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从空气悬架到后轮转向,电动车开始重新发明底盘了|前轮|车轮|发动机|保时捷


文章编号:653 / 更新时间:2024-03-13 17:58:26 / 浏览:

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后轮转向是小鹏X9研发投入最高的硬件单品。 从空气悬架到后轮转向,电动车开始重新发明底盘

2023年最后几个月,从MPV车型小鹏X9、理想MEGA、魏牌高山、沃尔沃EM90,到大六座SUV问界M9,车长超过5米、轴距超过3米的新能源大车扎堆亮相。

大车的痛点是转弯“笨”,难停车、难掉头。为了解决这个烦恼,小鹏X9、特斯拉电动皮卡Cybertruck都搭载了后轮转向功能。理想MEGA由于没有用后轮转向引发了一些讨论。

后轮转向能让汽车的后轮像前轮一样实现一定角度的转向,一般在±5度之间。传统的汽车设计中,汽车只有前轮可以操控转向。后轮转向可以让车辆在低速行驶时,后轮旋转方向和前轮相反,减小了转弯半径,方便驾驶员转弯或掉头;高速行驶时,车辆前后轮转角方向相同,后轮主动转向能中和掉前轮的过度转向,提升车辆的行驶稳定性和安全性。

后轮转向并不是新技术,但由于成本昂贵,一般只用于豪华品牌的中大尺寸车型上。奔驰S级、宝马7系、保时捷Panamera、兰博基尼Urus都搭载了后轮转向技术。

造车新势力最早比拼续航和加速度,紧接着开始智能驾驶竞赛。去年到今年,电动车也开始卷底盘了,先是让30多万的车用上了空气悬架,现在又开始普及后轮转向。

一位后轮转向方面的工程师认为,电动车开始卷底盘,一方面是由于智能底盘和自动化技术息息相关,特斯拉引领了智能底盘的变革,让电动车的驾驶性能提升有了新的可能性;另一方面,是由于电动车的三电系统取代了燃油车的发动机、变速箱,在空间布置上具备先天优势。

底层技术的变革,让电动车在底盘这个燃油车时代的核心技术领域也有了提升的空间。

日本发明后轮转向,让大车在窄路上行驶

后轮转向技术诞生已有百年。1907年,日本申请并发布了第一个四轮主动转向的专利。二战期间,美国将这种四轮驱动技术(4WS)用于军工车辆,来提高车辆的机动性能。

1980年代,日本厂商让后轮转向技术大放异彩。彼时,日本经济高涨,公众开始追捧大型轿车。因为道路狭小、城市化率高,日系车需要更小的转弯半径,日本各大车商于是开始了对四轮转向技术的研究。

1985年,后轮转向首次被用在乘用车上。日产将自研的HiCAS(电控液压主动转向系统)首次搭载在R31Skyline车上。这是全球第一款搭载四轮主动转向系统的乘用车。

本田的四轮转向技术于1987年首次与公众见面,当时采用的还是机械式四轮转向,方向盘通过长长的拉杆直接控制后桥的转向机。首次搭载这一技术的车型是本田第三代Prelude——基于雅阁平台的双门运动车。从1992年开始,本田在第四代Prelude车型上把机械式电驱系统换成了主动式电控四轮转向。

主动式四轮转向,也被称为主动式后轮转向,就是在车辆的后轴上布置一个转向电机,通过电机来驱动螺母带动丝杆产生轴向移动,从而推动转向拉杆,来实现车轮的角度转向。

日本厂商发明了后轮转向技术,但这股热潮却很快散去。主动式后轮转向成本昂贵,伴随日本经济泡沫的出现,2000年后,日系车厂大多不再热衷这一技术。

但几乎同一时间,欧洲车厂开始跟进,在后轮主动转向外,他们采用了新的方式——后轮随动转向。1991年,雪铁龙发明了后轮随动转向技术,并率先搭载在ZX车型上。

与主动式后轮转向不同,后轮随动转向结构简单,成本低廉——是通过在车身和悬挂之间布置一些柔性材料(比如橡胶衬套等),让后轮在车辆转向时悬挂产生弹性变形,来改变后轮转向角度。但由于橡胶衬套的硬度,2-3度的转向角度就是后轮随动转向的极限了。

主动式后轮转向,被欧洲车厂用于更豪华的大车上。

2008年,搭载四轮转向系统的全新宝马7系正式上市。同时,宝马5系、6系也可选装带有四轮转向技术的选装包。2011年,英菲尼迪M37S上市,通过电磁阀控制悬挂轴套变现来实现后轮转向。之后,奔驰S级、保时捷Panamera和兰博基尼Urus都配备了后轮转向。

轴距长,在转弯时需要更长的转弯半径,这会导致车辆难以驾驶,降低其通过性。后轮转向技术可以大幅降低转向半径,来实现开车的灵活性、行驶的安定性,与更好的操控表现。

后轮转向很多时候作为昂贵的选配出现。奔驰还尝试过另一种模式,像特斯拉FSD一样,在奔驰S级、EQS上预埋硬件,用户付费解锁才能使用,4998元一年。解锁后,该车型的最大支持转角从4.5度提升到10度。但这一模式引起了不小争议,为此功能付费的车主并不多。

电动车更容易搭载后轮转向

电动化时代来临,后轮转向技术开始被搭载到大型电动车上。与燃油车相比,电动车实现后轮转向有着先天的优势。

后轮转向和电子电器架构息息相关。传统燃油车采用分布式架构,用七八十、甚至上百个ECU(ElectronicControlUnit,电子控制单元)去控制包括车辆发动机、变速箱在内的底层执行零部件。分布式架构的控制逻辑复杂,不利于软件集成。

电动车时代,分布式架构开始走向集中,由动力、车身、底盘、座舱、自动驾驶五个DCU(DomainControllerUnit,域控制器)对车辆进行集中控制,传统底盘向以软件为核心的智能底盘进化。

“电动车时代,车企在有了更强的域控能力之后,能对底盘做更多的控制。他们自然会对底盘提出更多自动化的要求。”一位小鹏的工程师总结。

在空间布置上,电动车也有一定优势。上述工程师对《晚点Auto》解释,燃油车的发动机和变速箱自身体积较大,布置时,需要为二者预留较大的空间。而电动车的驱动电机体积小于发动机,这就给空气悬架、后轮转向等底盘部件留出了空间。

在底盘技术上面,“电车比油车走得快了很多步。”小鹏工程师表示。消费者对中高端车型的智能化和高级感有很高的诉求,这也使得“电车将一些高级别的技术快速往下拉”。

2020年9月,高合HiphiX上市,搭载了后轮转向技术,是国内新势力自主开发的汽车中第一款配备该技术的纯电车型。

去年下半年以来,搭载后轮转向的电动车快速增多,且价位越来越低。小鹏X9、智己L7、高合HiphiY等车型都搭载了后轮转向技术。其中,智己L7将后轮转向技术的门槛拉低至33.88万元。

一位小鹏汽车人士对《晚点Auto》表示,2021年小鹏X9立项时,小鹏汽车CEO何小鹏对这款车的要求是做一个好开的、家庭的、大七座车。对“好开”的要求,让X9选择了搭载后轮转向技术。

为了做好后轮转向,小鹏对空气悬架、前轮转向都进行了重新设计。

“老一代豪华燃油车的设计思路是专注于对后轮转角的打磨,但他们很少在前轮转角上下功夫。”上述小鹏人士称。

一般后轮转向的前后角度不超过5度,但第六代奔驰S将后轮转向角度提升至10度。这使得奔驰S级的转弯半径只有5.65米,和紧凑型SUV车型smart精灵#1的5.5米相当,驾驶员能在狭窄的空间自若地行驶。

“一台S级的奔驰车在转弯半径上的表现优于A级车,它确实属于改变游戏规则的产品。”奔驰S级总工程师尔根·魏辛格(JürgenWeissinger)夸赞。

但也有业内观点认为,奔驰S在提高了性能、灵活度的同时,“驾驶员在低速行驶时会感到突兀”。

何小鹏要求X9在搭载后轮转向技术后,“既能像小车一样灵活转动,又不能给驾驶员突兀的感觉。”上述小鹏人士称。经过多次试验,小鹏的底盘团队没有选择激进的后轮转向角度,而是将之设定为5度,和奔驰S级的标配版相当,但对前轮转角做了更多的调教。

一般而言,中大型车的前轮转角在30度—39.6度。小鹏底盘团队将前轮转角调至41.5度。前、后轮转角叠加,小鹏X9转弯半径为5.4米。

最大转向角度过大,也有挑战。此前车企的顾虑是,前轮转角过大,会导致内外车轮转角差的增大,从而不仅加剧轮胎的侧滑和磨损,还会加大齿条、电机的压力。为了解决烦恼,小鹏联合米其林、普利斯通和邓禄普,针对X9开发了Highload轮胎,在国内首次投入使用。

成本,仍是最大的考验

后轮转向能让车在转弯时更灵活,但也有两个弊端,第一是会挤占后排空间,第二是成本高昂。

今年11月,理想工程师在接受媒体采访时表示,理想MEGA不用后轮转向,原因之一是“光是预留后轮转向的空间,MEGA的后轮拱就要扩大不少,后果是侵占了乘员舱的空间。”

“后轮转向需要布置空间,空气悬挂、连续减震控制系统(CDC)也需要布置空间,后控的刚性还需要被满足”,一位新势力人士感慨,对于大车来讲,在后面部分塞这么多东西,同时还要确保后排的乘坐空间是舒服的,“本身就是一个对布置的挑战。”

小鹏X9解决空间问题的方法是,把转向器布置在副车架前端,避免过多侵占后部空间。同时,用H臂多连杆后悬架替代传统的五连杆悬架。

五连杆悬架由三个控制臂和两个连杆组成,机械元件多,结构较复杂,更容易占用空间。而X9采用的H臂多连杆后悬架是一种单连杆结构,包括上控制臂、下控制臂和连杆等元件,整个后悬架可以集中在副车架的范围内,一般不会超出轮心布置,有利于节省空间。

市面上,后悬架为H型臂多连杆悬挂的车型还有蔚来ES7、ES8,这些车型暂时还没搭载后轮转向技术。

后轮转向上车的另一大考验是成本。《晚点Auto》了解到,一套后轮主动转向系统的硬件采购成本目前在1万-2万元,是电池以外,车上最昂贵的零部件之一。一位接近小鹏的人士透露,在X9的研发费用中,“后轮转向技术是单项最贵的那一个”。

除了硬件成本,搭载后轮转向系统还要投入比较高的研发和实验费用,比如X9对悬架进行了重新设计,软件标定和测试都需要消耗大量的人力和时间。

目前后轮转向的供应商主要是国际大厂,采埃孚、大陆和舍弗勒是主要供应商。据采埃孚,采埃孚首创的后轮转向(AKC)于2013年首次在保时捷911上量产,截至今年12月,全球和中国市场占有率超过50%。

中国尚未有后轮转向供应商成长起来,推出有竞争力的国产替代品。一位新势力人士认为,这一方面是由于后轮转向的价格高,普及率低,尚未形成规模效应。另一方面,是研发代价高,平台架构的设计之初,就要把后轮转向考虑进去,还需要经历比较严谨的标定、联调、测试、验证的过程。

空气悬架市场最初也被国际大厂占据。2019年,大陆、威巴克、AMK三巨头占据了全球空气悬架市场份额的80%。但过去5年,中国供应商孔辉、保隆等抓住了机会,成为了这一领域的龙头。今年上半年,孔辉的空气悬架市占率接近40%。据本土供应商透露,目前国内空气悬架的价格已经是国外供应商的70%左右。

在市场竞争催生的军备竞赛中,后轮转向或许也有这一天。

中国润滑油信息网2023-12-2100:03:36

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