知乎全面拆解特斯拉Model Y:高度集成碾压对手,省料连螺栓都不放过的降本狂魔

发布时间: 2021-03-24 作者:汽车氪

知乎全面拆解特斯拉Model Y:高度集成碾压对手,省料连螺栓都不放过的降本狂魔近日,知乎汽车几乎无死角地对特斯拉 Model Y 进行拆解,分别从车身工艺、内饰交互、三电系统、智能驾驶"

近日,知乎汽车几乎无死角地对特斯拉 Model Y 进行拆解,分别从车身工艺、内饰交互、三电系统、智能驾驶、电池安全等等方面对特斯拉进行了全面分析,视频时长近百分钟。接下来,我会用图文的方式为大家一一说明特斯拉车辆内部的奥秘。

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Model Y 没有实现的那些“嘴炮”

嘴炮一:在 Model Y 被大卸八块之后,测试人员发现,Model Y 的车身并非专利提及的整体压铸车身,只是车身后三分之一的地板结构是一个巨大的铸铝件。

嘴炮二:之前媒体分析 Model 3 和 Model Y 零件共用率高达 70%,但实际不然,从零件数量来看共用率 25%。虽然两部车的前副车架共用,但前悬架各个摆臂、转向节、制动零件的规格都不同。究其原因,是因为 Model Y 的整车高度增加,转向节高度需要随之增高 20mm。另外,Model Y 比Model 3 轮距增加了 56mm,这远远超过车轮自行调整的范围,所以 Model Y 的摆臂也得加长。

不过从零件重量而言,两部车的共用率达到了 65%,但这并不具备参考性,因为另外那 75% 数量的零部件需要重新开发。

嘴炮三:在 Model Y 上市之前,马斯克一直鼓吹这部车的线束长度将达百米以内来标榜其高度集成化,但实际拆解后证实,Model Y 还远未达这个水平。目前拆解的这辆顶配版本的 Mdoel Y 内部线束长达 1900 米,与 Model 3 几乎无异。

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不过对于减少线束长度,特斯拉并非没有解决方案,只是暂时还没有做到。关键部件是一个叫柔性电路板的东西,它的长度为 15cm,拥有 8 条传输通道。一个 15cm 柔性电路板可以相当于 1.2 米的普通电线,能够通过机械臂轻易安装到车内狭小空间的指定位置。既能节省线束长度,又降低了装配的人力成本。一旦柔性电路板能够大规模投产到后续特斯拉车型上,把整车线束长度缩短到 200 米以内完全有可能。

马斯克属于提前吹牛。

特斯拉义无反顾使用“铸铝件”的底气

有一说一,虽然只有后地板是一体铸铝,但如此大体积的单个铸铝件,特斯拉已经非常领先业界了。通过该技术,零件可以轻量化 10-20%,大大减少细碎零件的设计费和开发周期。

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具体说明一下,一般车辆的后地板结构会有 60 个左右冲压钢板拼接而成,一体式压铸工艺把将一堆零件集成为了一个,原先连接点数量由 700-800 个减少到现在的 50 个,制造时间由原来 1-2 小时缩短到 3-5 分钟。

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另外,得益于铸造件的高刚度和赶进度,悬架安装更容易,做悬架定位时的运动参数更有保证,更平整的底盘也会带来更低的行车噪音,总之好处一大堆。成本方面,虽然铝合金材料比冲压钢板高,铸造机也不便宜,但一体铸造减少了零件数量以及减少了大量钢板的焊接工作,所以最后算下来成本反倒没有增长。

当然,大家都知道一体铸铝很香,但为什么没有普及呢?

解释之前先简单说明一下什么是一体铸铝:

将融化的铝合金溶液从一个端口注入到套筒中,然后活塞推动,快速并高压地将溶液注入模具中,待铝液充满整个套筒之后,快速将铝液压射到模具内,最后冷却形成零件结构。传统的压铸件材料需要经过两个阶段的热处理,才会形成稳定的性能。特斯拉通过材料优化,不需要热处理,铸态的零件材料就可以满足零件的性能要求。

特斯拉,电池一体式铸铝

成本这块,特斯拉一体铸铝材料成本高达 70%、工艺则占 30%,而传统铸铝恰好一个相反,可见在铸铝这块,特斯拉对材料的看重。

至于为什么没有普及,首先,工艺复杂。

基于物理属性,铝合金和钢板是无法焊接的,需要自冲铆、流钻螺钉、拉铆、粘接等一系列技术去把车身“拼凑”起来。自冲铆是 Model Y 上广泛使用的工艺,它对精度控制非常严格。

有人担心结构胶粘接的强度,但完全没必要。虽然结构胶的结构强度 7-15Mpa 相比普通钢板的 300-400Mpa 差距很远,但要知道,结构胶面积远远大于焊点面积,是焊点(10cm)的 20-30 倍,所以两种工艺的强度相当,再配合螺接和自冲铆,完全不用担心特斯拉的车身连接的强度。

需要补充的是,在 Model Y 上还有铸铝件和铝板的焊接工艺,所处位置是后地板一体铸铝件和轮包上部铝板,两者由焊接拼连,而且焊点直径明显大于普通钢板的焊点。

另外一个没有大规模普及的原因是铸铝材料本身的缺陷,铸铝件虽然结构可塑性比较高,但机械性能相对钢制车身抗拉和屈服强度都偏低,工程师往往会在结构设计中通过各种加强筋来实现不同区域的强度要求。

还有在压铸过程中,铝液填充模具腔体时,在远离浇铸口的地方容易出现气孔疏松等质量缺陷。这就需要较大吨位的压机来克服这个问题,但这样加速铝液流动后,铝液会冲蚀模具,影响模具寿命。

特斯拉,电池结构加强筋

特斯拉之所以义无反顾地使用铸铝,是基于自家整车开发的两个理念:1.不断追求整车的集成效率;2.小步快跑,快速迭代;有小道消息称,特斯拉正在开发一体式前舱结构,接下来就是一体式中舱结构。

大家都知道,铝合金件材料费很贵,但关于维修成本,消费者暂时还不用担心。

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整车设计一般会分为低速碰撞区和高速碰撞区。低速碰撞区主要指前后防撞梁,这些部件都是可以直接更换的。而高速碰撞区,无论何种车身结构在面对高速碰撞后维修成本都不低,而且大概率会整车报废,所以没必要考虑维修成本。

退一步讲,一切交给保险,维修成本这事儿就甭操心了。

大开脑洞的热泵设计和别出心裁的电机类型

Model Y 虽有有一个前备箱,但前舱依然内涵乾坤。打开前备箱外壳,里头是满满当当的零件,最引人注目的是热泵空调,它用手就可以直接晃动,悬置的好处是尽可能地减少震动,但为耐久性藏下隐患。

简单来说,热泵空调的原理就是冬天把车外的热量搬运到车内。Model Y 的这套热泵会收集电池电机的废热来为电池和座舱加热,甚至冬天车里被晒得很热的时候,把车内热量储存起来。

相比竞争对手的热泵,特斯拉的不同之处在于一个叫八通阀的设计。通过八通阀,整车包括动力系统、电池、座舱等等所有的热量都可以被收集起来,智能的热管理系统再把这些热量统一管理。

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上一代 Model 3 则是采用四通阀,它可以将电池和电驱电控的热管理系统整合,甚至利用电机堵转降低效率的方式来加热电池,但座舱依然需要 PTC 加热。

Model Y 把两个四通阀叠加组成八通阀,将空调和三电整合起来,阀门可以改变九根管路的连接方式,实现十二种制热和三种制冷。因此,前舱散热器从两个减少到了一个,完全依靠复杂的控制策略来实现热量的合理分配。

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更牛逼的是,Model Y 取消 PTC 加热改用热泵之后,还加入了一个压缩机,它也可以直接产生热量。压缩机的原理好比冬天打开冰箱门来取暖,表面上冰箱在制冷,其实压缩机做功会释放的热量。Model Y 搭载的压缩机功率 5-6 千瓦,几乎和主流 PTC 相当,所以可提供足够的制热功率。

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关于电机布置,Model Y 前桥采用了一部交流感应电机,后桥则是一部永磁同步电机。

交流电机的特性是功率容易做大,而且恒定输出效率高,但复杂交变工况和小负荷工况效率低,比较适合工业或者美国工况下长距离高速行驶。

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永磁同步电机的则能够弥补交流电机的复杂工况下的不足,但其自身也不是一点毛病没有,如果前后都是永磁同步电机,那么低负荷下前轮电机就会空转,定子在电机内空转就会产生反向电动势。

除了业内常用的给前桥叫机械离合器的做法,特斯拉的策略是中低负荷下使用后电机,作为后驱车;而高负荷下,前电机参与工作,作为一部四驱车。

没有激光雷达隐患多,“傻子”可能是马斯克自己

众所周知,特斯拉的自动驾驶是一套以视觉为主,超声波雷达为辅解决方案。目前水平在 L2 级往上,马斯克的目标是实现 L5。

传感器配置这块,Model Y 采用一个前视三目摄像头,最大距离分别是 60m、150m、250m;

两侧 B 柱还有两颗 80m 的摄像头,两侧翼子板上用于侦测后方的 100m 摄像头,车尾是一颗 50m 的摄像头,车头正面一枚毫米波雷达。另外,车头车尾还共有 12 颗超声波雷达。

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摄像头将采集到的图像交给神经网络,计算机会对这些物体进行识别,但难以避免长尾问题,很多不常见的物体就无法被准确识别。比如去年的台湾特斯拉事故,由于计算机没有识别过货车白色车顶这样的“奇葩物体”,所以直接撞上了。

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为了下次不再撞上类似的物体,特斯拉的影子模式会将当初没有识别的数据进行单元测试,未通过的数据回炉重造继续打标签、训练成为 2.0 版的数据,直到覆盖了所有长尾场景。另外,影子模式还会记录人类的驾驶状态,当车端操作和人类一致时,对所有的长尾场景的处理能够像人类一样,这也就意味着真正意义上的自动驾驶了。

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不过直至目前为止,高速下的静态物体识别仍然是辅助驾驶的一大 BUG。

针对 Model Y 的驾驶辅助的性能,知乎分别对 AP 和 AEB 进行了详细的测试。

首先是静态物体的识别,成绩如下表:

简单归纳, AEB 在 40km/h 一下能够躲开动态和静态的行人和小孩,但车速 50km/h 以上就不行了,而对儿童鬼探头这样的场景是无法处理的,而面对静态白墙是完全“抓瞎”。

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面对静态的假车,AP 模式下,车辆能够提前制动,顺利刹停,而关掉 AP 之后,AEB 则需要在 60km/h 时才会介入,且是紧急制动。

实验说明,AP 和 AEB 不是同一套系统,AP 更追求安全性和舒适性,能够提前且平缓地刹车。AEB 则是以人类驾驶为主,万分紧急时候才会介入刹停,体感不佳,是驾驶安全的最后一道保障。

除了 100% 的车身碰撞,在面对 50% 的车身时,Model Y 的 AEB 也能够准确刹停;但当假车斜 45°摆放时,即便是以 10km/h 的速度,特斯拉的 AEB 也难免碰撞,而打开 AP 则可以避免,AP 在远距离避障这块还是比较靠谱的。

需要指出的是,在面对盖着车衣的假车时,AEB 的检测性能会大幅下降,速度超过 30km/h 的情况下就发生了碰撞。

由于特斯拉毫米波雷达的自身缺陷,在隧道光线明暗变化极大的情况下,AEB 在面对假车无动于衷,在 20km/h 的速度下稳稳撞上。

话说回到静态目标,在面对生活中常见的固定物体时,AP 基本都是铩羽而归。目前的 AP 仅能避自行车、三轮车等固定物体。诡异的是,在面对锥桶、垃圾桶时,中控显示 AP 明显识别到了物体,而且事先有刹停动作,但短暂刹车之后又加速撞上,并且完全没有触发 AEB,控制逻辑应该存在问题。

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在模拟雨雾环境测试中,知乎发现,结果和晴天一致,天气并没有影响特斯拉传感器的检测精度。

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除了众所周知的自研 FSD 芯片,通过拆解显示,特斯拉的毫米波雷达还是大陆第四代产品,发布于 5 年前,已经十分老旧,而且这代毫米波有个先天缺陷,它只能测距测速,但不能测量目标的高度。

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对于静态物体的识别一直都是驾驶辅助头疼的事情, 尤其是在隧道和地库,毫米波雷达的信号会多次反射,所以车厂的常规做法索性就是过滤掉静态目标,把识别静态物体的任务完全交给摄像头,如果摄像头不给力,那么这个目标就算漏检了,大概率要发生碰撞。

最行之有效的办法就是装一个激光雷达,但出于成本考虑,马斯克完全听不进去,甚至骂用激光雷达的人是傻子。

电池安全是系统工程,特斯拉很牛逼

以 Model Y 为例,电池成本基本占到了整车 20%,是非常昂贵的零部件。

拆解发现,特斯拉电池包的上下壳体为了减少金属连接,用了很多结构胶,只能采用暴力拆解,同样,电池模组集成度也很高,内部一旦出现问题,特斯拉从里到外都不具备维修性。也就是说,即便是坏了一颗电芯,整个电池包就得更换了。

必须吐槽的是,电池包由螺栓固定在车底,除了从下往上松开车底的螺栓,还需要拆掉所有座椅,从车内从上往下松开车内的螺栓,这样才能顺利将电池包取下,所以一旦出问题,换电池的工时费会非常地高。

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另外,电池包位于整车的最低点,离地间隙只有 140mm,且没有额外的护板和以及喷涂防护材料,走烂路非常容易托底。

拆开电池包,测试人员发现国产 Model Y 取消了内置的隔振垫,电池包采用大模组设计,和国内常用的“铜排”不同,特斯拉模组和模组之间使用铝制高压连接件,进一步的减重降本。模组电芯之间充斥着灌接密封胶,用于电芯紧固并防止电芯采样时高压铝丝断裂。

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不过和上一代电池相比,模组间的灌封胶用量明显减少了,而且取消了模组塑料板。国内厂商为了模组稳定都是使用金属紧固件,而 Model Y 居然是塑料,而模组侧面原本十个螺纹孔也被简配了两个,甚至是与纵梁的两个固定点也取消了,可以说了降低成本连螺栓都不放过。至于这样设计会不会对后期使用产生影响,还需要时间证明。

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Model Y 整个电池包共有大小四个模组,中间两个大模组有 1150 颗 LG 圆柱电芯,小模组则是 1058 颗,电芯正负极都是由铝丝键合。

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Model Y 采用了一种主动式保险丝,俗称烟火开关,这种开关以前主要用于车辆的低压系统,特斯拉率先用在了高压电池包上。

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特斯拉负责电池管理的 BMU 电路板设计得很先进,采用高压转低压隔离 DC/DC,可以分别给高压系统以及 12V 电器供电,相比国内产品省点一个继电器和预充电阻,达到降本的效果。

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当然,这块电池包也有良心的地方,比如最小管径的快插件由两爪变成三爪,提升了接口可靠性;模组内部两个冷却板之间连接短管工艺也进行了升级。

为了验证特斯拉电池的安全性,知乎把镜头搬进了专业实验室,对电芯分别进行了针刺和挤压实验。

针刺实验中,随着针头刺进电芯,三元锂配方的圆柱电芯意料之中发生内短并迅速爆燃;挤压实验中,当挤压力到达 22.88千牛,电芯外壳变形 27.4% 时,电芯迅速爆燃。

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看到这,你不必瑟瑟发抖。令人出乎意料的是,在整个模组测试中,用针头扎破单个电芯,电芯照常爆燃,但由于灌封胶的存在,火势并没有“殃及池鱼”,整个模组安然无恙,甚至电压都没有发生变化,也就是说,即便特斯拉的某一颗电芯发生热失控,模组以及整个电池包都可以正常工作,车辆能够继续行驶。

所以这里必须说明一个观点:单体电芯的热失控不能代表整包级别的热失控性能,这是一个系统性的工作。

特斯拉电池包还有一个亮点,就是两个防爆阀设计,特斯拉把泄压阀朝下设置,极限情况,电池包内部的火焰会从这里向下喷射,此时云母板会挡住火焰,避免直接喷射铝合金电池托盘,相比朝上的泄压阀设计,特斯拉不用专门留出防火通道,布局更简单、可靠性也更高。

不过有一说一,相比进口版,特斯拉国产电池成本有所下降,结构安全性、系统安全性、底部撞击安全性确实也有所下降,整个性能表现有待时间考验。

疯狂降本的的背面还有对安全的“妥协”

年销量 13.7 万台,特斯拉位居 2020 年中国新能源车销量榜首。通过打折以价换量是特斯拉销量飙升的重要因素,疯狂降价的底气是特斯拉强大的成本控制能力。

从 Model 3 改用极简内饰把车灯、后视镜、娱乐系统通通集成在中控触屏,特斯拉的物料成本就比竞争对手少了 1000-2000 元。以 12.3 英寸仪表为例,包含控制器,该部件的成本就得 1000 元出头。

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虽然中控的成本省下了,但增加了用户的交互成本,牺牲了一定的安全性。

另外就是高度集成的电气架构,Model 3 和 Model Y 以位置划分 左、前、右车身控制器、中央计算单元,虽然控制器的单件成本上升,但由于减少了数量总体成本下降很多,据估测节省的物料成本相当于一部最新的智能手机。与此同时,还提升了装配效率。

这两年,特斯拉全面应用自研的自动驾驶芯片,一部车两枚芯片成本也就是 190 美元,英伟达供货则需要 280 美元。

和自动驾驶芯片不同,特斯拉的车机芯片依然还是采购,不过特斯拉采用的是市面上并不太受欢迎的 x86架构的英特尔 Atom A3950 芯片,从算力的角度来看,这款芯片性价比极高。致命缺点是 X86 架构下的生态捉襟见肘,但特斯拉并不 care,以至于特斯拉的车机应用一直要比国产品牌少许多。

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正因为英特尔的车机芯片不受欢迎,作为接盘侠的大客户,特斯拉自然也能拿到一个非常诱人的供货价。整体而言,Model Y 电气架构相比竞争对手同级车型能够节省一万多,反映到终端售价上就是 2-3 万。

特斯拉省成本这事儿还没完,目前的 Model 3 和 Model Y 的前排座椅是共用,但怎么解决轿车和 SUV 的坐姿高度差的问题呢?狡猾的特斯拉在车身和座椅之间加了一个支架作为“内增高”,用于抬高座椅。高度问题是解决了,但这又导致了滑轨比较高,而且中央没有封死,后排饮料有可能会滚到前排卡住刹车,有一定隐患。

更让人愤懑的是,Model Y 的座椅骨架居然没有整体电泳,只是对可见部分的滑轨和连接支架进行了处理,这在潮湿环境就很容易生锈,对座椅强度和安全性产生影响。

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省成本的地方还有氛围灯单色不可调 、前大灯不带转向头灯、车门音箱采用最廉价的织物包裹、车门储物槽采用无纺布包裹等等,通通都对不起三十万的售价。

可能让很多强迫症不能忍的是车窗玻璃和车门洞之间原本应该的顶棚覆盖被简配成了低压注塑。对于特斯拉来说,成本、合格率以及安装便利性是上去了,但分缝非常影响外观,手感和舒适性都大打折扣,尤其是噪音这块,走烂路或者开久了很容易有异响。

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值得注意的是,Model Y 的后排中央头枕实际测量是要小于国标要求的 700mm,而且特斯拉连提示头枕的安全位置的标签也省了,如果乘客不按标准位置使用头枕则很容易在追尾中受伤,标签这事儿不知是出于内饰简约的考虑还是特斯拉执意要省钱,全车五个气囊居然同样没有国标要求的 AIRBAG 标识...... 这几乎在其他品牌车型上从来没见过的事情。

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在一番无所不用其极的降本操作之下,据 Benchmark 测算, Model 3 硬件成本为 17-22 万,以此估算 Model Y 的硬件成本大概在 19-25 万。

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不过有一说一,Model Y 的动力系统、智能网联、电气架构成本比例均要高于传统豪华品牌,而机械系统部分,Model Y 的成本比例很低。

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客观地讲,这就是一部国产底盘+先进的智能电动系统的车。

AutoLab 概述

从此次知乎对特斯拉的拆车看来,特斯拉无疑是当下集成度最高的电动车,而且这家公司还在为进一步集成化不懈努力。高度集成带来的成本下降已经让消费者在终端售价中尝到了甜头,特斯拉也通过以价换量的形式收割了大把的销量和利润,一定程度上可谓双赢。

但是,集成化思想并不意味着无底线的节省成本,从某些方面来看,特斯拉省钱的方式有些“不择手段”,宁愿牺牲用户体验也要把钱省下来,甚至是罔顾用户的安全。尤其是自动驾驶的硬件问题,明知有缺陷还用着大陆陈旧的毫米波雷达,众多事故发生之后明知深度学习还无法 cover 很多长尾场景,却执意不用成本愈加低廉的激光雷达.....

内容和视频来源:知乎拆车实验室

—— 编辑整理:吴鹏飞

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