没有这台变速箱,保时捷Taycan的性能要大打折扣

国际金属加工网 2019年11月12日

Taycan作为一台电动车,首次搭载了一台双速变速箱。相比传统发动机,电动机拥有更宽泛的输出区间,可以在很低的转速下就输出几乎全部的扭矩,并在大部分转速区域内都能保证良好的动力效率。所以,大多数电动车都采用了单速变速器来传输动力,没有必要使用传统内燃机车上的多档位变速箱。

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上个月,保时捷正式发布了首款纯电动跑车Taycan,先期版本为Turbo和Turbo S,即使这台车上并没有涡轮。

为了达到兼顾加速性能和高速性能,保时捷使用了两台高性能永磁同步电机,前后轴各一台。正常可以最多输出617马力(460kW)10秒钟,另外还有2.5秒的开启弹射起步的Overboost,Turbo S版本在此时最高可以输出751马力(560kW)和1050Nm的动力,Turbo则为670马力和850Nm,官方百公里加速成绩最快2.8秒,到200km/h只用9.8秒,极速260km/h。

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性能很是吓人,但更具有革命性的是,Taycan作为一台电动车,首次搭载了一台双速变速箱。相比传统发动机,电动机拥有更宽泛的输出区间,可以在很低的转速下就输出几乎全部的扭矩,并在大部分转速区域内都能保证良好的动力效率。所以,大多数电动车都采用了单速变速器来传输动力,没有必要使用传统内燃机车上的多档位变速箱。

不过,这并不意味着单速变速器就已经可以满足现在以及未来的电动车。比如从追求极致性能的角度来讲,保时捷就不满足。

双速变速箱其实是个大胆的想法

既然需要双速变速器,自然是希望既能增加扭矩进而提高加速能力,又可以增加最高速度。不过首先,并不是Taycan搭载的是双速变速箱,而是在后轴上搭载了双速变速箱,前轴依然有一台传统的单速变速箱。但保时捷为Taycan打造的双速变速箱真的是不惜成本、费了九牛二虎之力。

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作为一台保时捷,为了保证性能,Taycan用上了两台永磁电机。但是由于永磁电机在日常驾驶中会影响能耗和续航,而保时捷的“快”既要加速又要极速,所以萌生了两档变速器的想法。同时,永磁同步电机需要更好的散热能力,而且为了保证车辆性能持续发挥和极限的放电倍率,保时捷又设计了冷却功率很高且非常复杂的散热系统,采用双导流、双散热器、三回路与空调管路换热的水冷系统。但这也同时增加了能耗。

所以,保时捷在为了节省能耗、且避免永磁电机空转产生的拖拽效应的情况下,在两档变速箱的基础上可以将后轴完全断开,这就比普通只能“换档”的变速箱在结构上就又复杂了一层,保时捷最终能做出这样一款变速箱也是实属不易。

虽然只有两档,也已经跨入了多档位变速箱的行列,相比单速变速箱来说已经起到了质变的效果。而既然是多档位,它就同样拥有传统燃油车上变速箱的一系列优势,比如可以提高低速加速能力、通过在高速工况下降低发动机转速来提高驱动效率。更加宽泛的齿比范围能够帮助Taycan拥有更多的高速续航里程,同时还可以提高加速能力。

结构复杂,但效果不俗

保时捷自主研发的这颗变速箱重约70kg,可以承受最大550Nm的扭矩。拥有一个行星齿轮组和两个离合器,一个离合器负责完成正常的换挡动作,而第二个则可以使后桥电动机和整个后轴分离。整个变速箱中只有一个换挡执行机构,通过控制两个离合器的开合负责一档、二档、倒档、空档、P档所有档位的执行。也就是说,需要省电的情况下,Taycan可以只用前轴驱动,变身成一台更加经济的前驱车。

变速箱的两个档位的齿比自然不能像传统变速箱那样紧密,两档的齿比大约分别为16:1和8.05:1,二档的齿比几乎是一档的一半了,换挡点会在大约90km/h速度的时候。在大部分的时间,Taycan会用二档行驶,这也会大大增加车辆在高速行驶时候的经济性。而当车辆在Sport或Sport Plus模式下会直接用一档。如果是在普通模式下,你的踏板踩得足够深也是可以的。

下图展示的是Taycan变速箱换档时机的示意,其中上图是Range模式,可以理解为更倾向于续航取向的模式,下图是Sport运动模式,其中紫色线和蓝色线分别表示一档和二档的换挡时机。所以从图中我们也可以看出,Range模式起步以及大部分时间默认都是二档,只有在大概40km/h一下的低速并拥有非常高的转速时才是紫色线的地方,车辆才会切回一档,正如我们上文所说。而速度上来之后,无论油门怎么给,车辆都会在大约70-75km/h的时候升到二档。

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其实保时捷也想在前轴的变速箱上做点文章,比如也加离合器片去耦,不过整车就是在太过复杂了。所以从生产维修和成本的考虑,Taycan前轴的电驱单元现在是实时连接的,好在前轴相对小功率的电机和行星齿轮组变速箱不会耗费太多能量,而且意味着这辆Taycan无法变成一款纯后驱车型。

同样通过轮上扭矩输出和速度的图示,我们可以看到双速变速箱和单速变速箱所带来的差别。其中绿色线为后轴输出,深绿为一档、浅绿为二档,红色线前轴输出,蓝色先为综合输出。在灰色竖条的换挡区域内,我们可以看到一档的扭矩输出逐渐下降与二档曲线交汇,之后被二档超过(一档实线变虚线、二档虚线变实线),而一档曲线最终停止是因为已经达到了它在16000rpm时的最大输出,自然不利于再加速,后面则由换档后的扭矩输出继续让车辆加速。

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同时在变速箱的从动轴上,Taycan还配备了多片离合器式的电子限滑差速器,与保时捷许多其它产品相同。我们在一些车辆的后轴上已经见过不少采用了双电机设置,分别独立控制两个后轮,比差速器拥有更迅速地扭矩适量分配。不过显然保时捷还是选择了保守的方法,使用了单电机和差速器的组合。同样可能也处于包装和成本的原因,毕竟已经这么贵了。

正是得益于后轴的双速变速器、永磁同步电机以及高压800V电压平台,拥有751马力最高动力规格的Taycan Turbo S,此前已经进行过一次连续26次0-200km/h加速测试且没有明显性能衰减。保时捷表示,而且即使电池电量已经低于50%,车辆的性能也不会有任何影响。

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整个后驱单元被设计得尽可能的体积紧凑,可以尽量保证后备箱的空间。当发生追尾或后部事故时,车尾的电机和变速箱结构都被设计成可以向上、向前溃缩,以最大限度保证电池组的安全。

我们都知道,最早特斯拉就在它的Roadster上尝试过采用双速变速箱,不过最后由于种种问题导致量速变速箱计划搁浅了,依然用回了单速变速箱,在早期版本中由博格华纳提供。不过特斯拉和博格华纳造不出来不代表保时捷也造不出来。果然。

无独有偶,ZF也发布了自己的双速变速器

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作为现在世界最主流的变速器供应商之一,ZF在此前也刚刚发布了一款针对电动车全新的双速变速器,可以有效提升电动车运行效率,而且并不会占用太多车内的空间。ZF的这套变速箱单元同样集成了电机和减速器,只不过减速器拥有两种齿比。在结构上,它相比保时捷Taycan的双速变速箱更加简洁,但是ZF为它配备了更加综合化的换挡逻辑。


这台变速器默认设置会在大约69km/h的速度时进行换挡,不过这个点并不是固定的。系统会根据车辆工况甚至基于地图和地形信息对换挡时机进行调整,而且当系统认为到下一个充电点的续航里程开始紧张或不够时,还能主动调整档位来减少续航里程压力。整个变速箱程序还可以通过OTA升级进行更新。

多了一个档位之后,ZF表示可以使这辆车行驶更有效率,相比传统单速变速箱结构可以增加5%的续航里程。主机厂商也可以因此配备容量更小的电池来减少车重。不仅是在效率上,ZF通过多的一个档位也可以增加电动车的极速,解决不少电动车为了保证低速加速性能而在最高速上导致的劣势。

此前,都在传言ZF的这款双速变速箱将会被用在保时捷Taycan上,不过显然,保时捷自己留了一手。

另外,在ZF全球科技日上,他们还展示了全新一代8速混合动力自动变速器。电机的最大功率为160kW,持续输出功率为80kW。在不启动发动机的情况下,最大扭矩可以达到450Nm,即使在纯电模式下也可实现高速行驶。这是ZF迈向新能源领域的另一个动作。

小结

Taycan的发布,以及首个电动车双速变速箱,毫无疑问具有相当的革命性。而且作为传统豪强的一员,保时捷在纯电动车上的头一炮相比之前的那些毫无疑问更能拿得出手。拿得出手比的是谁?大家心里都不约而同想的是特斯拉,把Taycan也不自觉地算做“特斯拉杀手”之一。诚然Taycan和特斯拉的哪款车定位都不一样,但现在传统车企阵营可想不了这么多,先把你比下去再说。

不过马斯克说了,下周Model S也要跑纽北,让我这个轿车也跟你跑车比一比。最快量产四门电动车的记录花落谁家?坐等吃瓜。

(云车网)

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雷尼绍

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