跟著引擎一起下台？為何電動車不使用「變速箱」？

燃油引擎少不了的好夥伴變速箱可說是燃油引擎最重要的工作夥伴，透過變速箱「換檔」改變傳動齒比，善用引擎出力區間驅動車輛從低速遊走到高速巡航一氣呵成，達到「起步有力」、「高速省油」的目的。正因為變速箱對於燃油汽車來說是至關重要的組件，即便是Hybrid或PHEV車型，只要車上引擎參與動力輸出， 幾乎就少不了透過變速箱換檔、傳遞動力的過程。參考市面上的量產電動車，從日常通勤的Nissan Leaf到極速高達412km/h的Rimac Nevera電動超跑，都僅採用單速齒比而不具備變速功能，白話點說只要「一檔開到底」即可因應各種路況與動力輸出。少數例外則是保時捷Taycan與雙生車奧迪e-tron GT，是目前唯二在後軸馬達採用兩檔變速的量產電動車，但前軸仍維持著單速齒輪的設計，也就是說「變速箱」這項對油車來說重要的零件，在電動車上面卻成了可有可無的存在。接下來將從變速箱的「必要性」、「馬達輸出特性」與「加上變速箱的優缺點」來探討，電動車到底需不需要變速箱？

引擎vs.馬達 「啟動」特性大不同
引擎會怠速運轉－需斷開動力這得從引擎與馬達運作原理大不同開始說起，由於引擎運作是透過油氣在汽缸內不斷燃爆帶動曲軸旋轉，因此一旦發動便得維持最基本的轉速（怠速）才能確保持續運行，若停止運轉，便得透過外力（啟動馬達）再次推動引擎運轉才行。而變速箱的功能之一便是確保車輛靜止時能「斷開」引擎與輪胎之間的連結，在停止移動、不需要動力時脫離來自輪胎的負載，藉此達到穩定的怠速運轉，這套裝置在手排車上便是離合器機構，傳統自排則透過扭力轉換器達到相同效果。

馬達零怠速－通電運轉、斷電停止電動馬達有所謂「自身啟動」的特性，也就是不必靠外力就能自行啟動，運用電磁感應原理只需「通電」馬達就能旋轉運作，想要停下來也只需斷電即可。這道理就像家中的電風扇，按下開關通電、馬達便會自行旋轉，拔下插頭斷電便會停止轉動，兩者基本原理並沒有太大的不同。馬達能自行啟動的特性也就無需設計離合機構，將馬達與直接透過齒輪咬合連結輪胎即可，馬達停止轉動也就等於車輛靜止，簡單的很！再者電動馬達能透過改變電流方向雙向旋轉，要前進、要倒車透過控制器便能一鍵搞定，不像燃油引擎只能朝單一方向運轉，要讓車輛向後退還得透過變速箱的倒車齒輪才行。綜合電動馬達「無需怠速、可自身啟動」與「可正反雙向運轉」兩項特性，使得電動車在機械結構上不需要變速箱也能正常行駛。

引擎vs.馬達 「輸出」特性大不同
引擎動力區間有限 需換檔維持甜蜜帶燃油引擎除了先天硬體需要變速箱匹配，在輸出特性方面也要靠著變速箱的「變速能力」才能正常行駛，從上圖燃油引擎輸出特性來看，能看出引擎在低轉速域不論馬力、扭力都很貧弱，直到4000rpm以上才有相對穩定的扭力曲線，最大馬力甚至在5500rpm才達到巔峰，卻又在6000rpm以上劇烈衰退。如此動力特性讓燃油引擎可用的動力帶（Power Band）相對窄小，需要透過變速箱多檔位、不同齒比配置才能善用動力帶，同時滿足起步、加速與高速巡航等行駛需求。

馬達動力帶寬廣 任何轉速都「有力」電動馬達的輸出特性則截然不同，同樣以圖為例、馬達起轉瞬間便是最大扭力輸出，直到4000rpm才逐步衰退、交由最大馬力接手並持續向上推升車速，而這也是電動車起步加速驚人、中低速域動力一氣呵成的主要原因。起步全扭力、高轉全馬力的輸出特性讓動力帶寬廣，即便僅有單速齒比依然能在任何轉速區間提供足夠動力輸出，也因此市售多數電動車並不需要變速箱與額外檔位，單速齒比即可一檔打天下。對傳動原理熟悉的讀者可能會好奇，電動車靠著單速齒比要能兼顧起步，減速比自然不能太小，否則會像燃油車5檔、6檔起步一般重拖，但要兼顧起步、多少也得犧牲高速表現才行。但要解決這項問題並不難，齒比不變的前提下，提升馬達轉速便能帶來更好的高速延伸性，舉例來說最新的Tesla Model S Plaid即便有著1020hp最大馬力，卻依然採用單速齒比，為了達到322km/h原廠公布極速，其馬達轉速最高可達約20000rpm，這是機構複雜、運轉零件眾多的燃油引擎所難以達到的境界。

電動車變速箱非必要 但能 「錦上添花」既然電動車不必搭載變速箱，靠著單速齒比即可正常行駛，那麼保時捷Taycan又為何在後軸馬達採用兩速變速箱？事實上Taycan的兩速變速箱可以視為保時捷對於高性能的追求，低檔位（一檔）僅在全油門或Sport、Sport+模式下啟用，在時速80km/h以下帶來更好、更即時的加速反應，面對多數日常路況Taycan仍是以高檔位（二檔）行駛，甚至在低負載狀態下還能完全以前軸馬達發力，以降低長途行駛的電力消耗。從Taycan的例子可以知道，變速箱的導入對於電動車性能提升確實有著正面助益，低速檔強化起步反應、巡航檔降低長途電耗等優點都與燃油車變速箱完全相同。事實上包括ZF、Getrag等變速箱大廠早已投入電動車變速箱領域，德國Bosch也在近期發表電動車專用CVT變速箱－CVT4EV，能進一步將馬達轉速控制在高效輸出區間，Bosch表示這套變速箱能提升約4%效率表現，帶來更佳的續航里程與動力反應。看到這邊眼尖的讀者或許已發現問題所在，增加零件成本、提高車重又需額外維護的最新款電動車變速箱，竟然只增加「4%」的行駛效率。對於性能的提升遠不如增加馬達轉速、降低運轉阻力、增加電池模組等措施來得有效且省成本，造就市面上多數量產電動車仍以單速變速箱為大宗，僅有少數特定目的如Taycan為了強化起步加速而採用兩速變速箱。

電動車變速箱目前少 但未來發展難定從「機械結構」、「輸出特性」、「優缺點」三個層面進行分析，不難發現為何多數電動車仍以單速齒比為主流，車廠之間提升電動車性能也以馬達技術、電池科技與運轉效率為主要研發方向，現階段電動車變速箱所帶來助益顯然不敵額外重量、維護、成本等負面因素。然而隨著未來電動車科技必將面臨瓶頸，變速箱開發也更趨成熟，相信假以時日變速箱仍能替電動車發展帶來如虎添翼的效果。