底蕴来自于传承
2019-11-20
2019年9月4日,保时捷首款纯电动跑车Taycan在全球三地揭开了其神秘面纱,同时也开启了跑车乐趣的新纪元。不少自诩为骨灰级别的保时捷车迷,纷纷献上了自己最为由衷的祝福,而这里面也有不少的感慨于惋惜。感慨一个如此受人敬仰的品牌终于抵挡不住汽车界别的潮流,从光辉耀眼的内燃机神坛走向了并不擅长的纯电洼地;惋惜一个曾经代表速度与激情的品牌今后可能会掣肘于电池那无人敢打包票的安全与续航。不过倘若你知道保时捷的电驱动技术,了解这一段并不为太多人所熟知的漫长电驱动技术之路,或许就不会这么想了!
内燃机和电动机谁更早?
18世纪中叶瓦特的蒸气机;1770年居纽的蒸汽三轮车;1858年里诺的煤气发动机;真正意义上的车载汽油发动机来自于,1886年卡尔本茨的“三轮奔驰”。以及1892年鲁道夫-狄塞尔的柴油机,这些车迷耳熟能详的历史代表着内燃机的崛起,但其实,电动机与内燃机的历史同样悠久,甚至更为久远。1839年苏格兰人Robert Davidson制造的时速4英尺电动车。侣59年,法国人Gaston Plante发明的铅酸电池,1881年法国古斯塔夫-特鲁夫制造了的铅酸电池动力三轮车,都比第一台汽车时间要早;5年后的1886年,电动车的设计时速已经超过了一百公里/小时,同样为电驱动流派的发展留下了有力的注脚。实际上19世纪末期到1920年,无气味、无震荡、无噪音、不用换挡和结构简单的电驱动比内燃机驱动更有优势。只不过后来在内燃机的高速发展以及全球化石能源开采工艺逐步提升的同时,电驱动技术停滞不前,特别是令人头疼的续航里程以及当时昂贵的电池造价与无法接受的整车重量,令燃油车“偶然”成为当下汽车的主要动力源。
第一台纯电动以及混合动力都是保时捷
你可以不信,但绝不能否认第一台纯电动以及混合动力汽车都是保时捷。费迪南德·保时捷( Ferdinand PorscheX以下简称保时捷博士)在青少年时期就对“电”十分着迷。,1893年,侣岁的他就在父母的家中安装了一个电子照明系统。在维也纳加入“联合电力公司”的保时捷博士,以鬼才般的技术悟性,在侣96年便设计并开发属于自己的汽车,更在同年为自己发明的轮毂电机取得专利,这个设计理念甚至成为了后来NASA月球车的设计概念。所以说保时捷的历史始于电驱动估计无人能反驳。
这里必须提及Ludwig Lohner,这位19世纪专为奥地利、挪威、瑞典、罗马尼亚王室生产豪华马车的厂家Jacob Lohner&Co的继任者,确信马车时代已经总结,应该转型生产电动和燃气动力汽车,特别是在噪音与废气排放均占优势的电动汽车。为此他委托保时捷博士设计并制造出了Egger-Lohner C.2 Phaeton(别名P1)。该车辆配以130kg重的八角形電动机(电机外壳呈八角形而得名)和500kg重的著名“Tudor”电池动力组合。整车总重1360kg,由12个档位(6个前进档,2个倒档和4个用于制动的档位)控制,可以达到每小时34公里的最高速度:一次充电可续航80公里,成为了名副其实的世界第一台纯电动汽车,也开创了敞篷汽车的历史先河。其后保时捷博士把P1带到了,1899年柏林国际车展上,作为仅有的19家电动汽车产品之一,与120家内燃机汽车产品同台竞技。对这台车感兴趣的朋友可以前往斯图加特保时捷博物馆,瞻仰这台在奥地利某仓库之中沉睡了整个世纪,2014年才重见天日的保时捷第一台纯电动车。
1900年采用了保时捷博士专利轮毂电机的Lohner-Porsche Electromobile在巴黎世博会上引发轰动。驱动电机被安装于兼具驱动和转向功能的前轮轮毂中,取代了传统变速器,所以这应该也是世界上第一台没有变速器的汽车。两个电机分别能在120 rpm转速下产生2.5 PS的动力,效率达到83%,甚至能在足足15分钟内超载输出7 PS的总功率,搁现在应该称为弹射起步了。有趣的是在巴黎世博会上,这台车的宣传口号竟跟现在如此一致:“为了保护地球大气环境”。
同年保时捷博士还设计制造了世界上第一款重混合动力汽车,Lohner-Porsche“Semper Vivus”(意为:活力无限)。考虑到当时电池的续航以及重量,保时捷博士决定尝试全新的串联动力方式(也是现在增程式电驱动的雏形),即使用两台功率为3.5PS的水冷式DeDion Bouton汽油发动机驱动两台功率为2.5PS发电机,从而为轮毂电机提供电能驱动车辆。同时顺带发明了用小容量电池驱动发电机反向充当汽油发动机的启动电机,以及可以在汽油发动机介入发电之初以纯电模式行驶这两项技术。次年更优化成为可量产的改款型号“Mixte”,遗憾的是,在当年的汽车制造技术水平之下,低下的能量效率转换、无法为2吨的车重提供长距离续航里程,外加无法大面积铺设电桩,令保时捷的电驱动车研发从此停滞了很长的一段时间。这段时间里,保时捷博士投身于裁姆勒公司出任技术总监,设计出一系列具有划时代意义的戴姆勒车型,在1923年晋升为戴姆勒总厂总工程师后,最终于1931年离开戴姆勒奔驰,在斯图加特成立了保时捷公司。
猛虎归山之势
随后的70年时间,保时捷品牌通过精湛的汽车技术,成为了世界范围车迷心目之中的Dream Car,虽然保时捷博士在1951年故去,但是深受他以及他的后人所影响的诸如大众甲壳虫、保时捷365、911、带后齿轮箱底盘和V8发动机的928等等车型成为传世佳作。极少有品牌能如保时捷一般,能把生活必需品卖成了奢侈品。不过保时捷品牌并没有满足于此,他们深知来自于创始人保时捷博士对于技术的追求底蕴是需要传承下来的。所以随着适用于车辆的锂离子动力电池的发展以及愈发严格的车辆污染排放法律法规要求,保时捷公司重新将动力研发重点从内燃机转向混合动力,并最终完成纯电驱动布局。
2010年亮相的三台分别为公路、赛道及未来而生的混动车型。宣布保时捷正式重回电动汽车之路。其中Cayenne S Hybrid成为保时捷品牌第一款量产混合动力车型,911 GT3 R Hybrid则成就了保时捷第一个混合动力总冠军。而保时捷首款插混动力技术出现在以6m57s国速进入纽北7min俱乐部的918 Spyder上。
随后2011年的Panamera S Hybrid成为豪华车市场之中的首款并联式混合动力车,藉由引擎与变速箱之间,加入油电混合动力模组,并透过一组离合器,让油电混合动力模组内,兼具发电机与电动马达功能的电动模组,可与引擎进行接合或分离,系统能让引擎熄火改为采用纯电动行驶,或者启动引擎与电动马达共同出力。同时透过分离装置让引擎在熄火后,曲轴能暂时与电动模组及变速箱输入轴脱离,达到引擎熄火后,电动模组无须额外负担引擎曲轴运转的能量耗损,这可是保时捷这套Hybrid系统,最聪明也最具创新的独特设计。所以Panamera S Hybrid成为当时最经济的保时捷,尽管具有380 PS强劲动力,可油耗仅为6.8升/100公里(NEDC)。
两年之后的Panamera S E-Hybrid得益于918 Spyder的插混技术升级,再次成为豪华车细分市场全球首款插电式混合动力车。至于现在的技术是保时捷第三代插电式混合动力驱动器Turbo S E-Hybrid系统,其采用四升V8发动机和一台电动机产生500kW的系统输出功率,为Panamera和Cayenne的顶级版本提供动力。重回电驱动跑道的保时捷公司如蓄势已久的猛虎归来,并保持着对电驱动技术不断创新升级的热忱与传承。
赛道是最好的试金石
保时捷先生当年曾经说过:“我们只造赛车”,所以保时捷的赛道基因毋容置疑。从一开始,保时捷就将赛场作为其电驱动技术的试金石,1899年的Lohner-Porsche Electromobile在柏林车展期间举行的50公里比赛上夺冠。次年,世界上第一辆4X4全轮驱动串联混合动力赛车Lohner-Porsches“La Toujours Contente”(法语:永远快乐),以两台汽油发动机驱动发电机发电,让四个轮毂电机中每个均有14 PS功率输出。成功打破了Semmering的赛事记录夺冠,超过另一参赛者40km/h的平均时速,最高时速达到60km/h。1902年,保时捷凭借混合动力车Lohner-Porsche Mixte赢得了Exelberc拉力赛。1905年,Lohner-Porsche电池供电的赛车使用2×30PS轮毂电机,速度甚至超过,130 km/h。要知道,那可是1905年。
回归电动车之路后的保时捷品牌,延续着冠军车的使命,2011年夺得纽北混合动力总冠军的911 GT3 R Hybrid使用前桥上的两台单个功率为60kW的电机,作为车辆后部具有480PS功率的4.0升六缸文寸置后置发动机的辅助动力。车辆无需重型电池,改由安装于副驾驶座的飞轮储能系统为电机供电,制动时两台前轮电机切至发电模式为飞轮储能系统充电。同时将制动中散发的能量高效地转化为额外驱动力并在出弯或者超车加速时自动或手动释放动力。每次额外输出可持续6-8秒。也难怪夺冠之后被外界戏称为“制动冠军。
在918 Spyder以插混电驱动技术用时6m57s,干净利浩打被2013年纽北量产车最快圈速记录之后,919Hybd作为保时捷重返2014年勒芒24小时耐力赛和世界耐力锦标赛之中的LMP原型车,保时捷迄今为止设计和制造的最复杂的赛车,驱动系统为2升四缸涡轮增压发动机配合两台电机,总功率超过了900PS,全车极致轻量化,混动系统由前轴电机將制动能量转换为电能,以及汲取排气气流中的热能两种不同能量回收系统,回收至自行研发的大容量和极高能量密度的水冷锂离子电池,由此达到了快速放电和输出功率间的平衡,加速时前轴电机通过差速锁驱动前轮,辅以驱动后轴内燃机,达成四驱效果,最为耀眼的是首次引入了800V技术。
919 Hybrid从2015年开始连续三年蝉联勒芒冠军,并在2017年底以总共六项世界冠军,书写了其赛车运动历史辉煌时刻。之后其身上的不少技术开始应用于保时捷其他公路车型之上。而PSM永磁同步电机与800V技术更是延续到了其后的Mission E概念车以及以此为基础正式量产的Taycan上。刚发布的Taycan前后两台电机的系统综合最大功率为625PS,在可持续2.5秒的超增压模式下令最大功率达到761PS,0-100km/h加速时间仅为2.8s。15分钟充电80%,400km以上的WLTP工况续航里程,无一不是车迷们梦寐以求的极致数据。
最近,保时捷首款全电动赛车99X电动车已准备就绪。准备从2019/20赛季开始,以全新开发的动力总成,闯荡于ABB FIA Formula E Championship的赛场之上。