SOVAVTO.ORG » Новости » Тщательный технический разбор Porsche Taycan: детальный взгляд

Тщательный технический разбор Porsche Taycan: детальный взгляд

Детальный разбор разработки нового электрокара Porsche Taycan. 

Porsche разработал первый полностью электрический автомобиль. Он может стать наиболее серьезным конкурентом для Tesla Model S. Модель называется и представляет собой полностью электрический спортивный седан, обещающий предоставить в распоряжение владельца до 750 лошадиных сил, ускорение от нуля до 100 км/ч за 2,6 секунды и быструю зарядку 800-вольтовой батареи – ее хватит на 450 км в соответствии с европейским тестовым стандартом WLTP.

Инженеры Porsche рассказали, что это мощнейшая электростанция на колесах и она отличается от любого Porsche, который выпускался ранее. Штутгартская компания разрабатывала электрокар в Porsche Experience Center, расположенном в Атланте. Результат – создание двух комплектаций Taycan (Turbo и Turbo S) с впечатляющими характеристиками, производство которых планируется запустить в конце 2019 года.

Обе машины могут подключать к разгону до 616 лошадиных сил за 10 секунд и предлагают функции «сверхскорости» с Turbo, способным к 2,5-секундной непрерывной мощности в 670 лошадиных сил и 848 Нм крутящего момента. Turbo S дает колоссальные 750 лошадиных сил и 1049 Нм за тот же промежуток времени. Это позволяет Turbo и Turbo S развивать скорость от 0 до 100 км/ч за 3,0 и 2,6 секунды соответственно.

 

Инженеры рассказали, что оба автомобиля демонстрируют стабильное ускорение даже после 10 прогонов без значительного «снижения характеристик» или потери производительности.
Максимальная скорость автомобиля достигает 257 км/ч. Представители бренда утверждают, что электрокар достигал 200 км/ч 26 раз подряд, на это ему нужно было менее 10.0 секунд.

Инженеры также указали, что первый в истории электрический Porsche справился с 24-часовым пробегом на скоростной трассе Nardo в Италии, несмотря на температуру воздуха до 42 градусов по Цельсию. Автомобиль проехал 3380 км, достиг средней скорости 143 км/ч. Это, по-видимому, самый быстрый седан EV, и разработчики подчеркивают, что Porsche Taycan не просто быстр, а стабильно быстр. Это должно помочь автомобилю обойти модель которая превосходит Taycan на бумаге.

 

Смотрите также

Чтобы разобраться в том, как в Taycan осуществляется управление производительностью, заряжается батарея и выполняется управление, Porsche провел технический семинар. Он состоял из пяти секций: трансмиссия, ходовая часть, кузов, зарядка и салон.

Силовые агрегаты Porsche Taycan

 
Porsche Taycan разгоняется двумя синхронными электродвигателями с постоянными магнитами или PMSM (редкоземельные элементы). В отличие от асинхронных двигателей переменного тока, используемых в некоторых электромобилях, , они встроены в ротор, к которому подключен выходной вал. В результате создается постоянное магнитное поле.

Вращение происходит синхронно с магнитным полем статора. Это просто неподвижный наконечник электродвигателя в форме трубы, состоящий из пучка медных обмоток. Так переменный ток от аккумулятора преобразуется в переменный ток для двигателя.

Ротор асинхронных двигателей переменного тока не включает в себя редкоземельные магниты, а вместо этого состоит из обмоток. Инвертор передает переменный ток на статор и создает вращающееся магнитное поле. Оно индуцирует ток в обмотках ротора, который создает магнитное поле, взаимодействующее с магнитным полем статора. Ротор вращается, создавая механический крутящий момент. Эта схема называется «асинхронной», потому что ротор отстает от вращающегося магнитного поля в статоре.

Представители Porsche акцентируют внимание на преимуществах конструкции с постоянными магнитами: высокая эффективность, особенно в диапазоне низких и средних скоростей, меньший размер и лучшая охлаждающая способность. При этом стоимость элементов несколько выше.

 
Даже Илон Маск говорил об ограничениях охлаждения асинхронных двигателей переменного тока. По словам разработчика трансмиссии Porsche доктора Бойке Рихтера, напряжение, создаваемое ротором, продуцирует тепло, которое трудно отводить.
Инженеры Porsche также упомянули о прямоугольных обмотках в форме шпильки, формирующих статоры.

 
Концепция использования большего количества меди в заданном объеме определяется метрическим параметром, называемым «коэффициент заполнения меди», который, по словам инженеров, может составлять около 70 для шпильки вместо 45 для традиционной установки статора с «втягивающейся обмоткой».

Увеличение коэффициента заполнения медью повышает производительность. Также установка лучше охлаждает обмотки и обеспечивает стабильный прямой контакт между медью и статорным блоком. Это означает, что тепло вырабатывается внутри меди благодаря току, протекающему через нее.

Трансмиссия

Из двух двигателей в полноприводном Porsche Taycan один, размещенный в задней части, более мощный. Он выдает 449 л. с. и крутящий момент в 549 Нм при запуске модификации Turbo и 610 Нм – при запуске с Turbo S. Он располагается параллельно центральной оси, передает мощность на передние колеса через двухскоростную коробку передач, разработанную и собранную Porsche. Передача имеет первое передаточное число примерно 16:1 и второе передаточное число – 8,05:1.

 
«Модуль задней оси», как его называют специалисты Porsche, состоит из двигателя, трансмиссии и силового инвертора. Последний, как упоминалось ранее, получает постоянный ток от аккумулятора и преобразует его в переменное напряжение для двигателя. Весь этот модуль, корпус которого сделан из литого алюминия, весит около 170 кг. При этом представители Porsche говорят о том, что они не будут разглашать данные о материалах, используемых для постройки автомобиля, но в трансмиссии присутствует литой алюминий.

Трансмиссия также включает электронный дифференциал повышенного трения, смонтированный на основе сцепления. Пока нет ни одного другого популярного электромобиля в США, который в настоящее время оснащается двумя коробками передач.
Такая компоновка повышает эффективность, оптимизирует динамику на низкой и максимальной скорости. Это преимущества, которые .

Передача имеет крутящий момент 550 Нм, что меньше, чем максимальная мощность заднего двигателя, производимая во время запуска. Он и весь задний модуль спроектированы так, чтобы разместиться максимально компактно и обеспечить достаточно места в багажнике. Двигатель располагается сзади, а его выходной вал соединен с трансмиссией, которая находится впереди возле дифференциала. Его выход находится на одной линии с задней осью. Прямо перед двигателем, над и со стороны пассажира установлен блок преобразователя мощности на 600 Ампер.

Трансмиссия располагает только одним приводом для различных ступеней: первой, второй, нейтральной передачи, заднего хода и парковки. В верхней части находится привод, который активирует два рычага, соединенных с муфтой сцепления. Внутри многодискового сцепления есть планетарный редуктор, который обеспечивает передаточное число для первой передачи.

 

Смотрите также

На первой передаче мультиплатная муфта разомкнута, а планетарная коробка передач обеспечивает соотношение 16:1.
Другие , используют два задних электродвигателя, полностью избегая установки дифференциала для мгновенного формирования вектора крутящего момента. Но высокая стоимость такой конструкции заставила Porsche оставить один двигатель и стандартный дифференциал повышенного трения.

Односкоростной передний приводной модуль интересен тем, что, , он имеет коаксиальную конструкцию трансмиссии. Коробка передач крепится болтами непосредственно ко дну двигателя, который расположен на оси между передними колесами. Один из валов передней полуоси фактически проходит через центр ротора двигателя для соединения с коробкой передач.

Инвертор для переднего двигателя поставляется в двух вариантах с пиковой мощностью 300 А (непрерывная 190 А) и 600 А (непрерывная 380 А). Последний вариант устанавливается в Turbo S, обеспечивает максимальную мощность 255 л. с. и 440 Нм крутящего момента во время коротких ускорений и 400 Нм для более длительного разгона. Передний двигатель стандартной модели Turbo с инвертором на 300 Ампер выдает 238 л. с. и максимальный крутящий момент 300 Нм.

По словам инженеров Порше, два инвертора, которые весят 76 и 71 кг, экономят топливо благодаря совместному использованию нескольких компонентов. Не ясно, совпадает ли задний инвертор на 600 А с дополнительным передним инвертором на 600 А, но эксперты уверены, что совпадает. Представители Porsche не дают четкого ответа на этот вопрос.

 

 
Вес коаксиальной трансмиссии, оснащенной двумя планетарными редукторами, уменьшен на 8,05 кг. На столько же легче передача, установленная на заднем двигателе. Это крутящий момент в 450 Нм при ускорении и 300 Нм – при передаче момента в другом направлении. Рекуперативное торможение происходит в основном впереди. Но такую функцию выполняет и задний двигатель с максимальной рекуперацией мощности при 265 кВт и наивысшим продольным замедлением 0,39 Гс. Инженеры Порше говорят, что коробка передач пассивно охлаждается с помощью водяной рубашки вокруг электродвигателя.

Алгоритм работы 2-скоростной трансмиссии

Интересно, как специалисты Porsche настроили режим переключения задней 2-скоростной трансмиссии. Чтобы продемонстрировать преимущество двух скоростей, Porsche показал колеса (он напрямую связан с ускорением транспортного средства) в зависимости от скорости транспортного средства для каждой комбинации двигатель – передаточное число.

На скорости около 100 км/ч на первой передаче не хватает мощности, и двигатель не может передавать большой крутящий момент на задние колеса (а при скорости 130 км/ч двигатель выдает 16 000 об/мин), что мешает ускорению автомобиля. Именно на скорости около 100 км/ч обеспечивается передача большего крутящего момента на колеса, а соответственно, и более динамичное ускорение до максимальной скорости.

 
Стратегия переключения скоростей меняется в зависимости от режима движения. В среднем скоростном диапазоне приоритет отдан второй передаче, чтобы оптимизировать эффективность КПП. Стоит отметить, что в некоторых случаях Taycan может работать полностью в формате переднего привода и отсоединять заднюю подвеску, чтобы уменьшить потери.

При этом у передней трансмиссии нет сцепления, позволяющего отсоединиться, поэтому двигатель всегда связан с колесами. Эксперты высказывают предположение, что такая компоновка улучшает управление, снижает потери эффективности компактного мотора и планетарной коробки передач.

 
Специалисты Porsche говорят, что режим «Range» используется только для включения заднего хода и снижения скорости при сильном нажатии на педаль тормоза. Это, скорее всего, обусловлено механическими ограничениями. Режим «Спорт» удерживает первую передачу как можно дольше, чтобы максимизировать ускорение.
При этом разработчики отмечают, что коробка не быстрее аналога с двойным сцеплением. Это обусловлено большим разбросом между первой и второй передачей, поэтому трансмиссии требуется время для синхронизации. Хорошая новость заключается в том, что во время переключения отсутствует тяговое прерывание.

Аккумулятор и зарядка

 
Аккумуляторная батарея Taycan состоит из 33 модулей, каждый из которых содержит 12 отдельных аккумуляторных ячеек LG емкостью 64,6 Ач. Они расположены так, что половина ячеек (198 штук) параллельно расположена по отношению к другой половине. В случае с Taycan фактическое напряжение находится где-то между 610 (истощенный) и 835 Вольтами (когда полный), с номинальным напряжением 723 Вольт. Максимальное энергопотребление составляет 93,4 кВтч, что немного меньше, чем у Tesla Model S – у этого автомобиля данный показатель составляет 100 кВтч.

На аккумуляторе есть выступ – это система управления АКБ. Сзади имеются 2 прямоугольные полости – это места, куда задние пассажиры ставят ноги. Такое решение потребовало снятия аккумуляторных модулей. Но инженеры поместили модули кросс-кар под задней скамейкой.
В Porsche заявляют, что они используют 800-вольтовую архитектуру, чтобы привести в соответствие целевые показатели эффективности, производительности и времени зарядки аккумулятора. Последнему уделялось особое внимание, поскольку производители не хотели, чтобы батарея была слишком большой и тяжелой.

 
Говоря о зарядке, глава отдела электроники Porsche Йоахим Крамер заявил, что 800-вольтовая система Taycan не обеспечивает вдвое большую мощность зарядки по сравнению с 400-вольтовым электромобилем. Она дает максимальную непрерывную зарядную мощность, равную 270 кВт, потому что батарея имеет ограничения. Также Крамер сказал, что теоретически можно было повысить параметр, но тогда бы пришлось пожертвовать временем автономной работы.

Специалисты бренда говорят, что архитектура АКБ построена с ориентацией на будущее. Используемая 800-вольтная система повышает мощность зарядки с помощью существующей системы разъемов. Это комбинированная система зарядки, которая выдает до 400 и более киловатт пиковой мощности.
В теории 800-вольтовая система более эффективно передает энергию и позволяет использовать более тонкую проводку. Это обусловлено тем, что для данной выходной мощности система с более высоким напряжением посылает меньший ток. И это напряжение генерирует много тепла.

 
В Porsche заявляют, что более эффективная передача энергии в сочетании с тонкой проводкой снижает вес, обеспечивает более высокую непрерывную передачу мощности без ее снижения. Но система на 800 вольт имеет и недостатки.
Йоахим Крамер отметил, что нужна была разработка новой силовой, аккумуляторной, зарядной электроники. Это стоило компании времени и денег, при этом созданные элементы доступны по цене для массового производства в долгосрочной перспективе. Новые компоненты в значительной степени похожи на системы низкого напряжения.

 

В Porsche говорят о возможности зарядки от 5% до 80% за 22,5 минуты. Батарея может принимать только пиковый ток (334 Ампера). При низком напряжении пиковая мощность зарядки меньше максимума в 270 кВт. Он возникает при более высоком напряжении и соответствует 40-процентному состоянию заряда.

Когда напряжение возрастает выше 40-45%, активируются вышеупомянутые ограничения батареи. Тут нужно будет уменьшить энергопотребление, чтобы защитить батарею от перенапряжения. Однако не только состояние заряда батареи влияет на емкость, но и температура окружающей среды. Оптимальный для АКБ диапазон – 25-35 градусов по Цельсию.

 
Porsche определяет примерно 30 градусов по Цельсию как «точку отсчета» температуры батареи, которая обеспечивает мощность зарядки 270 кВт и минимальную зарядку батареи от 5 до 80% за 22,5 минуты.

Если показатель ниже, запускается «система термического предварительного кондиционирования». Если автомобиль «знает», что водитель хочет зарядить АКБ, когда, например, в GPS введен поиск источника энергии, «планировщик зарядки» подогреет или охладит батареи до нужной температуры. Так они заряжаются с максимальной скоростью даже при температуре окружающей среды от 0 до 10 градусов по Цельсию.

В компании отмечают, что подготовка не нужна, если тепло в камерах накоплено путем интенсивного вождения или если автомобиль заряжается на зарядной станции с низкой производительностью. Максимум в 50 кВт не требует какой-либо предварительной подготовки.

 
Что касается зарядных портов на автомобиле, то их два. Причем модель для США комплектуется одним – на стороне водителя, он «заточен» под вилку переменного тока. Второй порт – CCS типа 1, он обеспечивает зарядку переменным и постоянным током и расположен на стороне пассажира.

Porsche даже предлагает дополнительную функцию снятия льда с крышки зарядного порта. Она немного вибрирует двери вперед и назад, помогая стряхнуть обледенение. Крышки открываются жестами или кнопкой на центральной консоли.

 

Taycan, подключенный к высокопроизводительному зарядному устройству на 800 Вольт, предлагает до 270 кВт зарядки непосредственно от самого АКБ. Это позволит автомобилю перезарядиться от 5 до 80% всего за 22,5 минуты и увеличит запас хода разряженной батареи на 100 км менее чем за 6 минут.

 
Но при использовании стандартного зарядного устройства на 400 В постоянного тока штатный встроенный модуль на 50 кВт, разработанный Taycan (повышает напряжение с 400 до 800 Вольт), заряжает аккумулятор автомобиля от 5 до 80% за 93 минуты. Он добавляет 100 км хода к разряженной батарее примерно за 30 минут.
По словам конструкторов, дополнительное встроенное зарядное устройство на 150 кВт увеличивает скорость зарядки, чтобы соответствовать параметрам других 400-вольтных электромобилей. С дополнительным зарядным устройством на 150 кВт зарядка от 5 до 80% занимает 36 минут.

 
Для подпитки от домашних зарядных устройств или 240-вольтовых станций автомобиль оборудован модулем, который преобразует переменный ток в постоянный для зарядки аккумулятора до 9,6 кВт. Это дает время зарядки от 0 до 100% в течение как минимум 10,5 часов. Для разных рынков будут представлены различные настройки портов.

Корпус и структура аккумулятора

При детальном исследовании EV с нуля корпус и компоновка АКБ являются важными элементами общей структуры. Инженеры Porsche рассказали, что батарея крепится к конструкции кузова 28 болтами. Они дают около 10% от общей жесткости автомобиля.

Инженеры утверждают, что Taycan получил самое жесткое шасси из всех доступных Porsche.
Для снятия АКБ нужно выкрутить 28 болтов, отсоединить высоковольтный разъем, затем выкрутить еще 10 болтов, которые удерживают элементы переднего и заднего подрамников. После этого они немного сдвигаются, и батарею можно достать. Для доступа к самим модулям нужно демонтировать крышку. Она также фиксируется болтами.

Водонепроницаемый корпус АКБ – это многослойная конструкция, состоящая из крышки сверху и перегородки снизу. Между ними установлена промежуточная конструкция батарейного отсека с несколькими отделениями. Охлаждающие элементы наклеены под перегородкой. Корпус батареи защищен стальной защитной пластиной. В качестве каркаса аккумулятора разработчики выбрали легкий алюминиевый сплав.

 

Аккумуляторный поддон весит 150 кг и является важным конструктивным элементом, который поглощает энергию от лобовых и боковых столкновений. Демонтаж модуля значительно снижает уровень безопасности автомобиля, отметили специалисты Порше. Для поглощения энергии столкновений используются 0,6-дюймовые экструдированные алюминиевые сотовые конструкции. Перемычки защищают батарею и пассажиров при боковых столкновениях.

Кузов электромобиля

 
Для создания корпуса Taycan в основном используется обычный для Porsche набор материалов – это сочетание стали и алюминия. В целом концепция не слишком отличается от Porsche Cayenne. Сами инженеры Порше позиционируют кузов автомобиля как сочетание множества материалов. Сталь используется для производства стоек, пола, несущих конструкций. Алюминий применяется в изготовлении дверей, колесных арок, лонжеронов и стоек. Также используется листовой металл.



Представители Porsche утверждают, что сталь в полах и конструкции основного корпуса снижает уровень шума в салоне. Тут Panamera несколько отстает от электрокара, так как в ней больше алюминиевых сплавов. Соединяются элементы кузова сваркой, болтами, специальными зажимами.

Аэродинамика и охлаждение

 

У Taycan самый низкий коэффициент сопротивления, или Cd, из всех Porsche. Он находится на уровне 0,22 у Turbo и 0,25 – у Turbo S. На коэффициент аэродинамического сопротивления влияет площадь передней поверхности, плотность воздуха и скорость автомобиля. У Tesla Model S коэффициент сопротивления составляет 0,24 Cd. У более современной модификации модели S он снизился до 0,23 Cd.

У Taycan два воздухозаборника. Они ведут к двум теплообменникам, которые оборудованы конденсатором. Это простой теплообменник, похожий на радиатор. Отличие заключается в том, что хладагент проходит через него. Такие охладители установлены на стороне пассажира и водителя. Воздухозаборники также подают воздух для охлаждения 16,5-дюймового (поршневого) 10-поршневого ротора переднего тормоза.

В центре передней части машины находится отверстие для решетки радиатора и камеры. Выштамповки под фарами предназначены для создания «воздушной завесы», чтобы направлять воздух вокруг проемов колес.
Другие аэродинамические элементы: полностью плоский пол с ровным поддоном. Уменьшают сопротивление компоненты подвески: задние рычаги, широкий задний диффузор и активный спойлер с тремя положениями.

 
Антикрыло принимает 3 положения. Когда автомобиль припаркован, спойлер немного приподнят. А во время езды крыло полностью поднято, чтобы уменьшить подъемную силу сзади. Эти режимы также определяют положение воздушных заслонок перед теплообменниками. Они работают как активные жалюзи на стандартных автомобилях ICE.

Прямоугольные тормозные каналы имеют общие клапаны с теплообменниками, которые закрыты в экономичном режиме. Так они направляют воздух вокруг автомобиля для улучшения аэродинамики. Помимо положения антикрыльев и передней воздушной заслонки, пневматическая подвеска Taycan также принимает участие в процессе снижения сопротивления, прижимая автомобиль к дорожному покрытию при движении по шоссе.

Автомобиль оборудован конденсатором, радиатором, нагревательным элементом для обогрева батареи и кабины. Чиллер использует систему кондиционирования для отвода тепла от охлаждающей жидкости, прежде чем она попадет под фальшпол блока батарей. Инженеры Porsche используют систему охлаждения для встроенных зарядных устройств, преобразователя постоянного тока в постоянный (который находится под капотом и превращает высокое напряжение в 12 Вольт для аксессуаров салона), инверторов, двигателей и коробок передач.

 
Porsche так описывает систему в пресс-релизе. С аппаратной стороны управление температурой состоит из сетевой системы с радиатором. Он выглядит как набор длинных плоских трубок, расположенных парами, идущих от одного продольного резервуара к другому.

 

Также система охлаждения включает три насоса, шесть клапанов, два вентилятора, десять датчиков температуры охлаждающей жидкости. Это оборудование дополняется компонентами системы кондиционирования воздуха с климатическим конденсатором, отдельным испарителем (чиллер) и теплообменником для кондиционирования/охлаждения (iCond).

Ходовая часть: сравнение с Panamera

 
Инженеры Porsche использовали компоненты 4-дверного седана Panamera в дизайне Taycan. Передняя часть электромобиля ниже, чем у Panamera, он немного короче по длине и ниже. При этом сиденья располагаются немного выше. Представители марки говорят, что центр тяжести Taycan ниже, чем у 911 GT3, что неудивительно, учитывая, сколько весят аккумуляторы.

Доктор Инго Альберс, один из создателей шасси Porsche, сказал, что подвеска Taycan позаимствована у Panamera. Это рычаги управления, втулки, подшипники и колесный кронштейн. При этом команде Porsche пришлось создавать новый подрамник. Задача осложнялась необходимостью обеспечить выталкивание АКБ вверх при заднем столкновении.

Инго Альберс отметил важность заднего моста для безопасности. Он выполняет функцию барьера, если столкновение произойдет сзади. Что касается передней подвески, инженеры должны были обеспечить защиту АКБ подрамником при ударе. В этом случае использование подвески Panamera невозможно из-за низкой высоты капота 5-местного электрического седана, что обеспечивается отсутствием большого двигателя внутреннего сгорания.

Множество интересных и крутых решений

 
Электрокар располагает интересной системой настройки кондиционирования. Напротив переднего пассажира установлен дисплей с доступом к функциям информационно-развлекательной системы. Автомобиль использует переднюю камеру для изменения схемы рекуперативного торможения.

 
Трехкамерная пневматическая подвеска комплектуется электронно регулируемой поперечной стойкой. Она способна удерживать кузов от крена при вхождении в крутые повороты. Такую информацию предоставили разработчики, но она не подтверждена на практике. Это также тормозные диски из карбида вольфрама, специальные шины с низким сопротивлением качению.

Может разочаровать разгон от 0 до 100 км/ч, который медленнее, чем у Тесла, или стоимость, стартующая от 150 000 долларов, но нельзя отрицать, что Taycan – интересная модель. Теперь нужно ждать тестовых заездов по трассе и отзывов о реальных возможностях электрокара.

Информационное издание: Новости гаи, дтп, штрафы пдд, ГИБДД, Экзамен ПДД онлайн. Техосмотр

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*