昔日, 纸与书籍的出版,主要依赖人工排版,现在这些事儿早已变为计算机的专利,效率倍增不说,还节约了大量资源。设计汽车也是如此。不过,靠计算机辅助设计汽车,提高效率并不是最要紧的,最要紧的是可以把车设计得更轻、更安全。后者是人们普遍关注的焦点,前者可以带来省油与良好操控性等诸多好处——与通用汽车设计师交流之后得知,上市不久的迈锐宝XL,就是这样诞生的。
为何喜欢与工程师对话
位于安徽省广德县的上汽通用汽车研发试验中心,是个拥有超过60公里试验路以及67种不同特征路面的巨大实验场,未来几年上汽通用推向市场的新车,在这儿都能见到。但此行最吸引我的,是能与来自美国的D.Lance johnstone先生进行对话。Lance先生是通用汽车公司的虚拟性集成工程师,他与同事们曾参与了迈锐宝XL的研发工作。
能够与汽车设计者直接对话,了解他们的想法,是我非常乐意做的事儿。道理很简单,汽车是个商品,不可能不顾成本,把所有最好的东西装进去,任何一款汽车在研发之前,都会规划出这款车的目标与售价,这两样东西是参与研发的技术人员的“圣旨”,所有工作都要围绕进行。比如,目标是以运动为主题的汽车,后座舒适性、行李仓空间等项目的优先等级可能就会下沉;目标是以舒适为主题的汽车,也许会在操控性能上有所保守。这道理其实很简单,一方面是物理的限制,一方面是成本的限制。毕竟,总量已经固化,这里多用一些成本,在其它地方就必须得节约一些成本。对于一辆汽车来说,空间、噪音、减振、悬架、动力、方向、造型、内饰,每一项都有成本,没有一个是白来的。据工程师介绍,迈锐宝XL的油耗比迈锐宝有所降低,百公里综合油耗从8公升降为6公升,然而,为了达到这个目标,平均到每辆车上的成本是2万元。
了解到这一层,您就会发现,作为消费者,单纯谈论某款车的某一个亮点或不足,其实是很狭隘的。咱们可能会抱怨A车的配置太低,不如B车,人家B车什么都有,配置倍儿全,但实际上,A车很可能在某个咱们不容易看见的地方,用了更多的成本,而表面上光彩照人的B车,说不定在某个角落里简化了一大堆东西——反正买车时谁也看不见,暗藏的不足也许会历经多年或因某个意外才会显露。
对于一家成熟的汽车公司来说,研发一款汽车时所采用的各种解决方案,都是有足够理由的,而这些理由只有设计者才知道。正因如此,每当我面对一款车侃侃而谈,都会小心翼翼,因为在不明就里的前提下,难免会说一些不够客观的话,百分百避免很难,只能尽力减少错误。主持《拆车坊》节目时,有人批评我说话不够犀利,原因就在这里——想犀利、或者说想吸引更多人的眼球其实不难,说一些轰动性的话就行,比如批评某款车材质或工艺的选择,但这样做肯定会让内行人笑掉大牙,不顾全局,只批评一个局部,显然是盲目的、愚蠢的。除非是掌握了某款车存在设计瑕疵,是货真价实的硬伤。
就这样,带着学习的愿望,在实验场与Lance先生相处了几乎半天时间,随后又在场地上试乘、试驾了一番,对今年2月才刚刚上市的迈锐宝XL有了一番全新的认识。
认识之一:靠计算机设计出来的汽车。
Lance先生首先回顾了汽车设计工作的演变。他说,在30年前的1985年,车身设计的部分工作依靠Fisher Graphics软件,其余大部分是在制图版上手工制图而成。当时的工程师们都会随身带着印有自己名字的口袋,里面装着金属袖珍尺和红色、灰色机械铅笔。其实,机械制图是很多理工科学生的必修课,至今仍是如此。我曾读过一本汽车业名人的自传,他说参加工作后的第一天,被要求画一个离合器弹簧的图纸,一根构造很简单的弹簧,画了整整一天。
据Lance先生介绍,在80年代,汽车研发中有关安全的设计,都是根据设计人员的经验以及在实验室测试进行。事实上,当时一款汽车的大部分开发工作,都是凭借经验进行的。
到了上世纪末,通用汽车公司开发首款迈锐宝时,已经开始应用计算机了。Lance先生回忆道:所有设计工作是通过Unigraphics进行的,取消了手工制图。而且,当时制订了Nastran线性结构分析制模指南,启动并执行了非线性Dyna碰撞分析,建立了结构集成小组。也就是说,自动化现代化的设计工作已逐渐呈现。
又过了10余年,当Lance先生与同事们开发迈锐宝XL时,完全借助了计算机,不仅依靠Unigraphics提高了工作效率,Nastran Structure和Dyna碰撞模型也已经相当完善。这个意思是说,当汽车还停留在电脑里的时候,它在碰撞测试中会出现怎样的结果,便已知晓,用实际车辆进行的碰撞测试,只不过是验证一下电脑的设计而已,并非依靠它探索汽车的安全保障能力。
尤为先进的是,开发迈锐宝XL时,使用了拓扑开发工具以及通用汽车专有的MDO(多目标优化)工具。这些自动化程度极高的工具,能帮助工程师找到同时实现多个目标的解决方案。比如,要求车子在提高安全性能的前提下降低重量。乍看这是个很矛盾的事情,如果主题是安全,在车身结构上就一定会需要更多的加强件,关键部分、比如A柱、B柱的结构就要更厚重一些,怎么可能又要轻、又要安全性能高呢?事实上,计算机确实能够做到。因为凭借传统经验的某些东西,并不一定是必须的。通过人工计算也许同样能够找到更好的解决方案,但所需的时间与人力,是无法想象的。事实上,为设计迈锐宝XL,地处美国的通用汽车研发机构的计算机,运作了超过1000万CPU小时,相当于一个CPU运行了1140年。工程师们把整车分为了10多个分析模块:空气动力学、车身包围、车身外观、车身结构、制动系统的底盘结构、悬架与转向系统、控制集成、动力总成支架、燃料、热学、PTC、空调与空路管理、进排气、内饰、噪音与振动、安全、车辆动态与负载预测。
就这样,Lance先生与同事们依靠计算机,用结构拓扑工具定向优化研究,降低重量,提高刚性,用MDO工具找到各部位重量分配的最佳值。由此,一个更为合理的车身结构诞生了,它实现了事先设定的多个目标——1、内部空间增加,2、靠更低的cowl点和腰线以及缩短前悬,让视野更开阔,3、侧面造型更生动,4、满足C-NCAP五星安全碰撞标准,5、提高车身刚性,6、降低噪音和振动,7、提升转向灵敏度,8、整车减重。
几款同级车的对比 | ||||
车长 | 轴距 | 行李仓 | 整备质量 | |
迈锐宝XL | 4923毫米 | 2829毫米 | 520升 | 1415千克 |
蒙迪欧 | 4860毫米 | 2850毫米 | 516升 | 1540千克 |
雅阁 | 4930毫米 | 2775毫米 | 512升 | 1520千克 |
天籁 | 4868毫米 | 2775毫米 | 516升 | 1465千克 |
索纳塔 | 4855毫米 | 2805毫米 | 510升 | 1465千克 |
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认识之二:每个人、每一天,为车子减重每一克。
依靠画面展示与迈锐宝XL实际车体,Lance先生为我们讲解了1个多小时,其中令我印象最深的一句话是:每个人、每一天,为车子减重每一克。我相信,对汽车技术不是很了解的人,或许根本无法理解这句话。因为,有些人始终习惯在汽车的安全与重量之间,画上等 。怀揣这种观点的人看车时,都会用力甩一下车门,以声音判断蒙皮钢板的薄厚,进而作出该车安全与否的结论。很显然,这是个误会。现代的汽车与飞行器越来越像——靠结构而不是靠外壳实现安全。别忘了,几百吨的飞机,蒙皮却薄如一张纸。其实,汽车减重的理念早就有了,二三十年前,美国就出现过用玻璃纤维做汽车外壳。如今的汽车外壳已经做得非常薄了,要想进一步减重,只能从内部下手。毕竟,汽车重量减轻一些,带来的好处之多,超出了许多人的想象,比如,更好的动力性、更高的操控性、更完美的舒适性、更经济的油耗,等等。
汽车减重最简单的方法是改变材料,比如像飞机那样,全部用铝合金制造,可汽车要是也这么做,售价就会直线上升,多数人根本买不起。这就好比自行车,钛合金自行车身轻如燕,可光一个车架就得好几万,再配上变速器、车轮、车把,总价格已经超过了一辆普通汽车。所以,一方面要实现减重,一方面还得考虑售价,这个棘手的工作,就只能交给计算机完成了。依靠拓扑开发工具,工程师们得到了最为合理的车身结构设计——符合五星级碰撞测试的要求,车身结构较前代车型减轻48千克,底盘附件刚度提升10-40%。在这个基础上,工程师们继续努力,最终使迈锐宝XL整车减重120千克,百公里综合油耗从8公升降为6公升。
过胖的人希望减肥,绝不能单单依靠少吃饭,得多种方案并行,且必须持之以恒。一辆汽车要减重,还得首先具备更高的安全要求,难度之大,可想而之。难怪Lance先生说,设计迈锐宝XL时要做到:每个人、每一天,为车子减重每一克。
重量虽然减轻了,但安全标准反而提升了。就拿车身扭转刚度来说,迈锐宝XL的扭转刚度为23.6千牛米/度(有天窗),上一代迈锐宝为21.6千牛米/度(有天窗)、23.0千牛米/度(无天窗)。这是一个很不错的成绩,因为,业界对于这个级别车型的标准是18千牛米/度。说到扭转刚度,我在《拆车坊》时曾做过测试,但因仪器精度不够,误差较大,没能把测试成绩公开。其实,您自己也可以做个试验了解一下:在车门接缝处贴张纸,用极细的笔画条横线,再用刀沿门缝将纸划断,用千斤顶支起一个车轮,车身扭转刚度较差的车,此时那条线会出现偏差,可能是零点几毫米,也可能是一两个毫米。扭转刚度好的车,由于振动幅度下降,可以起到提高乘坐舒适度,降低噪音的作用,方向盘的振动也会减轻。此外,如果在弯道上进行激烈驾驶,会有一种整体性很强的主观感受,从而强化车手的驾驭信心。
认识之三:颇有乐趣的驾驶体验。
上汽通用在广德实验场拥有非常专业的各种实验道路,我被允许在部分场地上进行了实地体验。其中包括:时速200千米的乘坐体验、不同路面(包括颠簸)的驾驶体验,以及绕桩、麋鹿测试、开放式弯道和垂头弯、全力制动等激烈驾驶体验。虽然只是1.5T的动力,但并没有妨我在这些体验中,获得的出色感受。
之所以能获得比较好的驾驶感受,主要原因有2个,第一是刚刚说过的减重,第二是经过优化的悬架。众所周之,F1赛车的发动机最大功率超过600千瓦,可它的车重只有600千克,减轻重量能带来更佳的操控,是理所当然的事儿。其实,衡量汽车动力性能有个比较关键的指标,叫比功率,就是发动机额定功率与汽车整备质量之比,比功率越大,汽车的动力性越好。通常来说,中型车的整备质量在1500千克左右,比功率在0.07-0.08之间的车型较为常见。由于迈锐宝XL减轻了体重,其整备质量为0.088,这是个很棒的成绩。
几款同级车的动力对比 | ||||
排量 | 额定功率 | 最大扭矩 | 比功率 | |
迈锐宝XL | 1.5T | 125千瓦 | 252牛米 | 0.088 |
蒙迪欧 | 1.5T | 133千瓦 | 240牛米 | 0.086 |
凯美瑞 | 2.0 | 123千瓦 | 199牛米 | 0.084 |
阿特兹 | 2.0 | 116千瓦 | 202牛米 | 0.080 |
迈腾 | 1.8T | 118千瓦 | 250牛米 | 0.076 |
帕萨特 | 1.4T | 110千瓦 | 250牛米 | 0.076 |
雅阁 | 2.0 | 114千瓦 | 190牛米 | 0.076 |
天籁 | 2.0 | 104千瓦 | 190牛米 | 0.072 |
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除了减重所带来的诸多好处,经过优化之后的悬架,也为这款车很好的操控表现提供了支撑。它的前悬架为常见的麦式悬架,但有些自己的独到之处,比如它的弹簧有些外拱,据介绍,这是为了提供侧向力补偿而设计的。此外,迈锐宝XL依旧采用了通用汽车惯用的框式副车架,同样是为了加强侧向支撑。我询问上汽通用的工程师,如果把框式副车架改成常见的元宝梁结构,岂不是可以一下子减轻体重至少10千克?人家回答,总得有个底线吧,虽然希望减重,但也不能降低操控性能呀。
事实的确如此。场地虽然很陌生,对于临时码放的桩桶所组成的行驶路线也很不熟悉,但上手很快,起码对车一下子就适应了。一圈跑下来,成绩属于人家实验场测试的达标水平。其实可以开得更快些,只是因为途中2次对路线有所犹豫,耽误了至少两三秒钟。
最后,Lance先生告诉我,通用汽车在历史上一直很注重底盘,总是把比较新的技术应用在底盘上,有些车是为了舒适,有些车是为了运动。迈锐宝XL显然属于后者。事实上,早在1934年问世的雪佛兰Master系列,就是第一辆搭载新型肘式独立前悬架的车型;到了1953年,又出现了第一款采用玻璃纤维车身的雪佛兰科尔维特;至于2009年推出的雪佛兰科尔维特ZR1,则是第一款采用半透明碳纤维车身的超级跑车。一系列新技术的不断推出,使得驾驶乐趣更为浓厚——有些车仅在外观上体现出运动,而迈锐宝XL不仅是外观与上代迈锐宝变化极大,内在的东西,比如悬、比如安全、比如油耗,同样有着很好的成绩。如果问到它的不足之处,恐怕还是动力——1.5T的机器与双离合搭配,反应不够敏捷,急给油的话,总会有个时间差,需要等候一两秒钟。如果喜欢激烈驾驶,这应该算是缺点。
星爷—汽车使用爱好者、汽车媒体评论人。1988年开始驾车周游列省,至今不辍;2001年开始为媒体做汽车评测,阅车无数。
星爷从不单纯迷信汽车品牌,更不盲目崇拜汽车动力,秉承汽车是工具的简单思想,把汽车的功能发挥到极致。物尽其用是星爷最大追求。《星爷说车》实乃休闲茶馆,汽车生活,驾驶心得、旅行感受,凡与车相关的话题,都将在“茶馆”与大家分享。(点击下图即可进入《星爷说车》专栏)
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