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汽车上有哪些看着不起眼但是技术含量特别高的零部件?

或者设计难度非常大,精度要求非常高? 希望汽车工程师们都来说说,非常好奇!
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我来一个,念书时候与企业合作过一个课题,其中一项子课题就是研究这个玩意,不研究不知道,原来粗犷的外表下,有着如此精妙的设计。

汽车减振器,它是汽车悬架中最重要的阻尼零件,没有之一,也是改车一族最喜欢动的一个零件。我们都知道,汽车在行驶过程中主要有两大振动源,一是路面引起的,学术点儿叫路面高程,别小看这个路面,光研究路面不平度就可以整几本博士论文了,这里不展开,咱没那能耐;二是发动机引起,这个主要靠匹配合适的悬置、车身安装点刚度去解决。所以,为了有效解决路面引起的振动,工程师们设计出了减振器,让车内乘客感觉舒适,同时,还要兼顾一点操控稳定性。

引用自《GB/T 7031-2005机械振动 道路路面谱 测量数据报告》

减振器基本知识

减振器从构造上大体可以分为双筒减振器、单筒减振器,区别是内部的缸筒数目不同。单筒减振器就只有一个缸,价格贵一些,目前仅一些中高端车型配置;双筒减振器有两个缸,一个工作缸,一个储油缸,这个是绝大多数在售车型配置的减振器。单筒减振器这里留个印象,后面再提起它,现在主要说应用更加广泛的双筒减振器。

引用自萨克斯官网:被动、主动减振器都在里边了

减振器主要由油封、储油缸、工作缸、活塞杆、活塞阀、底阀、限位块等子零件组成。这里面每一个零件的设计,又分别有各自的讲究,不赘述。典型的减振器工作状态分为压缩行程与伸张行程,分别对应了汽车悬架的上跳与下跳,白话点就是汽车过坎就是压缩,过坑就是伸张。压缩时,工作缸的油液被活塞阀向下压,油液经过底阀流进储油缸产生阻尼力,同时,由于活塞阀常通孔的存在,使得部分油液还会经过活塞阀中的流通孔隙回到有杆腔室,才能使得油液体积平衡,这一部分回流的油液通过阀片时也参与阻尼力建立;伸张时,工作缸的油液被活塞阀往上拉,油液经过活塞阀流入下腔,也就是无杆腔,油液流经阀片时产生阻尼力,同时,也是由于活塞杆的存在,下腔空间大,需要一部分油液从储油缸通过底阀补偿阀回流至工作缸进行补偿,这一过程中也参与阻尼力建立。说的有点拗口,配着下面图片好理解一点。

引用自萨克斯官网:一支典型双筒减振器的工作原理示意

从工作原理可以明显看出,阻尼力的建立主要与活塞阀、底阀这哥俩强关联。这俩哥们形成一定空隙,当油液经过时产生阻尼力,阻尼力建立的过程就是耗散能量的过程,上下往复运动的机械能转化为油液的热能,热再经缸筒、活塞杆向外部传导,由行驶过程中的风冷效应散发掉。由下面的公式也可以看出,节流面积是阻尼力建立的重要因素,而改变阀系组合,也就是改变节流面积,从而改变阻尼力,记住这个概念。至于更详细的阀系分析,诸如均布载荷作用的环形薄板阀片挠曲变形建模这些鬼,不纠结下去了,纠结下去又是一篇博士论文,咱没到那水平。

引用自:汽车减振器外特性仿真与试验分析[J],振动与冲击,2011,(30)8:93-94

减振器调校

既然俩阀系老哥那么重要,自然,调校工程师在进行底盘调校时也会重点关照这哥俩。针对减振器部分的调校主要也就是调这哥俩。不客气地说,这哥俩的调校结果,在一台车的舒适性&操控性的表现里,占有非常重要的位置。活塞阀与底阀分别都是由许多不同厚度、外形的阀片组成的一串阀系,调校工程师就是通过排列不同的组合,改变了油液经过阀系时的流通面积,改变阻尼力,实现车辆的驾乘感受。

不同减振器的供应商,都有自己专用的阀系结构。而每一种阀系结构里面,每一个阀片又有不同规格。这样千变万化的组合,非常考验调校工程师的功力,举个例子,有些敏感位置的阀片,仅仅改变0.1mm厚度,可能在阻尼力曲线上完全没有差别,但是特定路面的主观评分能有0.25~0.5分的差距。调校工程师需要有丰富的经验判断阀系组合,不然短暂的调校周期绝对不允许将所有阀片试过一遍。与此同时,阀片组合也应遵循一些设计规范,兼顾减振器本身的耐久特性。

引用自某技术论坛下载的减振器资料,这张是一款比较典型的阀系爆炸图,左侧活塞阀,右侧底阀

在调校工程师眼中,每一个位置的阀片,都对应了调校场地里面每一种特定道路,哪条道上用哪种阀片舒适性好,他们门清。是不是经常在某某车广告片里听到XX车经过X百组调校方案,巴拉巴拉,觉得几百组调校夸张?一点儿都不夸张,就看看上面这个典型的CL阀系,不算阀座就有30多张片子,每张片子再来个3~5种规格,排列组合算一算能有多少种搭配,另外还没把弹簧、稳定杆、橡胶件的搭配调校算进去。所以啊,这也就是经验丰富的调校工程师为什么那么抢手的原因。

每一次调校确定下一组阀片的组合,阻尼力也随之冻结下来,一组阀系对应一条阻尼力曲线。

引用自某技术论坛下载的减振器资料,调校方面我是半桶水,欢迎调校工程师指正

然而,汽车的操控性与舒适性天然是一个矛盾体,调校工程师把车调的操控好了,乘坐舒适性打点折扣,舒适性调的好了,操控似乎又总差那么点意思。怎么办呢?所以,产品规划的作用就出来了,咱开发之前说好了是主打操控的,那么调校工程师就把减振器调“硬”一点,咱开发之前说好了主打家用舒适的,那么调校工程师就把减振器调“软”一点(当然,这里面还需要配合转向调校,此处且按下不表),始终难以两全。

为什么不能兼顾两个性能呢?我们尝试从理论上给感兴趣的朋友解释一下,举个例子,一般我们做悬架平顺性研究时,会将悬架简化为一个二自由度模型,下图是一个典型的简化悬架模型,左侧是被动悬架,右侧是阻尼可调节的半主动悬架。图里的M、m分别表示簧上、簧下质量,k表示悬架刚度,也可以简单理解为就是弹簧刚度,kt表示轮胎刚度,c就表示阻尼,代表了减振器。

引用自《Semi-Active Suspension Control Design for Vehicles》P65:传统悬架与半主动控制悬架系统框图

又臭又长的公式跟解算过程咱不列了,一般这个模型,可以设置三个指标参数,引用的书本里设置的是这三个:车身动位移、悬架动行程、车轮动行程,车身动位移是直接的舒适性相关项,车轮动行程是操控相关项。直接给答案,通过上面的简化模型,根据牛二定律可以列写方程式,解方程式可以得到指标的幅频特性图如下:

引用自《Semi-Active Suspension Control Design for Vehicles》P77:三项悬架指标的幅频特性图

从指标的频域图可以看到,对于前两个指标而言,增大减振器阻尼力,也就是c值增大时,虽然一阶共振峰振动得到改善,但是一阶共振峰与二阶共振峰之间的过渡频带振动发生了恶化;同时,在二阶共振峰处,车身动行程对阻尼并不敏感,悬架动行程则得到了改善;车轮动行程则在大部分频段内,通过增加阻尼,能够得到有效改善。

简单点说,可以认为不同频带对应到不同类型的道路,固定一组阻尼曲线难以满足不同路况的要求,这条路改善了,那条路说不定就恶化了。这也就是调校过程经常反复的原因,来来回回的找那个平衡点。

主动减振系统

可是工程师们总在想,难道没有一两全其美的方法吗?红玫瑰好看,但白玫瑰也香啊,咱都想要,于是,一种新型减振器被发明了出来。如果上面所述的只有固定阻尼力的减振器叫做传统减振器,那么,这种新型减振器就叫做阻尼可调减振器,可以对应多条阻尼曲线,以适应不同的道路及驾驶操作,目前一般配置高端车型,不过也逐步有下探趋势。

下面先以ZF-Sachs的CDC系统为例展示一下主动减振器系统的优势,视频里也对萨克斯CDC系统进行了较为详细的说明。

ZF-Sachs的CDC系统展示视频https://www.zhihu.com/video/1226278388790554624

相比传统减振器,阻尼可调减振器自成一个小系统,一般由执行器(减振器)、传感器、控制器及附件组成。根据不同的执行器又可以有电磁阀外置减振器、电磁阀内置减振器、磁流变减振器,我们暂时只说这三种最主流的。

阻尼可调减振器系统最关键的就是有了眼睛(传感器)可以实时监测车辆运动状态,有了大脑(控制器)根据传感器信号,结合控制算法对减振器发送指令,以达到让车辆在不同路况、操纵动作下都能有较好的操控性&舒适性的目的。

百度图片+本人标记:一套典型的可调减振器系统架构

说到这里想必各位也能知道,这套系统的核心就是那个控制器了,而内嵌的控制算法则是核心的灵魂。无论是由哪种执行器构成的半主动悬架系统,其灵魂都是1974年由Karnopp.D提出的天棚控制算法。当然,基于天棚控制方法,研究人员后面还提出过地棚控制、天-地混合棚。后续更有学者们将模糊、滑模、神经网络、LQG等控制方法放到系统里进行研究,理论上都能取得较好效果。但是,在工程应用上,仍然还是以天棚控制为主流。

引用自《Semi-Active Suspension Control Design for Vehicles》P134:经典天棚控制系统框图及方程式

好了,回到控制算法上,配置阻尼可调减振器的车辆,针对舒适性主要就是上述的以天棚控制理论为基础。通过配置在簧上、簧下的加速度传感器实时获取加速度信号,通过信号处理、计算判断悬架运动状态,当车身速度与悬架动速度同向时施加适当的阻尼,异向时施加小阻尼,经控制器判断后向执行器发送信号,执行器作动,实现阻尼力的调节。

引用自《Semi-Active Suspension Control Design for Vehicles》P135:天棚控制阻尼系数实施规则

采用天棚控制后,在悬架控制指标的幅频特性图中可以看到,半主动控制下的指标幅值在大部分频段下均优于被动悬架系统指标。如果继续优化,结果可以更好一些。图例中只需要看SH-linear这个结果就好,Passive(cmin)取固定的小阻尼值计算结果,Passive(cmax)取固定的大阻尼值计算结果。

引用自《Semi-Active Suspension Control Design for Vehicles》P112:半主动控制悬架指标的幅频特性图

针对操控性,也就是纵向、侧向的动态性能,主要以门限值开关控制为主,通过综合评估can上发来的转向、制动、加速信号,标定一个合适的门限值,达到触发就执行,否则不执行即可。

接下来我们唠唠执行器,如果说控制算法万变不离其宗,那么,执行器可就各有各的门道。

①先说电磁阀外置减振器,这一款是最基础,也是应用较广的一款,由萨克斯首次发明出来,萨克斯将它取名为连续阻尼控制减振器(continous damping control,简称CDC),更详细的CDC小知识,请没有看上面视频的童靴翻回去仔细看看视频,信息量比较大,值得一阅。

引用自萨克斯官网(左),百度(右):CDC减振器及阻尼曲线示意

相比传统的双筒减振器,CDC减振器有三个缸,从内至外依次是:工作缸、中间缸、储油缸,同时还多了一个电磁阀。因为有上面的小视频,这里就不写长篇大论介绍工作原理了,如果不是从业者,也没有必要了解这么详细,我来简化一下知识点,记住以下一个点就好了:

  • 控制器向CDC减振器的电磁阀发送电信号,驱动电磁阀里的阀芯做上、下移动,上下移动过程中阀体的节流面积发生改变,因此,实现了阻尼力的改变;
  • 电信号的量值就是根据上面介绍的控制算法来确定的。

②电磁阀内置减振器,这个基本原理跟外置类似,不同的是电磁阀做到了缸筒内部,优势是节省了外部空间,易于整车布置。

引用自百度下载材料:内置(左)与外置(右)电磁阀减振器示意图

③磁流变减振器(Magneto-rheoloical damper, MRD)跟前面所有减振器都有非常大的区别。现有的磁流变减振器多为单筒减振器结构,内部注入的不是通常减振器使用的矿物油,而是磁流变液。磁流变液有关简介引用彭友湘博士、李春梅博士学位论文绪论部分。

1948年美国学者JacakRabinow首次发现了磁流变液的磁流变效应,即在外加磁场下,磁流变液可在短时间内(10ms)由低粘度的牛顿流体变为粘度较高的Bingham 半固体。其主要作用机理是,在磁场作用下,铁磁颗粒沿磁力线形成链状结构,对流体流动运动产生剪切应力的作用,对外表现出粘度增大的类固体特性。无磁场作用下,磁流变液重新回到最初的状态,而且这一过程可以相互转换,这就是磁流变效应。
磁流变液(Magneto-rheological Fluid,MRF)一般是由磁性微粒悬浮体(高磁导率、低矫顽力的微小磁性微粒)、母液(磁性微粒悬浮的载体,低粘度、高沸点、低凝固点和较高密度)、表面活性剂三部分组成。磁流变液主要在桥梁、阻尼器、阀门、工艺的研磨、制动器、汽车、建筑物、离合器、抗震等领域有所应用。

因为MRF在军工、重工等领域具有非常高的应用价值,目前为美国Lord公司垄断。而后,美国德尔福公司与通用汽车联合攻关,在Lord公司的磁流变阻尼器基础之上,研发了汽车用的MRD系统,被称为MagnerideTM,这项技术获得了1999年度世界一百大科技成果奖。并且,通用汽车将这项技术应用在了凯迪拉克Seville STS(2002款)上,是汽车领域首次应用MRD。

引用自基于机理的磁流变减震器滞回特性魔术公式模型[J],2017,30(5):775-MRD结构示意图及速度特性图

MRD活塞也不再是片阀组合起来的阀系,而是一团精密设计的电磁线圈。当活塞处于压缩行程时(即向下运动),压缩腔中磁流变液受到挤压,通过活塞的环形阻尼通道,常通孔和环形间隙从压缩腔流动到拉伸腔;反之,当活塞处于拉伸行程时(即向上运动),磁流变液从拉伸腔流动到压缩腔。当磁流变液在阻尼通道中流动时,其流动特性将受到励磁线圈产生的磁场的控制,从而控制阻尼力的大小。活塞在压缩行程时,活塞杆进入密闭的缸筒内,使得缸筒内的总体积变小,由于磁流变液的不可压缩性,压缩腔和拉伸腔的总体积不变,则高压气密腔的体积减小,浮动活塞向上运动进行体积补偿;反之在拉伸行程时,高压气密腔的体积增加,浮动活塞向下运动进行体积补偿。

引用自互联网:MRD活塞结构示意图

MRD工作机理引用冯志敏教授论文如下:

MRD内部腔体充满磁流变液,在无外加磁场时相当于普通粘滞阻尼器;外加磁场作用下磁流变液从牛顿流体转变为粘塑性流体,产生一定的屈服应力并呈可调可逆状态。通常采用上文介绍过的半主动控制方法,当MRD受到外界振动激励时,控制系统将根据预先建立的模型以及控制算法,对缠绕在活塞上的线圈施加一定强度电流,激发相适应的电磁场,以调节输出阻尼力,从而平稳地吸收外界的振动能量。此外,由于MRD工作时温度变化呈非稳态和非线性特征,不同程度影响磁流变液的物理特性,使实际输出阻尼力偏离原先理论设计状态,难以达到预期的减振效果,因此,MRD建模一直是学术界难点问题。
引用自温度效应下磁流变阻尼器动力学仿真建模与试验[J],2018,49(9):383-MRD工作时各物理场耦合变换关系

MRD在作动频率远高于CDC,所以,MRD配合控制算法能够取得更好的性能表现。但是,MRD造价昂贵,且高故障率,应用范围不及CDC,每年CDC的销售量是MRD的30多倍。

  • 番外篇

典型的减振器上文基本介绍到了,对于黑科技格外感兴趣的童靴们想必都知道看过奔驰GLE搭载的48V主动悬架系统E-Active Body Control,这个技术虽然执行器也是一种阻尼器,但是由于增加了液压泵、电机等,已经很难将其归为减振器。因此,一般我们把它归为主动悬架技术范畴。

奔驰GLE及其配置的E-ABC系统原理图

其基本原理是根据传感器信号,由控制算法(这里控制算法肯定区别于上文的天棚)驱动电机进行作动,电机带动液压泵,液压泵通过液路推动阻尼器活塞上、下移动,从而实现车身的动作。

最后,安利我一直在引用的这本半主动悬架控制领域好书,悬架动力学研究必备神器之一,基本上照着上面的算法做,支持个硕士毕业是没问题的了,再做点深入的优化,支持个博士也没问题。企业做研发,也非常推荐参考这本书,加强理论知识。

建议看英文原版,但是网上实物本800多一本,我有PDF版,推荐看电子书,需要的可以问我要,乐意分享。下面这本是清华大学汽车工程系危银涛教授出的中文版,同样强烈推荐,英文看着吃力的童靴们可以考虑中译本。



汽车研发工程师一枚,机械博士文凭,没事写点硬到磕牙的技术干货,也写点汽车保养维修小姿势

对车感兴趣的新、老司机们可以关注一波,没事咱凑一起聊聊车

为什么车子开久了底盘会变得松散?

汽车的各种异响真的没办法避免吗?

汽车上的减振器和弹簧有啥区别?

保时捷卡宴的三腔空气悬挂和动态底盘控制还有主动防侧倾技术,真的有那么厉害吗,还是说只是个噱头?

汽车上有哪些看着不起眼但是技术含量特别高的零部件?

文章有点多,关注了慢慢看多好。

编辑于 2020-10-07 17:20

要不起眼,又要技术含量高~ 我觉得座舱里面内饰上都有不少——但有些个你们一定想不到:

比如仪表台PAB(副驾驶成员侧气囊区域)区域,其制造工艺和设计的复杂程度不亚于气囊,但外观上确是完全不可见,而且比起气囊很少有人知道

先看一个概念,叫做弱化:

图片是高分子表皮材料,PVC或者TPO被激光弱化后的断面显微状态,一个个倒圆锥形(断面看起来是三角)是被激光融化的材料,尖端不能超越上表面,否则外观就可见了。

下面文章介绍的仅仅是激光弱化工艺(激光可同时用于骨架和表皮,或者复合后的总成结构),复杂的公式和计算方式就决定了这道工艺不是任何一家企业都能做的了的。


而由于当今高端车手工包覆的仪表台渐渐成为主流设计,骨架和表皮在复合前分开弱化,以及弱化后再定位,包覆,成为主要技术难点和各家T1的重要实力。

先看骨架侧:实际上,根据不同材料,骨架侧用到的弱化工艺远不止激光一种:注塑弱化,铣刀弱化,水切弱化,分体式弱化等。

典型铣刀PAB弱化设备,注意红框位置针对气囊门的单独定位和真空吸附区域

这些弱化方式最终目的都是在PAB区域形成一个满足气囊打开的完整边缘,同时外观又不可见的结构,如下图


在看表皮侧:除了刚提到的激光弱化,更有免弱化自撕裂,冷刀弱化,pizza cut刀弱化,缝纫弱化等针对不用表皮材质和PAB结构“量身定制”的弱化方式。

以GEISS这家著名弱化设备供应商提供的早期产品(以确保不涉密)性能为例介绍其中最常用一种——冷刀弱化工艺,冷刀弱化可以确保当表皮后续波动公差正负0.05的情况下,弱化精度达到正负0.02,CKP1.66(工艺稳定性指标:过程能力指数)的水平。

这比起以能量输出来控制弱化深度的激光弱化设备来说,精度可谓高了一个等级,这是冷刀的优势,但正所谓刚提到的弱化工艺需要根据材料“量身定制”冷刀的劣势也是你想象不到的:

正是因为切割精度太高,切割断面过于光顺,由于高分子材料普遍遵循“相似相溶”特性,材料“自愈合”成了个家T1攻克的技术特点。

(T1会在材料切割弱化的同时,通过同步添加一些助剂来避免因表皮材料相似相溶带来的自愈合,这种自愈合不是发生在切割时,而是随着时间推移慢慢发生)

冷刀精度高但需要研究抗自愈合,同时激光弱化工艺也没有闲着,用于矫正近视的低功率高精度激光工艺最近也在进入内饰弱化领域。

低功率扫描式激光,精度更高的飞秒激光,都在针对不同材质的需求应用在内饰材料的弱化上。

然后我们接着换个纬度,因为表皮的厚度一般都在正负0.15的水平,达不到0.05的要求,于是工程师们发明出了专用的表皮弱化台面,通过真空和定位将表皮A面固定在胎膜表面,确保弱化刀到台面的距离,也就确保了弱化后表皮残余未切段的厚度。下面就是个看着简易里面却有大量真空管路密封结构,表面有防位移的阻尼涂层的台面,照片这个仅仅用于slush的表皮而已,不同表皮设计都不一样。

您以为这样就完了,PAB区域作为内饰上最费钱零部件工艺怎会到此为止,弱化的刀作为一个消耗品,刀尖的磨损决定了表皮弱化后的物理强度,因此实时监控刀尖磨损情况是必须的

上图展示了传统冷热刀弱化设备对刀尖刀尖磨损的实时监控情况,通过扫描和摄像的方式监控刀尖磨损、都是在微米程度上评估刀头半圆的完整性和刀头角度的准确性(图的右边三小图),一旦超过指定尺寸则必须自动换刀后设备才能继续。

所以有时候大家会在自己车辆用了几年后发现这样的情况(真皮会更明显),如下图:

如你车开了2-3年后在气囊区域出现一个U形或者H形的图案,首先要恭喜你,你的IP没有漏做弱化(手动狗头),哈哈,玩笑,实际在选择弱化参数和工艺时候难度最大的就是达到外观痕迹不可见和气囊盖板打开力最小的平衡,而最柔软遮瑕能力最差的真皮在这方面是最难获得类似平衡点的工艺窗口的。

真皮因为其结构为天然组织经过鞣制后形成的纤维结构,因此切割时候稳定性也不仅仅取决于设备精度、还包括真皮自身纤维结构和密度,考虑到涉及技术机密,仅能手绘大致情况:

PAB真皮裁片的选取要求因此极为严苛(涉及技术机密不在详述)

安全件在汽车内饰领域的重要地位是不可替代的,因此没有“两把刷子”的企业是不敢承接高端车型仪表台这类产品的。否则做的好也仅仅利润有限(比起气囊,PAB制造实际利润并不高,不及座椅),而做的不好,可能因为召回而“倾家荡产”。比如之前的“高田气囊事件”,召回规模直接导致了高田被宁波均胜收购。

因此内饰仪表台零部件对于PAB区域的制造要求和精度要求,以及工艺标准,材料标准和加工都是十分复杂但很难被普通消费者详细了解的。

除外还有对气囊门的设计,为了确保打开过程中门的铰链不会断裂,门自生不会有任何碎裂哪怕破损,气囊门的结构也是异常的复杂。

有这种不同材质穿刺焊接结合一体来加强的。

也有这种网布加强筋一个不少都用上去加强的。

更有这种金属和塑料嵌件注塑来进行整体加强的。

这中间繁琐的注塑工艺调整,模具设计,mold flow模流分析(因为会导致网布变形成型后网格不均匀……)材质选择等等一系列的研究和开发,我们还是科普形式点到为止。

总之,正规车企标准中(或者采用正规车企标准开发新车的新势力玩家们),在PAB区域,高温105度92度表面,常温22度,低温-30度,无论哪种环境下进行气囊点爆测试,但凡有任何骨架碎裂,表皮撕裂不均匀,或者飞出物超过10克的——一律推倒设计和材料工艺方案,重新开发(当然实际发生这样的情况很少,除非找了一家小白企业开发)

当然不同材质不同设计有不同的弱化工艺,比如在BB和凯迪拉克这些品牌的新一代车型上已经广泛采用免弱化的表皮和Spacer,来代替传统弱化的复杂工艺。

顺便说一句,两车都是手工包覆,你才膛塑工艺,ES全家才膛塑工艺……

新材料带来的好处就是你既不会在使用N年后发现气囊区域有难看的痕迹,也不用接受PAB区域有个如同补丁般的缝纫弱化气囊,如下图

从而也可以引申出下一段内容~~~汽车座舱中不起眼或者不太会被大众发现的另一样东西就是不断变化(提升)中的内饰材料。

它们针对性能,环保,耐用,外观,健康的这几年的一系列变化与颠覆。有兴趣的小朋友可以有空再看我在疫情期间写的内容,也许对今后去4S店和销售掰扯或者帮小姐姐选车时候娓娓道来时用得上~(^-^)~

To be continued (这句话意思是,你们感兴趣的话,我可以更一个很普通但更想不到其中技术含量有多高的车内东西^-^——小小的缝线)

编辑于 2021-07-21 13:25

今天我们早已经习惯了这样的场景:

下班后,当你走近爱车时,车辆主动亮起大灯,为你指引来时的路,同时车门自动解锁迎宾,你径直上车系好安全带,按下启动键,引擎轰然启动~到达目的地后,熄火离去,车辆保持大灯开启,照亮你回家的路,同时自动锁好车门,并将驾驶状态信息更新到你的手机APP里供你查阅。全程你都没有拿出车钥匙,它却在背后为你默默地安排好这一切……

从汽车诞生之初的摇把到刀片机械钥匙再到如今的智能钥匙,汽车钥匙经历了翻天覆地的变化。今天的车钥匙更像是一个超级通行证,只要把它揣在兜里,你就拥有了使用车辆功能的最高权限,下面cao sir为您解读一下小小的一把车钥匙背后包含了哪些黑科技!

汽车钥匙发展史

第一代智能钥匙

RKE钥匙是第一代智能钥匙,它在机械钥匙基础上加入了芯片功能,不仅可以实现远程遥控解闭锁,也大大增强了汽车防盗功能。

发动机防盗功能:

发动机防盗功能是利用钥匙中芯片的密码与起动电门中的密码进行匹配来控制发动机的起动,以达到防盗的目的。当车主转动钥匙发动车辆时,基站发射低频信号开始认证过程。钥匙端应答器工作能量由基站低频信号提供,在认证过程中,置于钥匙中的应答器首先发送自身的ID号,通过基站芯片的验证,基站会发出一串随机数和MAC地址,同时应答器作出回应,当认证通过后IMMO模块通知ECM可以启动发动机。

IMMO认证的发展历程:

第一代IMMO方案(fix code),只是在钥匙插进锁孔后,发送一个特定的密码,验证通过即可点火启动,典型的应答器是NXP PCF7930。

第二代IMMO方案(read-write),使用应答器NXP PCF7931,且每次发送的密码都不同,同时基站发送密码保护信息。

第三代IMMO方案,使用应答器NXP PCF7935,由基站首先发送一串随机数,应答器再回应经过加密的代码,经过验证后才可启动发动机。

第四代IMMO方案,使用应答器NXP PCF7936,基站不仅发送随机数,同时发送加密信息,通过认证后,应答器才发送加密的应答信号,用于启动。这是目前主要的IMMO应用方式。

第五代IMMO方案,使用应答器NXP PCF7939,采用AES128的加密算法传输数据。

经过了几代的改进,IMMO认证已经成为汽车上广泛应用的防盗技术。

具体的验证过程如下:

1、BCM里面的IMMO模块(BS)向钥匙里面的IMMO 应答器(TP)发出请求鉴权(START_AUTH)指令;

2、TP返回其keyID;

3、BCM确认该keyID与自己EEPROM中存储KeyID一致后。PIN生成一个随机数Random Number,然后用RandomNumber,keyID和SK三者,利用加密算法,得到CIPHER1密文。并将Random Number和密文CIPHER1发送给TP;

4、TP利用Random Number,keyID和SK用同样的加密算法,求得密文CIPHER2并将求得的密文与收到的密文CIPHER1相对比,相同则认为需要应答BCM。然后将CIPHER2返回给BCM,BCM将收到的CIPHER2和自己计算的CIPHER1相对比,相同即鉴权验证通过。然后BCM给发动机控制模块ECM发送信息,通知ECM钥匙有效可以接收点火请求。

远程解闭锁功能:

遥控钥匙RKE还可以通过短按解闭锁键实现车门解闭锁动作和长按解闭锁键实现升降车窗功能。当按下解锁键时,钥匙会向汽车发送高频载波信号,高频载波信号里面包含命令报文。车内无线接收器收到命令报文后发送到主机,主机解密验证通过后,发出解锁信号来执行解闭锁命令。

钥匙长按与短按的报文格式

第二代智能钥匙

每次解闭锁车辆前都需要掏出钥匙按下解闭锁键在某些应用场景下非常不方便,尤其是女生的包一般都可以看做是个宇宙,总是很难掏出想要的东西,2003年,荷兰NXP公司推出了无钥匙系统(PEPS),有了无钥匙进入,无需翻找,只要车钥匙随身携带,就可以直接解锁车辆。

PEPS的工作原理是采用射频识别(RFID)的技术和跳码技术,在钥匙与控制器之间通过无线电波来发送加密的跳码数据,进行双向通讯验证钥匙和主机的合法性, 实现无须将钥匙拿出口袋,在有效距离内通过触摸门把手上的解闭锁感应区域实现车门锁的开启和关闭,搭载PEPS主机ECM建立的加密防盗机制以实现汽车防盗。

PEPS系统

无钥匙进入的功能:

PEPS系统在主副驾车门把手、后保险杠,车内都安装了低频天线,当车主携带钥匙处在有效范围内(大约车辆周围1.5m距离内),按压门把手按纽,触发相应的模块会发送中断信号来唤醒主控MCU,PEPS模块驱动低频LF天线, 发PE认证指令,搜索智能钥匙,智能钥匙被唤醒后,通过高频RF响应PE认证数据,PEPS接收并计算智能钥匙发来的RF数据信息,认证合法性,并判定钥匙位置,若认证合法,通知BCM发送PE解锁命令。

与第一代RKE钥匙相比,第二代PKE钥匙在IC上增加了低频接收模块(LF),当智能钥匙接收到PEPS低频信号唤醒后,会通过发送高频信号来请求认证,当PEPS模块与钥匙鉴权通过后,PEPS允许响应门把手传感器发出的解闭锁信号,否则,不予理睬。这样既实现了操控便利性又保证了车辆防盗安全。

无钥匙启动功能:

当车主踩下刹车,按下SSB启动开关时,触发PEPS模块搜索车内是否存在有效钥匙,如果存在有效钥匙,则PEPS模块再与发动机控制器(EMS)进行鉴权,鉴权通讯是通过CAN总线进行传输,且CAN数据加密。EMS 与PEPS 采用相同的加密算法,由PIN产生密钥(SK)。PIN应存储在ECU 的非易失性ROM 中(EEPROM),并能够通过EOL 设备学习。EMS 通过CAN 总线向PEPS 发送种子(Seed)来发起认证请求,PEPS 应在钥匙认证通过的前提下,向EMS 反馈加密计算后的应答(PEPS_KEY)。若钥匙认证没有通过,PEPS 应向EMS 反馈否定应答。EMS 在接收到PEPS 应答后,依据应答内容决定是否解锁发动机。


PEPS与EMS鉴权通讯流程

Poling迎宾功能

在无钥匙进入系统基础上工程师们发明了迎宾功能(Polling),即我们走进车辆时,车辆会主动打开车灯为我们照明,并主动解锁迎接我们上车,当我们离开车辆时,车辆会根据离开的距离自动上锁,保证车辆安全。

如下图所示,此类无钥匙系统共需要检测判断三种区域:灰色的车外区域,淡粉色的车内区域以及灰白色的主驾位置。其中灰色的阴影区包括三部分,分别表示主驾,副驾,后备箱的车门控制的有效区域,当车主带着钥匙进入这一位置时,车子跟钥匙间就可以建立起有效通讯,通过低频信号的场强检测,车子可以判断出钥匙的相应位置,由此决定打开对应的车门。淡粉色的车内区域是整个PKE系统设计的难点,要精确的判断钥匙是否在车内,来决定车门状态以及发动机是否可以启动。在一些高端车型的设计中还会检测灰白色的主驾区域,钥匙是否有效,主驾位置是否有人,避免诸如儿童误操作导致的引擎启动;另外还可能包括后备箱内区域的检测,为防止钥匙被误锁入后备箱。

可以看出在带Polling功能的无钥匙系统中,系统的区域检测精度是衡量一个无钥匙系统好坏的重要参数。目前市场上主要有两种相应技术,其一是通过调节低频信号灵敏度强弱进而根据通讯是否稳定进行模糊判断,其精度有限但实现方便;其二是基于接收低频信号的强度检测来判断,即RSSI(ReceivedSignalStrengthIndication),根据低频信号的大小来计算钥匙与车内低频天线的相对距离,通过多根低频天线交叉覆盖范围,精确定位钥匙的具体位置。并采用逐次逼近式(SuccessiveApproximation)ADC或者多点采样平均的12位Sigma-Delta(Σ-Δ)ADC来消除噪声干扰,目前已经实现的最好的车内车外检测精度高达2cm(车厂通常要求的车内车外检测精度为5~10cm)。

第三代智能钥匙

为了降低汽车钥匙的存在感,工程师们尝试将车辆钥匙功能集成到穿戴设备中。阿斯顿马丁与积家品牌合作,制作了价值34000美元的腕表,用以解锁阿斯顿车型。车主只要按压手表上8点到9点指之间的位置,车门将自动打开;按压相反方向,车门则自动上锁。

随着车联网技术的发展,越来越多的车型支持用手机APP来实现远程解闭锁,升降玻璃和控制空调等功能,但是这种解锁方式受到移动网络服务,移动信号强弱,手机电量等因素的限制。

近场通讯(NFC)技术的发展,以其安全可靠的身份识别能力,使得手机完全替代实体钥匙成为了可能。苹果公司早在2011年申请了基于NFC无钥匙进入系统专利,2020年3月24日,苹果在国外公布的iOS13.4中新增了一项“Car Key”功能,可以让用户通过iPhone手机解锁车门,一旦用户将iPhone或苹果手表与支持CarKey的汽车配对,只需把苹果设备靠近汽车门把手附近的车载NFC,就可以解锁汽车。在汽车开锁前,用户需要使用面部ID或指纹ID进行身份验证,也可以设置快速模式跳过生物识别身份验证。用户还可以通过iMessage与他人共享访问权限。唯一可惜的就是,目前iPhone这项功能只支持宝马,cao sir的法拉利还用不上……


此外,人脸识别,虹膜识别,指纹解锁等生物识别技术也都加速应用在汽车钥匙中。“车钥匙”已经从一个实物演变成了一个概念。

总而言之,未来,有形的钥匙将不复存在,无形的数字钥匙会更加安全地守护着您的爱车!

喜欢的话不点个赞么~

-----9.8更新------

有小伙伴希望cao sir讲一下超带宽射频钥匙(UWB:Ultra Wide Band),超带宽射频UWB不采用正弦载波,而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据,其所占的频谱范围很宽,故此得名。UWB技术是通过计算发射装置和接收装置之间的距离判断二者相对位置的。发射装置会将包含时间戳的信号发射出去,接收器最快接收到的信号判断为二者之间的最近距离,通过发射内容中包含的时间信息,就能算出飞行时间(ToF),进而计算出飞行距离,实现精确定位。超带宽射频钥匙的出现很好地解决遥控钥匙容易被中继攻击的问题。

超带宽射频技术的工作频率在3.1GHz到10.6GHz之间

前面说过,无钥匙进入系统的判断钥匙与汽车的距离主要有两种相应技术,其一是通过调节低频信号灵敏度强弱进而根据通讯是否稳定进行模糊判断;其二是基于接收低频信号的强度检测即RSSI来判断。这两种技术都是利用信号强度来检测钥匙与车辆的距离是否在有效范围内。如果黑客1捕获车辆发出的低频寻钥匙信号,并发给黑客2,黑客2在靠近车辆钥匙足够近的情况下转发送低频信号来唤醒钥匙应答,再捕获钥匙的高频应答信号发送给守在车辆旁边的黑客1,则黑客1这个时候就可以轻松欺骗车辆以为钥匙在旁边(实际并不在旁边)并解锁(实际并不应该解锁)的严重事件,这就是传统遥控钥匙被中继攻击问题。2019 年,欧洲和美国相继爆出通过中继攻击的方式对高端品牌车辆实施盗窃的事件,尤其是在英国地区,仅 2019 年前 10 个月就有超过 14000 多起针对 PKES 系统的盗窃事件,相当于每 38 分钟就有一起此类盗窃案件发生。而小偷的作案时间通常不到 30 秒,作案工具中继设备和攻击教程甚至在网络上也可以购买,对人身和财产安全造成极大的伤害。

中继攻击复制信号盗取汽车的过程

如果车辆在收发信号中加入时间戳(Time Stamp),通过收发时间差得到信号的飞行时间(Time of Fly)从而精确判断钥匙与车辆距离,这意味着如果钥匙在建筑物里,有人试图用中继设备桥接钥匙和汽车之间的信号,以便闯入汽车,由于飞行时间测量指示钥匙的真实精确位置,汽车会识别钥匙不在附近,因此不会让车打开。用这种方法可以彻底消除中继攻击问题。

超带宽技术(UWB)的脉冲具有多个重要特点:首先,它的信号陡而窄,看起来像尖峰一样,即使是在嘈杂的通道环境中,也很容易识别。其次,由于主信号路径旁的对象会引起反射或中断,通过多个路径到达接收器的无线电信号在IR-UWB系统里很容易与主信号区分开来。总之,UWB能够以超高的传输速率准确跟踪脉冲——在短突发时间内发送大量脉冲——因此即使距离非常短,也可以进行细粒度ToF计算。因此与WiFi或BLE等其他技术相比,对于ToF测距,UWB脉冲更适合密集多径环境。

由于典型功率下UWB最长通讯距离只有10m左右,因此一般会与通讯距离更长,功耗却更低、成本也低的蓝牙技术搭配使用,实际上未来手机和车上会同时装备了超宽带、蓝牙和NFC后三种技术,用蓝牙先来进行唤醒和传输授权,超宽带负责精准定位,如果手机没电了NFC还能作为备用技术,实现全使用环境下的汽车钥匙数字化!

蓝牙低功耗技术、UWB技术用于定位,NFC技术用于定位的使用场景

-----9.14更新------

有小伙伴在下面留言提问Polling功能一直搜索钥匙会不会导致电瓶馈电?

工程师们早就考虑到了这一点,我们采用通过梯次休眠的策略来保护电瓶不馈电!

通过软件设置Poling功能的低频搜索钥匙功能在前24个小时以内每秒搜索2次,超过24小时至48小时之间2秒搜索1次,超过48小时后低频搜索功能进入休眠状态,这个时候只能通过走到车门旁边触摸门把手传感器唤醒PEPS系统。

如果超长时间无人进入车辆,同样梯次禁用车辆门把手中的电容式传感器。例如:60小时后禁用副驾驶员侧门把手中的电容式传感器。满足以下条件之一后重新启用:(1) 通过驾驶员门或行李箱开关进行无钥匙开启,(2) 在车辆接收范围内按中央门锁系统的遥控按钮:(3)机械解锁车辆;90小时后禁用驾驶员侧门把手中的电容式传感器。满足以下条件之一后,重新启用:(1) 在车辆接收范围内按中央门锁系统的遥控按钮(2)机械解锁车辆;

至此,问题完美解决~

编辑于 2020-09-14 15:23

起眼不起眼不好说…因为这东西你都看不见…

如果说发动机是汽车的心脏,发动机里面的这根曲轴,相当于汽车的大动脉。

这条动脉…也可以特别大


不过这都是船用的曲轴…


曲轴精度要求很高,一般都是0.02mm以下,并且一般机床无法加工,要么特种机床、要么加工中心,材料一般用铸铁或者钢模锻而成。

它除了加工难以外,受力也是非常复杂的,不是一般的拉压扭断,是在交变力作用下的疲劳断裂,而疲劳断裂几乎是无法预测的。

几乎可以说,这根轴造好了,发动机其他部件的生产也不是大问题了。

在很长一段时间里,这根轴一直是中国迈不过去的坎…



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抱歉我来补充了,以下图片来自百度

补充内容,以下大概有3000+字,q粗略百科一下曲轴加工流程

中国汽车报废里程是60万公里,假设以60km/h,2000转/min运转,这根曲轴在整个工作期间内至少需要转动12亿圈

关于曲轴还得从制造他们最基础的方法说起

曲轴制造主要分为铸造、锻造两种

1.铸造


铸造就是将液体金属浇铸到与零件形状相适应的铸造空腔中,冷却凝固后获得零件或毛坯的方法,这种工艺方法已经有6000多年的历史了。

曲轴当然也可以这么造,而且世界上大部分曲轴都是铸造的,


材料以球墨铸铁为主,因为球铁加工性好,韧性刚度又能满足需要。


铸造出来是这样子的

在这期间需要解决的问题很多

比如气孔,尤其是球墨铸铁特别容易出现皮下气孔缺陷,这种缺陷的产生原因是空气还没排出金属液体就凝固了;冷隔/浇不足,大概就是液体在到达确定的位置前就凝固了/用完了,导致不能铸出完整的样子;以及其它铸造缺陷等等

2.锻造


锻造就是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力,使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法。

人们所熟知的打铁就是最早的锻造方法…

把锻造的锤头换成一定的形状,就能在锻造的时候把坯料直接锻打成相应模型的样子,这就叫模锻,模锻腔的形状可以根据需要改变,比如曲轴形的:


锻造看起来比铸造简单,其实缺陷也很复杂:

加热温度不够根本锻不动,加热的时候温度太高了又会导致金属晶粒粗大,一锤子下去就断了;更不要说还有脱碳/增碳、折叠、断裂等等问题了

不过这都是锻造/铸造工艺方面的问题,本身跟是不是曲轴关系不大,没什么特别的地方

其实还有一种加工方法:数控加工中心一次成型!

众所周知能直接加工曲轴的多轴数控加工中心精度还能直接满足要求的,贵到令人自闭,且不说加工中心的购买成本,加工一根曲轴得削十几二十个小时,生产率非常低下,除此之外还有金属纤维的切断问题等等。


目前只有一些产量非常低的曲轴使用这种制造方法,必须某某特研的超跑、赛车等等,因为需求不高另开一条生产线更费钱。

好了你经过锻造/铸造现在已经有一根曲轴....坯料了

是的距离能用还差得远

你现在需要解决的问题,除了锻造/铸造工艺本身要克服的问题以外还需要解决:

1. 曲轴定心工艺

曲轴在发动机内部做高速回转运动,曲轴自身不平衡问题会引起振动,并且震动量与转速的平方成正比。


手机和一些奇怪的东西的震动就是依靠这个原理,不过手机现在改用线性马达就不是这样的了

发动机正好相反,发生震动最直接影响的就是加快部件的疲劳失效,导致寿命缩短;除此以外还会产生噪音、运行不平稳等问题。其实不止是曲轴,高速回转的部件都是需要解决动平衡问题的。


在加工轴颈前,要先加工曲轴的端面和打中心孔。因为中心孔是后续各项加工工序得以顺利进行的基本步骤,尤其是它的精度,会对各加工表面余量分布和动平衡工序产生非常大的影响。通过曲轴轴颈的两个中心点的轴线叫做几何轴线。而实际上质量轴心并不会与几何轴线重合

制造曲轴的过程中,不仅要求曲轴是静平衡的 ,而且同时也必须是动平衡的 。所谓静平衡就是当质量系统旋转时,它的离心力合力等于零。动平衡是当系统旋转时,它的旋转惯性力合力及合力矩都是零。内燃机的旋转质量系统必须要保证处在动平衡之中,否则将会引起很大的振动,并使轴承和支承不能够承受所载的压力。

定心工艺是进行之后的加工必须解决的问题。

2. 轴颈的机械加工

既然是回转体,加工起来最先想到的应该是车床吧


但是我想谁都能很快发现问题:连杆的轴颈不在回转线上...

这可咋整啊

目前解决办法是,刀具和曲轴一起转!


我想不用我说这个动作如果机床不好的话会产生多大的误差了吧....但是比直接锻铸出来的曲轴精度倒是更近了一步

3. 曲轴斜油孔的滚压加工

不知道有没有人注意到,曲轴上都是有孔的


曲轴斜油孔是曲轴机加工的重要工序之一,作为润滑油的通道,起润滑作用,曲轴箱里面的机油进入油道,进入连杆颈主轴颈,润滑轴瓦与曲轴接触部分。

而且它不单单是个孔就完了,它是斜着的所以叫“斜”油孔

注意斜油孔并不是在顶端(最上面)开的口哦


这是因为顶端是受力最大点,开个孔会直接削弱轴的强度

这个孔的要求一般是精度 (IT6 ~ 8级 ) 、直线度 (0.16 ~

0.33mm/1000mm)、粗糙度值(Ra3.2~0.1)孔。

到这里现在已经有一根成型的轴了,但是还是不能使用,还需要加buff,进行强化,曲轴的强化技术简直将残余应力运用到了极至。

Buff1.喷丸

说出来你可能不行,这种加工工艺能吧曲轴寿命延长800%以上

喷丸强化的机理是利用严格控制直径并具有一定强度的丸粒,在高速气流作用下,形成弹丸流并连续向曲轴金属表面喷射,就像用无数个小锤进行锤击,使曲轴表面产生极为强烈的塑性变形,形成冷作硬化层。简而言之,由于曲轴在加工中受各种机械切削力的作用,其表面特别是曲轴截面变化转接圆角处的应力分布极不均匀,工作中又受交变应力作用,很容易产生应力腐蚀而使曲轴的疲劳寿命降低。而喷丸强化工艺是通过引入一个预压应力来抵消零件在以后

工作周期会受到的拉应力,从而提高工件抗疲劳性能和安全使用寿命。

Buff2.圆角滚压

曲轴的圆角滚压是利用滚轮的压力作用,在曲轴的主轴颈和连杆颈过渡圆角处形成一条滚压塑性变形带。这条塑性变形带的特点包括:

1. 产生的残余压应力可与曲轴在工作时的拉应力抵消或部分抵消,从而提高疲劳强度。

2. 硬度提高。滚压使圆角处形成高硬度的致密层,从而使曲轴的机械强度和疲劳强度提高。 3. 表面粗糙度降低。圆角滚压可使圆角表面粗糙度达到 Ra0.1 以下,从而大大减小圆角处的应力集中,提高疲劳强度。

Buff3. 淬火

淬火是金属强化工艺的基础buff,以前人们打铁之后,会把烧红的铁器投入冷水中,呲的一声淬火就完成了,学术上淬火就是把钢铁加热到临界温度以上,保温一定时间,然后以大于临界冷却速度进行冷却,从而获得以马氏体为主的不平衡组织(也有根据需要获得贝氏体或保持单相奥氏体)的一种热处理工艺方法。

曲轴的淬火一般采用的是感应淬火(跟家里电磁炉加热原理是一样的)。表面感应淬火能使曲轴表面产生残余压应力,可显著提高工件弯曲疲劳强度及扭转疲劳强度。提高曲轴疲劳强度的关键是提高曲轴圆角的残余压应力。曲轴圆角(含轴颈)的感应淬火是使圆角获得>600M P a巨大残余压应力的首选方法。日本某一公司曾对内燃机曲轴进行了系列的弯曲疲劳实验,实验证明圆角感应淬火曲轴有最高的疲劳强度(996M P a),圆角滚压曲轴疲劳强度为次(890M P a),氮化曲轴第三(720M P a)。美国公司也有相近的数据。

Buff4.渗氮

渗氮就是在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。

渗入钢中的氮一方面由表及里与铁形成不同含氮量的氮化铁,一方面与钢中的合金元素结合形成各种合金氮化物,特别是氮化铝、氮化铬。这些氮化物具有很高的硬度、热稳定性和很高的弥散度,因而可使渗氮后的钢件得到高的表面硬度、耐磨性、疲劳强度、抗咬合性、抗回火软化能力,并降低缺口敏感性。

以上就是一根曲轴成型的基本工艺过程

一般车用曲轴的主要要求如下

1. 直径公差小于20微米(人类的头发都有大概80微米粗哦)

2. 同轴度0.05mm

3. 渗氮深度不小于0.4mm

这还只是在设计好了之后投入制造需要的要求

然而在制造之前,如何设计这跟曲轴才是真正的难度所在,正如开头所说,一辆普通的家用车曲轴需要在设计寿命内承受12亿次交变应力,实际上车辆也并不是发动机转动就一定会走的,并且发动机载荷也不是绝对均匀,导致实际工作时发动机曲轴的交变应力次数可能要取到几十亿,而在设计时安全系数必须取到1.5以上,也就是设计之初发动机就要把设计寿命设计的非常大。

问题也随之而来了,疲劳几乎是不可预测的,在断裂前没有有效的观测现象,而一旦出现疲劳失效,曲轴几乎会立刻断裂。而且目前为止,疲劳强度的计算没有有效的方法,只有些经验公式,各大厂商对于曲轴的疲劳寿命的计算方法都保有自己的一套算法,通过算法设计出产品之后,一定会送上疲劳试验机进行疲劳试验,选择出最经济最高效的那个结果投入使用,而这个过程可能会让一个设计部门用去数月或者数年的时间,不出意外大多数厂商采取的做法都是在前作的基础上改进而很少从零自研开发。

编辑于 2020-02-05 12:59

我说一个现在不常见的东西吧——伸缩式防滚柱。

又是伸缩又是防滚的,赛车吗?不是,这货是汽车厂商自己折腾出来放在民用车上的,学名叫UERSS伸缩式翻车保护系统。

你看这辆敞篷的劳斯莱斯曜影,挺帅的吧?

欧陆GT敞篷,好看不?

可我问你,这种车要是遇到事故翻了可咋办,拿脑袋扛两吨多的车,头够铁啊老哥。所以不能这么来,工程师得想办法,于是就有了伸缩式防滚架。

这是一张技术验证拍摄的动图,可以看到在车辆即将翻到的一瞬间,从车子的中后偏下部位伸出了两个又粗又硬的银色棒状物,死死撑住地面,这就是伸缩式防滚架。不用的时候它就缩在车身里,要翻车了瞬间勃起,两柱擎车,保护车内乘员娇嫩的小脑袋瓜子。

问题是,它是怎么知道自己的使命呢?下面讲讲伸缩防滚架的触发原理。

①LED发光二极管 ②丁醇玻璃管 ③光电晶体管 ④气泡

原来,伸缩式保护系统有一个核心的水平传感器,由发光二极管、装有丁醇的玻璃管和光电晶体管组成。气泡是故意存在的,平时车辆正常行驶 ,气泡自然位于玻璃管的顶端。此时二极管发出的光线会通过丁醇液体照射到光电晶体管中。当车辆发生侧倾时,气泡会沿着管壁运动,当角度超过56°,也就是车将翻未翻之时,玻璃管里的气泡就会经过原来的光线路径,使得照射到光电晶体管的光线强度发生改变。电脑接收到信号变化后,立即触发座椅后方的防滚柱弹出。

这还不够,开车什么事没遇过?冲下断头路的不少吧?这时候万一车辆在空中,但车身姿态足够优美,尚未触发水平传感器可怎么办?

有办法,工程师又加上了低重力加速度传感器

①开关回路 ②磁铁 ③弹簧 ④电极

大家看这个结构,在车辆正常行驶或静止状态下,由于重力的作用,磁铁的自重和弹簧的压力正好抵消,磁铁压在弹簧上,对吧?

可是当车子四脚离地了病毒关闭了聪明智商……啊不,当车辆四轮离地悬空,也就是处于失重状态下,重力传感器自然也就失重了,然后由于磁铁对弹簧的压力减小甚至消失,弹簧自然会把磁铁往上推,一直推至开关回路那里,受磁铁影响,开关闭合通电。系统接收到信号后,两根柱子立马弹出。

这还不够,为了进一步确保柱子能够起到作用,个别厂商还把气囊系统中的碰撞传感器信号共享给UERSS伸缩柱。当车辆收到侧面、尾部撞击时,一定概率也会触发伸缩柱。

伸缩式防滚柱,岂止是不起眼啊,平时藏在车身里根本就看不见好么!况且那些大劳宾利玛莎之类的敞篷豪车,有很多一辈子也遇不上一次翻滚,但它的技术含量并不低,背后的工程思维堪称巧妙。也是因为这项技术的成本实在太高,不利于敞篷车走近千家万户,所以现在更流行的方案是……

宝马Z4
MINI Roadster

直接焊柱子!简单、粗暴、硬核,管你妹的什么传感器啊伸缩啊,脑后焊个箍不就得了!两座的软顶敞篷车特别喜欢这种直截了当的做法,而大型四座敞篷轿车还是更倾向于伸缩式,因为卖劳斯宾利的人一般是真不差钱,他们更在乎美。


有关防滚架的全面介绍:

编辑于 2019-05-22 17:50

说起看着不起眼但是技术含量特别高的汽车零部件,小凯是有话要说的。对于车企而言,每年年初的CES展示的汽车的前沿技术和概念车,为其未来的产品开启一个长周期的更新节奏并言明方向。而五一前的中国国际车展,则是检验车企产品实力的时候,有的兑现承诺,有的则不断跳票甚至无疾而终。因此,把时间拉长到一定长度来看,能够让你印象深刻的汽车技术,则不仅仅是技术上的极致和领先,更是必须要稳稳当当的落地才行,如果加上一些其品牌的特立独行的品格,那就更好,要不然也就是图个新鲜。

按照这个标准,小凯不得不提一提自家的超纤细直列式LED大灯

这套像素矩阵大灯,从设计语言可以追溯到1999年的概念车Evoq,即钻石切割的设计语言和直列式大灯的现代化回归。

2021年在CES亮相的Celestiq旗舰级电动轿车,给出了非常先锋的前脸及灯组设计,同时也是初见超纤细直列式LED大灯的雏形。2022年CES的Inner Space则展现则是更为科幻的直列式大灯。

概念车更多展示的对未来品牌设计语言的探索和方向,很多设计是当前工程技术开发所达不到,因而在量产车型上不得不舍弃,而真正能够在工程上技术上实现了造型的看似不可能的设计,能够落地,才叫真本事。

想必很多知友关注小凯家的直列式大灯已经很久了,尤其是超纤细式,具体的技术细节,后续会聊到。时至今年,超纤细直列式大灯继Lyriq之后在刚上新的CT6上,得到更成熟的应用,这是真妥了。比起那些个放卫星的厂商和空中楼阁的技术噱头,超纤细直列式LED大灯不仅仅技术上极致的领先,落地时也铿锵有力超出期待,对凯迪拉克来说也是一种文化图腾,延续着凯迪拉克品牌标识性的直列式大灯的设计传承,怎么不令人印象深刻和称道呢,高低算得上是绝活

Evoq:钻石切割设计语言+阵列式大灯现代化回归
Celestiq旗舰级电动轿车:初见超纤细直列式大灯
Inner Space展现的更具科幻气质的直列大灯

既然是绝活,小凯不妨借机好好带大家探究一番,到底绝在哪里?

技术领先,参数印象深刻

直列式LED灯组,用数字来说话,印象深刻。

  • 9颗15mm超纤细LED灯组:每一颗LED灯组,其横向宽度仅仅15mm,包含配光透镜组,为业内最薄的垂直投射灯组,称之为SLIM模组技术,业内平均尺寸为65mm。
  • 尺寸虽小,包罗万象:9个带透镜的LED模组,含远近光功能,36像素防眩目远光。
  • 可实现控制单个LED像素级开闭:实现了单个LED模组的独立控制,使之具有自适应、可编辑的功能。
超纤细直列式LED大灯:单个LED像素级控制
https://www.zhihu.com/video/1665422988680933376 https://www.zhihu.com/video/1665423025963999232 https://www.zhihu.com/video/1665423058817941504 https://www.zhihu.com/video/1665423090996834304

全新SLIM模组技术,是行业最新的纤细化、轻量化的模组技术,采用高精度分步骤分总成装配工艺,通过配光透镜模组、多模组小单元,与垂直日间行车灯带组合在一起,实现智能远近光切换功能,且具备防眩目远光效果,在前方道路上形成宽阔的照亮范围,并很好地覆盖道路转角处。

整个头灯系统,一共重约14kg,包含灯头总成、头灯支架、自适应头灯OBC、以及ECU等。

超纤细直列式LED大灯系统
ECU(控制模块)

从整体尺寸上看,得益于全新SLIM模组,相比其它车型要小的多,其投影尺寸大约是440mm x 525mm x 395mm左右。

为了传承凯迪拉克的极具标志性的直列式大灯风格,不仅在车灯控制技术上做到远近光、防眩目集成以及单个LED、像素级控制,还要在制造技术上压榨空间布置、散热、装配等细节,重要的是实际功能上必须实现照射范围、亮度等实用性要求。

可能不是真正做工程的,是很难理解,技术指标上的每一个毫米,都需要经历很多时间的打磨,甚至推倒重来。而做到垂直投射业内最薄,所需要的技术的积累、试验和创新以及这一切的投入都是巨大。

而这又不得不提到品牌自我的格调,早在20世纪中叶,源自二战P-38战斗机的直列式大灯和双尾翼/火箭尾翼设计都首次出现在凯迪拉克车型中。直到1965年,火箭尾翼的取消,使得直列式大灯依旧展现着令人尊敬的宇航时代,不断抽象和演变,并成为凯迪拉克的设计图腾。正是如此,才驱动小凯家不断追求极致的技术,完成自我实现和自我超越。

对于凯迪拉克来说,设计更多真正能帮助到用户的产品才最值得骄傲,超纤细直列式LED大灯就是从多个方面来获得用户的喜爱

外观时尚:首先在外观上,用锋芒毕露来形容,非常贴切,更重要的是给大家带来了更加年轻,更加时尚的数字化体验感;

个性十足:实际使用过程中,辨识度极高,顺次点亮的效果带来了豪华的仪式感和尊崇感,并且灯语是可以选择的,可塑性更高;

安全智能:超纤细直列式LED大灯的实际夜间照明效果相较一般车前大灯得到增强,且在科技的加持下,自适应、防眩目、远近光切换,最典型的应用场景就是夜间会车时车灯会根据远近距离调节LED的亮度,防止车灯炫目,智能又安全。

超纤细直列式LED大灯,从Lyriq、CT6逐一重装上阵,正引领着凯迪拉克新一代头灯的设计语言,用极致的设计、巧思的工程、非凡的制造,在传承和未来之间画上一个完美的圆。

全新CT6

拿小凯家刚上市的家族旗舰轿车新CT6而言,先锋设计与尖端配备代表着品牌的气质和实力,由分体式设计前脸灯组,即超纤细直列式LED大灯配合LED飞翼尾灯、LED高位刹车灯,共同营造凌厉、未来感的视觉体验。而其中体现则恰恰是诸多经典元素,比如钻石切割、直列大灯、50:50的完美车身比、V型飞翼等,经典风范和先锋豪华互相成就,所到之处皆成焦点。

其实,搭载在新CT6还有很多黑科技的产品,比如9K超视网膜屏、Super Cruise等,有机会可以来预约试驾一波哟,欢迎各位一起接着探讨

本篇内容是凯迪拉克机构号第75篇原创回答,以下内容有助于帮您更多得了解凯迪拉克:

编辑于 2023-07-31 14:35

作为一名底盘攻城狮,此处给大家安利一个零部件-减振器(shock absorber),主题就是减振器的一生吧,大家看的过程中如有疑问的地方可以留言,也欢迎提出意见。

一、雏形构建(结构类型简介)

现代主流的汽车前悬架通常为前麦弗逊或者双叉臂结构,后悬架以扭力梁或者多连杆结构为主,通常在产品开发初期,根据车型的定位/大小/空间布置/成本等,工程师老爷便会初步确定悬架结构形式,不同的悬架结构形式也就代表着减振器有着不同的老爹,它老爹可能长这样。

双叉臂悬架

也可能长这样:

麦弗逊悬架

可能长这样:

扭力梁悬架

还可能是这样:

多连杆悬架

龙生龙,凤生凤,老鼠儿子会打洞,遗传基因的不同,减振器出生后的长相也当然不一样,麦弗逊悬架生的孩子可能长这样(被动型减振器):

双叉臂的孩子可能长这样(被动型减振器):

多连杆悬架的孩子可能长这样(主动型减振器):

扭力梁的孩子可能是这样(被动型减振器)

攻城狮们在一通乱战与讨论之后,根据不同的悬架结构布置形式终于敲定了一种减振器结构,这就是减振器的雏形啦,雏形出来后紧接着开始生产样件,减振器就要出生啦。

攻城师们在各种斯比

二、出生(含基本原理介绍及工艺流程简介)

1.被动型减振器原理介绍:目前世面上的减振器按主动性来分可分为两类,一类是被动型减振器,一类是主动型减振器,如上图所示 。其内部结构以EX5为栗,大致如下图所示。

减振器内部结构组成

当汽车在不平坦的道路上行驶,车身会发生振动,减振器受到冲击,内部的油液会通过上图所示的阀座、阀片等通道从一个腔室被压向另一个腔室,这时孔壁与油液间的摩擦和油液内的分子间的摩擦形成了对车身振动的阻力,这种阻力即为阻尼力,由这些阀座、阀片等组成的一个小系统较做阀组,减振器压缩时由压缩阀组控制内部油液的流量,减振器拉伸时由拉伸阀组(也也叫复原阀组)控制此时的油液流量(如下图所示),孔径的大小及数量、阀片的数量和厚度等这些不同的元素组合在一起可以形成不同的阀组组合,当然通过阀组的油液

拉伸行程
压缩行程

流量也就不同,这也就是不同车型减振器阻尼力不一样的原因。通常,被动减振器的阻尼系数恒定,冲击越大,阻尼力也就越大,简单的用公式表示:F=Kv(F:阻尼力;K阻尼系数恒定,由阀组等决定;V减振器速度,由车辆行驶工况决定)这时阻尼力形成的曲线如下图所示(a和b分别代表不同的减振器阀组组合)。

阻尼力曲线图

被动型减振器的优点是成本低、结构简单,开发周期短等,所以被广泛应用于A、B级车市场(大约按30万作为分界线吧),缺点呢就是阻尼力不可变,如上图公式所示,减振器受到的冲击越大(如车辆行驶过大坎大坑时),阻尼力越大,相应的传递到乘客的阻尼力也越大,也许聪明的你会想,那我把阻尼系数调小,那么冲击大的时候阻尼力就变小了。可是呢,你有没有想过冲击小的时候阻尼力会是怎样,没错,冲击小的时候阻尼力就会变得很小,则起不到衰减振动的作用了,为了解决这种矛盾,聪明的攻城师们给减振器安装了“脑子”,这种带“脑子”的减振器即为主动型减振器。

2.主动型减振器原理介绍,如下图所示:

CDC主动减振器结构

主动型减振器作为执行机构,具体和车辆之间又是如何协调工作,感知环境的呢,接着看:

主动减振系统

如上图所示,为配合减振器感知环境,攻城师们在车身上安装了车身加速度传感器、车轮加速度传感器以及转角传感器(某些车型为配合空气弹簧,还加装了高度传感器),这些不同的传感器就像是减振器的“眼睛”,可以随时监测路面信息的变化,一旦情况不对,赶紧撤退,“眼睛”将看到的路面信息及时传达给减振器的“脑子“ECU,ECU收到指令后经过一通系哩啪啦的计算,最后下发给减振器的控制装置,控制装置收到命令后,及时调整减振器内部阀系开关,控制阻尼力的大小,其阻尼力公式仍然可用上述公式:F=Kv(F:阻尼力;K阻尼系数可变,由阀组等决定;V减振器速度,由车辆行驶工况决定),只是此处的阻尼系数K可以随时根据不同的指令调整,即相同的速度下,也可以产生不同的阻尼力。

相同的速度下可以产生不同的阻尼力

如上图所示,不同的运动模式下减振器的阻尼力可以不同,给乘客带来的驾驶体验感也不同,不过呢,此类减振器因为系统装置复杂、价格高昂等原因通常只在一些豪华车型上配置。

3.减振器工装工艺简介:接着简单谈一下工艺介绍吧,减振器内部结构复杂,零件数量多,通常减振器厂家主要负责减振器的组装及少部分零部件的生产,其它的零部件则是外协采购,这样有利于成本和时间的管控,下图为简单的被动型减振器总装工艺流程介绍。

减振器工艺流程简介

说到这儿,减振器的诞生也就结束了,接下来就是成长啦。

三、成长(减振器的试验过程)

成长的代价总是痛苦的,减振器也是如此,攻城师们为了保证交到客户手中的减振器质量可靠,于是便对减振器设置了九九八十一个关卡,即减振器的试验过程,减振器的试验主要可分为两部分。一是在厂家出厂之前做的一些摸底台架试验,如减振器的耐久试验、密封性试验、阻尼力是否合格试验等,如果都OK,那算是可以成功通关出厂;另一部分就是汽车厂家的路试试验,减振器装在汽车上之后,汽车厂家攻城师们为了验证其可靠、耐久性,会让专门的试验工程师开着车去专门的试验场(这类试验场通常包含了客户开车过程中可能遇到的每一种路况)里来来回回的跑,加速减速、急加速急减速、转弯、制动、爬坡、高速、山地城市等不同驾驶模式中去考验零部件的性能。

不同工况下的整车试验
不同工况下的整车试验

整个过程中如果减振器都扛住了,通过了这九九八十一关,那减振器就是真的长大成熟了,接着汽车厂家就可以明正言顺的把车子卖到客户手里啦,至此减振器的成长过程也就告一段落,接下来就是它扬名立万,发挥特长的时候了。

四、特长-功能介绍

1.首先是衰减振动-看家本领:如上文原理介绍,当汽车在不平坦的道路上行驶,车身会发生振动,减振器受到冲击,减振器内部通过对油液的流量控制实现减振器的阻尼变化,迅速将振动能量转换为热量,这也就是为什么当你的汽车开了一段时间后,减振器的外筒会发烫的原因(切记刚停车时不要用手去摸),如果没有了减振器,你坐车就会像开船一样,前后上下摇晃,有无减振器的区别看图就知道[手动狗头]。

有无减振器的区别

2.其次是控制车辆的行驶平顺性和安全性:连续的振动衰减可以很好的控制行驶平稳性,而减振器外部的弹簧元件和限位结构可以很好的防止汽车在激烈的路面冲击时不至于被击穿,同时起到承载车身及乘客重量的使命,而内部的止位功能又可以很好的防止汽车在掉坑时轮胎不翼而飞。

3.最后是控制稳定性,兼职转向主销:汽车在转弯时,由于离心力的作用会产生较大的车身倾斜角。工程师通过减振器搭配前后横向稳定杆,当车身倾斜时,两侧悬架变形不等,横向稳定杆就会起到类似杠杆作用,使左右两边的弹簧变形接近一致,以减少车身的倾斜和振动,提高轿车行驶的稳定性。麦弗逊悬架的汽车在转弯时,方向盘带动转向转向机,通过转向拉杆调节车轮的角度,车轮的转动又带动减振器随之转动形成一个整体。除此外部连接的支座、衬套等结构,还可以降低振动噪声。

写在最后

减振器作为汽车上一个比较精密的零部件,同样它也比较脆弱,通常来说减振器的质保里程都不会超过10万公里,客户在使用过程中也要学会爱护,哈哈。以上纯属白话简说,另外,涉及到减振器的设计方面同样包含了无数的学问,它需要你有工程力学、材料力学、流体力学、CAE分析、数学建模分析等完善的理论及实际经验才能明明白白的搞好一款减振器,总而言之,言而总之,难。以上就是今天所分享的拙见了,如果大家还有什么想了解的可以留言评论,说的不对的也请指出,我及时改正,图片来源网图,如有侵权及时告知,祝各位看官心情愉悦。

�3

编辑于 2020-03-30 17:57

汽車上最不起眼又技術含量賊高的就是各種墊片與油封....

連世界一線各大廠都解決不了的問題,技術含量能低?

發動機、減震懸掛的油封可是黑科技...要耐高溫、耐腐蝕、耐溫差、耐路況帶來的振動、還要環保、耐久、耐假油、耐不保養

有些連剛出廠就漏了....

然而

一般人看著,就是個破橡皮圈而已

编辑于 2019-05-21 05:15

有人邀请,来凑个数

技术含量贼高倒是没有,只是我个人很喜欢的一些小设计细节

Saab的折叠杯托,一个你按了一定会玩第二下的设计

以一个杯托来说,实在是过于复杂的设计


具体好玩在哪.....

我可以玩一个下午
Saab 9-3也有同样概念不同设计的杯托

而且瑞典人似乎非常钟情这种设计,同样来自瑞典的koenigsegg

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koenigsegg的车门结构:

https://www.zhihu.com/video/1114150106588270592

编辑于 2019-05-21 12:51

如果有人说开奥迪车会引发白血病,你会不会觉得是在胡说八道?

2019年3·15前夕,一篇矛头直指奥迪车内存有有毒气体的微信文章在网络疯传,阅读数很快就超过了10万+。 [1]文章作者从奥迪车释放苯、甲醛等有害气体,推导出奥迪车致人患白血病的结论,并且实名列举了多个案例,直接触动了埋在很多车主心底的焦虑。很多吃瓜群众不得不惊出一身冷汗,暗自庆幸买不起奥迪竟然救了自己一命。 [2]

这件事让人不得不想起2013年3·15对于《豪车沥青门》的报道。315新闻报道,奔驰、宝马、奥迪等知名豪车品牌被抱怨车内存在恶臭味,经调查系车内使用的沥青阻尼垫散发出来的味道所致,而沥青是具有致癌性的,所以针对此问题对相关汽车厂进行了曝光报道。 [3]

虽然文章和报道漫天飞舞,但是奥迪的沥青阻尼到底有没有问题呢?

本文要谈的对象就是上述的罪魁祸首——沥青阻尼垫。

这首先要从沥青材料本身说起。沥青是煤焦油和石油提炼后的残渣,是成份很复杂的混合物,含有大量致癌物多环芳烃及含硫、酚等杂环类的有机物,可分为天然沥青、石油沥青、页岩沥青和煤焦油沥青等四种。

沥青的毒性:煤焦油沥青>页岩沥青>石油沥青,前二者有致癌性,天然沥青储藏在地下,经过天然蒸发、氧化,一般已不含有任何毒素。而车用的沥青阻尼垫采用的是石油沥青材料,315报道中说到的70#沥青也是石油沥青材料,而不是报道中所说的煤焦油沥青。

石油沥青中的有害物质在250度高温下会挥发,而车用石油沥青材料在涂装车间400度加工过程中基本挥发完了,所以315报道中的恶臭味有一部分(还有可能来源于内饰材料)来源于沥青材料是可信的,但是推导为是煤焦油沥青散发的致癌性气体则可信度偏低。

所以,奥迪采用沥青阻尼垫致白血病确实子虚乌有。

那么备受质疑的沥青阻尼垫,究竟在汽车上扮演什么样的角色呢?为什么质疑重重,仍然不能取消它的存在呢。

说到这里,不得不提到汽车性能研发中的玄学——NVH。

NVH,即Noise, Vibration and Harshness,翻译过来也就是振动、噪声和声振粗糙度。从字面意思上就可以知道,是研究汽车的振动和噪声方面的性能的。

现在,掏出我们熟练的小学知识回忆一下。

噪声是由振动产生的。这个过程也就是物体的振动通过介质(如空气)传递到人耳处引起耳膜的振动,最后转化为声信号从而被大脑接收。

这个过程,我们可以用下面的模型表达出来。

把这个模型套到汽车上,可以理解为:

激励源:发动机(或压缩机等自身工作产生振动的旋转机械),轮胎,排气管、气流等

传递路径:车身和空气

响应:人耳

描述具体一些就是,汽车行驶过程中,发动机等旋转机械自身工作产生的振动噪声,和轮胎受地面激励产生的振动噪声,还有气流冲刷车身产生的振动噪声,通过车身结构引起车身振动,传递和辐射到车内人耳处位置,使乘客接收到所有的声音信号。

现在的汽车NVH性能越来越好,车内越来越安静,主要是由于人们对抽象的振动信号了解的更多了,探测的信号越来越精准,从而有了更多针对性的措施。比如提升发动机等零部件的自身性能,减少扭转振动;优化整车的造型和迎风面的特征设计,从而降低气流对车窗的压力;提升车身的结构强度,使车身更难被外界的激励激振起来,等等。

以上都会对整车的NVH性能有很大的提升,同时也对整车的开发和生产成本造成很大的压力。作为NVH工程师,我们总是不遗余力的为消费者着想,督促产品部门将产品性能提升到极致,将车身的结构做的更强。但是NVH的优化方案,会和其他性能,比如操稳、行人保护,轻量化等专业性能相制衡。产品部门面对各方面的压力,终归还是要将所有的性能平衡后,选择最优的搭配方案。

而此时,沥青阻尼垫应运而生。

相比提高车身钣金的厚度,使用沥青阻尼材料不仅能很好的控制成本,又能控制车身的重量,从而降低油耗,增加续航里程。

同时因为沥青材料的阻尼特性,对于车身钣金有很好的止振效果,可以有效的降低车身钣金的受迫振动振幅,降低低频的结构噪声,防止低频振动引起乘客体内器官共振,从而造成心血管系统、神经系统、消化系统以及代谢功能的损害。

同时阻尼材料也可以从一定程度上提高钣金的隔声性能,从而降低车内噪声,提高整车的NVH水平。

那么是不是阻尼材料加的越多越好呢?

从NVH角度来说,当然。

但是阻尼材料的添加,不仅仅是提高成本,还会提高整车质量,而且会提高工艺加工的难度,还会造成很多不必要的浪费。所以阻尼材料的使用区域,也是经过精打细算的。

现在主流的计算方法是基于车身结构模态的应变能和板件贡献量来确定阻尼粘贴的位置,也有不少学者运用动力学拓扑优化技术来设计车身阻尼材料,也有学者以车身模态阻尼比最大化为优化目标,采用优化准则法对车身进行优化。 [4]

诸多的方法殊途同归,最终是在保证车身状态不变的情况下,通过优化阻尼材料的种类,参数,层数及厚度等进行仿真和试验,达到既能保证噪声水平的前提下,降低车身噪声传递灵敏度,缩减阻尼材料的使用面积,从而控制重量和成本,提高续航等其他性能。


所以沥青阻尼垫也就成为国内外所有主机厂追捧的万金油、特效药,在汽车发动机盖、防火墙、车门、顶盖、车地板、备胎池、轮罩等位置都进行了优化,从很大程度上提高了整车NVH性能。

但是随着材料技术的发展,竞争日趋激烈,环保要求越来越严格,降噪、减振、轻量化等方面越来越被重视,传统的沥青材料必然会被性能更好的新材料所替代。 [5]

高阻尼涂料,即可喷涂型隔音阻尼 (Liquid Applied Sound Deadener, 简称LASD) 材料 [6]和丁基橡胶阻尼材料因为更高的阻尼因子和弹性模量,再加上无毒的特性,被引入到汽车车身阻尼材料的使用。 [7]

从阻尼特性角度来讲:沥青阻尼<LASD<丁基橡胶

从密度来讲:丁基橡胶<LASD<沥青阻尼

从价格来讲:沥青阻尼<LASD<丁基橡胶

也就是从性能来说,丁基橡胶最好,价格最高,沥青阻尼最差,价格最低。

所以,又到了抉择的时刻。

作为NVH工程师,我在优化威马EX5车型NVH性能的时候,哆哆嗦嗦地建议全车采用丁基橡胶阻尼材料,性能好,而且环保。在面对成本的挑战时,不得不做好详尽的对比材料,交给领导来进行决策,看看领导在200元/车次的成本压力下会如何选择。

威马汽车上,禁止使用不环保的沥青材料。”

简单,粗暴,明了。

作为普通工程师,由衷感觉领导决策的正确性与先进性,点赞!

因此,威马EX5和EX6全系采用了丁基橡胶和LASD环保材料搭配的方案,提升了整车的NVH性能,也降低了整车质量,为整车续航又加了一把力。

现在丁基橡胶材料还是比较常见的,很多人买了爱车之后都会去修理铺改装一下,在地板上满铺丁基橡胶阻尼,提升整车的安静程度。其实这是对汽车很大的伤害。

因为做这些改装的时候,需要把汽车内饰,座椅全都拆掉,而内饰的卡接部分多数都是塑料的,很容易拆坏,再装上可就不是严丝合缝的了,会对整车的声学包装都有很大程度的破坏。而且容易造成间隙不均匀产生摩擦异响等问题,让人更加心烦意乱。

所以选择一款设计之初就已经帮消费者解决了后顾之忧的良心汽车,才是真正的舒心呀。

从技术的角度来看,沥青阻尼垫确实是车身不可缺少的一部分,但从发展的角度来看,更先进更环保的LASD材料和丁基橡胶阻尼已经足够替代沥青阻尼垫的地位。 也许以后会有更先进、性能更好的材料诞生,但是现在,希望各大主机厂还是要以人为本,采用绿色环保的材料,打造更合格的汽车产品。

参考

  1. ^起底奥迪“白血病门”事件,“毒汽车”315再度浮出水面!
  2. ^奥迪出事了︱谈黑色变把沥青和再生胶推上风口浪尖!
  3. ^从“豪车里的怪味”说说沥青阻尼板 爱卡汽车
  4. ^基于模态应变能的汽车地板自由阻尼材料布置_付景顺
  5. ^车身结构及阻尼材料对汽车NVH性能影响研究_李直腾
  6. ^浅谈水性阻尼材料在汽车生产线中的应用_白扬
  7. ^汽车用阻尼材料:粘弹阻尼材料和高阻尼涂料
发布于 2020-03-20 13:23

让一个成熟稳重的老板暴跳如雷需要多长时间?

我只用了三秒。

当我把这题的链接甩到老板脸上,并告诉他我需要拆一辆车的时候,老板脸色瞬间铁青,紧接着拍桌而起,最后指着我10秒钟没发出任何有意义的字节。

大家学会了吗?成功的秘诀就是不能给自己留后路。

老板的车原来是这样的:

每次行走在都市中,老板都是自信爆棚的,毕竟,不是每台车都能引领都是潮流。

老板说他每晚回家之前,都要在领克01简约却豪华的科技座舱中静坐20分钟,打开无极氛围系统,在里面听听音乐,平心静气。

而现在,老板的车变成了这样:

果然是老板的车,拆出来的钣金都格外鲜美。为了让热成型钢的存在更耀眼,被喷涂成了红色,可惜图中只能看到车门纵梁,实际上A/B柱加强板、中央通道、后防撞梁、门槛纵梁等都是红色的,毕竟领克01多维吸能超高强度车身的高强度钢+超高强度钢+热成型钢占比超过86%。

内饰、天窗...通通都给你拆掉!

因为内心怀着对老板最崇高的敬意,这次的拆车进行的比较彻底,要不是需要的力矩太大,每一颗螺母我都会选择徒手拆下来。

热闹看完了,我们进行下一个严肃点儿的话题,毕竟车都拆成这样了,如果不能给出个完美的交代,老板可能回首就掏出瓶鹤顶红与我共饮。在兴奋和压力的双重作用下,终于是找到了2处我比较喜欢、技术含量也特别高的零件结构,可惜的是并不是特别切题,因为这俩结构不把车拆到钣金,根本就看不见。

1. 正面副车架脱落设计

交通事故最可怕的地方在于:高速。

所有车辆被动安全的终极评判标准都应该是:提高乘员生存概率。

正面高速碰撞,是碰撞事故中发生概率最高的场景之一。特别对于发动机前置的燃油车而言,当正面高速碰撞发生的时候,发动机极有可能被挤压到驾驶舱内,侵占乘员的生存空间。而我发现的领克01上第一个精妙的小细节就是:正面副车架脱落设计。

当高速严重正面碰撞时,前副车架与车身断开连接,为发动机顺利下沉让出足够空间,以保证驾驶舱不变形。显然,这是个相当复杂又作用精准的结构,但在我这个只喜欢拆车的小编眼中,最重要的是那一颗受力会自动脱落的紧固件。

可惜的是没办法在拆掉车之后再拿去撞,不然这篇回答的成本又会上升的到一个新的量级。但为了更直观,我决定跟大家分享一张领克家传的动图。

2. 小偏置碰撞摆臂旋转失效设计

高速正面碰撞已经是很惨的情况了,如果有比他更惨的,那一定是高速小偏置碰。因为车辆前轮有极大可能被挤压至驾驶舱内,危及前排人员安全。

那如果把车辆前悬摆臂的前部连接点也设置成可自动脱落的呢?这样就可以保证高速小偏置碰撞时,轮胎可以按照提前规划好的路径弹向车身外侧,吸收了一部分的碰撞动能,还不会挤压到车内乘员的生存空间。丢掉轮胎,保障生命,这逻辑再合适不过了。

除了上面关于车身骨架的硬实力,这次拆车还有很多好玩的小细节,比如下面这组图,从左到右分别是:车门隔音棉、后排隔音垫、后排阻尼垫、轮罩隔音棉、后排发泡地毯。

凭借这些零件的贡献,我们才能享受车内的宁静和呼吸自由。

所以,我们中国汽车工业的崛起凭的是什么?

凭的就是和用户之间“过命”的交情。

很明显国内可爱的用户们已经选择,给与中国汽车品牌以信任。

那我们唯一能做的,是打造更好的汽车产品作为回馈。

说到这我的民族自豪感油然而生,生生不息。就突然想问一句:

诸位小伙伴,你们有没有想拆的车?

有的话请打字留言评论区。我已经偷偷考察过了,领克所有的车型,我都能在公司停车场找到相应的拥有者。所以,只要情绪到位,一切皆可拆!年轻人么,就得躁起来!

同为年轻人,就再上个小福利吧:只要你想,领克旗下任意一款车型,都可以任你试驾!

戳下面的链接报名即可。

编辑于 2021-01-11 16:02

刚下宏光,不请自来

说到看着不起眼但是技术含量特别高的零部件,有一样东西是随着汽车诞生一直到现如今,并且在可见的未来会一直存在的零部件——汽车座椅,说它不起眼是因为你已经对它的存在人为理所当然,然而如何准确客观的评价座椅的优劣仍旧是汽车行业一个悬而未决的问题,我们一起来解析一台车的座椅到底有什么技术含量。

​乘坐舒适性

说到舒适性,大部分时候我们听到的都是“这个座椅太硬,要软一点”之类的描述,一句简单的软硬评价包含了非常多的内容!

专业的来说,这其实是对座椅接触面积和接触压力不合理的抱怨

座椅靠背人体压力分布-颜色越深压力越大
座椅坐垫人体压力分布-压力集中会影响乘坐感受

那么如果做好接触面积和接触压力,保证舒适呢?

舒适性曲线

座椅设计时,会首先确定舒适性曲线,舒适性曲线对接触面积的影响是决定性的。

曲线从人体生理曲度以及以往座椅设计经验整合而来,包含一条座椅中轴线,三条座椅坐垫横向截面、以及三条座椅靠背横向截面。

座椅中轴线-纵向座椅曲线

纵向曲线:(座椅中间从上到下劈一刀!)

①决定驾驶员腿部与背部的夹角——夹角过小,人体一直处于弯腰驾驶,腰部肌肉多度拉升产生酸痛感;过大坐垫且前低后高,驾驶员有向前滑动趋势,影响安全。

②决定大腿支撑长度、支撑离去点和离去角度。支撑长度过短,大腿后侧和臀部压力过大;过度支撑则会限制驾驶员腿部活动范围。

③决定腰部贴合感,下腰部内收过度导致腰部离空,而突出较多则会挤压臀部。

④决定背部贴合感。

⑤决定肩部贴合感。

座椅横向曲线

横向曲线:(想象面向座椅横劈一刀!)

横向曲线主要决定了座椅的包裹感,上下车的便利性,侧倾的支撑以及给手臂手肘留出运动空间。如果你觉得一条曲线要承载这么多的舒适性因素,还不够有技术含量的话,那么考虑因素还不仅于此。

根据不同车型坐姿、适应用户群体的身高体型不同,腰部位置腿部长度这些改变,曲线设计要相应变化,意味着你在SUV上很成功的一套曲线,拿到轿车之上会完全失效。

坐姿扫描姿态及贴点

同时随着用户喜好的变化,曲线也需要适应改变。10年前大家倾向于宽大舒适,而近几年在侧倾支撑和包裹感的需求排位明显提升。

座椅软硬

舒适性的第二部分从软硬来说。

过硬的问题大家都清楚,接触面积过小,压力集中长期刺激同一区域造成血液循环不畅,容易造成驾驶员的疲劳。

过软的座椅会个人第一印象不错,但是长时间乘坐,支撑性不足身体没有得到有效的承托,需要驾驶员自己绷紧肌肉保持正常的坐姿,肌肉长时间保持紧绷状态的劳损伤害更大。

性能指标中的发泡测试

发泡层:

发泡层的软硬是会最先想到的部分,调节发泡物的软硬软硬是一个比较直接的方式。

双密度海绵,舒适性海绵也是非常好的解决方案。对于填充物的软硬测试是已经非常成熟的流程,机器人模拟不同体重人体,测量接触面积及压陷量的对应关系。

对于座椅填充软硬的选择非常有帮助,工程上来说发泡物软硬调节是较为简单的一环。

表面材质:

解决软硬问题不单是填充物,座椅表面材料、张力以及缝合方式也会对体感硬度有直接影响。

  • 皮革材料的表面张力较大,支撑性更好,体感较硬。
  • 真皮材质张力适中,且张力随变型量的改变有前段较柔软,后段有韧性支撑的感觉,对于舒适性提升很有帮助。
  • 织物材质表面张力低,需要匹配较硬的填充物来避免座椅缺乏支撑性。
  • 缝合方式甚至材料表面是否打孔也会影响承托的表现,且是及其敏感的,同样的座椅,同样的表面材质只是更改缝合分块大小和表面是否打孔就能得到不同的乘坐感受。

动态舒适性

人体对于车辆底盘的感知主要有三个路径,地板、方向盘以及座椅,其中地板和方向盘主要传递震动,而车身运动及冲击感都是通过座椅传递。所以一个好的座椅可以顶半套底盘绝非戏言。

座椅骨架

结构模态及震动:

这里要说到是模态,模态是结构系统的 固有振动特性。通过结构模态分析法,可得出机械结构在某一易受影响的频率范围内各阶模态的振动特性,以及机械结构在此频段内及在内部或外部各种振源激励作用下的振动响应结果。

在开发过程需要经过模态校核,保证座椅模态避开常见的底盘震动冲击频率,避免由于底盘冲击产生的震动,经过座椅安装基座、骨架传递至驾驶员。

模态校核

异响与NVH

内饰的运动部件都易成为车辆的异响来源,常见的扶手箱、手套箱以及座椅都是NVH工程师的眼中钉肉中刺。

座椅的NVH处理相比前两者有很多的限制,车身上座椅底座的开孔精度,安装的螺栓扭力控制,座椅调节的结构的锁紧力度,头枕导轨的配合间隙,差错一丝一毫,异响伴你行。

座椅异响测试

噪音吸收

前面说到了座椅材质对舒适性的影响,在NVH这里材质也有一定的作用,前面说到织物座椅乘坐感受可能不如真皮,在这里它找回了场子,织物材质对于车内的噪音有一定的吸收作用,可以一定程度降低车内噪音。


安全

座椅鞭打测试

你以为结束了吗,并没有,座椅还有一项很关键的任务,保证驾驶员的安全。

安全带的固定点一端在B柱车身上,另一端部分车型会布置在座椅上,当发生意外时,这就是驾驶员能握住的最后一根稻草。

在车辆遇到追尾时,被碰撞车辆的驾驶员、乘员在碰撞加速度与头部惯性力的共同作用下,颈部会产生一个像鞭子猛抽的动作。

事故后,伤者的颈部会感到不同程度的不适,这种伤害并不致命,但是伤后康复的过程非常复杂、漫长,有些甚至是不可治愈的永久伤害,这是鞭打测试的由来。头枕的前倾的设计可以有效避免这样的伤害出现,倾斜的角度大小又是一门学问。

把座椅做到平均水平不难,而要让他成为产品亮点则需要细致、钻研的工匠精神,作为不需要驾照都能感知到差异的汽车零件,更要考验工程师和制造体系的能力。


最后,本回答由上汽通用五菱技术中心整车性能集成科倾力支持。

还有一个有意思的公众号“PilotNO50”

编辑于 2020-04-16 19:22

说个很小很常见又很不起眼的部件——车灯光杯。

某我个人不喜欢、八字不合的品牌做得还不错。

哼!

车灯里面有个部件是用于反射灯光的光杯,表面电镀铝,如果拿人的眼珠子作比喻的话就是眼珠子中的白色部分。

光杯中会因为FRP材料在注塑成型时候的流动性差导致在材料的结合线处产生空气滞留,然后再在这上面进行烧漆喷涂的时候滞留的空气膨胀致使涂层膜破裂产生斑点

这个斑点会很难看,让车灯显得不干净、不漂亮。

广州本田曾在98年发生过类似的问题,当时的广本门协酒井辉昌(SakaiTerumasa)为了让“所有的客户都感到满意”直接找到了灯具总成供应商的海外协厂(相当于是二级机供应商)亲自讨论研究并改善了光杯的工艺问题。

复杂的造型、曲面、倒角、多结合线让这个看起来很高级的灯的制造工艺变得非常复杂和棘手。

于是需要厂家对材料进行升级优化,扩散板的PC、PMMA、PS、PP材料,导光板的亚克力/PC板材等等;在流程上通过修改模具、改变成型条件增加3道工艺流程来自提高材料流动性从而实现多结合线多的情况下空气滞留减少,但是失败了。于是通过彻底更改成形条件及注塑位置/大小,再经过几百次上千次重复实验来验证流动性最好的一款树脂材料(试制阶段的样品一共有5大类,微调整成形条件:注料压力、速度、脉宽、测量等)最终才得以成功。烧漆喷涂的工艺也进行全方面的升级。

整个过程总结来说就一个字:贵!还有:繁!

哎呀这就是两个字了,嘿嘿嘿。

见微知著,是深入到汽车产品乃至很多工业产品的工艺制造过程中去以后给人最大的感受。

敬畏制造、尊重流程、崇尚体系能力。

最后说明一下,各个车厂的技术和工艺流程会有所不同,本回复中举得例子都是日系某品牌在90年代到21世纪初的工艺,现阶段的工艺升级肯定会带来一些更新、更好的产品质量,欢迎有兴趣的朋友留言讨论。

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编辑于 2019-06-18 08:35

哈喽,大家好!

要说设计难度非常大,精度要求非常高的汽车零部件,请pick车灯!

正式自我介绍下,IQ.LIGHT是大众智能安全灯光技术,包含了矩阵式LED前灯、全LED尾灯、外饰氛围灯及内饰氛围灯四大部分。

大家当然对车灯很熟悉了,从在19世纪初挂着一盏煤油灯,到现在挂着电瓶的电灯,不就是用来照明的呗。但如果你是专业玩灯的,自然明白车灯想玩出高级,难度系数也会跟着几何倍数增长,因为车灯高级的三要素各个都不简单——安全性(第一要素)、科技感(第二要素)、人性化(第三要素)。

车灯安全不容忽视,精确控制提升安全级别

据统计,22%的交通事故是因车辆照明宽度与远度不足、照明昏暗所致,驾驶员看不清路中障碍,来不及刹车和避让,所以过去普遍关注照明宽度、距离和亮度。

但现代汽车理念还强调他人安全,如果谁都披着尖刀,总有一天会刺到自己。IIHS在2016年推出的大灯测试,除了亮度和角度外,还尤其关注眩光,比如前大灯能见度不足会扣分,过度眩目也会被扣分。

但这两者却是一个矛盾。前照灯的发光强度不足或照射方向不合适,自己看不清;发光强度过强或照射方向过高,又会对来车造成眩目,妨碍他人安全。

发展到现在,在迎(会)车时,出现了三种高级别解决方案:

等级一:自适应远近光切换(探测到炫目风险时左右远近光同时关闭),就是最常见的自动大灯了,大灯拨杆上的Auto档;

等级二:ADB自适应远光系统(左右灯远光分别控制),探测到炫目风险时,关闭部分远光灯;

等级三:MDFS动态灯光辅助系统,矩阵式LED大灯独有,选择关闭部分LED 。

IQ. Light智能矩阵式前大灯使用的“TOP750透镜Matrix 矩阵式全LED大灯”,采用最高等级技术方案,兼得了鱼和熊掌。

显然这项能力需要非常多的技术加持。比如透镜技术的使用,散射光束比传统大灯更加集中,同时灯具内的还有辅助远光模组及角灯反射镜,提供DLA动态灯光辅助功能,依据车速及转向传感器的信息,能自动调节灯光高度及宽度,光形和照明效果比传统大灯更理想。

鱼钓到了,熊掌怎么捕获呢?以ID.4 CROZZ为例,相比普通大灯,矩阵式LED大灯拥有MDFS动态灯光辅助系统,可通过摄像头识别车辆,灵活调整每只灯内呈矩阵式排列的11颗远光LED。就好比以前是做大锅饭,现在给每颗开小灶,既能保证照明也能防止炫目。

但开小灶可费厨师精力了,车灯MCU控制模块工作难度立显。MCU控制模块是控制系统的核心,它首先要从图像采集与处理模块接收信息,并在一瞬间决定做何种决策,最后兵分两路,一方面给LED驱动模块发送驱动控制信号,另一方面向矩阵开关控制模块发送LED开关控制信号。

而提到LED,又不得不提及发热问题。LED对温度变化异常敏感,散热问题不仅会影响到LED大灯的寿命,还会影响其发光亮度。所以LED的散热设计必须从芯片开始一直到整个散热器,每一个环节都要给予重视。

图注:LED芯片尺寸毫米量级,如果热量积聚在LED内部,LED芯片的热密度会很高,影响发光效果。

比如Matrix 矩阵式全LED大灯会通过前部小型风扇从壳体内部吸风,将风输送至电路板背后的铝制散热片上,为模组长时间稳定工作提供保障。

科技感是极好的高级感进阶

还记得电影《头文字D》里,拓海因为开车越来越模糊,要配眼镜吗?藤原文太凡尔赛式地说:“那时候,我才知道,他越来越快...”

虽有夸张成分,但的确也说明视野是会受到驾驶状况的影响。过去车灯科技水平不强也就只能人去适应环境,而现在,IQ.LIGHT采用自适应前照灯系统(AFS),前大灯能自动调节灯光高度和宽度,实现最佳照明视野。

而驾驶状态和环境又极为复杂,想要感知驾驶员操作、车辆行驶状态、路面变化以及天气环境等信息就必须大量传感器支持。

这种全天候智能LED大灯技术就是通过实时采集车速、雨量、车身高度、方向盘转角等传感器信息,综合判断进而自动调节大灯照射光型,自动输出乡村模式、高速模式、城镇模式、雨天模式等各种近光模式。

比如高速路近光模式照明距离更远,能在高速行驶时更早识别前方路况;城镇道路近光模式照明距离更近,视野两侧的照明更佳。《头文字D》那个年代要是有这种灯光技术,恐怕下坡还要更快。

当然,科技感还不仅限于安全驾驶上。星球大战之所以深入人心,酷炫的光剑元素起了大作用。车灯怎么玩出酷炫感,我们也在挖空心思。

我们设计了一整套科技感延续性极强的模式,从远处看见,到靠近车辆,到坐定,直至开车行驶,都不会让你失望。

比如外饰氛围灯&发光VW徽标,前后LOGO可进行点亮,和外饰氛围灯和连接线交相辉映,全新O-LED面发光效果,富有三维立体感的造型,花式的动态效果,在夜晚环境下,堪称炸街神器。

你可能会说,这种技术技术是酷炫程度大于技术难度,低投入高回报的设计。不尽然。要知道这种关注度极高的设计,如果衰减不控制好,出现色差、发光不均匀,会非常难看。为此,我们做了大量的研发验证。2019年投建的10亿元级技术中心中,还特别将智能灯光实验室列为八大技术领域之一。

图注:告诉大家一个小技巧,触摸发光车标,感受其温度,如果发光汽车标识亮灯后在短时间内就达到“烫手”的状态,那是绝不能接受的。

我们还结合灯光和内饰件做了很多常用场景化设计,比如每次靠近车辆时都会有着主动迎宾灯效,通过结合车门传感器,打开车门后,座椅智能迎宾功能开启,前座椅自动后移,方便乘员上车,待车门关闭后,座椅会自动前移至设定位置。

待坐定后,IQ.LIGHT的内饰氛围灯系统也有特别设计。基于RGB LED控制器,实现红,绿,蓝LED的发光比例控制,内饰氛围灯可在30色范围内进行自由调节,可以随着驾驶模式的变化而变化,不同驾驶模式可自动切换不同的颜色。

大家普遍还在第一属性和第二属性挣扎

现在车灯的发展状态和手机有些类似,手机还在续航和科技上努力发展,人性化还不够出彩。强如苹果,以人性化交流为目的的siri如今也只是显得若有若无。

车灯如何向上突破,打造人性化,是当下很重要的课题。

为此,我们希望从机械动态、光学营造、驾驶融合等多个角度入手,打造一整套人性化智能服务。

比如机械动态,驾驶员用钥匙接近车辆时,车灯就会从底部向上电动旋转,抬头表示欢迎。上一次“眼睛”有这么多感情戏的,还得追溯到跳灯设计,但因增加了行人安全隐患且开启时容易增加风阻,停留在了20世纪。

常规的汽车大灯,灯组有电调和手调之分,电调可以直接在驾驶室内通过开关旋钮来调节,手调就要打开引擎盖来拧螺丝调节。我们这个“抬头欢迎”功能从机械结构上来说,属于电调,但又比传统模式机械难度更高,智能化程度也更高。

我们用三点介绍下它们的差异:

1)为了在有限的空间内控制好距离,避免干涉,传统电调通常只有±2度。IQ.LIGHT为了突出抬头效果,调节角度更大,因此要对大灯结构针对性调整;

2)传统设计中LED模组很少露出来这么多,IQ.LIGHT需要改进调节轴的位置,这对本就很紧凑的大灯组的结构设计要求更高;

3)在程序控制上,需要设计迎宾模式,程序设计要更复杂。很多东西逻辑上看着行得通,写到程序里面,一测试,各种BUG,在智能家居里面,你回家灯不亮,手动开一下就完事,但万一车灯复位程序BUG,大灯模组停在某个地方上不去或者下不来,尴尬又影响安全。所以需要大量反复测试,确保稳定性。

来到车内,人性化上也有诸多设计。比如我们在行驶时,都希望视线能一直保持在前方,IQ.LIGHT就采用了很多辅助办法来提供支持。

在语音系统听你讲话时,设计在仪表板与前风挡之间的IQ.LIGHT智能互动灯带,会有呼吸灯的效果,不需要侧目就知道语音系统在听你讲话;在导航规划要转弯时,灯带会朝着转弯方向流动,提示转弯。再结合导航语音来判断导航信息,解决了要时常要侧目检查偏航的问题。

相信氛围灯与智能驾驶深度融合,有那么一瞬间,你甚至觉得机器活了。而实现这些功能的秘诀,是要摒弃以前汽车各部件单打独斗的思维,强调技术融合,让车灯加入智能化和互联化。

往常我们探讨汽车像人,很多时候是想到智能领航等汽车自动驾驶辅助系统,而极重要的“视觉”效果还有欠缺,人性化智能车灯技术正是补齐了这一环。

从安全到人性化,汽车车灯的发展从来没有停歇。发展到现在,如何打造兼具安全性、科技感与人性化的车灯,是很重要的课题。

一汽-大众的IQ.LIGHT提出了一套完备方案。它作为大众智能安全灯光技术,包含了矩阵式LED前灯、全LED尾灯、外饰氛围灯及内饰氛围灯四大部分,相信你在其中能感受到车辆安全、智慧、人性、友好,是一个值得信赖的伙伴。

编辑于 2021-06-24 14:30

高赞回答中很多知乎er结合各种汽车零部件从减震器、到汽车钥匙、再到曲轴等等……做了超多高获得感分享,不禁让人感慨,千千万万不起眼但技术含量高的零部件构成了汽车这个复杂的机械+软件系统。纵然都是汽车行业从业人员,不同的零部件之间有着各自“八仙过海,各显神通”的黑科技和技术含量,今天我想提一个过去不太起眼、但伴随法规/造型等要求变得越来越起眼,技术含量越来越高的零部件-“车灯”

汽车上的大灯已经伴随汽车走过了百余年,从早期依靠燃烧的煤油灯,乙炔灯,再到后来用电的钨丝白炽灯、卤素灯、氙气灯、LED灯……这个原本不起眼的车灯伴随着智能化的进程、伴随着日间行车灯常亮成为法规要求、成为造型点睛之笔,其蕴含的技术含量也是水涨船高。

车灯变得越来越明亮的黑科技进化之路

汽车诞生的早期之时,车速还比较慢,但黑夜中开车总归是视野受限,走夜路的手提煤油灯见风易熄灭,照亮范围有限,基于此痛点,聪明的人们开启大脑开始越来越亮的黑科技探索之路,让灯光变得更亮的乙炔灯黑科技闪亮登场,比起煤油灯而言,乙炔灯亮度提升了不少,但美中不足的是依旧依靠燃烧发光,遇到雨天容易浇灭。

【煤油灯 & 乙炔灯】

这时车灯黑科技迎来了电灯泡的到来,车灯一步步从卤素灯进化到氙气大灯再到LED大灯,性能上车灯变得越来越亮、点亮速度越来越快、寿命越来越长、雨雾天气灯光穿透能力越来越高。快速进步的车灯“黑科技”给行驶速度越来越快的汽车提供了更安全的行车视野保障,篇幅有限就不给大家细细展开说明啦,对各类车灯优缺点感兴趣的知乎er可以参考以下课代表简要总结。

【不同大灯主要优缺点】

当然有的小伙伴肯定会说“这不应该是你们家「灯厂」品牌的事儿么”

也对!奥迪和我一样同属于大众集团,只是我们两者使命有所不同“VolksWagenwerk”“人民的汽车”和创立之初让汽车走进更多的家庭一样,我们现在的使命也是把更好的技术和更好的用车体验带入寻常百姓家庭。

2008年奥迪品牌推出了配备全LED大灯的奥迪R8,紧随其次我们在09款帕萨特新领驭以及2011款帕萨特上我们也开始应用上了LED光源。自此LED大灯技术也从早期的“稀罕之物”进入我们普通家用车行列,时至今日你会发现上汽大众旗下上至旗舰级SUV-途昂下至入门级国民家轿-朗逸新锐等,所有车型LED大灯均已全系标配!

上汽大众途昂家族-IQ.Light灵眸矩阵大灯

车灯变得越来越智能的黑科技进化之路

我们回归正题。伴随着车灯不够亮这个问题得到解决后,越来越亮的车灯给在带来更清晰视野的同时,却给周边交通参与者带来了诸多的潜在风险。

比如:
会车时会因为对向车道车灯过亮带来短暂视野受限风险
胡乱使用远光灯导致对向车道视野盲区

【鱼(自己视野清晰)与熊掌(不晃对向车道视野)不可兼得】

此时,为了解决鱼与熊掌不可兼得的问题,车灯黑科技的进化之路到了智能化领域,如何让车灯变得更加聪明智能成为了技术含量更高的研究领域。而“矩阵式LED大灯”就是解决此问题的有效方法之一。

上汽大众途观家族-IQ.Light灵眸矩阵大灯

“矩阵”顾名思义就是横向和纵向的排列组合,其核心技术点就是将LED光源细分为成千上万个点阵,每个点阵集成开关电路并单独控制每个LED光源点灭,通过独立控制形成更智能化的效果。在夜间会车或遇到行人时,矩阵式LED大灯就会自动熄灭部分灯体,避免光线直射对方,可提升夜间行车安全系数,做到鱼与熊掌兼得。

【矩阵大灯原理】

矩阵大灯原理看似简单,但外行看热闹,内行看门道,作为研发工程师才能真正理解这项技术含量究竟有多高。想要实现智能开关光源,需要从对向车辆识别→车灯控制模块→动态执行命令等,整车多系统及软硬件之间协作工作方可完成。

比如为了更智能的了解到对向来车状态,以自己车的相对位置。矩阵大灯需要采集:悬架行程传感器、方向盘转角传感器、光照度传感器、高分辨率摄像头等车辆相关信息数据,同步输入至软件,依靠强大的图像识别处理功能,精准识别前方和对向车辆位置。

信息智能识别成功后,需要车灯控制模块控制各LED分区内的LED灯珠独立控制开启、关闭,并进行亮度调节,从而实现大灯的自动开闭、自动切换远近光灯、自动调节照射高度功能。最终实现自己看清周边环境的同时又不晃到周边交通参与者。

上汽大众ID.3-Q.Light灵眸矩阵大灯

说了这么多那矩阵式大灯这样的设计究竟又能应对哪些场景呢?

今天我们就以ID.4X的IQ.Light灵眸矩阵大灯给大家做个智能场景的分享。

全天候自适应大灯

国内用车环境差异很大。城市里基础设施完善,路灯照明充足,而城镇的国道乡道以及高速公路上,我们的车速比较快但道路灯光布置却相对偏暗。如何保证全天候安全驾驶则成了一大困扰。以ID.4X为例,全天候自适应大灯可以根据车速和场景自动输出各种远近光模式:城镇模式、经典模式、高速模式等做到兼顾。

【全天候自适应大灯示意】

路灯照明充足情况下,大灯照射距离近可以保护对面坐姿低的乘客不被晃到眼睛。而城镇的国道乡道以及高速公路光线较暗的情况下,则可以适当调节近光灯照射距离,保证视线范围内路况都能清晰可见!

矩阵式动态远光辅助

开过夜车的朋友大多都感触深刻。晚上开车,当我们使用远光灯的时候,偶尔会出现对向来车,如果我们不及时切换回近光模式,就会晃到对向司机和乘客的眼睛,造成危险,但切换回近光后,又会有一片区域照射不到产生盲区。

如何实现既要对方满意(保护对向来车不被晃眼)又要自己满意(黑暗中足够清晰的视野),成了很困扰人的话题。ID.4X可以在满足远光灯开启条件时,自动启动矩阵式动态远光辅助功能。大灯中多颗独立控制LED灯珠,在遇到对向或同向车辆时,远光灯可以分区关闭,在不造成前方车辆炫目的同时,照的更远更宽,从而做到鱼与熊掌兼得。

AFS转向辅助灯

在地下车库或者小区中行驶时,低速大角度转向时的灯光盲区更大,这时随动转向大灯已经不足以覆盖黑暗区域,而IQ.Light灵眸矩阵的AFS转向辅助灯会根据方向盘的转动角度开启,照亮转弯一侧的盲区。这样就可以看到地下车库或者小区中的障碍物或者宠物了,大大减小了照明盲区。

随动转向大灯

夜晚转弯时,车灯照射的区域会稍微滞后于车辆运行轨迹,因此我们每次过弯都会有不小的车灯照不到的盲区。随动转向大灯可以跟随方向盘的转向角度主动转向,减小转弯时的灯光盲区,保证我们每次夜间转向都有足够信心。

如果各位觉得以上内容还不够了解,也可以戳下方链接去看IQ.Light的音乐灯光show!

上汽大众-大众品牌的... - @上汽大众-大众品牌 的视频 - 视频 - 微博 (weibo.com)

最后可以看到“车灯”就是这样看起来不起眼但技术含量却很高的零部件。从以前的简单照明,慢慢进化成为造型的灵魂,再一步步伴随着黑科技的持续创新带来了更炫酷的造型、更安全的行车体验和满满的仪式感。上汽大众IQ.Light灵眸矩阵大灯亦是如此,工程师们也在默默努力注入各种“黑科技”为我们夜间行车保驾护航,守护你的同时,也守护你的“同路中人”。

编辑于 2023-11-30 19:33