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特斯拉Roadster的吸地和喷气从控制软件一路拆到供应链。

  上篇文章《特斯拉能飞,不过Roadster的三个版本里我只看好不会飞的那台。》我们介绍完了特斯拉 Roadster的产品亮点以及定位,后台私信最多的就三个问题。

  正好这几天,Roadster 总工程师 Lars Moravy 接受了好几轮采访,特斯拉 9 月底授权的风扇专利 US 12377920 也能查到全文了。

  我把几段采访视频,专利研究了一下,又查到了国内上海空间推进研究所的冷气专利、储氢瓶和电动压缩机的行业数据都过了一遍。然后总结出了一些东西,写成了这篇文章。

特斯拉Roadster的吸地和喷气从控制软件一路拆到供应链。(图1)

  这篇内容我们只拆两样东西:风扇吸地和冷气推进。每样都从控制器软件一路拆到执行器制造,最后看中国有没有同类技术和供应链,大家可以推测下后续会有哪家也用上。

  更正:上篇我们写的特斯拉Roadster储气罐里面是「600 升压缩空气」,Moravy 在 后续的采访里都说得很清楚,罐里装的是高压氮气。两种气在喷管里表现差不多,但对怎么补气影响很大,后面会讲到。

  多模式吸地系统,三个版本都有。车尾 4 个风扇把车底的空气抽走,4 条能升降的裙边把车底和路面之间封起来,大气压就把车按在地上。

  冷气推进,只有 Thrust 和 Rocket 两个版本有。碳纤维气罐里存着高压氮气,阀门一开,气从钛合金喷管里超音速喷出去,反作用力推着车走。

  两者分工很清楚。风扇管抓地,0 到 50 英里/时这一段尾翼还使不上劲,靠它撑住 2G 以上的过弯。喷气管推力,绕开轮胎附着力的上限。

特斯拉Roadster的吸地和喷气从控制软件一路拆到供应链。(图2)

  Moravy 在最新的一个采访里说得很明白:除了 SpaceX 的推进和飞行套件,电池、电驱、底盘、车身和吸地系统都是特斯拉自己做的。

  我的判断是,吸地模式是汽车工业的活,冷气推进是航天工业的活,所以,这决定了两条供应链完全不一样,中国的机会也完全不一样。

  打个比方,用吸尘器吸住一块玻璃很容易,吸住一块凹凸不平的石板就难了。缝隙一多,风扇就是在白白搬空气。

  我粗算了一下:车底能封住的面积按 6 平方米左右算,要把 1.7 吨的车倒挂住,车底气压只需要比外面低 3% 左右。

  这个数字不大,关键在于能不能一直封住。特斯拉的专利 US 12377920,透露了吸地模式的控制逻辑:

  专利列出的感知输入有:车速、GPS 位置、轮位、车身俯仰和侧倾、离地高度,还有裙边围出来的低压区里的压力。

  离地高度用什么测,专利点了名:激光或摄像头、毫米波雷达、超声波,可以组合使用,专利里还提到了冗余。

  模式一,四周裙边全部放下,把车底完全封住,只开中间两个风扇。压差大、流量小,适合平整路面和低速,比如起步和绕桩。

  模式二,前后裙边收起,只留两侧,四个风扇全开,靠大流量把车底的气流往外抽。适合高速和颠簸路面。

  Moravy 在 MotorTrend 的视频透露了:低速是四周裙边全放下,200 英里/时以上前后裙边打开,车底变成一条高流量的文丘里通道。

  专利里的裙边不只有放下、收起两档,可以停在中间任意位置,由控制系统按工况算出来。

  过弯时还能左右不对称地调风扇转速和裙边,比如给外侧多一点下压力。叶片角度、风道隔板也都可以调。

  更进一步,专利还写了用预存的地图和路面识别做预判,看到前面有坑、有坡、有弯,提前把裙边调好,这也算回答了上篇文章不少人表示遇到坑洼等怎么办。

  低压区里装了压力传感器,用来判断密封好不好,再反过来调风扇转速、叶片角度、风道开度和裙边位置。

特斯拉Roadster的吸地和喷气从控制软件一路拆到供应链。(图3)

  站在做整车的角度,我的理解是,这套软件本质上是一个以车底压力为反馈的闭环,和空气悬架的高度闭环、ESP 的滑移率闭环是同一个路子。

  难点在多路况适应。路面一变,漏气量就变。裙边放低了磨得快,碰到减速带就坏;放高了又吸不住。这部分特斯拉没公布任何数据。

  车尾上排是 4 个冷气喷管,下排是 4 个风扇出口,风扇装在碳纤维风道里。

  风扇电机的来头挺有意思。Moravy 透露,这 4 个风扇用的是特斯拉热泵里那台高压压缩机的电机平台,这...特斯拉热泵不是中国生产的么。

  他在 MotorTrend 的视频里补了细节:原厂压缩机电机大约 12 kW,特斯拉把转速拉到 15000 转以上,重新调了逆变器,目标每个风扇 20 kW,四个加起来约 80 kW。

  风扇电机:热泵压缩机电机平台,高压永磁同步,约 20 kW,15000 转以上

特斯拉Roadster的吸地和喷气从控制软件一路拆到供应链。(图4)

  横向对比一下英国的 McMurtry Spéirling,它是现在唯一在交付的风扇车。2 个风扇,23000 转,静止就有最高 2000 公斤下压力,售价 99.5 万英镑,今年开始交付。

  有意思的是,McMurtry 量产版的改动方向和特斯拉一样:换新风扇电机和冷却,裙边寿命做到几千公里,还加了一台车载气泵给裙边预压。

  这里有两个细节,说明特斯拉想把它做成能量产的东西。一是电机复用,不另起一台专用电机;二是裙边按耗材设计,坏了就换。

  注意:风扇车在公共道路上的老问题,Reddit 上讨论得最多:吸起碎石往后喷、雨天密封、减速带刮裙边、过弯时突然漏气,还有噪音。特斯拉目前都没给数据。

  冷气推进的原理上篇讲过:开阀放气,反作用力推车。原理简单,控制一点都不简单。

  Moravy 在采访里专门讲了一点:从气罐到每个喷口,管路和阀门的长度必须完全一样,就像排气歧管要等长。

  左边的气先到,车就会往右偏。0.8 秒的弹射里,这点偏差足够把车推出跑道。

  所以 Thrust 版的气罐左右各有一路独立出口,可以分开调,帮车走直线推力会掉

  气罐放气时,压力一路往下走,推力也跟着掉。Moravy 拿气球打比方:越放越没劲。

  控制器要做的,是在罐压下降时把阀门开得更大,尽量把推力曲线拉平。特斯拉没公布推力曲线,这条只能等实测。

  这是我在各种视频里看到的一个细节。气罐铭牌上写着:峰值FC电子游戏,FC电子,FC电子游戏股份有限公司,FC电子官网推力 96 kN,峰值加速度 6G,压力 5500 psi,

  ,也就是约 129°C。高压气体快速膨胀会急剧降温,就像压缩空气罐喷久了手会冻住。阀门密封、管路和喷管都要扛住这个低温。

  这也解释了为什么长管和喷嘴用钛合金,分流管用 Inconel 镍基合金,这两种材料在低温下都不容易发脆。

  飞行版多了 6 个喷口:四个角各一个朝下,管离地和翻滚;车头两侧各一个,管空中偏航。

  这和猎鹰 9 号一级回收时用氮气喷口调姿态是同一类东西,国内航天叫冷气姿控。区别是火箭在高空,Roadster 离地只有几米,留给控制的时间少得多。

特斯拉Roadster的吸地和喷气从控制软件一路拆到供应链。(图5)

  。Thrust 版本质上是一个大流量快开阀加左右平衡,Rocket 版才是线气罐上印着 SpaceX 的 X

  气罐是一个 200 升的黑色碳纤维球,罐体上印着 SpaceX 的 X 标。

  主阀和执行器:罐口法兰 12 颗大螺栓,出口管两侧夹着活塞式执行器,来自 Optimus机器人

  补气:外接高压氮气源,200 升现在要 2 到 6 小时,目标是 30 分钟以内

  执行器这一项值得多说一句。Optimus 的直线执行器,国内公开信息里拓普集团是主要候选,行星滚柱丝杠有五洲新春、北特科技等。

  但 Roadster 阀门上的执行器是不是同一批供应商做的,没有任何公开信息。

特斯拉Roadster的吸地和喷气从控制软件一路拆到供应链。(图6)

特斯拉Roadster的吸地和喷气从控制软件一路拆到供应链。(图7)

  冷气推进就复杂得多。我分三块来看:航天冷气、储氢瓶、材料和执行器。航天冷气:技术有,量级差得远

  国内做冷气推进的主力是航天科技集团六院 801 所,也就是上海空间推进研究所。他们公开的一项专利,把充气阀、自锁阀、减压阀、安全阀、压力传感器和冷气发动机都集成在气瓶上,能随火箭回收重复使用,管俯仰、偏航和滚转。

  专利里的规格是:氮气工质,气瓶容积不小于 1.9 升,总冲不小于 400 牛·秒。

  商业航天也在用。蓝箭朱雀三号的垂直起降试验箭,验证过「栅格舵加冷气姿控加发动机」的联合控制。

  拿 Roadster 对比一下量级:车尾 80 kN 推两秒,总冲约 16 万牛·秒,是那项专利的 400 倍。

  :天海氢能(京城股份)、中材科技等已拿到 IV 型瓶资质并交付,中材 70 MPa 瓶容积覆盖 28 到 66 升

  :国富氢能用中复神鹰的碳纤维做出 70 MPa 瓶,疲劳寿命超过 11000 次;光威复材、吉林化纤也在供货

  差距在两个地方。一是容积。车载储氢瓶一只几十升,Roadster 是 200 升和 400 升,大了好几倍。容积越大,缠绕一致性和爆破安全越难做。

  二是流量。燃料电池车用氢,每秒不到 2 克就够;Roadster 全力喷气时每秒要喷掉一百多公斤。差多少,我粗算了一下:粗算

  钛合金有宝钛股份、久立特材,高温合金有钢研高纳,都是国内航空航天材料的老牌企业。但宝钛自己公开说过,没有直接或间接向 SpaceX 供货。

特斯拉Roadster的吸地和喷气从控制软件一路拆到供应链。(图8)

  大容积、大流量的高压气瓶加快开阀。这个需求不一定只来自汽车,商业航天的冷气姿控、发射场供气都用得上。

特斯拉Roadster的吸地和喷气从控制软件一路拆到供应链。(图9)

  拆完这两套系统,我最大的感受是:特斯拉在 Roadster 上做的,其实是两种工业的嫁接。吸地系统,用的是特斯拉自己最熟的东西:量产电机、自调逆变器、线控执行器和一套闭环软件。这些中国汽车供应链都能接得住。

  冷气推进,用的是 SpaceX 的东西:COPV、高压阀门、钛和 Inconel 管路。SpaceX 连气罐厂都买下了,这条链短期内对外是关着的。对国内同行,我的建议分两头说。

  。它能装进量产性能车,往后也可能变成湿滑路面上的主动安全配置,当然这只是推测哈,要摸着特斯拉的路过河的话。

  本文基于公开资料整理,含作者个人判断与粗算;文中提到的中国企业均为技术对标,不代表已与特斯拉或 SpaceX 有配套关系,不构成任何投资建议。以上就是今天的分享。觉得有用的话,帮忙

  原文标题:特斯拉Roadster 的吸地和喷气,从控制软件一路拆到供应链。

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