车轮行驶时的受力分析
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(图为老款智界S7)
时隔半年,智界S7迎来再上市。这款由华为和奇瑞一起打造的首款产品,是被同级别的小米SU7给刺激到了?总之,新车在强调交付速度的同时,在感知系统的软硬件方面迎来进一步提升。随之而来的,除了智能驾驶部分的升级,新款智界S7还着重聊到了软件对底盘操控的提升。作为传统汽车三大件中,唯一一个地位稳定过渡到新能源时代的部分。难道说,底盘也已经进入由软件定义的时代了?
软件控制硬件,只是看起来很美好?
如果我们把感知硬件当做眼睛,算法和算力当作大脑。那么,即便在视觉无死角,大脑算无遗策的基础上。想要实现最终的落地执行,还得看手、脚是否有能力做到。对应在一台车的底盘上,它需要面对的问题,是来自前后、左右、上下,六个方向的受力。而落实算法的执行零部件,实际能够解决多少问题呢?答案是,只能协助应对底盘受到的,来自上、下两个方向的力。
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所谓能够发挥主观能动性的执行单元,现如今实际上指的就是可变阻尼减振器以及空气悬架。刨除掉算法为我们绘制的美好蓝图,回归到最本质的部分。减振器与弹簧,本身不就是起到车辆的支撑,以及纵向的拉伸与缓冲吗?但凡减振器和弹簧能够对前后左右方向有足够的限制能力,那麦弗逊式悬架也就不会被那么多人诟病了。应对垂直方向受力有余,面对平面受力不足,这本是聊麦弗逊式前悬架时的结论。换到后悬架,然后摇身一变,换装可变阻尼和空气弹簧,就可以改变根本职能了?
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再延展一下,即便是两大执行硬件,可以协助控制上下两个方向的受力。那也只能说是协助,而不是万能的。以新款智界S7在宣传时聊到的雪地刹车场景来说,其对垂直方向受力的优化,远不是最关键的部分。诚然,抬高前桥、拉住后桥,都属于可变阻尼减振器的职能范畴。而且保持车辆在刹车时姿态稳定,可以减轻前轮刹车的负担,同时扩大后轮的摩擦力,使后轮刹车力度发挥得更充分。
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但这套理论是基于常规路面条件来说。无论对车身姿态的限制,还是后面所谓的四活塞高性能卡钳、打孔刹车盘等等,都得落脚在一个不起眼的关键词上,这便是“摩擦力”。而雪地环境下,是不容易获取摩擦力的,这点完全不以车辆底盘的产品力而转移。能够决定雪地摩擦力的核心,就是轮胎。这与讨论雪地条件下,到底是四驱有用还是雪地胎有用的辩论是一致的。只是这个在燃油车时代就被讨论多次的话题,在电动车时代又以另一种形式被挖了出来。而它们的结果仍然不以软件算法的加入而改变,因为最终执行的落脚点主要是轮胎。脱离这个部分去谈成绩,参考意义并不大。
智界S7最该感谢的,还是双叉臂+五连杆?
好了,上下方向的受力聊得差不多了,接下来应该聊平面,也就是前后左右四个方向的受力。那么,软件算法对于平面受力完全没有帮助吗?当然不是,但限制能力确实有限。根据新款智界S7的介绍,其拥有调配前后电机扭矩输出的能力。即,在感知硬件和算法判定后,车辆可以通过限制或释放不同电机的扭矩输出情况,来保持在弯道中的车身稳定性。
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华为电机的能力,以及其凭借算法,在MCU与电机之间打通的交互路径来看。无论是感知速度还是执行能力,都能够支撑新款智界S7在弯道中的平稳表现。但其前提条件依然是较为平整的铺装路面,以及非极限操控情况下。
首先,新款智界S7的四驱,是由前后两台电机实现的。在没有差速器功能的情况下,只能做到前后轴的扭矩调配,而无法精确到同轴两个车轮的控制。而且即便有差速器效果,单台电机也没法实现一边回收,一边输出的效果。也就是说扭矩分配的差额,依旧是有限的。再高阶一点的选择,便是采用四轮独立电机,如此便能做到理论上的自由调配扭矩。至于天花板级别的操作,就是加上后轮转向系统。以此迎合车辆的转向动作,从而减轻悬架的受力。
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那么真正帮助新款智界S7解决全方位悬架受力问题的根本操作是什么呢?答案其实就在账面上,也就是这套虚拟主销双叉臂前悬架,加上标准五连杆后悬架的底盘。在PPT中,我们也看到了,新款智界S7宣传自身的最小转弯半径达到5.67米的表现。而从前面的分析中,我们也可以了解到,在不能实现单车轮扭矩矢量控制,以及后轮转向的情况下。缩短转弯半径的最大功劳,就得记在前悬架的虚拟主销上。这一由宝马和保时捷发扬光大的技术,不应该被日新月异的软硬件科技,给盖去光芒。
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而在后悬架部分,后发的智界S7与小米SU7,都没有延续此前纯电动轿车热衷使用的H臂多连杆结构。虽然理论上标准五连杆的支撑效果,要弱于H臂多连杆。这对于自重较大的纯电动车而言,成为一项弱势。但五连杆的悬架灵活性,以及对舒适性的兼容程度,都是H臂多连杆无法比拟的。至于支撑性,完全可以通过悬架材质弥补。此外,最大的难点,无非是标准五连杆的调校参数相对较为复杂。
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事实上,五连杆对于悬架在平面受力中,优化向外抛离,以及向后挤压的力时,上限几乎是所有悬架结构中最高的。且不论面对三连杆、四连杆时的降维打击。作为双叉臂式的后悬架变体,五连杆保障了在各个受力方向上,都有可以调校的余地。特别是面对减速带挤压,悬架需要向后推移呈现“躲避”冲击的姿态,还是高速侧向挤压时,外侧车轮向外的抛离,都能给出理论上的应对方案。而这点是双锚点锁死车轮架的H臂多连杆都无法比拟的优势。
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(图为老款智界S7)
后者固然将悬架的调校天赋都点在了垂直方向的受力上,再依托可变阻尼减振器以及空气悬架,呈现出优质效果。但同时也抛弃了在舒适性上与五连杆一较高低的可能性。真正限制五连杆在新能源时代发挥本领的,除了车身重量的增加,就是车企对于悬架调校的功底。但这对于有传统车企奇瑞加持的智界S7而言,困难度自然没有那么高。
写在最后
电气化、高配置、软件算法,几乎构成了新能源时代,中国品牌们挑战传统豪强的产品力三角。软件算法当然为我们的用车增加了无限可能。但作为百年汽车产业,传承到下个时代的唯一硬核部分,现在要说软件定义底盘,或许还太早了一点。
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