正在走入现实的滑板底盘

发布日期:2022-03-14 14:11   来源:未知   阅读:

  「滑板底盘」概念涉及到整车设计、动力系统、底盘系统等多个领域。小编研究了好一段时间,从「电动化」、「平台化」、「智能化」三个角度帮助大家理解,对「滑板底盘」概念有一个清晰全面的认知。

  2002年通用汽车第一次提出的「滑板底盘」并非纯电动汽车,而是氢燃料电池汽车。下图是通用汽车副总裁劳伦斯·伯恩斯站在「滑板底盘」上,摆出冲浪的姿势[1]。

  时任通用汽车副总裁的劳伦斯·伯恩斯描述了自己第一次看到「滑板底盘」时的震惊[1]:“关键的专业知识不再是机械、也不是电动引擎、也不是线传操控,而是软件”,“我们演示了如何将轻型车身从底盘上抬起来,替换为另一种车身”,“那一刻,我感受到了未来,感受到了科技将给底特律和整个汽车行业带来的变革”。

  要知道,这可是2002年的事情啊,那时候特斯拉八字还没一撇,因为马斯克还在搞Paypal呢,也就是后来让马爸爸发家的电子支付!

  不得不说,劳伦斯·伯恩斯在2002年的观点非常有前瞻性,就算放到今天也不过时。如果他在2002年看到「今天仍把底盘视作看家本领的主机厂,未来将被智能电动车时代淘汰」的言论,你猜他是会反对、嘲讽呢,还是会像久逢知己一样点赞呢?

  也就是说,通用汽车对「滑板底盘」的理解中,重点强调的是「上下分体式设计」、「软硬件解耦式设计」,而并不仅仅是「电动化」与「线控技术」。

  换句话说,如果发动机、变速箱也能塞进去的话,通用汽车也会想办法将其做成「滑板底盘」。事实上,该项目后来开发的E-Flex架构的滑板底盘,确实能兼容纯电、燃料电池、油电混合三种动力系统[1]。

  直到2004年,特斯拉才第一次采用了滑板设计,将电池做平整放在底部[3]:

  由此可见,将燃油车、油电混动车、氢燃料电池车做成滑板底盘,有一种将零部件强塞进「15厘米高的三明治结构」中的意味,工程上是困难的,代价是高昂的,强扭的瓜是不甜的。与之相对的,将纯电动车做成「滑板底盘」的设计,则显得自然而然、无比丝滑,简直是天造之合。

  那么,汽车电动化让滑板底盘从想象走入现实,仅仅是因为「电芯更容易塞进平整的盒子里」吗?

  知乎@一苒讲到「滑板底盘=非承载式车身+线控转向/制动系统+电池包与底盘一体化」。我不完全认同这种说法,但认为以「非承载式车身」作为认知「滑板底盘」概念的起点是一种有创见的思路。

  非承载式车身的英文叫做「Body on frame」[5],直译的话就是「大梁车架上的车身」。顾名思义,非承载式车身都会有大梁:

  这种「大梁上的车身」天然具有「上下分体式开发」的特征[6]:发动机、变速箱、悬挂系统、车轮全部与大梁车架相连,上半部分的车身则可以灵活更换。

  如果配备自动驾驶系统或遥控驾驶系统,那座椅、方向盘、保护驾驶员的钢架也可以省掉了,车架就可以「成精」自己跑起来了对不对[8]?如此一来,「非承载车身」直观上就自然而然就进化到了「滑板底盘」,二者给人的感觉确实很相似!

  事实上,在20世纪30年代之前的主流车型设计都是非承载车身,甚至一开始是木质材料,后来才改为钢铁材料[9]。非承载车身有不少优点:

  ·设计简单:最早的车身甚至是从马车改过来的,在大梁上配置动力系统、再加上车身即可。与之相对的,承载车身(Unibody)的设计必须要依赖有限元分析和CAD软件,这在连计算机尚未发明的时代并不现实。

  ·变更灵活:「上下分体式开发」意味着车身外观、内饰可以灵活设计、快速变更,以满足市场多样化。同时意味着底盘共享,也是一种早期的「平台化思想」,而平台化可以降低成本、缩短研发周期、提高质量,从而增强竞争优势[10]。

  非承载车身车架受力完全由底部大梁承担,且大梁的梯形框架结构的Z向抗扭刚度天然较差,所以与承载车身相比,非承载车身的大梁往往带有一些过度设计。

  同时,有大梁这个扛把子存在,并不意味着非承载车身就可以随便纸糊了,例如非承载车身的福特F150的车身大量使用了6系铝合金[11],车身扭转刚度比承载车身的还要高[12]。

  当然,如果舍得下血本,将铝合金材料替换成碳纤维材料,也可在保证车身强度的前提下尽量轻量化。但是由于代价太大,这在宝马i3、i8的时代注定无法成为一种主流技术路线——主导这一技术路线的宝马高管Ulrich Kranz离开宝马,创立了著名的滑板底盘公司Canoo。

  这么粗的一根大梁在底部,意味着地板会比较高。大梁前部、后部、中部需要配置的发动机、传动装置、悬挂系统,会导致乘员空间进一步减少。

  由于大梁的存在,发动机与传动系统整体偏高导致整车重心高,操控性较差;发动机的振动通过车架直接传导到乘员舱内,舒适性较差。

  非承载车身的上述劣势,都是基于燃油车分析出来的。实际上,对电动车来说,非承载车身的劣势被削弱了:

  · 底部电池的「沉没成本」:不管承载不承载,电动车底部总是要有一个又大又重的电池包的,这已成为底部空间与重量的「沉没成本」。奥迪e-tron的电池包框架极为厚实,已有了「大梁」的雏形[13]。这种情况下再加两根大梁,似乎就没那么不合时宜了;如果将电池包框架与大梁合二为一,那岂不是还可能会赚?

  · 空间较为宽裕:电动汽车没有发动机、变速箱来侵占乘员空间,本身空间较为宽裕,对冲了非承载车身空间小的劣势。

  · 无发动机振动:电动汽车没发动机,所以也对冲了非承载车身舒适性的部分劣势。

  正因为如此,「滑板底盘」的扛把子公司、市值达千亿美元的RIVIAN就采用了非承载车身的「滑板底盘」[14]——把电池包侧边框架加粗延长,自然而然地进化成了「非承载车身」原本的车架啊!此外,RIVIAN可能还采用了副车架(据拓普集团称,该集团是RIVIAN的副车架供应商[15]),以进一步对冲非承载车身舒适性较差的劣势[16]。

  所谓「把电池包侧边框架加粗延长,自然而然地进化成底盘的一部分」实际上就是「底盘电池一体化」的技术概念,它涵盖了宁德时代的CTC技术、特斯拉的Structure Battery技术等,同时它也是「滑板底盘」技术的核心组成部分。

  非承载车身(Body on frame):底盘电池的一体化框架强一些,上车身弱一些,二者使用弹性单元连接,这就是非承载车身。

  承载车身(Unibody):底盘电池的一体化框架弱一些、车身强一些,二者使用刚性连接,这就是承载车身。

  前文提到,「非承载车身」天然带有「上下分体式开发」的特性,上车身的外观内饰可以灵活变更,以应对多元化市场需求;不变的底盘则天然具有「平台化」的特征,带来诸多优势:

  中国市场消费趋势的快速变革:「第三消费世代」消费倾向最强的市场,更加注重个性化、多元化、差异化,还要推出新车型快。

  也就是说,「个性化、多元化、差异化」和「新车型响应速度」从前只是提供了可有可无的竞争优势,而在当今的中国市场上则成了极为关键的「胜负手」。在这样的消费时代中,车企要想活下去,光有「大爆款」还不行,还必须有个性化、多元化的「多个小爆款」。

  1. 规模降本:纯电平台单平台可覆盖的车型,天然比燃油车更适合平台化、更适合多个车企「联合开发」。比如福特就计划采用大众MEB平台在欧洲交付60万辆电动车[20],但可以观察到此项目推进速度很慢,而且交付区域受到限制。一是因为「一体式开发」的两个企业协同难度大,二是大家都是车企,难免貌合神离、投鼠忌器。

  2. 多元化个性化差异化:一体式开发也能实现多元化、个性化、差异化。但是,我们可以观察到实际情况是,不仅底盘同质化了,外观内饰也「家族化」、同质化了....更好的模式是:一个可实现「上下分体式开发」、且「自己不造车」的「滑板底盘」平台共享给多个车企。

  3. 新车响应速度:纯电平台的车企确实能快速推出新车型,比如大众MEB平台推出ID.3、ID.4、ID.6、Q4 e-tron的速度可谓神速,但并不是所有车企都有足够的规模支撑纯电平台——这时候也需要一个可实现「上下分体式开发」、且「自己不造车」的「滑板底盘」平台。

  咱们再来看一眼「成精」的底盘,它摆脱驾驶员、自己就可以动起来,背后正是快速发展的自动驾驶技术。

  随着特定场景L4无人驾驶技术的实现,底盘质感的差异性将不再重要、那些「无人的」用车场景将被挖掘出来。例如低速滑板底盘公司PIX就强调了无人车作为城市移动空间的应用场景[21]。

  摆脱了驾驶员的成本后,车的应用场景大大增加,我们不能用传统思维来评估滑板底盘的市场总量;而新增的这部分市场中,客户可能会选择自己造车。

  1. 汽车主机厂:必须承认,汽车主机厂首先考虑自己开发纯电平台。但是,前文提到了纯电平台天然可覆盖更多车型、更适合联合开发的特性就决定了∶肯定有部分车企无法独自支撑一个纯电平台,但又想享受平台化的便利。

  2.Al场景拥有者:比如说苹果就把滑板底盘的代表性公司Canoo创始人Ulrich Kranz给挖过去了[22],那么小米会不会也在第一辆车或后续车型上采用滑板底盘呢?那些L4无人驾驶AI公司在造车时会不会考虑采用滑板底盘呢?

  3.商业场景拥有者:比如商业综合体中增加移动空间,就相当于增加了商铺位置,这是可以创造收益的[23]。如果这种模式验证可行,那这些商业巨头就会考虑,采购主机厂的车,还不如找滑板底盘公司个性化定制。再如,亚马逊也计划采购10万辆自己占股的RIVIAN纯电动车,也就是某种意义上的「借助滑板底盘来自己造车」。

  1. 汽车与智能之间,不是汽车不重要,而是智能越来越重要;相似的,底盘与智能之间,底盘不是不重要,只是越来越不重要。

  2. 言辞背后是轰轰烈烈的行业趋势:底盘电池一体化、Structure Battery、CTC、滑板底盘。

  3. 滑板底盘的精髓:上下分体化开发、软硬件解耦式开发;可以是非承载车身,也可以是上下一体共同承载车身,后者更难一些,出现得也会更晚一些。

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