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【韩系动向1631】现代汽车告诉你,什么叫车规级!

郑谊-太平洋号
汽车行业分析师,汽车产业研究员 郑谊
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这里是全网最专业和权威的韩系车和韩国车市系列内容,《韩系动向》第1631期。
汽车被誉为现代工业技术的结晶。尽管它只是一台不断重复行驶、转弯、停止动作的机器,但人类却伴随着汽车一同发展。然而,关注汽车制造过程或对其有深入了解的人,其实比想象中要少。一辆汽车的制造涉及超过 4 万个独立零部件、追求稳定性与效率的尖端软件,以及适应多种环境的硬件,投入的人力更是多达数千人。

现代汽车集团去年在全球售出约 723 万辆汽车,连续 3 年位居全球汽车销量第三。这是韩国跻身曾被欧洲、美国、日本垄断的汽车生产领域约 60 年后取得的成果。从亚洲的一个偏远小国,到如今成为汽车生产大国,现代汽车集团的实力并非一蹴而就。这背后离不开持续的挑战、研究与反复的失败,而 1996 年成立的韩国南阳技术研究所,正是这一切的核心。

汽车公司的技术研究所,其出入流程从一开始就极为严格。因此,普通人大多无法知晓自己乘坐的汽车是如何制造出来的,研究所这个空间也极为隐秘,其中诞生的技术或信息,往往要等到汽车完全成型后才会传递给消费者。所以,能有机会参观南阳技术研究所,是一件非常特别的事。虽然向媒体公开的空间仅占整个设施的 10% 不到,但考虑到这里是研究电动化车型核心技术的地方,其象征意义足以让人们感受到这里的神秘。

此次向媒体公开的空间包括 5 个设施,它们堪称汽车研发的核心所在:所有汽车公司都将其列为一级机密的风洞试验楼、研究不同气候条件下热管理性能的环境试验楼、开发操控性与乘坐舒适性的 R&H 性能开发楼、分析噪音与振动并研究感性品质的 NVH 楼等。

温度在零下 30 度至零上 50 度间切换的环境试验楼

环境试验楼,是验证汽车在各种气候条件下性能的起点。这里负责所有与汽车热能高效管理相关系统的性能开发,具体而言,涵盖了发动机与变速箱的冷却性能、冷暖空调性能,乃至车内舒适性等所有汽车主要热相关系统的研究。特别是随着电动化比重的扩大,其职责范围也进一步拓展,包括电动车和混合动力车的电池、氢电汽车的电堆、电子部件、自动驾驶控制器等对热敏感的电气、电子部件的电路设计与性能验证,以及空调能耗的改善等。

环境试验楼的核心设施是能够精确模拟全球各种气候和行驶条件的环境风洞 chamber。环境风洞 chamber 可以细致设定温度、湿度、风速、光照等多种环境条件,甚至能精确控制汽车的行驶负载和速度。

根据试验环境的不同,环境风洞 chamber 分为高温风洞、低温风洞、风雪风洞,以此模拟各种使用条件。实际上,这里能真实再现中东地区 50 摄氏度的高温环境、零下 30 摄氏度严寒地区的降雪环境等全球各地的极端气候,从而验证冷暖空调系统和电池热管理性能。通过这些获得的数据,不仅能用于提升热效率,还能优化包括行驶稳定性、车内舒适性、能耗效率在内的整体车辆性能。

在高温环境风洞 chamber 中,高性能电动化车型 Ioniq 6 N 的评估验证工作正进行得如火如荼。Ioniq 6 N 被牢牢固定在底盘测功机上,正按照设定的每小时 50 公里的速度转动车轮。上方,无数照明装置发出耀眼的强光,这是被称为 “Solar” 的人工太阳光控制灯,能以最大 1200W/㎡的日照量模拟阳光照射环境。

chamber 内安装的电子屏实时显示着高温试验环境:气温高达 50℃,行驶风速为每小时 50 公里。试验车辆内坐着一个 “热人体模型(Thermal Manikin)”,这是在人体模型上安装了多个温度传感器的设备。

与 50℃高温环境风洞 chamber 相对的低温环境风洞 chamber 里,最近推出的起亚 PV5 正在进行试验。chamber 内部温度设定为零下 20℃,表面覆盖着一层薄薄的白霜。PV5 在冰冷的行驶风中,在测功机上运转,仿佛行驶在严寒的北欧冬季道路上。

这里主要测试车内供暖性能、电机及电池的低温控制性能等。身着厚重防寒服的研究员们仔细观察车辆在严寒条件下的状态,认真核对供暖性能和低温控制系统的相关数据。冬季电动车电池效率的验证也在这里进行。据负责研究员介绍,这里会对高效热泵等技术进行试验和评估,这些技术旨在以最小的电力实现最大的供暖效果。

在众多环境 chamber 中,最引人注目的是风雪环境风洞 chamber。这里除了能模拟之前提到的低温环境,还额外配备了人工造雪和降雨的装置。chamber 内部温度设定为零下 30℃,Ioniq 9 正在试验台上接受测试。试验开始后,前方掀起了猛烈的暴风雪,没过多久,暴风雪就大到几乎填满了整个 chamber。

我们还能在降低降雪量和行驶风速后进入 chamber 内部。进门前穿上了厚重的防寒服,但零下 30℃的严寒依然刺骨。研究员们在这里仔细观察降雪对汽车的影响。

对于电动车来说,充电口和前备箱是否进雪至关重要,研究员们细致检查了积雪的位置和密封结构的密闭状态。当天室外因发布高温预警,气温高达 35℃,我们还意外体验了在短时间内往返于零下 30℃和零上 35℃的奇特经历。

不放过任何细微噪音!声学魔法师们的空间 ——NVH 楼

在汽车领域,以 NVH(Noise, Vibration, Harshness,噪音、振动与声振粗糙度)统称的这一领域,是与负面影响作斗争并寻找解决方案的领域,或许也是最主观、最具挑战性的领域。随着时代发展,行驶过程中的静谧性和舒适性成为决定消费者满意度的核心因素,这一点在电动化时代也不例外。特别是电动化车型没有发动机噪音,消费者会对细微的风噪声、路面噪音、轻微振动等更加敏感。

南阳技术研究所的道路噪音试验室,是精确分析行驶中必然产生的路面噪音的地方。这里通过模拟轮胎与路面之间产生的路面激励(行驶中的汽车因路面不平整而受到的振动),来评估汽车内部听到的噪音。

道路噪音试验室规模为 10×14 米,墙面被厚厚的吸音材料完全覆盖,因此试验室内部是一个无声音反射的消声空间。室内安装的底盘测功机,其与轮胎接触的滚筒表面贴有模拟真实道路的贴片,可根据试验条件更换成模拟沥青、混凝土、颠簸路面等真实道路质感的贴片。噪音振动技术团队的徐在俊队长解释道:“为了尽可能创造与真实道路相同的条件,我们会结合 3D 扫描和材料反弹系数来制作这些贴片。”

当天的试验使用了模拟普通国道粗糙路面的贴片。测试开始后,能听到轮胎在滚筒上滚动时发出的特有低频噪音。随着行驶速度变化,噪音的音调与音量也随之改变,并通过显示器上的图表实时显示。试验中,在驾驶座和后座安装了麦克风,用于测量不同频率的噪音。特别是电动车,由于没有发动机噪音,这类路面噪音会显得更加明显。

道路噪音试验的目的不仅仅是测量噪音,更重要的是准确找出噪音产生的原因,并通过设计和材料改进,从根本上减少噪音源。道路噪音试验室会分析轮胎与路面摩擦产生的微小振动在悬架或车身结构中如何被放大,并为了减少这种振动,对零部件的材料和设计进行调整。

接下来探访的是沉浸式声学工作室。这里开展的沉浸式虚拟评估环境(VR)通过模拟与真实道路相似的视觉、听觉环境,来验证声学性能。评估室内安装了大型显示器和 VR 设备,研究员们戴着 VR 头显,模拟各种道路场景并对声音进行评估。

VR 能够模拟外部测试道路、交叉路口、隧道、室内停车场等多种环境。基于虚幻引擎(Unreal Engine)构建的 VR 系统,设计成可与全球研究机构进行实时联合评估。

特别是虚拟环境评估室不仅能播放声音,还能再现反映特定车型声学传递特性的虚拟声音。例如,电动车的行人保护声(Acoustic Vehicle Alerting System)会因扬声器安装位置不同而让行人听到不同的声音,而在 VR 环境中,能真实再现汽车行驶状态、声音方向和距离感。这种评估方式在设计符合各国标准且不会让消费者感到不适的声音方面,发挥着重要作用。

沉浸式声学聆听室是一个能提供如同坐在真实汽车中般听觉体验的空间。以聆听座椅为中心,数十个扬声器被精确布置,一面墙上还装有大型显示器。戴上 VR 头显,就能在虚拟道路环境中体验行驶场景,同时还能听到杜比全景声(7.1.4 声道)和 4 阶 Ambisonic(25 声道)的音效,这一点十分引人注目。这里的目的是真实再现消费者实际感受到的声音。特别是 Ambisonic 模式通过对测量空间的声场进行立体分析,能实现与真实行驶环境最接近的声学效果,而杜比全景声则用于开发娱乐声学。

在这里,能同时审查电动车行人保护声(AVAS)、行驶中室内传入的噪音、道路噪音等多种 NVH 性能。特别是通过 64 通道麦克风阵列和自主研发的头盔麦克风阵列设备,利用在真实汽车上测量的数据来构建虚拟声音,因此能进行与消费者在实际行驶中听到的声音几乎一致的评估。

运用客观数据满足人类五感的 R&H 性能开发楼

汽车的行驶质感是一个无法仅用数值来评估的领域。路面冲击被过滤得有多柔和、转弯时车身反应如何,都会让驾驶者在感受到稳定性的同时,体验到驾驶的乐趣。特别是 R&H(Ride & Handling,行驶与操控)性能,是所有车型无论动力总成类型如何,都共同要求的基本能力。无论是内燃机汽车、电动车还是氢电汽车,R&H 性能都是评估车辆完善度的核心指标。

尤其是进入电动车时代后,R&H 性能已成为决定汽车竞争力的重要因素。因为电动车能实现过去只有超级跑车才能达到的加速能力,高速行驶时的稳定性至关重要,而且由于整车重量增加,悬架和轮胎承受的负担比传统内燃机汽车大得多。

南阳技术研究所的 R&H 性能开发楼,是拥有世界顶尖精密试验设施、用于验证和开发汽车行驶性能与稳定性的地方。我们详细了解了从与地面接触的轮胎,到悬架模块再到实车评估,现代・起亚的 R&H 研发过程。

决定行驶性能的 R&H 开发,从作为所有行驶性能基础的轮胎开发开始。首先看到的是高速轮胎均匀性(Uniformity)试验机。试验室里,固定在巨大滚筒上的轮胎正高速旋转。

试验机通过让轮胎在最高时速 320 公里的滚筒上滚动,来测量是否产生振动。此外,还能在滚筒上安装小凸块(Cleat),模拟轮胎经过凹凸路面时的运动,进而评估乘坐舒适性特性。

旁边的轮胎特性试验机,重点在于分析轮胎的刚性和接地特性。与前面看到的试验机不同,它是让轮胎在模拟真实道路的平坦皮带面上滚动。通过改变旋转轮胎的转向角和外倾角,精确测量轮胎产生的力和反应速度。试验过程中获得的数据将用于构建模拟用的虚拟模型。

用于研究开发操控特性的操控行驶试验机,在韩国仅此一台,极为珍贵。巨大的机械装置上固定着现代 KONA Electric。前方的 120 英寸显示器实时显示着虚拟的行驶环境,驾驶座上安装着代替人类驾驶员的驾驶机器人,据说它不仅能操作方向盘和踏板,还能精确操作手动变速箱。

试验开始后,Kona Electric 开始在原地转动车轮,展现出如同在真实道路上行驶般的动作,随后根据行驶模拟再现了转弯场景。这是通过模拟车身与地面之间的滑移角(Slip angle)来测量操控性能。

乘坐舒适性行驶试验机是为在各种路面条件下精确评估车身反应而开发的设备。该试验机由平坦皮带和液压执行器组成,能真实再现实际道路的路面变化,并传递到轮胎接地面上。平坦皮带上没有放置整车,只安装了 Ioniq 5 的后轮轴模块(由后悬架和轮胎组成)。不久后,平坦皮带开始旋转并上下移动,上面的轮胎和悬架随着试验机的运动快速做出反应。

乘坐舒适性行驶试验机每秒最多能输入 40 次信号,可测试从平坦沥青路面到凹凸不平路面等多种行驶环境。此外,它不仅能测试整车,还能对模块进行单独测试,从而更精确地实现目标乘坐舒适性。

乘坐舒适性行驶试验机的另一个特点是,能真实再现全球各地的路面环境。将北美、欧洲、中国等各个市场的代表性路面数据输入试验机,就能在与当地相同的条件下评估乘坐舒适性。南阳技术研究所积累的这些数据,不仅用于改善乘坐舒适性,还作为核心资料,帮助确保汽车能满足全球市场对行驶品质的需求。

声明:本文由太平洋号作者撰写,观点仅代表个人,不代表太平洋汽车。文中部分图片来自于网络,感谢原作者。
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07-28
智驾大横评

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