技术解析丨保时捷两档箱技术细节



电动车从没档位到有档位,原因可以归结于三点: 效率的提升、动力性增强、驱动电机小型化和低速化 ,我们分别看看这款变速器的情况:第一点效率上,两档对 Taycan 驱动系统的效率提升没有任何帮助。第三点电机小型化上,Taycan 的后轴(两档变速器所在轴)采用了 335千瓦、550牛米和 16,000转速的电机,显然没有走小型化和低速化的路线。保时捷真正的初衷在与第二点,“动力性增强”上。利用第一档的高传动比,Taycan 在百公里加速上达到了  2.61 秒 ,比特斯拉 Model S 稍快

技术解析丨保时捷两档箱技术细节的图1


变速器技术细节

在开发这款两档变速器的过程中,保时捷在前期考虑过不同的设计方案。下图展示了其中的六种方案。包括行星齿轮组形式(例如方案③、④、⑥)、圆柱齿轮形式(例如方案①),以及两者的混合形式(例如方案②、⑤)。各个方案复杂度不一,方案⑥甚至采用了两组行星齿轮排来实现两个档位,不难想象为什么这个方案没有被最终采用。

值得指出的是,所有方案都有一个共性,那就是都采用了一个单向离合器、一个爪式离合器以及一个多片式离合器(图中的黑色三角形符号代表单向离合器,黑色圆形符号代表爪式离合器)用来换档。我们马上会说这几个离合器的功能。保时捷最终选择了行星齿轮组形式的方案④,进入了量产。

技术解析丨保时捷两档箱技术细节的图2

技术解析丨保时捷两档箱技术细节的图3

我们这里就挑出方案④和落选的方案③,看看保时捷为什么这么选择


第④号方案中(下图左侧图),驱动电机通过一级齿轮组减速,连接到行星齿轮组的齿架上(蓝色线)。第一档时,太阳轮(红色)通过左侧的单向离合器(黑色三角形符号)被锁死。此时,根据需要,变速器控制器还可以额外关闭爪式离合器(黑色圆形符号),给太阳轮“上了第二把锁”,使其锁死。行星齿轮组中的齿圈连接至差速器(绿色),作为变速器的输出端。这是第一档的情况。这一档的传动比为 16:1。第二档时,爪形离合器打开,同时齿圈与齿架通过一个多片式离合器连接,行星齿轮组被“短路”。第二档的传动比为 8.05:1。

 

第③号方案中(落选,下图右侧图),驱动电机的转速通过一级齿轮,与行星齿轮组的齿圈外侧啮合。第一档时,单向离合器或/和爪式离合器锁死。第二档时,多片离合器锁死。方案③的结构其实更为简单。

 

为什么③号方案落选?高转速。如果你回到上一张图,你可以发现,在①、②、③号方案中,当电机以高转速旋转时,方案①和②中的多片离合器、方案②和③中的行星齿轮组的齿圈直接与高转速“接触”,零件的设计构型要求非常高。而在方案④、⑤、⑥中,电机出口处的一级减速成为了一道天然屏障,使得之后的零件所“接触”到的转速大大降低。这样一来,行星齿轮组、换档元件等都处于一个“转速保护区域”,这些零件的设计、选型要求都能大大降低。反过来看方案①、②、③,这个“转速保护区域”是不存在的。

 

而相比于⑤和⑥来说,方案④的优势在于它的结构“不那么复杂”(其实也挺复杂,我不好意思说出来)。就这样,就像为 Taycan 取名字一样,保时捷千挑万选,最终看准了方案④,进入了量产。

技术解析丨保时捷两档箱技术细节的图4

技术解析丨保时捷两档箱技术细节的图5

保时捷Taycan变速器中的换档鼓

必须指出的一点是,虽然只有两个档位,但是两档变速器的构型可以非常多样。上面展示的保时捷所考虑的六种方案就是一个很好的实证。保时捷选中的方案④复杂度很高,对于很多其他公司来说,没有太多的参考意义。如上图,这款变速器内采用的很多零件都是行业内不常使用的种类,例如换档鼓、离合器拨叉等。由此带来的一大挑战是供应商的选择,以及与之相联的成本问题。当然,保时捷作为财大气粗的高端车型厂商,这些问题“比较”好解决,对于他人来说却是另一码事。
两档变速箱还有比保时捷更好的方案。市场上两档产品,在接下来的几年中会出现多样化。从技术路线上总结来说,在无动力中断换档的前提下,成本为王。


变速器

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