蔚来EP9为什么比迈凯轮塞纳慢?

蔚来EP9为什么比迈凯轮塞纳慢?

这两天在家没事干。来做一点硬核回答。有点长,没时间的可以直接拉到最后看结论。

我并不认同有些人无脑黑蔚来,不过电动/燃油高性能车的比较,的确是一件很有意思的事情,尤其是在两款车的特性截然不同的情况下。这个回答讨论的重点是为何EP9并不适合Eboladrome这条赛道,而不是EP9是不是好车。EP9和Senna,都是好车。

简单来说这个回答是通过一个简化的汽车动力学仿真来实现的。

汽车动力学仿真是一个非常非常非常复杂的过程,有至少成百上千个参数需要设定,我并不可能打开一个专业的动力学仿真软件来对这个问题进行赛道模拟和回答,因为这要花数个星期,我也没有足够的数据。但幸运的是,有一个叫OptimumG的做专业汽车动力学仿真软件的公司,推出了一个免费的子程序OptimumLap,这个软件只针对对车子最重要的十几个参数进行仿真,所以很适合定性地研究这个问题。这个是我本科玩赛车的时候发现的,其实这个程序就是给本科生玩的。因为很多参数被忽略了,比如车辆的三维重心位置,悬架几何,复杂的轮胎动力学模型,这个仿真一定会带来一些误差,官方说误差一般在5%以内。Grand Tour中Senna和EP9的圈速差距是2秒,只有3%的差距。所以,最后仿真结果的差别有可能是这些误差造成的。所以,重点不在仿真的结果,重点在看看能输出什么有意思的数据。

因为两者圈速差别如此地小,对整车参数进行精确设定就更加有必要了。首先是一些肯定对的参数,这些参数均取自维基百科,或者麦克拉伦、蔚来自己官网上公布的数据。McLaren Senna - Wikipedia NIO EP9 - Wikipedia

迎风面积用车宽和车高直接相乘得到。静止加速数据是官方公布的,有一些车评机构自行进行了测试,与官方公布的区别不大。这里可以看到,EP9的马力质量比更大,还是四轮独立驱动,照理说直线加速的成绩应该远比Senna快,但其实并不是。有可能因为EP9的单级减速导致了初段轮上扭矩并不大,所以0-100没有显著优势。这一点后面也会提到,很重要。

问题在于其他重要参数怎么设定,包括:发动机/电动机map、空气动力学相关参数、轮胎相关参数这三大类。这三大类参数直接决定了最后的仿真结果。

Senna:588 kW @ 7250 rpm,800 N·m @ 5500-6700 rpm,红线转速8500 rpm,七速序列式变速箱。

那么,5500 rpm以下和7250 rpm以上的扭矩特性是怎么样的。好在,5000 rpm以下用到的情况应该很少(改这些数值对圈速差距在百分之一秒量级),7250-8500 rpm让发动机功率缓慢下降就可以了,所以,Senna的发动机参数被设成了

变速箱齿比凭感觉设的,就不说了。

EP9:四个完全相同的电机,总峰值功率 1000 kW,0-7500 rpm恒定输出1480 N·m扭矩,此时轮上扭矩有6334 N·m,单速减速箱,齿比4.283。这里很有意思的一点是,如果7500 rpm能输出1480 N·m,那么那个点的峰值功率有1162 kW,有可能官网哪里错了,但是影响不大:

轮胎动力学是一个极其复杂的东西,知乎大概没几个人真的搞得清(其实我也没有搞得很清),但好在,这个软件只需要输入轮胎半径、滚动阻力(设为0)、纵横向附着系数就行了。

轮胎半径其实影响不是很大,因为Senna的变速箱齿比是我自己调的,改齿比等于改轮胎半径,EP9宽广的恒功率输出也让轮胎半径影响不是很大。

Senna轮胎为Pirelli P Zero Trofeo R,前 245/35/R19,后 315/30R20,轮胎半径取0.349 m。

EP9的在下面的是官网截图。轮胎半径取0.37 m。(话说谁能告诉我320/705R19的705是什么意思,70.5%?)

轮胎附着系数就比较尴尬了。因为这种信息网上根本查不到。通过前面列出的百公里加速数据,其实可以反推轮胎附着系数,但是OptimumG这个低配版的软件根本没法跑静止直线加速,因为最开始一段瞬态过程被完全无视了。所以,这个只能猜。而且这个软件只要求输入轮胎半径不要求输入轮胎宽度,所以这方面的信息也被忽视了。所以姑且先都取1.4。EP9轮胎更快,而且是赛道胎,所以EP9的抓地力应该更好。

空气动力学就四个参数,阻力系数 ,升力系数 ,迎风面积和空气密度。主要是前面两个怎么办。

先来看阻力系数,因为0-300 kph加速时间是已知的,并且软件初段加速的误差影响不大,所以通过调节阻力系数,来使得0-300加速成绩满足公开的信息(Senna 17.5秒,EP9 15.9秒),得到Senna阻力系数0.35,EP9 阻力系数0.8。差距很大,但是这个有合理的解释,先往下看。

升力系数的话,两辆车都有官方的下压力数据公布,EP9 在240 kph时有24 kN下压力。Senna在155 mph是有800 kg下压力。经过计算,得到Senna升力系数1.01,EP9升力系数3.33。对照阻力系数的数据,Senna升阻比为2.89,EP9升阻比为4.16,都挺合理的。EP9的气动其实蛮吓人的。但是根据经验,这个计算得到的EP9的升力系数可能偏大了。

在进行仿真前,先要输入赛道。我的做法是从Google Map上面截了一张图,获得比例尺,然后在Photoshop里和官方给的图重叠,得到下面这张图,右下角是200 ft比例尺。

然后把这张图扔到CATIA(某CAD软件)里,按照赛道描出来,最后把参数输进OptimumLap里,就好了,赛道总长2.6 km。这条赛道和实际形状会有点出入,因为我是按照行车线画的,而不是赛道的中心线,所以有些地方可能不准,最不准的是老太婆弯,简直奇葩,就这样吧。

好了,终于最重要的要来了!

Senna 73.98秒,和实际结果差不多。EP9 67.44秒,比GT成绩快了8秒,比Senna快了6秒。大猩猩你个蔚来黑子!明明EP9快!回答结束!

好吧,开玩笑,这个结果要分析一下。分析的过程其实比这个数值本身更有意义。首先,我怀疑是不是因为EP9是四驱的,这个简化的汽车动力学模型计算四驱我觉得不靠谱。所以我把EP9改成了两驱,EP9的成绩降到68.13秒。下面这张图四驱版和两驱版EP9的速度-行车距离图。也就是说,这每个x轴上的点对应着一个赛道位置。可以看到,四驱版EP9加速更快,过弯速度也有优势。但说实话,加速没有我想象当中得快。

接下来仅仅比较两驱版EP9和Senna比较合适。同样是这张图,差别就很明显了。图3是横向加速度曲线(代表了过弯的极限)。这就很明显了,EP9尽管车子重,但只比Senna重26%,但是下压力可是Senna的三倍!所以,过弯有显著优势。EP9的马力质量比也比Senna高。

再来看下面这张图,1200 m点的重刹弯是You Name Here,2100 m的地方是老太婆弯。可以看到,Senna基本上是全功率输出。而EP9有很多时候,用不了全功率。简单来说这赛道车速太慢了不适合EP9。

那说了半天,仿真结果告诉我们EP9快,但为什么其实Senna快呢?难道蔚来骗我们,虚报数据了吗?我觉得实际原因还是因为这个仿真软件不能真实反映车子的特性。Senna没什么问题,结果很准。但是,EP9是四轮独立驱动,每个轮子有250 kW的电机,加起来1 MW,但是,仿真软件处理的时候,是当做总共有1 MW,然后可以任意分配给四个轮子来计算的。举一个例子,在所有图上200 m的地方,对应了下图箭头所示的位置。发车以后,经过了200 m的加速,两辆车都开到了150-200 kph的速度。Senna因为气动套件没有EP9夸张,所以被迫减速。这个时候EP9因为下压力巨大,所以仍然可以继续加速。问题在于,看图3,EP9用到了2.5G的横向加速度,这个时候已经接近四轮的抓地极限。因为横向重量转移,外侧轮胎的负荷比内侧轮胎大。那么对应地,外侧轮胎提供的牵引力应该也比内侧轮胎大。可是,两个外侧轮胎最大只能提供各250 kW的驱动力,而内侧轮胎不能提供250 kW的驱动力,所以其实用不到 1 MW,很可能只有五六百。但反观Senna,因为有限滑差速器,动力可以完美分配到内外侧轮胎,外侧轮胎扭矩大,内侧轮胎扭矩小,整个后轴可以完全地提供最大功率。所以OptimumLap的简化仿真,是按照传统燃油车的布局设计的,更能真实反映Senna的成绩,而高估了EP9的成绩。

为什么我猜测是这个原因,因为仿真软件没有要求我告诉它这车子是四轮独立驱动的。所以说,尽管EP9峰值功率有1 MW,并且是四轮驱动,但是并不是任何时候都能完整地用到这1 MW的。

那么现在我就有了一个想法,EP9不太适合这条赛道,那怎么样让他适合呢?我做了三件事情,一是把功率直接减半,变成500 kW,二是把四驱改为后驱,所以假设这500 kW动力直接驱动后轮,用差速器把动力分配给两个车轮。三是把单级减速箱改成了两档的变速箱(齿比分别为1.9和1),那再来跑仿真,会怎么样呢?这车我叫他EP4.5。注意,即使功率减半,我车重还是1.7吨,没有调过。下面是所有成绩的汇总。

根据我对于OptimumLap软件的理解,我把车子设定成后驱+差速器的设计,仿真的成绩应该会比较接近真实成绩。也就是说,哪怕功率减半,只要500 kW能一直输出,那借助EP9的气动优势,它还是可以在Eboladrome比Senna快。下面这张图就很明显表现出来了这一点。EP4.5尽管功率低,车子重,加速比Senna慢,但是过弯性能太强了,弥补了功率的不足。所以,实际EP9的成绩不好可能也是空气动力学套件并没有那么强的原因造成的。