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它才是理想的核心技術?

2024-08-04汽車

隨著L9、L8、L7這三款增程SUV持續熱銷,理想汽車也成為去年國內銷量最高的造車新勢力。很多人把理想L系列的成功簡單歸結於增程動力,以及冰箱、彩電、大沙發。但如果你真的開過理想的L系列或者MEGA的話,你就會發現,比起冰箱彩電沙發這些肉眼可見的配置,理想真正與競品拉開差距的地方是NVH。

實際上,此前一些媒體在專業實驗室和道路噪音測試中就已經證明,L系列車型的NVH表現超過了很多豪華車型。而他們的首款純電車型--MEGA,更是重新整理了多項測試紀錄,超越了數百萬的頂級豪車,讓人刮目相看。了解過隔音的朋友都知道,NVH不同於動力、底盤,它不局限於車輛的某一部份,而是牽扯到全車的每個零件,所以NVH的難度遠超一般的設計。正因如此,傳統車企一直把NVH效能作為劃分車型檔次的重要標準,比如十幾萬的合資家轎,他們的NVH水平普遍比較差,要想獲得優秀或者頂級的NVH體驗,就必須要掏出大幾十萬,甚至上百萬的價格。可在理想的產品中,哪怕是相對入門的L6,它的NVH也是越級的水平,更不要說高端的L9或MEGA了。

相信很多人跟我們一樣好奇,L系列和MEGA優異的隔音是如何實作的?於是我們來到了位於北京順義的理想工廠和研發總部,與理想NVH工程師們面對面交流NVH相關的問題,下面我們就一起來看看L系列和MEGA在NVH設計上都有哪些亮點!

在車輛NVH開發中,車身相當於房屋的框架,它是隔音的基礎,所以車身的效能越好整車的NVH表現就有保障。車身開發中有幾個指標很重要,比如 扭轉剛度 扭轉模態 安裝點動剛度 。扭轉剛度大家應該很耳熟了,它表示車身抗扭轉變形的能力。汽車在行駛過程中,遇到路面顛簸或者過彎時,車身會受到外力的作用產生形變扭轉,並導致內飾之間摩擦、碰撞產生異響。所以提高車身扭轉剛度,內飾異響就會隨之減少,整車的密封效能也有保證。

為了提升車身剛性,L系列在開發時就對車身進行了局部加強,比如L系列車型的D柱附近設計了一個非常大的「口字形」閉合框架結構,相比一般的開口結構,閉合結構設計整體的剛性更好。

在車頂的設計上,除了尺寸最小的L6之外,其余理想L系列車型並沒有跟風使用全景天幕,而是在車頂中間設計了一根U型結構的橫梁,相比常見的單層鋼板沖壓車頂橫梁 ,U型結構橫梁自身的剛性會高一些。另外,L系列車頂前方的橫梁也是U型結構,整個車頂的剛性是比較好的。

在車身前縱梁下方,一般的車型副車架大多采用4個連線點固定,L系列則是6個連線點固定,更多的連線點意味著副車架與縱梁連線更牢固,並且也提升了車頭的剛性。

透過針對性的加強,L9的扭轉剛度做到了31971N·m/deg,同級別的寶馬X7則為28700 N·m/deg。至於尺寸略微縮小的L8、L7,扭轉剛度也基本接近L9的水平,均超過了30000N·m/deg。可以說,作為整車NVH的基礎,L系列的車身剛性做得還是不錯的。

相比扭轉剛度, 車身扭轉模態 大家可能聽得就比較少了。簡單來說,模態就是物體的固有頻率,比如大家用手去拉一根固定好的彈簧,然後迅速松手,彈簧只會根據自己的固有頻率震動,假如在1秒鐘內彈簧上下來回跳動2次,那麽它的固有頻率就是2Hz。

同理,車身受到外界作用力時也會以固有的頻率震動,只不過車身的震動大多數時候表現為扭轉形式,所以也叫扭轉模態。車輛行駛時車身經常接收各種震動,這些輸入震動都有一定的頻率。比如在鋪裝品質良好的路面上車輪傳遞給車身的震動為1-3Hz,而四缸發動機怠速頻率為27Hz左右。

假如車身的扭轉模態跟外界輸入的震動頻率相同,那麽車身就會產生劇烈的共振,此時車內的震動、噪音會非常明顯。因此在設計車身時,工程師都希望扭轉模態做得高一些,這樣才能避免共振。作為一家對NVH有著苛刻要求的品牌,理想L系列SUV的車身扭轉模態自然不會差。需要說明的是,扭轉剛度跟扭轉模態是息息相關的,通常扭轉剛度高的車,扭轉模態也會比較高。根據官方公布的數據,L8的白車身扭轉模態做到了49Hz,基本避開了增程器駐車發電和鋪裝品質良好的路面輸入的震動頻率。

至於 安裝點動剛度 ,則是指一個點的剛性,比如彈簧、減震器都固定在車身的一個點上,如果這個點的剛度不夠,從彈簧、減震器上輸入的力很容易使該點變形,於是路面震動也很容易透過這個點傳遞到車內。而安裝點動剛度越高就說明該點抗變形的能力強,從懸架輸入的震動就不易透過連線點傳遞到車內。

L系列在提高安裝點動剛度上也下了較大的功夫,比如它們的機艙塔頂和前圍板上有個三角形支架,這個支架主要的作用就是提高塔頂的動剛度。另外,在一些鋪裝品質較差的路面上快速行駛時,路面輸入的震動頻率較高,三角形支架的另一個作用就是避免塔頂與180Hz的路面震動發生共振。

另外在後軸上,L系列設計了一個造型復雜的X型加強梁,它所覆蓋的區域剛好就是後懸架與車身的連線點。因為後橋這一塊的安裝點動剛度提高,後橋輸入的震動、噪音傳遞到車內的量就變小了。

眾所周知,理想L系列采用1.5T增程動力,由於有增程和純電兩種駕駛模式,所以車輛在執行時1.5T增程器和電機必然會產生兩種不同的噪音。而且增程器在駐車發電時轉速基本在1000-2000rpm之間,比一般的油車怠速更高,所以增程器駐車發電噪音會更明顯一些。如果不把這兩種噪音很好地解決,動力系統的模式切換和執行噪音就會顯得比較突兀。

跟發動機不一樣的是,電機的噪音主要源自轉矩波動,簡單來說電機的輸出扭矩時大時小,而且扭矩變化的頻率非常高,於是在電機的軸和殼體上產生了震動和噪音。目前解決扭矩波動最常用的辦法就是輸入一個跟扭矩波動相反的電流,透過反向電流抵消扭矩波動,這樣電機的震動、噪音就變小了,而理想L系列的電機也采用了這項降噪技術。

另外,由於電機輸出的動力最終要透過減速器將扭矩放大,而且電機的轉速基本在10000rpm以上,所以減速器的齒輪執行噪音會更加明顯。降低減速器噪音的辦法也很簡單,那就是在設計時增加齒輪的重合度。簡單來說,齒輪的重合度高就表示同時參與嚙合的齒對數越多,也因為如此,每對齒的載荷波動更小,齒輪的傳動更平穩,噪音也會隨之降低。按照理想NVH工程師的說法,L系列的減速器齒輪重合度是目前業內最高的。

在發動機噪音控制上,L系列的1.5T增程器采用了高剛度的曲軸,在發動機運轉時曲軸不易產生震動。另外,從1.5T增程器外部可以看到,它的高壓油泵是用吸音海綿包覆的,這樣能夠較好地抑制高壓油泵產生的粗糙噪音。

在吸收動力系統震動方面,起決定性作用的就是懸置,也就是大家常說的機腳了。L系列的1.5T增程器采用4點式布置,也就是在增程器左右兩側各布置了1個液壓襯套,可以更好地抑制增程器的共振,後方則布置了2個傳統的橡膠襯套。相比普通車型的3點式布置,4點式的設計具有更好的穩定性,適合扭矩更大的動力系統。

另外,作為動力系統與車身連線的部件,懸置的結構和配方設計也非常關鍵。從NVH的角度來看,理想的懸置應該在低頻震動時要把剛度做得較大,這樣可以避免發動機啟動、急加速、以及急剎車時動力總成在機艙內產生大的位移,而在高頻下剛度越小越好,這樣動力系統的震動才不會傳遞到車內。體驗過理想L系列車型的朋友應該知道,它的增程器低速啟動基本做到了無感,高速執行也十分安靜,而這裏面有很大一部份功勞來自懸置結構和配方的改進。

大家都知道,當車內的環境變得十分安靜之後,內飾各種細微的異響就會全部暴露出來,整車的高級感勢必會大打折扣。L系列為了保證優異的NVH體驗,工程師在開發時針對內飾異響做了大量的最佳化。例如L系的座椅按摩是透過氣袋充放氣實作的,為了避免氣袋在膨脹和收縮時產生噪音,氣袋之間也設計了一層類似吸音棉的材料。

在座椅靠背上,為氣袋充氣的氣泵(黑色部件)因為會產生噪音,所以氣泵直接用吸音棉包覆,在傳輸空氣的氣管(綠色管路)上還設計了一個消音器。另外,為了避免靠背鋼絲彈簧之間的油脂揮發後,因為幹摩擦產生雜訊,靠背彈簧相互接觸的地方也用了布帶進行纏繞。類似的異響處理在L系列車型上還有很多,這裏就不一一舉例了。總之,L系列SUV優異的NVH表現就是透過摳細節實作的。

雖然MEGA的銷量不如預期,但作為目前理想售價最貴的車型,它的硬體規格和NVH開發指標可一點不低,甚至全面超越了L系列SUV。根據理想汽車提供的測試數據,MEGA在80、100、120km/h這三個車速下,車內前中後排的噪音分貝值大部份優於寶馬X7、奔馳S400,部份車速下噪音表現持平。對於NVH設計來說,車輛的尺寸越大噪音控制越難,而MEGA的尺寸又遠超一般的MPV,所以要把這麽大的車做到頂尖的NVH表現,確實需要下很大的功夫。

在車身設計上,MEGA基於全新的高壓純電平台打造,新平台采用了比L系列更先進的制造工藝。首先在車頭部份,MEGA的前機艙塔頂采用了重量輕、剛性高的鑄鋁工藝,而且塔頂與前縱梁還有一個封閉式的框架結構連線,增加了車頭的剛性。

在車身中間的地板部位(上圖綠色區域),MEGA設計了3個橫梁和4個縱梁,有利於增加車身的局部剛性。至於車身後側地板則是一個一體鑄造的大型框架(上圖藍色部位),並且跟車尾的「口字形」閉合結構連線在一起,大大提高了車尾的局部剛性。

雖然MEGA的車長、軸距都超越了自家的L9,但MEGA的車身扭轉剛度達到了44000N·m/deg,屬於非常優秀的水平,而這也代表它的車身基礎打得比L9更牢。

前面提過,車身是房屋的框架,而聲學材料則相當於房屋的磚頭。為了在不同車速下使車內都保持安靜的乘坐環境,MEGA同時采用了PU發泡+EVA兩種聲學材料。PU發泡屬於吸音材料,它具有重量輕、柔軟、吸音效果好等優勢,是汽車上常見的聲學材料,而EVA屬於隔音材料,它耐水、可加工性高、隔音效果好。

如果把PU發泡+EVA材料貼附在車身鋼板上,就形成了隔音(EVA)+吸音(PU)+隔音(鋼板)的三明治結構,對於各種頻率的噪音都具有非常好的抑制作用。但是PU發泡+EVA隔音材料的價格很貴,而且重量也比較大,所以一般比較高端的燃油車也只是在防火墻這一小塊區域使用這種組合材料。至於地板等面積很大的地方,大部份汽車還是使用PU發泡,或者是PET毛氈材料,它們的隔音效果遠不如PU發泡+EVA材料。

上:防火墻 / 下:後地板

MEGA的豪橫之處在於,它在前風擋下方的中控台、防火墻、地板、一直到車尾,全部使用PU發泡+EVA材料包覆。也就是說,MEGA從車身前部、底部、後部透射的噪音全部經過了良好的隔絕。

在車身側面的車門、翼子板,以及車頂、A柱內等類似於空腔的部位,MEGA全部使用了雙組份吸音棉。與普通吸音棉相比,雙組份吸音棉具有更高的吸音能力,而且重量更輕,可以更好地吸收車門等空腔內的反射噪音。

跟車門、翼子板等空腔不同的是,車身縱梁、橫梁等部位也有很多腔體,如果空氣進入這些腔體就會產生轟鳴聲。和其它廠商一樣,MEGA也對車身內部的腔體進行了阻斷,高速行駛時車身內部腔體產生噪音的問題被很好地解決了。

另外,為了更好地隔絕車外的風噪,MEGA全車除了後風擋之外,像前風擋、車窗、天窗等等,全部采用了雙層夾膠玻璃。

跟普通鋼化玻璃相比,雙層夾膠玻璃在高頻噪音抑制方面的效果好得多,而高速風噪恰好就是高頻噪音,大量使用雙層夾膠玻璃使得MEGA在120km/h高速巡航時車內的噪音控制非常出色。

在底盤噪音控制方面,MEGA主要的最佳化點是懸架、輪胎、襯套、懸置、電機。首先MEGA采用了前雙叉臂、後H臂多連桿懸架結構,跟高端豪華車型的懸架規格保持一致。另外,MEGA還標配雙腔空氣彈簧、CDC連續可變阻尼減振器,其中空氣彈簧自身的摩擦阻力很小,對路面震動的隔絕能力比金屬彈簧更好。

其次在輪胎的選擇上,MEGA配備了效能優異的米其林e·Primacy 2輪胎,這款輪胎不僅采用了靜音花紋設計,而且在輪胎內部配備了吸音海綿,能夠更好地吸收輪胎腔體裏面的反射噪音,因此在路上跑起來胎噪就變小了。

上:後電機懸置 / 下:後副車架襯套

在懸置的設計上,雖然MEGA是一款純電動車,沒有L系列的增程器,但是它的電機依然透過懸置與副車架軟連線,而副車架又透過柔軟的襯套與車身連線,因此電機噪音、震動經過了2次隔絕。

另外,為了將電機透過空氣傳播的噪音也降到最小,MEGA的電機也采用了全包設計,也就是給電機全身披上了一件吸音材料的大衣。

最後就是懸架襯套設計了,MEGA並不是一款追求操控的車型,所以它的襯套可以做得柔軟一些。另外,在一些底盤震動比較敏感的部位,比如前懸架下擺臂的斜拉桿上,MEGA也使用了液壓襯套,它比普通橡膠襯套具有更好的濾震效果,以及抑制共振的能力。

一直以來,很多人都說冰箱彩電大沙發是理想的核心競爭力,可當各家車企都把這些「核心科技」裝上車後,卻並沒有對理想的銷量帶來太大的影響。原因其實很簡單,理想的核心賣點是優異的NVH、舒適的底盤、以及出色的智慧化。不少所謂的競品,也只是把配置表的空白補上了,細節體驗上依舊有很大差距。可以預期的是,L系列的熱銷勢必會讓更多車企意識到NVH和細節的重要性,這也有可能成為下一個車市「內卷」的方向。