车横命理 特斯拉,比亚迪,蔚来扎堆线控转向,有何优劣?能够悬架带来啥?
特斯拉、比亚迪、蔚来扎堆线控转向,有何优劣?能够悬架带来啥?
上一期我们分享悬架系统的转向安全感和一些客观参数,在节目的最后我们引出了线控转向这个概念,近期正值线控转向概念很火,特斯拉Cybertruck、蔚来ET9、宁德时代的滑板底盘、比亚迪仰望U8,这些巨头和他们的新产品都在深入探寻这个领域。
比如Cybertruck已经有人试了,说原地驻车只拧一小点方向盘,轮胎角度就能打特别大。
比亚迪的仰望U8在demo试验车中实现了无管柱的线控转向。
蔚来ET9去年年底也官宣说要在2025年上全解耦的线控转向。大家先别着急评论,上面这几家的技术老王后面都会一一讲到,本期我们先综合来聊一下线控转向的一些特点,以及给汽车产业带来的启发。
何为线控转向?
首先我们来说线控转向是什么,简单来说,线控转向
就是方向盘操纵轮胎的模式,从机械改为了电信号。 虽然这个技术10几年前英菲尼迪就提出来了,但当时政策还没成熟,我曾经在天津港开过Q50不带L的那辆进口版,当时很多人认为这车没调好,脱离了方向盘管柱的机械干预,车身动态和手感脱离得太过分。老王认为这确实是线控转向的一个问题,就是那种对路感随时进行微调的清晰感被削弱太多。还有人说Q50进口版那辆车激烈过弯的时候,方向盘反馈还是风平浪静的,但你一看挡风玻璃,车身都快横过来了。另外就是,没有机械系统作为备份,线控转向的风险是很大的。 上述这些潜在担忧都是客观存在的,驾驶感觉也需要一些适应过程。近期随着电气化进程的加速,线控转向无论是手感还是安全,都在被逐渐完善,所以近期在产业中又重新变成了香饽饽,而且即将乘着新能源的上升势头,成为汽车行业的一个新风口。
特点一、误操作的防范能力
接下来我们聊聊线控转向的三大特点,第一个特点,也算是线控转向的某种优势吧,就是对于用户的误操作有比较强的防范能力,其实在设计行业中大家有一个共识,就是好的产品一定是向着降智化和低功化 走的。8、90年代你考驾照要求会修车,00年代很多人就已经不会换轮胎了,10年之后能拿下手动挡的就算是硬核人士了,现如今很多人不光C2本拿着费劲,考完驾照侧方入库都不会了,得靠自动泊车,甚至在分布式驱动设计概念下还出现了仰望U8这种遇到车位一头扎进去然后等后轮挪进去这种神操作,这都是用户降智化的落地体现。注意这里降智不是在骂人,而是强调一种设计趋势或者用户追求的现象。
那什么叫低功化,就是尽可能利用少的力气和动作完成更多的事情,比如实体按键变触屏,手拉车门变迎宾,还有就是以前转向没助力,后来有液压助力,现在是电子助力,今后则是更低功化的线控转向,像咱们前面说的特斯拉Cybertruck,驻车状态方向盘拧一个非常小的角度,车轮就能实现远超不等距齿条的大角度转角,这是符合上述产品的低功化设计趋势的。
想象一下,现在的车高速行驶时,你突然猛打方向,是很可能导致翻车的,因为机械传动不会违背驾驶员误操作意志,但智能化的线控转向,高速猛打方向超过一定阈值,系统会判定为误操作,从而降低方向盘和轮胎之间的联动关系防止误触。当然这也会导致今后的车辆像这样的极限杂技动作做不出来,只不过老王不认为这对普通老百姓来说是一种损失。产品的设计趋势就是你尽管开,其余的交给工程师。
特点二、OTA升级能力更强
第二,就是线控转向在转向信心感的建立方面,是可以用OTA来不断优化的。
但说这个特点之前,老王想强调一下,OTA不是机械结构设计失败的挡箭牌,我们都理解如今汽车行业这么卷,每个企业都在思考如何降低成本,但 一些不靠谱的企业,依然还存在着用蓝光扫描仪直接扫描车辆悬架配件的逆向行为,为了掩人耳目,把原型的铁换成铝合金,这种未经验证的方式在日后会引发大量的失效。很多人不明白这之间的逻辑,简单来说,不重视原发设计,通过扫描友商或目标车型的悬架,用蓝光进行瞄边后逆向出来的零部件,从悬架几何的公差尺寸到运动轨迹都会出问题,这个逆向过程,不是自然基因生长出来的,而是像是把鸡头和猪身拼起来的缝合怪一样。
而现在的媒体人只会拿着块磁铁去看是不是铝合金来分辨好坏,导致一些公司本来设计很差劲的悬架,通过更换材料和充值车评人,就能把悬架设计的多种参数和感受,偷换成材料概念从而操控舆论,引导用户。这是人们不重视驾驶质感风气造成的,现如今动不动就有人说谁没事下赛道呀,还有人说车子是拿来开的,不是拿来折腾的,结果遇到操控差和断轴的时候,最终解释权总是能在汽车品牌方。
更可笑的是,出现类似问题的时候,4S店第一件事儿不是诊断你的车或者把你的车拖回去,而是让你先找车衣把车蒙起来。这些现象其实都是用户自己作的,大家对讨论技术和普及技术这个行为嗤之以鼻,吹水的节目却那么多,可谓是傻子太多,骗子都不够用了,最终潜移默化地也会让主机厂在做用户调研的时候认为,用户并不关心真正的驾驶素质,所以也就不去重视这方面的产出,如此恶性循环,现在市面上都开始讲究沙发和大彩电了。这也是老王前几期提到的,为什么汽车圈需要逆潮流化的风气,只有回归原始理论,才能真正为用户服务。
那么抛开这些负面因素,线控转向可以更加柔性地处理很多取舍问题,带来很多企业级优势,传统底盘与车身耦合度非常紧密,开发和生产都要考虑很多,有时明明某个转向特性有能力打造的很极致,但为了照顾平台中某几个车型的特殊尺寸,导致悬架和转向几何无法打造的非常有竞争力,或者为了照顾全面要持续投入很多钱,最后心软了放弃了。
线控底盘的可调性能,有助于实现规模效应的同时保证不同车型的驾驶个性,这是很多品牌今后要做的,当然对车评人来说,不好的地方在于其评价就不再具备定调作用了,线控转向时代,车评人对与驾驶感受的短期评价可能会变得不重要,车企一次OTA,这些人的评价就会失效一次,这里不是说车评人无用,而是今后的网络评价需要根据OTA提升时效性,用户上个月的观感,放到这个月OTA后的产品上可能就没有太大意义了,所以不是不需要车评人了,而是恰恰需要更高频次、高水平的车评。
特点三、两侧解耦实现分开控制的阿克曼几何
第三,如果你认为线控转向只是转向柱没了就太单纯了,它的最大魅力在于,可以让车辆设计成左右轮独立控制的转角执行器,去实现阿克曼校正的主动控制。这里面老王提到了一个专业名词阿克曼角,早在1817年这个概念就被德国马车工程师Georg Lankensperger提出,而专利则是他的代理商Ackerman于1818年在英国注册的。
所以阿克曼几何是后来人们对这项专利的俗称,要知道这项专利的发明,可比1885年奔驰发明汽车早了67年。这也是很多研究工业发展的史的人比较唏嘘的地方,他们发现在古代中国,四轮马车一直不普及,最公认的一种解释是,中国没有把前轮转向和后轴差速装置运用起来,拆解到轮胎轨迹这个项目上,就是中国的四轮马车一直不强调阿克曼角,导致后续一系列载具无法进行再进化。其实说来也足够丢人,咱们国内直到21世纪还有人认为汽车是四轮沙发+彩电呢,我们其实很容易洞察出来,说这话的人对悬架的重要性一无所知,是谁我就不提了。
我们要知道所有的车,只要沿着弯曲路径行驶,四个轮胎都会根据共同的转弯中心,生成一条针对自己轮胎的独特轨迹,如果不是这样的话,轮胎磨损会比较严重,有阿克曼角的车辆,在转弯时,弯心一侧车轮的转动幅度会比另一侧更大,这样做能有效避免前轮抓地力不足。
从这个素材可以看到,车辆转向时,内侧轮胎比外侧轮胎转动的角度更大。本质上是车轮前束角的一种设定,前束角什么意思,就是当你俯视去看一辆车,车轮的前端和车辆中线的一个夹角,如果车轮向内侧倾斜,也就是内八字的话,称为正前束Toe in,如果是外八,则称为负前束Toe out。一般的乘用车都是有点内八的。
那么笼统来说,用来实现阿克曼角的是由摆臂球头附近的内点,和转向拉杆两个外点组成的一个封闭梯形来完成的,我们称之为转向梯形。他们形成的几何,可以实现转弯时两侧不同的前束角。
如果忽略车轮的形变的话,最好的状态就是车辆的内胎和外胎,从俯视角度能画出一个同心圆。这样设计的理想状态,称为阿克曼几何。当然这只是理论情况,实际车辆的轮胎不是刚性的,行驶中因为形变会产生一个侧偏角,使轮胎在实际转向中还会产生一定的偏差。此时如果按照理论阿克曼角来设计,轮胎也会有偏磨,而且阿克曼的设计和车辆风格以及操控性都有关系,在整车设计中,会引入阿克曼修正比来进行落地设计。不过这个点和我们本期关系不大,提出来给大家作为启发,相关概念老王会放到阿克曼专题这一期来系统性分享。
那么说到这我们会发现,传统车辆阿克曼几何的宽裕度是比较固定的,那么在线控转向时代,车辆是有潜力脱离传统的转向梯形这个机械结构来实现多种阿克曼几何的,尤其是今后左右轮独立控制的转向系统,加上分布式驱动,这个主动控制的想象空间是比较大的。比如仰望U8易四方这套系统,就是非常典型的线控转向+分布式的底子,虽然现在依然有管柱,但从工程角度,其目前解锁的功能比例,可能还不到十分之一,现如今的这些原地掉头和易四方泊车,是营销角度,先把能放大这套系统能力的情景展示给投资人博取流量,但今后解锁的一些细微的,不容易感知但极其有颠覆性的功能才是工程界关心以及竞品比较忌惮的。
也就是说,既然低速和高速转弯的几何需求不一样,线控转向又脱离了和转向柱的控制,左右轮还能解耦,两侧不一样的执行器就可以在全速度区间,动态地帮车辆完成很多机械时代工程师们完全不敢想象的任务,比如中低速时提供足够多的转向舒适性和用户DIY手感,高速时在建立足够安全感的同时能让高重心的SUV和赛车一样,根据不同的侧偏力和主动悬架一起,为用户提供更好的底盘参数。
总结
节目的最后老王想说,我为什么要鼓励大家支持汽车电气化么,电气化最终目的不是让所有车都带上大电池,而是让汽车电气系统打破机械时代那种“按下葫芦起来瓢”的取舍局限性,从而完成以前无法完成的那些“既要又要”的综合需求。
我们常说,颠覆者往往是局外人,但创业容易守业难,颠覆之后带来的挑战和烂摊子,往往还得局内人来收拾,线控转向就是符合上述逻辑的一个典型载体,他是完成电气化使命的重要颠覆节点,但他它的进化之路上,一定也少不了鲜血与眼泪,当用户的生命安全和资本的利益路线产生分歧的时候,屏幕前的诸位会站在哪一方呢?
好了,本期就讲到这里,下一期我们会深入到悬架种类和悬架几何进行分析。记得保持关注,我是老王,下期见!
汽车前束的概念作用和分类
一.汽车前束的定义
汽车前束是一个重要的车轮定位参数。从汽车的正上方俯视,如果左右两边车轮不平行,会形成一定的角度,这个角度就是车轮前束角。从车的正上方看,车轮的前端和车辆中线的夹角;车轮前端向内侧倾斜(内八字),称为正前束(Toe in);车轮前端向外倾(外八字),称为负前束(Toe out)。当汽车两前轮的中心面不平行面,二轮前边缘间距低于后边缘间距叫负前束;二轮前边缘间距超过后边缘间距叫正前束;相对应地相同就为 0 前束。如今绝大多数的汽车两前轮都是负前束。总前束值等于两个车轮的前束值之和,即两个车轮轴线之间的夹角。例如,从汽车的正上方向下看,由轮胎的中心线与汽车的纵向轴线之间的夹角称为前束角。
二.汽车前束的作用
汽车前束的主要作用是补偿外倾角的副作用。因为外倾角使轮胎有向外移的趋势,造成轮胎磨损,前束角可以补偿这种趋势,减少轮胎磨损。有了前束后可使车轮在每瞬间的滚动方向都接近于正前方,减轻了轮毂外轴承的压力和轮胎的磨损。此外,它还能使车轮有向内转向的趋势,抵消因前轮外倾角产生的不良影响,使车轮直线滚动而无横向滑拖的状况,减少刹车盘磨损,并且还可以确保转向后方向能自动回正。同时,因悬挂系统固接点的变形,也使前轮有向外转向的趋势,也需要靠前轮前束来补偿。
三.汽车前束的分类
1.按距离差分类
正前束(Toe - in): 前轮的前端向内倾斜,即前轮前端面与后端面在汽车横向方向上,前端面距离小于后端面距离,从汽车上面往下看,左右两个前轮形成一个开口向内的“八”字形。这种前束设置有助于车辆在行驶中保持稳定,特别是在高速行驶时,能减少车辆的飘摆现象,并且可以抵消部分由于前轮外倾等因素造成的不良影响,使车轮更接近直线滚动,减少轮胎的异常磨损,保证转向轮具有自动回正作用。
负前束(Toe - out): 前轮的前端向外倾斜,也就是前轮前端面与后端面在汽车横向方向上,前端面距离大于后端面距离。在某些特殊的车辆设计或者特定的行驶工况下,负前束可能会被采用。不过,负前束如果设置不当,容易导致轮胎外侧过度磨损,并且在行驶中可能会影响车辆的直线稳定性和操控性。目前大多数汽车的两个前轮基本都是负前束,适当的负前束可以使车轮向内转弯,抵消前轮外倾带来的不利影响,使车轮直线滚动,不会发生侧向打滑,减少轮胎的异常磨损,保证转向方向能够自动回到正确的方向,但正负前束都不宜过大,要保持在适当的范围内,以保证车辆的稳定性。
0 前束: 是在汽车车轮前束角的概念中出现的。从汽车的正上方俯视,如果汽车两前轮的核心面不平行,当二轮前边缘间距等于后边缘间距时,就称为 0 前束。车轮处于一种相对平行的状态。与正前束和负前束不同,0 前束不会对轮胎产生明显的向内或向外的拉力。在实际的汽车四轮定位中,大多数汽车的两前轮都是负前束,但也存在 0 前束的情况,而汽车车轮的 0 前束是汽车机械结构和行驶性能中的一个参数。例如某些特定型号的汽车在出厂时可能会被调校为 0 前束,以适应特定的行驶条件和性能要求。
2.按表示方式分类
以毫米表示的前束: 直接通过测量前轮前端面与后端面在汽车横向方向的距离差,以毫米为单位来确定前束值。一般轿车的标准前束值通常在0到2毫米(或0到12毫米)之间,不同车型会有所差异,这个数值是汽车制造商根据车辆的设计和预期用途来确定的。例如,一些车辆的前束值标准可能是0 - 8mm为正常范围,在车辆的维护和调整中,需要确保前束值在规定的毫米范围内,以保证车辆的正常行驶性能。
以前束角(度)表示的前束: 指车身前进方向与前轮平面之间的夹角,以角度为单位来衡量前束。例如,一般轿车的标准前束角可能在0到0.1度之间。这种表示方式在一些涉及车辆转向几何、动力学分析等专业领域较为常用,与以毫米表示的前束值有一定的对应关系,都是为了准确描述前轮的定位参数,确保车辆的行驶稳定性、轮胎磨损以及燃油效率等性能指标处于良好状态。
四.汽车前束的调整方法
如果车向右倾斜,左前轮的趾杆要稍微缩短。启动汽车,向右转方向盘,向外倾斜左轮。这时候蹲下就能看到左轮的趾条露在外面。拿一把扳手,先松开 (并拧紧螺钉),逆时针转动前束杆,将手柄转动 90 度,使左前束杆略短。 同样,调整右前轮,顺时针转动前束杆,将扳手转动 90 度,使右前轮前束杆稍长。这样,前束值保持不变,而车轮偏转角得到调整。在马路上跑,直线测试偏差。如果不准确,再微调一次。此时扳手的旋转角度要微调 45 度左右,直到满意为止。偏差纠正后,如果觉得方向盘有点重,可以测一下前束角。爱丽舍的前束值为 0 - 2mm,可以用卷尺测量。个人认为前束应该保持在 0 - 1mm 之间,方向盘最轻。测量前束值是一项精细的工作。
汽车前束还可通过改变横拉杆的长度来调整。调整时可根据汽车生产厂家规定的测量位置,使两轮前后距离差符合规定的前束值,一般前束值在 0 ~ 8mm 之间为正常。如果汽车横拉杆是平直的,先旋松横拉杆两端接头的锁紧螺栓,用管子扳手扭转横拉杆,使横拉杆伸长或缩短。拉杆伸长,前束值增大,拉杆缩短,前束值减小。直到前束符合标准后,拧紧螺栓。如果汽车横拉杆是弯曲的,在调整时就不能旋转横拉杆了,而应旋转横拉杆两端的拉头。又因为左右两端螺纹螺距不同,所以在调整时应先旋转某一边的横拉杆接头,如果旋转一圈就会超过前束值而退回一圈又达不到要求时,可以再旋转另一边的拉杆接头,配合调整,直到符合要求时为止。调整好后将锁紧螺栓拧紧。
五.汽车前束异常的表现及影响
当汽车前束不对意味着前束过大或过小时,会出现多种症状和不良影响。如果汽车前束值过小,发生的方向无法自动修正,高速行驶时容易上浮。如果汽车前束值过高,轮胎外侧会过度磨损,转向时方向盘会更重。 当左右前轮正前束大小不同时,车辆会沿着正前束角小的一边跑偏。因为正前束角越大产生的侧向力越大,而前束角小的一侧,侧向力小,这样就容易使车辆跑偏。 汽车前束角过大时,车辆会出现以下一些表现:
1.轮胎异常磨损: 前束角过大时,轮胎会出现内侧磨损严重的情况,而外侧磨损较轻。
2.行驶不稳定: 前束角过大会导致车辆行驶时不稳定,出现跑偏、发抖等现象,影响行驶安全性。
3.转向沉重: 前束角过大会使转向系统承受额外的负荷,导致转向沉重,驾驶者需要更大的力量才能控制车辆转向。
六.不同车型汽车前束的标准值
前束的标准值因车型和制造商的不同而有所差异。一般来说,前束可以分为正前束和负前束两种。正前束意味着前轮向内倾斜,而负前束则是前轮向外倾斜。汽车前束值是指汽车前轮前边缘距离小于后边缘距离的差值,其标准值在 0 ~ 12mm 之间。汽车前轮前束值一般不大于 8mm 是正常的。但不同车型的具体标准值可能会有所不同。
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