为什么腾势Z9GT这么重?
我记得几年前一篇文章, 介绍库里南怎么怎么豪华
大意是说,巨大的质量使其对路面颠簸和横风极不敏感,行驶起来像一艘巨轮般平稳。厚重的车门和车身结构带来了那种独一无二的、沉闷而坚实的关门声,这是豪华感知的重要一环。
现在我反应过来,没人问库里南为啥近2.8吨?
“Gran Turismo”本意不就是运动性与优雅舒适平衡,创造伟大的长途旅行体验?
一. 在理想模型下,车重甚至不影响过弯极限
“Driving a car as fast as possible (in a race) is all about maintaining the highest possible acceleration level in the appropriate direction.”(在比赛中,尽可能快地驾驶一辆车,其核心在于始终在正确的方向上保持最高的加速度水平)
— Peter G. Wright, Technical Director, Team Lotus
车辆一切运动状态的改变, 本质是从车轮摩擦力中获取加速度
这种力的作用,表达为F=m⋅a, 其中F是摩擦力, a越大,车辆过弯能力越强
车轮摩擦力F, 表达为摩擦力系数✖下压力,下压力又表达为m✖g
即F=μ⋅N=μ⋅m⋅g
连立得ma=μ⋅m⋅g, a=μ⋅g
即, 理想模型下, 车辆过弯极限只与摩擦系数和地球引力有关。
那么赛道上,重不是原罪吗?
准确说,在赛道高速弯,重就是原罪。而目前当我们说"赛道",99%情况下特指F1标准赛道,这种赛道(包括纽北)存在大量高速弯。
空力件是一种与气流相互作用的装置,通过重新分配气流的速度和压力,产生向下的压力差(下压力)来提升车辆稳定性,同时最小化由此带来的前进方向上的力(阻力)。衡量一个空力件水平的关键指标,是“升阻比”或“下压力效率”——即每单位阻力能换来多少下压力。
车辆的空力设计存在“低阻力取向”和“高下压力取向”这两种根本性的分野。
因为高速状态下,赛化车辆夸张的空气动力系统也是提供下压力的“主力军”,理想模型中,下压力完全由自重提供的假设不存在。
但是z9,以及绝大多数量产车,都是“低阻力取向”设计,升阻比效率最低的大尾翼以鸭尾代替,效率第二低的前铲以小而平缓的前唇代替。相对于“高下压力取向”车辆而言,大部分“性价比”不高的下压力已经被放弃了。 其次,空力提供的下压力和速度的平方成正比,以911 GT3 RS为例,其在 200 km/h 时产生 409 kg 下压力,那么在普通人过弯极限车速100km/h时,下压力仅为100kg。 在这个速度下,z9空力件带来的下压力不会超过40kg。
那么难道车重真的不影响过弯极限? 当然,理论上摩擦力系数μ,随下压力增加收益递减,是约5%的衰减(抛开剂量谈毒性是什么?)。同时可能存在刹车衰减,接触面变形,热管理问题等问题。
但是,无脑鼓吹“增重原罪论”无异于刻舟求剑。
摩擦力系数μ衰减模型是基于同一个轮胎,不断逼近/超过其设计下压力极限而得出的;
而车辆轮胎设计承重,本身就会适配车重。
更好的刹车,合理分配下压力的悬架,后轮转向,毫秒级的分布式扭矩让轮胎瞬间恢复抓地力对操控的正向增益更大。
再说直线加速性能
油车时代车辆需要减重的最重要因素是,发动机功率密度约是电机的1/10, 增加一份重量就需要同比增加一份马力,增加马力又增加了发动机重量,进入增重螺旋。
之前分析的a=μ⋅g是轮胎提供最大驱动力的情况,实际【1.5吨的V8发动机油车】都做不到随时把轮胎逼到抓地力极限。另外,逼到极限之后呢,滑移率过高,需要毫秒级响应实现“拉回来”,又回到电机的优势区。再叠加换挡,响应时间等问题,这是为什么(即使更重)电车零百成绩上限也往往更高。
理论说完了,再看实测。
能排除动力因素,最纯粹的“从轮胎获取加速度,改变车辆状态过程”,就是刹车。
一般来说,刹车距离45米差,40米合格,35米顶尖。最新款保时捷911 Carrera (各款差不多)刹车距离是:

腾势Z9GT刹车距离是32.6,抛开环境因素影响,也是顶尖水平了。
再说麋鹿测试实测,众所周知z9宣称全球第一的93.6km/h成绩有“水分”(合规,但测试标准本身不支持与油车麋鹿成绩横向对比),因为标准中允许电车使用最大动能回收,而油车不能踩刹车。
但是2.4吨重的su7 ultra专门做了关动能回收版本的麋鹿测试,它成绩是83.6kmh;1.55吨的911 Carrera 成绩是84.7kmh。 况且su7 ultra相当于挂空挡,油车还能利用发动机内阻,这次反而是油车成绩有“水分”。
最后,还可以看一下极速测试,是标准的“低阻力取向”超跑。众所周知,极速第一的U9 X 比第二名,重半吨。
可见,理论与实践统一: 对于“低阻力取向”车型, 车重几乎不影响刹车距离 和 过弯极限。加速能力就更不用说了。
二. 车重有隐藏的安全增益
众所周知碰撞测试类似于撞墙,自重越大结构要求越高。 众所不周知的是,碰撞中人体损伤很大程度来自于瞬间加速度a。
因为碰撞中,双方车辆受力F大小相等,方向相反。 作用力与反作用力对吧
F=ma真的太权威了,F不变, m增大 a同比减小,一眼能看出
在优秀的结构设计基础上(不侵入乘员舱),对成员而言,更大的质量在碰撞物理中是一个有利因素。
三. 比起纸面车重,重心分布更重要
为了优化重心,超跑要上水平对置发动机, 引擎中置
而电平台架构中,那块电池天然增重在底盘,电池底盘一体化更是让重心贴地
不倒翁一般的重心分布是油车时代梦寐以求的——油车不可能把车上最重的部件,发动机变速箱装在底盘里(重心越低,侧倾力臂越短)
一辆2.5吨电动车的重心,可以比一辆1.8吨燃油车更低。
还可以了解一下"转动惯量"概念, 一个陀螺很容易旋转,而哑铃难以旋转
因为陀螺的质量分布,更靠近旋转中心轴。这就是转向灵活,车辆姿态容易回正的物理基础。
所以,电平台车辆天生就有屠龙术,何必整天纠结那一招半式。
一个伟大的旅行,拿重量换安全、静谧、舒适、奢华、沉稳、优雅,到底行不行
作为z9初代车主,我也严厉批评它一些地方不够舒适,短板很多
减重依然可以锦上添花,
但无限放大车重缺点,会错过更多
z9依然是工程师对“伟大的旅行”追求的伟大探索,这种探索本身称得上是杰作。
正文已结束,下面详细讲一下摩擦力系数衰减。本来不想讲,因为中汽研认证的测试数据比理论计算有效,
但越来越多的人披着科普的皮去恐吓,影响读者认知,好像多些重量天就塌了,这里还是讲一下 。
经典读物《Race Car Vehicle Dynamics》中,用“轮胎载荷敏感性”去描述“随着下压力(即垂直载荷)增加,轮胎抓地力不会线性增加”这一现象,并以一款轮胎为例,给出了图表:

横轴是侧偏角(Slip angel),人话就是轮胎转向角度
纵轴是横向力(Lateral force),就是让汽车得以过弯的力
可以看到3条曲线对应不同垂直载荷下,横向力如何随侧偏角增长。 (人话:角度打得越大,帮助汽车过弯得横向力越大)
这不是我们关注的,我们之前得出(当下压力=车辆自重时) a=μ⋅g, g不会变化,所以我们想知道的是,μ怎么变化。
文中的μ, 称之为侧向力系数(Lateral Force Coefficent)= 侧向力 / 其所承受的垂直载荷

简单说就是,横轴不变,纵轴换成μ。可以清晰看到,相同角度下,载荷越高,摩擦力系数越低。 这意味着增加垂向载荷,抓地力虽然增加,但没有同比例增加。
这里要明确,几乎对于所有轮胎,侧向力系数(相当于摩擦力系数,后面简称μ)都会随着垂向载荷提升而衰减。 这条结论是正确的,也是所谓的科普作者用来恐吓读者的核心论据。
那么继续看,关注3点就足以破除这种恐吓。
- 侧向力系数具体如何衰减
图中以900磅为基础, 依次增加450磅的垂向载荷,得到1350磅和1800磅。但是1800磅曲线中,μ衰减明显多于1350磅曲线。 原因是1800磅越来越逼近轮胎本身的设计载荷极限。 作为实验室数据,它可以用于证明轮胎载荷敏感性存在,但现实中轮胎的设计载荷极限会匹配整车参数。
2. 轮胎的工作载荷范围是一个工程参数,而不是固定值
第15章探讨了如何选择合适工作载荷范围的轮胎,以2款轮胎举例
F1 前胎,工作载荷范围:600磅~1100磅
Indy Car 后胎(Champ rear tire),工作载荷范围:900磅~1800磅

“神奇”的现象出现了,Indy Car 后胎在1200磅下的μ > F1前胎600磅下的μ, 垂向载荷越高,μ反而越高? 看出来了吗,虽然“轮胎载荷敏感性”总是成立,但在工程实践上,使用不同工作载荷的轮胎即可。
具体配方没有说,但是可以猜测高载荷胎的胎体更坚固、胎面更硬。与之相关的,油车时代标准轮胎气压2.8左右,而现在很多纯电轿车标准气压已经在2.9+了。
3. 即使刻舟求剑式地计算μ的衰减,这种衰减也很有限
以Indy Car 后胎为例,图中可见1000磅载荷提高20%到1200磅,μ衰减不到0.1,即增重20%,衰减约5%。 增重20%什么概念呢,2吨的车增加400公斤,即使不做轮胎适配,μ仅衰减5%
不过还是要说,减重依然有益,你依然需要关注车辆刹车,悬架,轮胎等配置是否匹配更重的车身,车身结构是否足以应对更大的动能。
重量就像预算,预算花在哪,是否能承受高预算,才是重要的问题。