電動車從沒檔位到有檔位,原因可以歸結于三點:效率的提升、動力性增強、驅動電機小型化和低速化,我們分別看看這款變速器的情況:第一點效率上,兩檔對 Taycan 驅動系統的效率提升沒有任何幫助。第三點電機小型化上,Taycan 的后軸(兩檔變速器所在軸)采用了 335千瓦、550牛米和 16,000轉速的電機,顯然沒有走小型化和低速化的路線。保時捷真正的初衷在與第二點,“動力性增強”上。利用第一檔的高傳動比,Taycan 在百公里加速上達到了2.61 秒,比特斯拉 Model S 稍快。
變速器技術細節
在開發這款兩檔變速器的過程中,保時捷在前期考慮過不同的設計方案。下圖展示了其中的六種方案。包括行星齒輪組形式(例如方案③、④、⑥)、圓柱齒輪形式(例如方案①),以及兩者的混合形式(例如方案②、⑤)。各個方案復雜度不一,方案⑥甚至采用了兩組行星齒輪排來實現兩個檔位,不難想象為什么這個方案沒有被最終采用。
值得指出的是,所有方案都有一個共性,那就是都采用了一個單向離合器、一個爪式離合器以及一個多片式離合器(圖中的黑色三角形符號代表單向離合器,黑色圓形符號代表爪式離合器)用來換檔。我們馬上會說這幾個離合器的功能。保時捷最終選擇了行星齒輪組形式的方案④,進入了量產。
我們這里就挑出方案④和落選的方案③,看看保時捷為什么這么選擇。
在第④號方案中(下圖左側圖),驅動電機通過一級齒輪組減速,連接到行星齒輪組的齒架上(藍色線)。第一檔時,太陽輪(紅色)通過左側的單向離合器(黑色三角形符號)被鎖死。此時,根據需要,變速器控制器還可以額外關閉爪式離合器(黑色圓形符號),給太陽輪“上了第二把鎖”,使其鎖死。行星齒輪組中的齒圈連接至差速器(綠色),作為變速器的輸出端。這是第一檔的情況。這一檔的傳動比為 16:1。第二檔時,爪形離合器打開,同時齒圈與齒架通過一個多片式離合器連接,行星齒輪組被“短路”。第二檔的傳動比為 8.05:1。
在第③號方案中(落選,下圖右側圖),驅動電機的轉速通過一級齒輪,與行星齒輪組的齒圈外側嚙合。第一檔時,單向離合器或/和爪式離合器鎖死。第二檔時,多片離合器鎖死。方案③的結構其實更為簡單。
為什么③號方案落選?高轉速。如果你回到上一張圖,你可以發現,在①、②、③號方案中,當電機以高轉速旋轉時,方案①和②中的多片離合器、方案②和③中的行星齒輪組的齒圈直接與高轉速“接觸”,零件的設計構型要求非常高。而在方案④、⑤、⑥中,電機出口處的一級減速成為了一道天然屏障,使得之后的零件所“接觸”到的轉速大大降低。這樣一來,行星齒輪組、換檔元件等都處于一個“轉速保護區域”,這些零件的設計、選型要求都能大大降低。反過來看方案①、②、③,這個“轉速保護區域”是不存在的。
而相比于⑤和⑥來說,方案④的優勢在于它的結構“不那么復雜”(其實也挺復雜,我不好意思說出來)。就這樣,就像為 Taycan 取名字一樣,保時捷千挑萬選,最終看準了方案④,進入了量產。
保時捷Taycan變速器中的換檔鼓
必須指出的一點是,雖然只有兩個檔位,但是兩檔變速器的構型可以非常多樣。上面展示的保時捷所考慮的六種方案就是一個很好的實證。保時捷選中的方案④復雜度很高,對于很多其他公司來說,沒有太多的參考意義。如上圖,這款變速器內采用的很多零件都是行業內不常使用的種類,例如換檔鼓、離合器撥叉等。由此帶來的一大挑戰是供應商的選擇,以及與之相聯的成本問題。當然,保時捷作為財大氣粗的高端車型廠商,這些問題“比較”好解決,對于他人來說卻是另一碼事。 兩檔變速箱還有比保時捷更好的方案。市場上兩檔產品,在接下來的幾年中會出現多樣化。從技術路線上總結來說,在無動力中斷換檔的前提下,成本為王。
審核編輯 :李倩
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原文標題:技術解析丨保時捷兩檔箱技術細節
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