Taycan, l’elettrico secondo Porsche

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Porsche è rapida nel seguire le esigenze del mercato globale, assecondando le richieste dei propri clienti, senza mai tradire l’innata vocazione verso la sportività e la prestazione.

Dopo aver sorpreso tutti nel 2009, sull’onda della crisi economica mondiale, presentando la prima Porsche con alimentazione a gasolio (la Cayenne Diesel), un successo clamoroso in termini di vendite, a distanza di 10 anni la Casa di Stoccarda stupisce ancora con l’arrivo nel 2019 della Taycan, la prima Porsche 100% elettrica. Ma l’attenzione della Casa di Stoccarda verso la storica transazione energetica a cui stiamo assistendo è iniziata già a partire dal 2010, con l’introduzione di propulsioni dotate di tecnologie ibride, di cui il primo modello a esserne dotato fu la Cayenne S Hybrid. Questa volta parliamo di un prodotto progettato da zero, con l’intento di realizzare un’elettrica altamente prestazionale, velleità che si manifesta già a un primo sguardo, con la silhouette bassa e larga (1966 mm x 1380 mm), i parafanghi sporgenti e i larghissimi battistrada, a ricordare che con questa vettura si può correre sul serio. Disponibile anche nelle versioni Turbo e Turbo S (nomi che richiamano la tradizione, ma che hanno poco a che fare con l’elettrico), la Taycan 4S è la versione “entry-level”, se così si può chiamare una supercar da 530 CV in grado di liquidare in 4 secondi lo 0 a 100, ordinabile con un prezzo a partire da circa 110.000 euro.

Prodotta nel rinnovato stabilimento a zero impatto di CO2, situato a Zuffenhausen a nord di Stoccarda, la Taycan rappresenta una pietra miliare, che da inizio a una nuova gamma di sportive elettriche targate Porsche.


COME E’ FATTA

La Taycan è equipaggiata di due motori elettrici sincroni a magneti permanenti, sviluppati dalla Magneti Marelli, uno sull’asse anteriore e uno sull’asse posteriore. Su ognuno di essi è installato il modulo inverter a impulsi, che converte la corrente continua proveniente dalla batteria in corrente alternata.

La Taycan 4S è in grado di erogare sulle quattro ruote motrici 530 CV di potenza e 640 Nm di coppia. In realtà, questi valori vengono espressi con la procedura di Launch Control, grazie all’attivazione di un overboost che incrementa temporaneamente la corrente di alimentazione ai motori elettrici, mentre la potenza nominale è di 435 CV.

La versione Turbo arriva a 625 CV nominali e 680 CV con l’overboost, mentre la top di gamma Turbo S può incrementare la spinta con l’overboost fino a 725 CV, superando i 1000 Nm di coppia (1050 Nm), mantenendo invariati i 625 CV nominali.

Una caratteristica particolare dei motori elettrici della Taycan è l’avvolgimento “a forcina”, in cui le bobine del solenoide dello statore sono costituite da fili a sezione rettangolare anziché circolare. I fili sono piegati e la loro forma (prima di essere inseriti nel cuore dello statore) ricorda quella delle forcine, da cui il nome inglese “hairpin”. Il processo di produzione della tecnologia delle forcine è estremamente complesso, ma consente ai fili di essere avvolti con maggiore densità e quindi aumentare la quantità di rame nello statore. I processi di avvolgimento convenzionali hanno un fattore di riempimento in rame di circa il 45%, in questo caso sfiorano il 70%, ciò aumenta la potenza e la coppia erogabile a parità di volume. Un altro importante vantaggio è che uno statore a forcina può essere raffreddato in modo molto più efficiente.

I motori sono dotati di un particolare avvolgimento “a forcina”, in cui le bobine del solenoide dello statore sono costituite da fili a sezione rettangolare anziché circolare, per aumentare la densità dell’avvolgimento in rame.

La capacità massima di recupero dell’energia dei motori, durante le fasi di decelerazione, è di 265 kW, significativamente maggiore rispetto a quella della maggior parte dei concorrenti. Utilizza pertanto i motori elettrici per frenare con una decelerazione fino a 3,8 m / s^2 (circa 0,39 G), cioè circa il 90% delle frenate che effettuiamo nella guida quotidiana, dopodiché vengono attivati i freni convenzionali, i quali hanno quindi un consumo molto basso.

All’anteriore il motore è montato coassialmente all’asse, tramite una scatola con ingranaggi planetari e un differenziale, con un rapporto monomarcia di 8:1.

Il motore posteriore è invece posizionato parallelamente all’assale ed è dotato di un cambio automatico a due marce, realizzato internamente da Porsche.

Si tratta della prima auto elettrica ad essere equipaggiata di un cambio di velocità, ma sappiamo che molti costruttori e fornitori (come ZF, GKN, Bosch) si stanno già muovendo in questa direzione, che permette di aumentare sia le prestazioni che l’efficienza.

Rendering esploso del cambio automatico a due marce accoppiato al motore posteriore.

Uno dei motivi per i quali la soluzione non è molto diffusa è la difficoltà realizzativa, visto che gli ingranaggi e la scatola del cambio devono resistere a coppie molto elevate e soprattutto erogate in arco temporale ridottissimo.

La prima marcia, che è utilizzata quasi esclusivamente in Sport e in Sport Plus, ha rapporto di trasmissione molto demoltiplicato, circa 15:1, che si traduce in una coppia alla ruota di ben 12.000 Nm, per un’accelerazione da fermo bruciante. La seconda marcia ha un rapporto di trasmissione lungo, pari a quello dell’asse anteriore (8:1), per poter raggiungere la velocità massima (260 km/h con la Turbo S).

Grazie alla variazione del rapporto il motore elettrico viene sfruttato in un range di giri più limitato e più vicino al campo di efficienza massima, con un risparmio medio del 5% in termini di aumento dell’autonomia.

La Taycan è equipaggiata di due motori elettrici, uno sull’asse anteriore e uno sull’asse posteriore. Quello posteriore è dotato di un cambio automatico a due velocità. In mezzo è posizionata la batteria agli ioni di litio, con capacità da 79,2 kWh a 93,4 kWh.

BATTERIA E AUTONOMIA

La batteria a ioni di Litio, prodotta da LG, è installata in mezzo ai due assi, all’interno di un telaio in alluminio che viene imbullonato nel sottoscocca con 28 bulloni, più in basso possibile per ridurre il centro di gravità.

La versione base installata sulla Taycan 4S pesa circa 560 kg e lavora a 613 V, con un amperaggio di 129 Ah ed è composta da 336 celle suddivise in 28 moduli da 12 celle ciascuno, con la possibilità di immagazzinare complessivamente un’energia di 79,2 kWh.

Con le versioni più potenti (Turbo e Turbo S), oppure scegliendo l’optional Performance Battery Plus, è possibile avere una batteria più grande da 723 V e 396 celle (33 moduli invece di 28), per uno stoccaggio pari a 93,4 kWh.

Nella matrice di celle sono presenti dei recessi per le gambe (chiamati “Foot Garage”), per migliorare l’abitabilità dei passeggeri posteriori e poter installare i sedili in posizione ribassata.

La batteria è equipaggiata da elettrodi prodotti in Nickel, Manganese e Cobalto (NMC), per garantire le massime prestazioni sia in termini di velocità di ricarica, che come capacità di erogare potenza.

La batteria a ioni di Litio, prodotta da LG, è installata in mezzo ai due assi. Sono visibili i recessi per le gambe (chiamati “Foot Garage”), per migliorare l’abitabilità dei passeggeri posteriori e poter installare i sedili in posizione ribassata.

L’autonomia, dichiarata dalla Casa, nel ciclo combinato WLTP varia da 335 a 408 km per la Taycan 4S con la batteria ad alte prestazioni, anche se nell’utilizzo reale, come confermato durante la nostra prova, si attesta intorno ai 300-320 km, sicuramente un aspetto di cui tenere conto prima dell’acquisto. Sempre attendendoci alle specifiche tecniche divulgate, la Turbo dichiara un’autonomia da 383 a 452 km, la Turbo S da 390 a 416 km.

I fattori che fanno variare l’autonomia in un range così ampio sono lo stile di guida, il tipo di percorso, la temperatura esterna (il freddo diminuisce molto l’efficienza delle batterie al litio, il cui range di temperatura ottima è tra i 20 e i 25 gradi) e l’utilizzo degli ausiliari come il climatizzatore o la pompa di calore.

Il consumo medio dichiarato è di 27 kWh/100 km per la 4S, e di 28 e 28,5 kWh/100 km rispettivamente per la Turbo e Turbo S. Nel corso della nostra prova su Taycan 4S, in cui abbiamo adottato una guida normale senza particolari accorgimenti sul risparmio energetico, il consumo si è attestato attorno ai 28-30 kWh, piuttosto elevato ma ampiamente giustificato dalle prestazioni che l’auto è in grado di esprime.

Esistono quattro mappature di guida, Range, Normal, Sport, Sport Plus, oltre alla Individual che permette di creare la propria configurazione. Si possono selezionare tramite la comoda rotella posta in basso a destra sul volante. La funzione Range permette di estendere sensibilmente l’autonomia della batteria, limitando automaticamente la velocità del veicolo (impostabile da 90 a 140 km/h) e utilizzando esclusivamente il motore anteriore (disattivando quello posteriore) durante una marcia costante. Inoltre l’aerodinamica attiva viene impostata per avere il minor drag possibile e l’altezza da terra viene portata nella configurazione più bassa (-20 mm). Infine, tutte le utenze ausiliarie (come pompe idrauliche, aria condizionata, fari) sono settate nella modalità più efficiente.

Spostandosi verso le modalità più sportive, diventa sempre più preponderante l’utilizzo del motore posteriore, soprattutto in accelerazione, rendendo il comportamento dinamico più votato alla prestazione e al divertimento, ma una sensibile diminuzione dell’autonomia disponibile.


COME SI CARICA

La Taycan è dotata di due prese di carica nella parte anteriore della vettura, una lato guidatore (per la sola ricarica in corrente alternata) e una lato passeggero (sia in AC che in DC).

E’ possibile ricaricare la batteria presso qualsiasi stazione di ricarica pubblica, in corrente continua ad alta potenza DC CCS Combo 2 oppure in corrente alternata con prese AC Tipo 2.

Presa di corrente lato passeggero, per la ricarica in DC CCS Combo 2 oppure AC Tipo 2.

In corrente alternata, il caricabatteria interno al veicolo ha una limitazione di potenza a 11 kW, che si traduce in circa 9 ore per una ricarica completa della batteria, mentre tale limitazione non esiste per la corrente continua, che potenzialmente può arrivare fino a 270 kW. C’è anche la possibilità di caricare l’auto comodamente a casa con una normale presa Schuko in corrente alternata (sempre con la limitazione a 11 kW), grazie al Porsche Mobile Charger Connect, dotato di schermo da 5 pollici touch screen e collegamento Wi-Fi.

Grazie alla funzionalità Wi-Fi, il Mobile Charger Connect può essere anche connesso alle rete di casa con Home Energy Manager, per poter utilizzare funzioni di ricarica intelligente, mettendo in relazione autonomamente potenza, orari e costi, per offrire il miglior risparmio ed evitare spiacevoli blackout da sovraccarico, potendo avviare i processi di ricarica della vettura quando le altre utenze elettriche domestiche non sono in funzione.

E’ inoltre disponibile anche il Porsche Mobile Charger Plus, dalle dimensioni compatte e dal peso di soli tre kg, che lo rendono semplicissimo da trasportare, oltre alla possibilità di poterlo installare a muro in garage, tramite il supporto in dotazione.

Presso i centri autorizzati Porsche si possono invece trovare le stazioni ad alta potenza (270 kW di picco) a 800 Volt, per una ricarica lampo che in circa 22 minuti riesce a portare lo stato di carica dal 5% all’80%. Purtroppo al momento queste stazioni non sono disponibili al di fuori dei centri Porsche (come invece accade per i Tesla Supercharger). La Casa di Stoccarda si sta però impegnando, essendo partner del gruppo Ionity assieme ad Audi, BMW, Daimler e Ford, per costruire in tutta Europa nuove stazioni di ricarica con capacità complessive fino a 350 kW (sono oltre 400 quelle realizzate solo nel 2020).

Solo presso i centri autorizzati Porsche si possono trovare le stazioni ad alta potenza (270 kW di picco) a 800 Volt, per una ricarica lampo che in circa 22 minuti riesce a portare lo stato di carica dal 5% all’80%.

STUDIO AERODINAMICO

Le forme della Taycan riprendono con notevole fedeltà il concept Mission E presentato nel 2015, mettendo in luce una sorprendente rapidità ed efficienza della Casa nel passare dalla prototipazione al prodotto industrializzato.

Concept Porsche Mission E presentato nel 2015

Gli studi svolti al computer con i software fluidodinamici CFD sono stati convalidati da un enorme lavoro di sperimentazione, 900 ore in galleria del vento con il modello in scala 1:3 e 1500 ore con il modello 1:1.

Essendo una vettura concepita per adottare esclusivamente la propulsione elettrica, i tecnici hanno potuto sfruttare tutti i vantaggi che questa soluzione può fornire.

Il ridotto ingombro del motore e dei radiatori nella parte anteriore ha permesso per esempio di avere il cofano molto basso, diminuendo così drasticamente l’area frontale, che è di soli 2,33 m^2.

Un altro vantaggio della propulsione elettrica è stato la possibilità di realizzare una completa pannellatura del sottoscocca e di installare un diffusore molto largo al posteriore, grazie all’assenza del sistema dei tubi di scarico dei gas.

Al posteriore è presente un grande diffusore (reso possibile dall’assenza del sistema di scarico) e uno spoiler attivo, che può sollevarsi in tre diverse posizioni, per aumentare la deportanza e quindi stabilizzare il retrotreno.

Il grande diffusore può lavorare al meglio grazie alla presenza della pannellatura che lo alimenta con un flusso poco disturbato, riducendo l’effetto portante della scocca. Al tempo stesso, il diffusore minimizza la resistenza aerodinamica portando aria energizzata nella zona subito dietro alla vettura, che è altamente turbolenta.

La possibilità di abbassare l’altezza della vettura in movimento va a ulteriore vantaggio dell’efficienza del diffusore e della riduzione dell’area che viene investita dall’aria, con la copertura della sezione frontale delle ruote.

Uno dei principali vantaggi della propulsione elettrica è la possibilità di realizzare una completa pannellatura del sottoscocca.

Anche i bracci delle sospensioni sono quasi interamente coperti dalla pannellatura e da convogliatori, per minimizzare l’interferenza con l’aria.

Nella parte esterna del paraurti anteriore, sono presenti delle prese che canalizzano l’aria facendola passare all’esterno della ruota, per creare un cuscinetto d’aria che mitiga la turbolenza creata dalla rotazione delle ruote. Questo effetto è contrastato anche dalla conformazione dei cerchi (fino a 21”), che presentano tutti un design attento all’aerodinamica, alcuni modelli presentano addirittura paratie in carbonio applicate all’esterno.

Nella parte esterna del paraurti anteriore, sono presenti delle prese che canalizzano l’aria facendola passare all’esterno della ruota, per creare un cuscinetto d’aria che mitiga la turbolenza creata dalla rotazione delle ruote.

Un grande studio aerodinamico è stato svolto anche nella zona del vano ruota anteriore, dove sono presenti sfoghi d’aria nella parte posteriore per facilitare l’estrazione dell’aria turbolenta che si genera al suo interno.

Sempre all’interno del vano della ruota, nella parte anteriore si notano le uscite dell’aria dei due radiatori, posizionati molto in basso nel paraurti anteriore e dedicati al raffreddamento dei motori elettrici. L’apporto di aria a questi radiatori può essere regolato tramite flap regolabili automaticamente dal sistema di aerodinamica attiva, il Porsche Active Aerodynamics (PAA).

I due radiatori aria-acqua sono posizionati molto in basso nel paraurti anteriore e sono dedicati al raffreddamento dei motori elettrici. L’apporto di aria a questi radiatori può essere regolato tramite flap regolabili automaticamente dal sistema di aerodinamica attiva, il Porsche Active Aerodynamics (PAA).

Anche il flusso di raffreddamento dei freni anteriori viene regolato in modo autonomo elettricamente, in modo da ridurre la resistenza all’avanzamento quando non è richiesto.

La Taycan utilizza l’aerodinamica attiva anche con lo spoiler posteriore, che può sollevarsi in tre diverse posizioni, per aumentare la deportanza e quindi stabilizzare il retrotreno. Nella modalità di guida più sportiva Sport Plus, la configurazione dello spoiler sacrifica la resistenza aerodinamica, a vantaggio di una maggior deportanza e quindi tenuta di strada.

Un accorgimento importante è sulle quattro maniglie, che sono dotate di un sistema motorizzato per potersi ritrarre all’interno delle portiere e quindi non essere fonte di turbolenza in movimento.

Grazie a questo enorme lavoro di sviluppo, la Taycan raggiunge un sorprendente valore di coefficiente di resistenza aerodinamica (Cx) di soli 0,22, a vantaggio di prestazioni e autonomica.


SOSPENSIONI E ASSETTO

Oltre alla cura maniacale dell’aerodinamica, Porsche ha sviluppato la dinamica di guida della Taycan cercando di minimizzare l’effetto penalizzante del peso di 2,200 kg (2,300 kg per Turbo e Turbo S) e sfruttando al massimo la propria esperienza e le migliori tecnologie di cui è in possesso.

La scocca è realizzata con un mix tra acciaio alto-resistenziale e alluminio: l’acciaio è utilizzato prevalentemente per la zona dell’abitacolo, come per il sottoscocca e i due montanti (A-Pillar e B-Pillar), mentre in alluminio sono realizzati il cofano, il baule, i telai esterni e tutta la carrozzeria, per un utilizzo complessivo di questo materiale del 37%.

La scocca è realizzata con un mix tra acciaio alto-resistenziale e alluminio. L’acciaio è utilizzato prevalentemente per la zona dell’abitacolo. L’utilizzo dell’alluminio è pari al 37%.

La meccanica è molto simile a quella che equipaggia la Panamera, dalla quale eredita lo schema delle sospensioni e il sistema di controllo elettromeccanico del rollio.

All’anteriore, la Taycan adotta una sospensione a quadrilatero deformabile, mentre al posteriore è applicato un multi-link, geometrie realizzate con bracci in alluminio (tutti forgiati, tranne i bracci inferiori posteriori, che sono ricavati in fusione).

Il grande disco anteriore, da 415 mm di diametro, adotta la tecnologia Porsche Surface Coated Brake (di serie su Taycan Turbo), con un riporto superficiale molto duro in carburo di tungsteno, per incrementare la resistenza all’usura, alla corrosione e per minimizzare la formazione di polveri che solitamente sporcano il cerchio. Il disco rimane sempre “luccicante” anche quando, specialmente su un’auto elettrica, non viene utilizzato per molto tempo. Sono disponibili optional su Taycan Turbo S i dischi freno in carbonio-ceramica.
Parte superiore della sospensione anteriore. Si vede il collo d’oca che sale fino all’attacco con la forchetta superiore che caratterizza il quadrilatero alto. Sullo sfondo l’elemento elastico ad aria.
Vista inferiore della sospensione anteriore, vista da dietro. Si vede il braccio di sterzo, il mozzo che sale con il collo d’oca, l’attacco della barra anti-rollio (elettromeccanica) e il semiasse.
Al posteriore è installato un disco da 365 mm, sempre con tecnologia Porsche Surface Coated Brake. La sospensione è di tipo multilink. L’ammortizzatore monotubo (più leggero) è separato dall’elemento elastico.
Al posteriore è installato un disco da 365 mm, sempre con tecnologia Porsche Surface Coated Brake. La sospensione è di tipo multilink. L’ammortizzatore monotubo (più leggero) è separato dall’elemento elastico.
I due bracci superiori indipendenti della sospensione posteriore multilink passano all’esterno dell’elemento elastico e dell’ammortizzatore.
Vista laterale della sospensione multilink posteriore. Il braccio inferiore, sempre in alluminio, è l’unico ricavato in fusione. Si vede in primo piano l’attacco della barra anti-rollio (elettromeccanica).

Gli ammortizzatori sono monotubo, invece dei più classici bitubo, principalmente per un motivo di leggerezza, ma anche perché rappresentano un ottimo compromesso tra comfort e tenuta di strada.

Di serie solo su Taycan Turbo S e disponibile optional sulle altre versioni, il sistema a quattro ruote sterzanti migliora la precisione di guida e la manovrabilità, un cinematismo molto utile per le auto lunghe come Taycan, che sfiora i 5 metri. L’angolo di sterzo delle ruote posteriori dipende dalla velocità e arriva a un massimo di 2,8 gradi, in direzione opposta rispetto all’asse anteriore nelle manovre a basse velocità e in fase alle alte velocità sopra i 50 km/h.

Quindi virtualmente il passo della vettura è più corto alle basse velocità ed è più lungo alle alte velocità, migliorando la stabilità, per esempio nella manovra di cambio corsia in autostrada.

C’è tanta elettronica al servizio della dinamica del veicolo, orchestrata da un unico sistema centrale, chiamato Porsche 4D-Chassis Control, che è in grado di dialogare con tutte le centraline presenti in vettura e di verificare lo stato dinamico del veicolo (accelerazioni longitudinali, laterali e verticali) istante per istante.

Grazie soprattutto alla presenza delle sospensioni ad aria, il controllo dinamico ha una grande libertà di intervento con il sistema PASM – Porsche Active Suspension Management, di serie. che è in grado di variare la rigidezza, lo smorzamento e l’altezza da terra, in una frazione di secondo.

Il controllo dinamico può quindi intervenire per contrastare in modo puntale i movimenti di rollio e beccheggio, quando si affronta una curva, ma può anche variare l’altezza da terra in condizioni stazionarie a marcia costante, per ridurre l’area frontale e quindi diminuire la resistenza aerodinamica o per mantenere la stessa altezza con differenti condizioni di carico a bordo del veicolo.

Le regolazioni dell’assetto e dell’altezza da terra sono anche in funzione della modalità di guida scelta.

Le sospensioni ad aria sono composte da tre camere e permettono le seguenti configurazioni:

  • A basse velocità è attivabile manualmente con il tasto a destra del volante la funzione di “lifter”, che solleva di 20 mm le sospensioni, per prevenire toccate, specialmente dovute allo spoiler anteriore molto sporgente.
  • Oltre i 90 km/h le sospensioni si abbassano automaticamente di 10 mm per ridurre l’area frontale e migliorare la stabilità grazie al baricentro più basso
  • Oltre i 180 km/h altri 12 mm vengono sottratti all’altezza da terra, per gli stessi motivi aerodinamici e di handling. Questa configurazione rimane invece costante quando si utilizza l’auto in Sport Plus.

Il sistema di controllo del rollio è chiamato PDCC Sport e utilizza due barre anti-rollio elettro-meccaniche.

Il sistema è stato introdotto per la prima volta su Panamera ed è una evoluzione del precedente modello idraulico, che comportava un dispendio più grande di energia, per poter mandare in pressione l’olio.

E’ in grado di intervenire in soli 200 millisecondi per irrigidire le barre quando richiesto in curva, con un bassissimo consumo di energia, fattore particolarmente importante per un’auto elettrica.

Il sistema di controllo del rollio è chiamato PDCC Sport. Si tratta di una scatola di ingranaggi alle cui estremità sono fissate le parti terminali delle barre anti-rollio, vincolate ai movimenti verticali delle ruote. Tramite un motore elettrico (a 48 V) viene generata una coppia contraria a quella generata dalle barre, di intensità più o meno elevata a seconda della logica elettronica, per contrastare il rollio generato dall’escursione delle ruote. La velocità di intervento è di soli 200 millisecondi.
Spaccato del sistema PDCC (barre anti-rollio elettromeccaniche)

Si tratta di una scatola di ingranaggi alle cui estremità sono fissate le parti terminali delle barre anti-rollio, vincolate ai movimenti verticali delle singole ruote. Tramite un motore elettrico (alimentato a 48 V) viene generata una coppia contraria a quella generata dalle barre, di intensità più o meno elevata a seconda della logica elettronica, per contrastare il rollio generato dall’escursione delle ruote. Il risultato è la quasi assenza di rollio in curva, nonostante il peso che supera abbondantemente le due tonnellate.

Per approfondire la dinamica e scoprire come si comporta la Taycan alla guida, vi invitiamo a leggere le nostre prove su strada e su pista.

Fonte: autotecnica.org