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『汤叔解惑』为性能还是为续航?保时捷Taycan为什么要选用两挡变速箱?

2019-10-12 10:54

来自 :电动邦

作者 :汤启隆

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记得在很早之前,我用一篇专栏专门介绍过电动机的功率扭矩输出特性曲线。详细解释了电动机低速恒扭矩平台的特性,以及不同电机类型,高效工作转速区间的差异。当时有很多评论提出:既然电动机有低速扭矩大但高速废电的特性,为什么不给电动机设计一个变速箱呢?如今随着保时捷Taycan的推出,两档变速箱的设计策略进入了人们的视野。那么为什么保时捷Taycan要采用两档变速箱,而与之动力性能相当的特斯拉Model S却仍在坚持在用单级变速箱呢?本期来为大家解读。

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▲保时捷Taycan的关键性能参数

 

■  新派车企和老牌车企在研发上有着巨大的实力差异

一句话来概括:不是特斯拉不想用,而是特斯拉造不出来。

其实特斯拉早在推出Model S之前,它的Roadster(就是马斯克发射进太空的那台车)在研发之初就考虑过采用两挡变速箱,但是项目进展很不顺利。由于电动机的超大扭矩特性,使得市场上能够买到的、现成的变速箱都很难适应如此苛刻的工作条件。所以,除非自己从头到尾研发一款能够承受几百牛·米扭矩的两挡变速箱。而当初特斯拉也的确这么做了,但是可靠性和耐用性存在的巨大问题一直无法解决。所以特斯拉最后放弃了对两档变速箱的研发,退而求其次使用了单级减速器来实现动力的传递。

由此可见,变速箱的技术壁垒确实很高,不是一个新进企业短短几年时间能够掌握的。而且变速箱不仅技术门槛高,研发投入也是巨大的。如果说正向研发一个纯电动车型,不需要发动机变速箱的整车平台,从开始到第SOP,大概需要1500-2500研发人员的话,那么动力传统系统的研发则需要上万人。

具备动力传统系统研发能力的公司,如:奔驰福特等,它们的PT(动力总成)部门甚至能够达到数万人的规模。要知道这样的研发规模已经持续了几十年,每一代产品性能的提升都是基于这样大的研发投入下实现的,这还是在有前面几十年的技术积累的前提下。

所以,一个新的造车品牌想完全掌握变速箱的研发几乎是不可能的。因此很多品牌如果需要变速箱只能从爱信、ZF这样的变速箱配套商处购买。这就是为什么大家看到自主品牌车型的自动变速箱基本上不是德国采埃夫的就是日本爱信的。而且几乎千篇一律的要么6AT要么8AT。因为自主品牌的销售规模有限,很难让变速箱供应商专门为其开发变速箱(研发成本均摊下来会造成价格巨贵,没有市场意义)。但是像宝马这样的品牌,虽然自己不制造变速箱,但是它的出货量足以支撑ZF为其定制开发,甚至宝马和ZF共享知识产权。也就是说,如果ZF想把同款变速箱卖给其它品牌,还需要获得宝马的授权才行。类似的情况在很多汽车核心零部件中都非常常见,这就是虽然自己不生产变速箱但仍然具备技术壁垒的宝马。所以,特斯拉和国内的新势力们只能选择绕开变速箱的开发,退而求其次使用单级减速传动。

▲采用两挡齿轮比之后Taycan能够获得多少性能优势?

我在之前的专栏为大家介绍过电动机的恒扭矩平台。往往,永磁同步电机的恒扭矩平台要比交流异步电机拥有更宽的车 速范围。从保时捷Taycan的前后电机匹配来看,前后都为永磁同步电机,并且前电机重量控制到了76kg,后电机重量170kg,再匹配上两档变速箱可以使得其拥有适应广泛转速的恒扭矩(最大扭矩)输出特性。

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比如上图,为通用Volt电动车电机的扭矩与转速的关系曲线。从图中可见,在0-3000转左右可以获得一个恒扭矩平台。

所以,在两挡变速箱的加持下,Taycan可以在更宽泛的车速情况下,使用效率最高性能最好的恒扭矩电机转速驱动。从而获得比单级减速器更优异的、各个不同速度范围段的加速性能。

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上图为在其它条件相同的情况下,采用单级减速和采用两挡变速箱获得的,不同速度范围段的加速时间差异以及续航里程差异。从上图可以看出,保时捷Taycan前电机并没有配备变速箱,而是采用单级齿比传动。后电机配备了一个两档变速箱,齿比为1挡10.5;2档7.0 。相比单级减速器,两挡变速箱可以把0-60英里/小时的加速时间减少0.3秒,100-150英里/小时的加速时间减少1.4秒,并且续航里程可以提升0.3%。所以,保时捷之所以为Taycan配备后电机的两挡变速箱,主要设计诉求,是为了提升加速性能而不是续航里程。

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上图是为Taycan定制开发的变速箱,采用电控操纵系统,通过狗牙齿轮来实现顺序式换挡。

保时捷Taycan的两挡变速箱结构十分复杂,采用多片离合器控制动力的通断,并且使用了赛车上使用的顺序式变速箱才会用到的狗牙齿轮,这种齿轮在市售的量产燃油车上是见不到的。再通过电机控制换挡操纵机构的运动,实现不同齿比齿轮的选择。并且它可以承受住后电机610牛·米的超大扭矩。

■ 结论

虽然原则上电动机驱动的汽车不需要变速箱,但如果该车型的定位是一款性能车,那么为此匹配上一台两档变速箱,是一个非常有效的性能提升手段。这就是老牌车企转型电动车的优势之所在。它们可以随心所欲的设定整车的性能目标,因为在他们的技术储备库中有足够多的选项能够轻松达成为此设定的性能,而不是因为没有掌握核心技术而不得不选择退而求其次的妥协办法。

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