续航增加?Tesla P85D双电机解读

发表于:2014-10-15 来源:百度百家
关键词: 电机

  【电机产业网】在产品策略上,Tesla似乎也在循蹈苹果的思路:大跨步升级,持续保持大众的新鲜感;当新产品推出后,会让你感到老产品不能忍受。

  当地时间10月9日,Tesla发布了升级版的Model S,令人瞩目的是四驱系统与半自动驾驶技术的配备。但似乎很少有人意识到这样一点改进:新版Model S的续航里程增加了。

  相比自动驾驶,续航的增加更让我兴奋。P85D,比P85所标定的265英里续航,多出了10英里,达到了275英里。相当于是从426km升级到了442km,多了16km。注意,这个是EPA(美国环境保护署)制定的标准,要比我们通常看到的500km的数字保守很多,其实也更贴近实际。

  更夸张的是,85D比85多出了30英里的续航:从265英里(EPA)升到了295英里。后面这个数字不是EPA的评测数值,而是Tesla在65mph时速下的测试结果。严格地说,这两个数值没有可比性,仅仅是65mph的时速,完全比不了SAE-J1634(EPA用的方法)那么复杂的测试流程。

  但是,这足以看出Tesla的信心。后缀加个“D”,变身四驱版后,竟然续航也会增加。难道是改进了电池技术?反正电池容量还是60或85,没有变啊!

  跟很多人一样,我初始的思维定势,也是:既然多加了一个电机构成四驱结构,那么电池容量不变的情况下,续航应该是打折扣吧。事实不是如此。下面来详细说明。

  这追溯到我以前研究的一份Tesla专利。专利的标题是“All Wheel Drive Electric Vehicle Power Assist Drive System”。名字很复杂,简单说就是“双电机系统”。这份专利是2010年提交的,专利发明人是一名叫Yifan Tang的华人,具体没有考证。那么先看一副示意图:

  D,代表Dual Motor,两个电机。我们把前轮的电机称为辅电机(Assist Motor),把后轮的电机称为主电机(Primary Motor)。

  那么,看上图。随着转速(rpm)的升高,701代表主电机的扭矩曲线,801代表主电机的功率曲线;703代表辅电机的扭矩曲线,803代表辅电机的功率曲线。简单说一下:扭矩的单位是N·m,功率的单位是kW。

  可以看出,随着转速的升高,主电机从0rpm时爆发出最大扭矩值,然后到了某个转速点就快速跌落。这就是所谓的高功率电机高转速扭矩下降的现象。在Tesla与日产GT-R的对决中,起步时Tesla占优势,但后半段就被GT-R反超了。

  而看703,辅电机的扭矩曲线。这台低功率电机的扭矩,在设计时就被定的非常平缓。在后半段时,它可以弥补主电机的扭矩不足。

  再看功率曲线,主电机(801)在大约6500rpm的时候,功率还是下降,而此前一直是快速上升。辅电机(803),在整个转速区间内都是稳步提升的,虽然功率没有主电机那么大。所以,在主电机的输出功率开始下降时,辅电机又可以弥补功率输出的不足。

  那么,有了辅电机分别在扭矩和功率上的弥补后,一个完整的双电机四驱系统的曲线是怎样的?705(代表扭矩)和805(代表功率)说明了问题。

  可以看到,在扭矩与功率两个参数上,这对组合的表现要优于单个电机。我指的不是数值的高低,而是曲线的变化程度。这保证了,在任何一个转速区间内,电机组合都能为系统提供充足的扭矩支持与功率输出。

  那么问题来了,这跟提升续航里程有什么关系呢?其实原因很简单,但不太好理解。

  如果用单电机(Single Motor)模式,那么这一定是一台高功率电机,通俗的说就是“力气大”、“能量大”,但转速升高后往往就“焉了”。这是感应电机的一种特性。所以,Tesla与很多超跑对飚时,往往赢在起步输在终点。

  都是85kW·h的容量,在同样的地面摩擦力、风阻下以及速度下,为什么P85D可以多跑10英里?根据W=P·t的公式来看,多跑了10英里,时间增加了,那么W恒定,则P(也就是功率)就要下降。

  假设要让转速到9000rpm,双电机模式下,虽然主电机在此时扭矩和功率都开始下滑了,但有辅助电机的帮助,使电机组合最终产生的效果还是能满足9000rpm时的要求;但如果是单电机模式,由于在高转速下扭矩与功率都会下降的特性,此时它的功率要非常高,才能保证其在9000rpm时,正好跌落到双电机所达到的那个数值。

  可以想象,在9000rpm这个点的前面,单电机的曲线一定“很高”,而双电机的前半段的曲线一定“不比单电机高”。因为有了辅电机的弥补,9000rpm这个点的后半段,这个组合的功率曲线几乎没有跌落。

  如上图,901代表单电机(Single Motor)模式的功率曲线。这是我自己画上的,能看就可以。

  同样的道理,用W=F·s这个公式也能看出。S=位移,S变大,F就得变小;而F其实指的是扭矩。那么,由于单电机在转速升高后,扭矩开始在某个点下降,这时如果单电机想要在这个点,达到与双电机组合一样的水平,它的前半段的曲线就会“很高”。

  这就是为什么四驱版的Tesla“省电”、增加续航的原因。以上表述,比较通俗,希望有人可以用专业的物理知识进行严谨的论证。其实用更加通俗的话说,就是两个电机可以根据各自特性,在不同工况下发挥各自优势,弥补对方的缺点,从而优化驱动系统的效率。

  最后再说几句新版Model S的半自动驾驶技术。除了很多同价位的豪华车配备的自适应巡航系统外,Model S有个功能很奇特,那就是自动变道。我们不清楚这项技术何时能应用到量产车上,但它的出现还是证明了Tesla在自动驾驶技术上的激进态度。

  至于技术原理,其实跑不出n个立体摄影机、n个摄像机、n个雷达,以及一套智能算法的结构,但不知Tesla是否在某个层面有独创技术?不久后我会再写文章(或者是视频!)来与大家探讨。

  我更感兴趣的是,P85D的主动巡航控制,是否有奔驰的协助。就如同Tesla的怀挡是由奔驰提供的一样,这项技术是否也来自奔驰的Distronic Plus的基础呢?不要忘记戴姆勒是Tesla的股东,双方也签订了战略合作协议!

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