[狂人新聞台] Taycan硬知識 - -12,000 Nm扭力 解密Porsche Taycan 動力核心

＃小編：坐穩了！令人屏息震驚的加速力道將駕駛和乘客狠狠壓進座椅

永磁同步馬達（PSM）而不是非同步馬達（ASM）

可不是每一種馬達都適合電動車。保時捷使用的是永磁同步馬達（PSM），較成本較低的非同步馬達（ASM）擁有更高的連續輸出功率，也不容易因過熱而需要調降功率。保時捷永磁同步馬達（PSM）透過三相交流電壓的電力電子系統供電與控制；換言之，馬達轉速由交流電壓在零點附近從正極流向負極的頻率來決定。在 Taycan 的馬達中，脈衝變流器負責調節定子磁場旋轉頻率，從而管理轉子轉速。轉子採用釹鐵硼合金製成的高品質永久磁鐵，在製造過程中會經過高強度定向磁場進行永久磁化。永久磁鐵在煞車過程中也有助於高效動能回收。當車輛處於滑行狀態，馬達便進入發電模式，讓磁鐵將電壓和電流導入定子線圈。

Taycan 電動馬達的「髮夾型繞組」

Taycan 電動馬達的「髮夾型繞組」技術亦完整體現了保時捷DNA - 登峰造極的科技。在這項技術中，構成線圈的導線不是圓形，而是矩形。相較於自持續滾動卷軸上取得銅線的傳統繞線技術，髮夾技術則採用成型組裝法，將矩形銅線分成個別好幾段，並彎曲成形似髮夾的 U 形，分別插入安裝線圈的定子疊片中，令矩形截面的表面層層相疊，再以雷射焊接「髮夾」兩端形成線圈，提升線圈密度，進而提高定子的銅含量。
保時捷髮夾技術的優勢，在於可將銅含量從過去的50%提升至近70%，達成相同容積能夠輸出更高的動力輸出與扭力目標；另一個重要的優勢則是相鄰銅線可均勻接觸，進而改善導熱，強化髮夾定子的冷卻效果。Taycan的電動馬達可將超過 90% 的能量轉化為動力：但是，與內燃機引擎一樣，耗能會轉化為熱能，這也使得電動馬達有一層冷卻水套包覆，為其散熱。

脈衝變流器的控制系統 蘊含保時捷的科技心血結晶

為了精確控制永磁同步馬達，電力電子系統必須掌握轉子的準確角度位置，此時就得仰賴解析器了。解析器由一個磁場傳導金屬製成的轉子盤、一個勵磁線圈和兩個接收線圈組成；勵磁線圈產生磁場，透過編碼器傳輸到接收器繞組，並在接收線圈中產生電壓，電壓相位與轉子位置成比例移動。控制系統可依據這些資訊準確計算轉子的角度位置。此一名為脈衝變流器的控制系統蘊含保時捷的科技心血結晶，負責將 800 V直流電轉換為交流電，並輸送至兩具電動馬達中。保時捷是有史以來第一家採用 800V電壓的車廠，這項技術一開始是為了保時捷 919 Hybrid 混合動力賽車而研發，現在則運用在量產車中，採用較細的電纜降低重量和體積，進而縮短充電時間。

Taycan電動馬達每分鐘轉速高達 16,000 轉。前後軸的驅動單元亦分別搭載一具變速箱，以在轉速範圍內成就保時捷經典的動態表現、效能和極速的完美協作。Taycan 是史上首款後軸搭載二速變速箱的電動跑車，其中第一檔的齒比非常短，前輪動力由一組單速行星變速箱傳輸到車輪。
此一組合賦予Taycan Turbo S強大的動力。前軸電動馬達的 440 Nm扭力經由齒輪比轉換後，將約 3,000 Nm的扭力傳至車輪；後軸電動馬達的 610 Nm扭力在第一檔時倍增為 9,000 Nm，齒比較長的二檔則確保高速行駛間維持高效能和動力儲備。這是一項深富開創性的先進科技，關注最細微之處，使得保時捷在純電時代仍能延續百年來的創新傳統。

＃Porsche #Taycan #TurboS ＃永磁同步馬達 ＃髮夾型繞組 ＃

【用Vector量化踩踏技術】
作者：羅譽寅；編輯：徐國峰
https://youtu.be/jOFxyuGWeoE

最近譽寅在專研我們最弱的一塊：功率訓練。他把功率訓練的相關知識消化吸收後，整理了接近兩萬字的稿子出來。今天完成了初稿，跟大家分享一下他的部分成果，也是我最有興趣的一塊：量化踩踏技術。

如果我們把曲柄當作時鐘來看，1點到5點之間為主要的「施力區」，在此區間內所施的力都能有效地為腳踏車產生動力，其中又以3點鐘方向產生的力矩最大（因為力臂最長）；12點跟6點則分別是下／下死點，因為在這兩點沒有力臂，所以不管踩得多用力對前進都沒有幫助；至於後半段的7-11點，可說是踩踏技術優劣的分水嶺。

我們回到曲柄上以機械的角度來看，如果能夠對踏板進行360度均勻地施力當然最具效率，就像引擎一樣把動力平均施加到齒輪的每一個齒片。但實際上我們的腳天生就不適合這種運動模式。人類演化至今，發展出強壯的股四頭肌，再加上地心引力的關係，往下踩這個動作對於這雙腿來說可說是習以為常。但往上提又是另一回事了，除了負責上拉的肌群（在大腿上方的髂腰肌與腿後肌群）相對比較弱之外，還得要克服地心引力，所以要透過提拉來驅動後輪就會費力很多。

用力往下踩人人都會，差別就在於能產生多大的功率而已。踩踏技術的關鍵是：
◎下踩時另一隻腳的重量是否完全離開踏板，又不花多餘的力氣提拉。
◎上拉結束後能不能順暢地劃過下死點。
◎腳掌過死點後從7-11點，沒有任何重量留在踏板上，也不用提拉來驅動踏板。

我們都知道當前方腳處於3點鐘方向時，踩踏最有效率，但與此同時如果後方腳「完全沒有做出上提動作」，那麼整隻腳的重量（約10公斤）就會成為前方腳的阻力。試想想每轉動曲柄一圈所輸出的功率除了要用來驅動腳踏車前進之外，還要克服這10公斤的重量，就好比綁著10公斤的沙包去跑步一樣，既跑不快也跑不遠。

如果想要拿掉這個「沙包」，訓練雙腿提拉的技巧是不二門法，只要能夠在7-11點時作出適當的提拉，下踩的力量就能夠全作為前進之用了。但問題來了，究竟我們如何得知自己已經懂得運用這套技術呢？換一個問法，我們要如何得知這額外的10公斤已經不見了？

以往在只有大盤式跟花鼓式功率計的時代裡，雖然可以知道總共輸出了多少功率，為體能訓練這一塊帶來革命性的影響，但有關踩踏技術的層面大家仍都只能「憑感覺」，技術好不好只有自己才知道。但隨著科技的進步，近年在市面上已推出了好幾款分腿踏板式的功率計（例如Garmin Vector），這種設計的好處在於能夠針對單腳進行個別分析，現在的你不只可以知道功率輸出有多少，也可以知道左腳還是右腳用力比較多、甚至連踩踏技術也能夠作出量化，接下來介紹的兩項數據，正是踏板式功率計所帶來的新意義。

【有效扭力】（Torque Effectiveness）
下圖是一名自行車手踩動曲柄一圈的功率示意圖，X軸是曲柄的角度，Y軸是輸出功率的大小。從這圖中可以觀察到兩個關於踩踏的重點：當曲柄在0度到180度之間，所產生的功率是最大的，特別是在90度時（3點鐘方向），出現功率值的最高峰；另外，在過死點之後（180度之後），會出現負功率，代表此時所產生的功率完全無助於自行車前進，甚至會減少正功率。

負功率的產生正是因為腿部的重量還留踏板上，使它成為另一隻腳往下踩時的負荷之一。

圖：http://ppt.cc/fWA~
◎P+ 代表正功率，是踩踏到曲柄的力量（90度時的力矩最大）
◎P- 代表負功率，即無助於前進的功率
◎有效扭力 = (正功率+負功率)÷正功率×100%

從公式可見，當後方腳所做成的負功率越小（或等於零），有效扭力就會越大：「這正是判斷技術好壞的關鍵」，當有效扭力為100%時，代表單腳轉動一圈時完全沒有產生任何負功率（在7-11點沒有重量留在踏板上），所有的功率皆轉化成向前的動力上。

有效扭力跟踩踏的迴轉速有很大的關係。迴轉速愈高（>90rpm），愈難達到較高的有效扭力，因為後方腳會跟不上踏板，造成越多負功率。但如果要刻意加快後方腳上提的速度，又會容易造成上拉肌群的疲勞。基本上對於在平路或下坡的時候，由於慣性較高，負功率對前進的影響不多，所以有效扭力只要不要低於60%就足夠了。

在迴轉速較低情況下（<80rpm），通常是爬坡的時候，上拉技術優秀的選手的有效扭力大多會處於90%以上，主要是因為踏板的移動的速度較慢，後方腳很容易就能跟上，甚至有可能會在7-11點方向之間產生正功率。

有效扭力在爬坡時是非常重要的數據。如果選手不善於上提的技術，在爬坡時只會更慢、更費力。假設現在有兩名體重同樣是60公斤的選手同時進行爬坡：
A選手輸出250W，擁有良好技術的他有效扭力為95%
B選手輸出300W，但有效扭力只有70%。

現在我們來分析誰會爬得比較快。如果單從功率大小的角度來看的話，B選手擁有絕對的優勢，因為在相同體重的情況下，他可以輸出300W，功率體重比高達5W/kg，而A選手只有250W，功率體重比只有4.2W/kg。但我們再來看看他們的有效扭力，B選手的有效扭力是70%，代表在這300W當中，只有210W是有效用來驅動腳踏車前進，其餘的90W被浪費在克服後方腳的重量上。反觀A選手，有效扭力為95%，所以他有高達238W是用在前進上，比起B選手的210W還高出28W，速度自然也會比較快。因此，A選手雖然功率輸出較B選手差，但擁有優異踩踏技術的他把輸出的功率運用得淋漓盡致，所以還是比B選手更快攻頂。

【踩踏平整度】（Pedal Smoothness）
現在我們知道產生負功率是不好的，那是不是都把後方腳用力往上拉就是最好呢？當然不是。接著要介紹的「踩踏平整度」可以告訴我們答案。

由於人類雙腿的生理構造，天生就較適合往下踩，所以當我們轉動曲柄一圈時，0度到180度之間加總起來的力量（下踩）會比起其他角度都還要高。踩踏平整度是計算曲柄轉動一圈後，其平均功率與最大功率之間相差多少的百分比，數值越高，代表一整圈的功率越平均。

圖：http://ppt.cc/JNrs
◎Pmax 是轉動一圈中的最大功率值
◎Pavg 是轉動一圈的功率平均值
◎踩踏平整度=(轉一圈的平均功率轉動)÷(圈中最大功率)x100%

但我們知道，要讓雙腳達到100%平均用力是不太可能的，因為上拉肌群的力量比起下踩肌群弱太多了，下踩的力道一定會比上拉的高且更有效率。如果我們把後方腳刻意快速往上拉，前方腳輕輕的往下放時，踩踏平整度會明顯提高，但同時你會快速感到疲勞，因為身體根本不習慣用力地上拉。因此可以知道這種騎法是沒有效率的，7-11點鐘方向並不是拉得愈用力愈好。

根據統計，踩踏平整度只要在10-40%之間就屬於在正常範圍內，所以我們其實並不需要過份上拉來取得更高的踩踏平整度，只要維持在10-40%便已足夠。

功率踏板的好處，除了能夠看出兩腳下踩的用力程度是否一樣，還能量化「有效扭力」、「踩踏平整度」，這些三種據，能讓我們更具體地瞭解自己踩踏技術的優劣。