配置，牺牲最高车速性能，来提高加速性能与经济性指标。
增加变速器可以降低对电机的要求？
咱们再回想一下大前提：“达到相同的性能”。为此，笔者又进行了一次仿真，这次仿真缩小了电机功率，把电机最大功率从50kW降低到30kW(称为方案C)。方案C可以达到的性能指标为
方案C：
最高车速104km/h
0-50km/h加速时间为6.41s
百公里电耗为15.29kWh
方案C与方案A相比，经济性指标相似，最高车速指标略高一筹，而加速性能略逊，总体上是旗鼓相当，勉强算得上是“达到相同的性能”。
这个例子就说明，达到相同的性能”的前提下，增加变速器可以降低对电机的要求。
然后呢？
笔者必须得承认的一点是，小电机+2档变速器的方案，并不比大电机+无变速器的方案更具备吸引力。毕竟，二者成本相当，前者凭空多出了变速器，还要再配个离合器，系统复杂了。对于集成开发经验薄弱的中国车企来说，每增加一个环节，就增加了一个出错的可能性啊。
从这个例子看来，变速器真的是画蛇添足！
笔者为啥做个仿真打自己的脸呢？ 其实是想说明一个问题，就是不同案例下得到的结论不相同，而本文举了一个极端的例子：动力性能刚刚满足国标最低标准，就得到了一个不支持变速器的结论。
而真实情况是，成功的电动汽车车型的性能目标，往往不能定得那么低！特别是，像特斯拉这样的成功案例，反而要比传统内燃机汽车的动力性更强。这是因为，喜欢环保的人群往往也比较在乎这个车酷不酷。
在高动力性指标的案例下，电池组的最大功率就会成为约束条件之一，减少变速器意味着执行器功率的提升(电机从180kW上升到240kW)，电池组也就被迫从60kWh上升到80kWh。再者，对于美日欧车企来说，变速器的集成已经轻车熟路，不会在意这种系统复杂度的提升。在这种情况下，不用仿真都可以知道，带变速器的方案是更合理的——因为可以省成本大头的电池容量。
最终结论
1.低性能电动汽车，增加变速器可以降低对电机的要求，综合成本相似，系统集成复杂度提高。
2.中高性能电动车，增加变速器可以降低对电机的要求与对电池组的要求，综合成本降低，系统集成复杂度提高。
3.缺少经验与研发实力薄弱的车企，对系统集成复杂度较为敏感；经验丰富、研发实力雄厚的车企，对系统集成复杂度不太敏感。
4.长期来看，大部分电动汽车依然需要变速箱。但不需要太多档，2-3档即可(未详细论证)。
附录：仿真工具、仿真方法与试验验证
仿真工具：常用的车辆纵向动力学仿真工具包装ADVISOR与CRUISE。对于有一定编程基础的工程师来说，使用matlab直接编程或在ADVISOR的源程序上改编会更方便一些。本文的案例采用了ADVISOR与matlab直接编程两种方法仿真的，以防止出现编程失误引发的错误结果。
仿真方法：仿真采用的非常经典的车辆纵向动力学模型(公式如下)，电机效率特性使用MAP图，换档逻辑从简：最高车速性能测试采用I档；加速性能测试采用II档；百公里电耗测试取I档或II档较小值且不允许换档(这弱化了2档变速器的节能潜力，这是保守的简化设定)，工况采用GB/T 18386的市区工况。优化算法为多目标遗传算法(Multi-objective genetic optimization algorithm)。
试验验证：仿真结果得到了试验验证。更细节的信息就在不此展开，有兴趣讨论的可发到此邮箱：zkk04@qq.com
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