科尼赛克"地表最强"动力系统揭秘四部曲之第一曲:Gemera的故事

文摘   汽车   2024-10-28 06:46   上海  

- 关于Koenigsegg动力系统的解读的"四部曲",第一曲
- 文字原创,Mr.H,共四部分,21000字+
- 本篇为知识星球节选,完整版报告与解读在知识星球发布
- 1000+最新电动汽车动力系统相关的报告与解析已上传知识星球,欢迎学习交流

导语:科尼塞克(Koenigsegg),这家源自瑞典的小型手工超级跑车制造商,是一个融合了艺术与梦想的公司。自创立以来,始终秉持着“打造出全世界最快的汽车”的初心,以匠心独运的设计和极致的性能为核心竞争力。在过去25年的深厚积累之上,造就了诸多"地表最强"的速度艺术品为了完整地了解TA的故事,解密造就这一"地表最强"的原因,通过"四部曲"一起来了解下Koenigsegg的故事。

第一曲:我们会聊聊Koenigsegg Gerema,这款源自瑞典全球限量仅300台的速度艺术品,通过解读Gerema的动力系统的拓扑和特征参数,了解TA如何做到0~100km/h加速1.9秒最高时速400km/h
第二曲:我们会解密Koenigsegg首款自主研发的驱动系统,是如何通过[850V 6相 SIC逆变器] + [混合式轴向-径向磁通电机] + [双行星减速器] 实现了"地表最强"动力输出?他们究竟长什么样子?有什么技术特征?关键指标参数是什么?又带来了什么样的技术优势?
第三曲、第四曲:我们聚焦<混合式轴向-径向磁通电机技术>探讨这一技术方案背后的奥秘,为了搞清楚下面几个问题:
  • 1. 为什么轴向磁通并未在电动汽车中普及?
  • 2. 轴向磁通、径向磁通,究竟哪个更好(机理解释、各自优势、对比说明)?
  • 3. 混合式径向-轴向磁通电机有什么样的技术特征?
  • 4. 混合式径向-轴向磁通电机到底好不好?有什么样的挑战需要解决?

今天,我们聚焦第一曲:Gemera及其动力系统的故事。


第一曲
1. 为什么叫Gerema?
2. Gerema,如何做到了"给予更多"?
3. 前/后轴动力系统的技术特征和参数说明
4. Gemera的动力系统特性分析 (知识星球发布)
第二曲
5. 电驱动系统揭秘:David、Quark、Terrier
5.1 David(逆变器)
  • 5.1.1 技术方案总览
  • 5.1.2 指标参数 (知识星球发布)
  • 5.1.3 技术优势 (知识星球发布)
5.2 Quark(混合式轴\径向磁通电机)
  • 5.2.1 技术方案总览
  • 5.2.2 指标参数  (知识星球发布)
  • 5.2.3 技术优势  (知识星球发布)
5.3 Terrier(驱动系统)
  • 5.3.1 技术方案总览
  • 5.3.2 指标参数 (知识星球发布)
  • 5.3.3 技术优势 (知识星球发布)
第三曲
6. 一文读懂轴向磁通电机的所有故事
6.1 为什么并非所有电动汽车电机都是轴向磁通?
6.2 轴向磁通电机的挑战
  • 6.2.1 设计挑战
  • 6.2.2 制造挑战
  • 6.2.3 热管理挑战
6.3 轴向磁通、径向磁通,究竟哪个更好?  (知识星球发布)
  • 6.3.1 轴向磁通量与径向磁通量  (知识星球发布)

  • 6.3.2 为什么轴向磁通可以大幅提升电机性能?  (知识星球发布)

    • 6.3.2.1 无定子轭部带来的优势
    • 6.3.2.2 绕组拓扑带来的优势
    • 6.3.2.3 磁路上的优势
第四曲
7. 混合式轴向-径向磁通电机的技术揭秘
7.1 轴向磁通 vs. 径向磁通
7.2 混合式轴向-径向磁通电机,"混"在哪里?
7.3 混合式轴向-径向磁通电机的本质 (知识星球发布)
7.4 混合式轴向-径向磁通电机仿真示例与特征说明  (知识星球发布)
  • 7.4.1 磁通密度的分布
  • 7.4.2 反电动势(Back EMF)性能
  • 7.4.3 轴向力分析
  • 7.4.4 齿槽转矩
  • 7.4.5 磁通密度与扭矩容量 
7.5 总结

| SysPro备注:本片节选,完整内容及产品技术报告在知识星球发布


01
为什么叫Gerema?
Koenigsegg Gemera 的名字是瑞典语单词“ge”和“mera”的串联,前者意为“给予”,后者意为“更多”。从名字可以看出,Koenigsegg是一个充满艺术与梦想的公司,正如他们的初心"打造出全世界最快的汽车"一样,以匠心独运和极致性能为核心,让Gerema能在过去25年的积累之上能"给予更多",继续在跑车界书写传奇。

图片来源:科尼塞克

02
Gerema,如何做到了"给予更多"?

Gemera,作为科尼赛克(Koenigsegg)品牌的首款四座超级跑车,不仅继承了科尼赛克在速度与性能上的卓越传统,更在动力系统方面实现了前所未有的突破与创新。以下是关于Koenigsegg Gemera动力系统的基本配置信息

图片来源:科尼塞克

以下是这款 1700 马力四座 Koenigsegg Gemera 动力系统的整体布局和特征。可以看出,Gemera搭载了一套由2.0T三缸双涡轮增压Freevalve发动机与三台电机,共同构成插电式混合动力系统。Freevalve发动机凭借其独特的无凸轮轴气门驱动技术,实现了更高的燃烧效率和动力输出,最大功率达到447kW,最大扭矩为600N·m。而这三台电动机则分别位于两个后轮和发动机曲轴位置,可同步输出800kW1100N·m,或单独输出1400马力。整个动力系统被称为Tiny Friendly Giant(简称TFG),综合功率高达1700马力综合扭矩更是达到了惊人的3500N·m(这里不指轮端)

图片来源:科尼塞克

03

前/后轴动力系统的技术特征和参数说明
那么,Gemera这套2.0T三缸双涡轮增压Freevalve发动机+三台电机究竟长什么样子?
上图显示:Gemera在在后轴上方布局了一台447kW三缸内燃机(600hp),同时在发动机曲轴的同轴方向上,布局了一台300kW的混合式轴向-径向磁通电机(400hp) 实物细节图如下:
| SysPro备注:这是一款兼具轴向磁通和径向磁通特征的电机,第三部、第四部中会对这一技术方案做详细介绍)
图片来源:科尼塞克
来自后轴"发动机"和"电机"的动力通过中间驱动轴(Carbon Fiber Torque Tube)传递至前端的变矩器(Koenigsegg 称为"HydraCoup")。从 HydraCoup 开始,通过"扭矩矢量分配装置(Torque Vectoring Distribution Unit)",通过"带液压离合器的减速器系统",将动力分配至前桥的两个半轴之间,并产生扭矩矢量、最终驱动前轮。参考下图。
图片来源:科尼塞克

与此同时,我们在上图可以发现:Gemera后轴发动机旁同样并联布置了两个混合式轴向-径向磁通电机,并且,每个电机可以提供373kW(500hp)1000N·m的扭矩。此外,Koenigsegg 在每个电机后端分别配置了一个小速比(3.3:1)的平行轴式减速器。这里可以看出Koenigsegg 工程师的设计思路:Koenigsegg 充分利用了<2.0T三缸双涡轮增压Freevalve发动机与三台电机>强劲的动力输出,选用小速比减速器以实现更高的轮端转速。官方数据显示,从静止加速到100km/h仅需惊人的1.9秒,而Gemera的最高时速更是可达400km/h

聊到这里,不知道大家有没有发现:<2.0T三缸双涡轮增压Freevalve发动机与三台电机>4个动力系统加起来最大马力应该是2000HP(400+600+500*2),但是官方数据是1700HP,这是为什么呢?

04

Gemera的动力系统特性分析

出现这种情况有两个主要原因:
1. 电动汽车的功率输出在很大程度上取决于电池的放电能力,而不仅仅是电机能够产生的能力,这是可能的原因之一。
2. 第二个原因是:发动机和电机的输出特性在转速上的差异。借用下面这张Gemera的动力系统特性图解释下。
如下图所示,我们发现ICE的最大输出功率大约发生在7500rpm的发动机转速下(图中绿色线标记 Max. Achivable Combined Power处),这相当于是360km/h的车速;我们再对比电机特性曲线(黑色),会发现7500rpm要比电机最大功率对应的转速要高。换句话说,发动机峰值功率点和电机峰值功率点不是在统一的车速下出现,所以组合后整体输出并不能简单的600+400+500*2=2000HP这么计算
尽管没有达到动力系统的最大化(通过电机设计,可以实现最大功率转速和发动机转速相匹配,但Koenigsegg 并没有这么做),但我们可以发现Gemera在工作转速范围内都有较宽的扭矩曲线。据官方说法,即使在350km/h的转速下仍然有超过1600Nm的后备力量。这或许正是他们对于Gemera的设计理念体现:给予更多。(大多数的电动汽车在高速工况下会出现"加速动力不足"的情况)。

图片来源:科尼塞克

05
电驱动系统揭秘:David、Quark、Terrier
(知识星球发布)
从上面Gemera的故事可以看出,想要做到"既强劲有力,又灵活敏捷"除了源于优秀的动力系统拓扑和参数设计外,更重要的源于其每个子系统强大的能力谈到电驱动系统,Koenigsegg又一次展示他们的艺术细胞,他们给逆变器(Inverter)、电机(Motor)、驱动单元(Electric Unit)换了个名字,分别叫做David, Quark和Terrier...
  • David:850V 6相 SIC逆变器
  • Quark:轴向磁通技术+径向磁通技术融合的产物
  • Terrier:1个David+2个Quark+2个行星排减速器
下面我们来了解下他们各自的技术特征、关键参数、方案优势,以及名字背后的故事...

以下内容会整陆续理,这里先放几张高清大图,先睹为快

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第二曲
5. 电驱动系统揭秘:David、Quark、Terrier
5.1 David(逆变器)
  • 5.1.1 技术方案总览
  • 5.1.2 指标参数 (知识星球发布)
  • 5.1.3 技术优势 (知识星球发布)
5.2 Quark(混合式轴\径向磁通电机)
  • 5.2.1 技术方案总览
  • 5.2.2 指标参数  (知识星球发布)
  • 5.2.3 技术优势  (知识星球发布)
5.3 Terrier(驱动系统)
  • 5.3.1 技术方案总览
  • 5.3.2 指标参数 (知识星球发布)
  • 5.3.3 技术优势 (知识星球发布)

第三曲

6. 一文读懂轴向磁通电机的所有故事
6.1 为什么并非所有电动汽车电机都是轴向磁通?
6.2 轴向磁通电机的挑战
  • 6.2.1 设计挑战
  • 6.2.2 制造挑战
  • 6.2.3 热管理挑战
6.3 轴向磁通、径向磁通,究竟哪个更好?  (知识星球发布)
  • 6.3.1 轴向磁通量与径向磁通量  (知识星球发布)

  • 6.3.2 为什么轴向磁通可以大幅提升电机性能?  (知识星球发布)

    • 6.3.2.1 无定子轭部带来的优势
    • 6.3.2.2 绕组拓扑带来的优势
    • 6.3.2.3 磁路上的优势

第四曲

7. 混合式轴向-径向磁通电机的技术揭秘
7.1 轴向磁通 vs. 径向磁通
7.2 混合式轴向-径向磁通电机,"混"在哪里?
7.3 混合式轴向-径向磁通电机的本质 (知识星球发布)
7.4 混合式轴向-径向磁通电机仿真示例与特征说明  (知识星球发布)
  • 7.4.1 磁通密度的分布
  • 7.4.2 反电动势(Back EMF)性能
  • 7.4.3 轴向力分析
  • 7.4.4 齿槽转矩
  • 7.4.5 磁通密度与扭矩容量 
7.5 总结


以上是关于科尼赛克"地表最强"动力系统揭秘"四部曲"之第一曲:Gemera的故事,以及其动力系统的特性和方案解读(节选)完整版解读在知识星球 [SysPro|国际峰会报告解读] 专栏发布,欢迎查阅。

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