电动汽车为什么一跑高速，就变弱鸡？为什么要研发高速电机？

　　不管是十来万的家用车，或是三四十万的入门豪华车，还是顶级运动车型，结果都差不多，最高车速这个参数上，不管什么级别的电动车，都被同级别汽油车碾压。
　　其实，现在主流电动车的电机，最高转速大概一万六千转左右。汽油发动机要做到1万转，绝对是超跑水平了，很多人可能三千转都很少开得到，电动汽车的电机随随便便就1万多转，为啥最高车速上不去呢？
　　主流电动车的电机，最高转速大约在16000转
　　绿芯频道，最硬核的新能源汽车科普。今天，我们来聊聊，为什么我们需要高速电机，为什么电机转速这么高，最高车速却上不去。
　　欢迎观看本期视频内容：电动汽车为什么一跑高速，就变弱鸡？高转速电机到底有多难？
　　我们说特斯拉碳纤维包覆转子的那期节目里，有评论说到：模型电机有8万转，戴森吹风机里的电机最高转速都能达到11万转，怎么到了电动汽车这里，区区2万转的转速，就算是黑科技了呢？
　　好莱坞电影看多了，可能让大家有这样一种错觉，感觉变大变小，轻松又正常。其实并不是这样。在我们生活的三维世界里，一个东西的长度如果增长N倍，那它的表面积，或者截面积增长的是N的平方倍，而体积增长，是N的三次方倍。
　　蚂蚁可以扛起自身体重十倍的东西，但如果把2毫米长的蚂蚁尺寸放大1000倍，弄得跟大象差不多大，那它的体重会非常夸张地增长到10亿倍，而蚂蚁腿的肌肉截面积增长，只有100万倍。这样的蚂蚁不仅不能举起什么重量，而是早就被自己的体重，给压垮了。
　　在电机转子上，也是同样的道理。
　　我们来看看这个高中就非常熟悉的向心力公式F=mrw^2。比如说转子的截面，转子半径r变成2倍，这个扇形的面积会变成4倍，对应的质量m也变成4倍。算下来，单位角度上的材料，需要提供的向心力变成了8倍。
　　现在高功率的电机转子，已经越来越轻量化了，但也只是相对变轻了。大家可以试想一下，这么重的一个铁疙瘩转到2万转的效果，和一个只有几十克重用在模型上的电机转到2万转的效果能一样嘛？显然是不一样的。
　　其实也有评论区的朋友说了，＂让摩天轮转到100转，看地球上有啥材料受得了＂。不同尺寸的电机，是不能互相直接比较的。
　　对于汽车用的电机，要做到每分钟2万转，不仅对转子的强度提出了要求，同时对于轴承，动平衡、冷却等方面，都提出很高的要求。
　　那为什么工程师绞尽脑汁，也一定要把转速做高呢？以前V10的F1赛车，发动机最高能到2万转，现在只有1.6L排量的F1，加持了电机之后转速只有1万6千转了，但圈速还变的更快了。高转速真的是唯一标准吗？
　　上图这个公式是发动机功率的计算公式，从这个公式可以看出来，对发动机来说，因为在这个公式里，标红部分的值都定死了，如果没有额外的涡轮增压或者机械增压，那想要提升发动机的功率P，只能提升这个转速n。所以在车迷的印象里，高转速这件事，就与汽车的动力性，划上了等号。
　　同时呢发动机低速扭矩差，扭矩好用的转速只有那么一小段，而且因为有怠速的原因，最低一段的转速是直接不能用的。所以变速箱这又重、又一大坨的东西，应运而生了。
　　发展了100年，发展出了AT，DCT，CVT，AMT一大堆。说穿了，这是因为发动机这个兄弟不够给力，被逼出来，而不是天生就该有的。变速箱的引入，改善了动力，但也带来的一系列动力中断，冲击、额外重量，传动损失，也不是天生该有的。
　　但好在，电机起步扭矩又大，转速范围又宽，从0转速到最高转速，没有不能用的区间。工程师好开心，终于有机会，摆脱这个又重又大的变速箱，不用换挡了。从已经上市的这么多电动车来看，量产车里，只有保时捷Taycan，和上汽Marvel R，在后桥的驱动总成里，布置了换挡机构。Taycan是单电机通过行星齿轮形成两个输出齿比，Marvel R是为小电机匹配了平行轴换挡，但他们也都只有高低两个档位而已。
　　保时捷Taycan行星齿轮换挡机构
　　上汽MarvelR后轴换挡机构
　　所以从3万块钱的五菱Mini EV，到20多万美元的Model S Plaid，所有电动车，都是一样的：只有一个速比。
　　只有一个速比，意味着这个减速比的选择，变得非常重要和敏感。工程师在设计的时候，要不断取舍。
　　为什么这么说呢？这是一个电机的外特性图。
　　横坐标是转速，纵坐标是最大扭矩。通过速比和车轮半径，我们可以把横坐标计算成对应的车速，把纵坐标计算成轮端的扭矩。
　　起步的时候进入恒扭矩区间，随着转速上升，最大扭矩一直不变。一直到这个点，最大扭矩乘以转速正好得到电机的最大功率。然后转速再增加，功率不能再继续上升了，就进入恒功率区间。这时候转速越高，输出扭矩越低。
　　这是两个性能一样的电机，通过两个不同的速比，在轮端获得的结果。横坐标变成了车速，纵坐标变成了轮端扭矩。
　　轮端扭矩，这个词有点熟悉是不是？
　　如果这个值设计大了，我们可以看到，就是这根蓝线。在低速段，轮端的扭矩是挺好的，但是电机最高转速是限死的，对应的最高车速，就会降低。
　　反过来也是一样的道理，这个值设计小了，就是图里的红线。在高速段是自由了，但是在低速的轮端扭矩就低了。结果就是，坡起能力更差，低速时的加速更差，起步时，会感觉很肉。设计本身就是一种取舍，所以工程师要不断互相平衡，才能获得一个合适的值。
　　这也解释了为什么，同档次的电动车和传统车相比，电动车往往会有不错的0-100的加速性能，但是最高车速却都很拉胯。
　　Taycan的后桥已经有两档的换挡机构，让它在不同车速下都有更好的动力性。但无奈最新款的992 的911 turbo S，那个3.8T的发动机实在太强大了，配合7速的pdk变速箱，零百加速比taycan还快，极速更是吊打。没办法，大力出奇迹，真的太强了。
　　911 turbo S之所以能这么快，归根结底，还是发动机足够猛。如果要做一个Model S Plaid这样，加速在3s内的狂暴车，动力源一定要足够暴躁。
　　电机工程师能怎么做呢？首先是不断堆料，增加电机的扭矩和功率参数；然后是增加最高转速，让电机有更大的转速范围；最后给更牛的电机匹配一个更大的速比。
　　这时候无论是低速还是高速段，轮端扭矩都更大了。这是不是很香，是不是你想要的结果？以后大家见到加速在4s，甚至3s内的电动车，应该都会追求接近2万，甚至2万转以上的高转速。总结来说，以后的电动车，不仅需要加速快，极速也要高，所以开发高速电机是必然趋势。
　　现在25岁以下的年轻汽车爱好者，已经很难体会在那个自然吸气的年代，车迷对于发动机转速的那份执念了。
　　本田爆vtec 7000转，brz＂7200转干他＂，E90 M3 8000转，S2000 9000转。我可能这辈子也无法忘记，在陆家嘴隔着10米见到V10的F1赛车，当车尾对着我油门到底的时候，那种五脏六腑被冲击的震撼。
　　时代的洪流滚滚不停，对性能车来说，如同F1一样，自然吸气高转速的时代永远过去了。取而代之的是，电机犀利的啸叫。
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