电力驱动，水上驰骋

Michael Frauscher “载荷接入”。这是摩托艇驾驶员表示全速前进的说法。船头从水中抬起，摩托艇在几秒钟内加速至超过 85 km/h 的最高速度。驱动系统不仅强劲，而且几乎无声。Frauscher，奥地利同名造船厂的共同所有人和总经理，对在其家乡特劳恩湖上的首次试航结果无比满意。保时捷工程、保时捷股份公司和弗豪舍的开发团队用了不到一年时间，共同将“850 Fantom Air”从设计到首台原型开发完成。

保时捷股份公司主导了该项目，Philip Ruckert 被保时捷股份公司董事会任命为“eBoat”项目经理。保时捷股份公司与保时捷工程共同奠定了技术基础。不久之后，双方便决定将该项目整合至 Macan 车系，并推动其达到量产成熟度。保时捷工程负责项目内容的技术实施。“正是通过与保时捷股份公司各专业部门紧密无间且充满信任的合作，我们才得以在短短两年内实现达到量产成熟度的开发，”保时捷工程的专业项目经理 Thomas Warbeck 解释道。

850 Fantom Air 的独特之处隐藏在船体之中：取代常规汽油或柴油发动机的，是一套高性能电驱动系统。与电动汽车一样，该驱动系统在起步时即可提供高扭矩，同时使电动游艇运行极为安静。800 V 驱动系统的主要部件——包括电池和驱动模块——源自 Macan Turbo 的后桥驱动系统。针对船舶领域应用，这些乘用车部件经过了专门适配，因为每个行业都有需要通过特定解决方案满足的独特要求。“我们在汽车领域的领先技术开发方面拥有深厚的专业知识。在此基础上，我们分析车辆的需求并与新目标应用的规范书进行比对。由此得出组件和软件在系统集成方面的修改需求，我们再从开发层面予以实现，” Warbeck 说道。

道路与水上应用之间的差异，典型地体现在行驶工况上：车辆侧重动态负载，而电动游艇则更偏重高持续负载。正因如此，必须配备一套高性能冷却系统。在 850 Fantom Air 上，这是通过优化的泵控系统实现的。此外，在游艇建造过程中，驱动系统和电池的布局还需充分考虑游艇体内有限的空间限制。同时，系统还需要满足特定的振动和介质耐受性要求，例如可能接触盐水。为此，850 Fantom Air 的 E/E 架构被精简至核心必要组件，并额外集成了一个专门开发的控制单元。

保时捷独有的“观感与触感”

在该开发项目中，保时捷工程负责需求管理、机械系统、车载电网和控制单元开发以及测试等工作。此外，在部件选择和设计方面，与 F. A. 保时捷设计工作室、保时捷股份公司以及弗豪舍也保持着紧密合作。“我们的目标是将保时捷独有的‘观感与触感’融入电动游艇，让保时捷车主在游艇上也能找到如同在车内般的熟悉感。例如，我们开发了带有驾驶模式按钮‘运动’、‘运动 +’的操舵杆、类车辆显示的图形界面以及保时捷风格的电动游艇方向盘，”项目经理 Ruckert 介绍道。Macan Turbo 后桥上搭载的永磁同步电机以其高效率和功率密度见长。在 850 Fantom Air 中，其功率高达 400 kW。

电动游艇项目直接采用了该车用电机的电气部件，如定子和转子，未作改动。然而，电机外壳经过全新开发。在车辆应用中，电机外壳内集成了一个变速箱，用以降低高电机转速。而在电动游艇上，电机运行转速显著降低，为 6,000 rpm，远低于车辆上的超过 16,000 rpm，因此可以省去内部减速机构。“我们严格遵循船舶领域标准，针对材料的选用和配对，专门开发并测试了这个新外壳，例如通过经过调整的盐雾、腐蚀和气密性测试，”保时捷工程的专业项目工程师 Sebastian Riesbeck 解释道。动力总成中唯一的变速箱是螺旋桨前方一个典型的游艇用 Z 型驱动，其功能是将转速降低至约 3,000 rpm。“必要的适配工作包括为船用驱动系统重新设计控制策略，由此呈现出类似内燃机的驾驶特性，同时兼具电动驱动的优势，尤其是扭矩特性，” Riesbeck 说道。

连接电机和 Z 型驱动是一项挑战。在最初的样机中，曾使用滑动离合器，但它因无法承受高达 700 Nm 的电机扭矩及其高扭矩梯度而被替换。当前的配置采用一个带弹性体元件的坚固爪形离合器。此外，电机的扭矩曲线也根据离合器的负载极限进行了调整，从而形成一种适用于批量生产的耐久解决方案。电动驱动的能量来自一个容量为 100 kWh 的锂离子电池。水面的波浪会使电动游艇产生振动，这些振动会传递到电池上并可能造成损害。

“为了能够量化该问题并推导出合适的技术对策，我们在车辆上进行参考测量，并与电动游艇上的测量值进行了比较，” Warbeck 说道。电动游艇中现在采用了集成钢丝绳隔振器的承载式安装框架来固定电池，能有效缓冲有害振动。“通过将驱动系统和电池低位置于船体中央，我们实现了独一无二的稳定性与操控性。再加上令人愉悦的声学环境，这是最让我惊喜的一点，”保时捷股份公司 Macan 车系负责人 Jörg Kerner 赞叹道。

适配线束系统

电气线束同样需要针对水上环境和船舶标准进行适配：低压线束近乎完全重新组装，以符合关于导线截面积和保护护套的各项规范。对于高压线束，相对于车辆的改动涉及加长的充电线缆与一个改进过的充电插座。此外，所有用于船舶领域的部件都必须获得相应认证。

电动驱动系统集成到摩托艇的一个障碍在于，将各个部件集成到船体内部通常需要高昂成本。因此，开发团队实施了一套模块化方案，该方案包含集成冷却系统、控制单元及其他子系统的驱动单元，以及带承载框架的电池单元。这两个模块均可通过预设的安装点，在造船厂内直接安装到船体内部。“凭借此模块化设计，我们开发出一套全球独一无二的解决方案，它不仅降低了造船厂的开发投入，更极大简化了驱动系统在造船厂的安装流程，” Riesbeck 说道。Macan Turbo 驱动系统的控制单元架构针对车辆数据连接和通信协议设计。为了实现车辆与游艇技术在船舶上的无缝对接，保时捷工程专门开发了一款特殊的网关控制单元。

“在这方面，我们同样考虑了特定的船舶规范，例如依据 EN 55016-2-3 和 EN 60945 标准，涉及电磁兼容性（EMC）、罗经偏差或过压导致的总线干扰等要求，”保时捷电气/电子技术专家 Dietmar Luz 解释道。网关控制单元不仅连接着推力杆与船用专用显示器等设备，其核心功能更在于充当各个驱动部件电子系统之间的接口。通过所谓的剩余总线仿真，该控制单元可为部件提供信息和信号，例如这些信号在车辆中原本来自 ESP 制动系统，而电动游艇上并不需要。

“因为在水中无法监测轮速，也没有驻车制动等功能，导致系统出现大量信号接口悬空。继续以驻车制动为例：Macan 只有在激活了驻车制动器的情况下才能充电。我们必须首先生成此类以及其他缺失的信号，” Kerner 解释道。“在分析车辆内部信号流并构建合适的剩余总线仿真的过程中，我们可以借鉴自身在开发和验证复杂电子架构方面积累的全面专业知识。同时，只有凭借我们对保时捷部件的精深技术理解以及保时捷内部组件负责人的鼎力支持，这项任务才得以完成，” Luz 表示。

在基于 AUTOSAR 标准开发网关控制单元软件的过程中，来自德国、罗马尼亚和捷克的保时捷工程专家团队开拓了新的领域，因为连接船载总线系统与源自车辆的驱动系统并无现有标准可依。凭借各站点之间的紧密合作，这支精干的团队得以在短时间内完成此项高要求的开发任务，并将汽车领域对功能安全和软件质量的至高标准成功移植到摩托艇领域。

屡获殊荣的项目

“一个成功的故事离不开引人入胜的产品。保时捷之名始终代表着性能、品质与设计。我们通过这个电动游艇项目再次兑现了这一承诺，” Kerner 总结项目的成功时说道。Ruckert 补充道：“我们对这艘电动游艇进行了全面彻底的测试，将我们对品质的严苛要求毫不妥协地从公路延伸到了水域。唯有所有参与者都满怀激情地投入，才能实现这一点。”850 Fantom Air 的量产电动游艇在 2024 年杜塞尔多夫国际船艇及水上运动展上荣获“2024 年度动力艇”大奖，并在德国柏林国际游艇展览会上被评为电动游艇类别的“2024 年度最佳电动游艇”获奖者。弗豪舍造船厂对此次合作项目的成果感到完全满意。

“由于客户兴趣浓厚，我们已经开始小批量生产 25 艘电动游艇，”弗豪舍销售与市场总监 Florian Helmberger 表示。“首批限量版电动游艇已交付使用，令全球客户欣喜不已。”而由保时捷工程开发的这套驱动系统也能轻松集成到其他不同尺寸和级别的电动游艇中，对于长度超过十米的大型电动游艇，甚至可以考虑采用多套并联的驱动系统方案。“我们在将技术从车辆转移至其他行业方面经过验证的开发方法论具有普适性，可应用于许多其他领域，例如工程机械领域，” Warbeck 说道。

信息

本文初刊于《保时捷工程杂志》2025 年第一期

撰稿：Richard Backhaus
插图: Porsche Engineering

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