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花2个月拆一辆特斯拉Model 3!3.7万字详解所有部件
2022-07-18 22:36:31  出处:芯智讯  作者:浪客剑 编辑:上方文Q     评论(0)点击可以复制本篇文章的标题和链接

六、汽车车身:一体压铸减重,线控底盘提效 

从 Model 3 的拆车情况来看,传统零部件维度,Model 3 及特斯拉其他车型在车身材 料及工艺、车灯、玻璃和底盘上有许多新技术应用。我们在零部件端进行了进一步的拆解 分析,具体如下。 

1、车身材料及工艺:轻量化协同一体压铸,节能、提效最优解 

Model 3 采用钢铝混合车身,制造工艺以冲压焊接为主。经过对 Model 3 的拆解,我 们发现 Model 3 车身制造工艺采用冲压焊接技术,车身材料为钢铝混合,具体分为:铝材、 低碳钢、高强度钢、超高强度钢。铝材具有低密度特性,主要集中于 Model 3 车身尾部及 壳体,以平衡车体前后重量分布。车身其余部位根据设计强度要求,采用三种不同强度的 钢铝合金,其中乘客舱骨架(车身纵梁、AB 柱、车顶纵梁、底板梁)采用强度最大的超 高强度钢,用以保护乘客安全。铝材的使用令汽车在轻量化方向上迈出重要一步。

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轻量化满足节能及提高续航诉求,“以铝代钢”是最佳选择。全铝车身是特斯拉家族 主流,目前 Model Y、Model S、Model X 均已采用。铝合金相较于钢铁密度更低,普通 B 级车钢制白车身重量通常在 300-400kg,采用铝合金可使车身重量降低 30%-40%。除减 重外,车身选用铝合金还可大幅降低能耗,提供更大的动力输出,据世界铝业协会报告, NEDC 工况下汽车自重每减少 10%,能减少 6%-8%的能耗。铝合金在新能源车轻量化的 进程中优势明显,是车身材料的首选,但因其造价相对较高,目前全铝车身主要应用于中 高档车型,低档车型及 Model 3 等“以量取胜”车型只是部分采用铝材,随着铝合金加工 工艺不断进步,其价格将逐渐降低,铝合金材料已成为车身轻量化发展的新趋势。

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高压压铸是铝合金材料最高效的成型方法,特斯拉率先提出一体压铸。金属制品主要 采用机床铣削、钣金成型焊接、铸造三种工艺生产。其中铸造主要生产内部结构复杂,难 以用钣金成型或机床铣削不具有经济性的零件。压铸全称压力铸造,是一种将金属熔液压 入钢制模具内施以高压并冷却成型的一种精密铸造法。压铸适合铸造结构复杂、薄壁、精 度要求较高、熔点比钢低的金属零件(铝、锌、铜等)。特斯拉于 2019 年率先提出一体压 铸技术制造工艺,即通过大吨位压铸机将单独、零散的零部件高度集成后一次成型压铸成 大型结构件,目前主要应用于车身结构件中。2020 年,一体铸造技术开始在 Model Y 上 应用,2021 年十月,Model Y 一体压铸前舱落地柏林工厂,Cybertruck 后地板亦将应用。

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一体压铸降本增效明显,大势所趋。相较于传统的冲压焊接工艺,一体化压铸技术的 主要优势在降本增效。冲压+焊接技术需要先冲压出零部件,再经焊装、涂装、总装后形 成零件,一体压铸则是直接将零部件压铸成一个零件,效率明显提升。人工方面,压铸机 替代了大部分焊装车间员工,相同产量下,一体压铸车间员工数量仅为传统车企焊装车间 的 10%左右,人工成本大幅下降的同时,人效显著提升。轻量化方面, 采用一体压铸技 术可使整车减重约 10%,续航里程提升约 14%。一体化压铸在降本增效及轻量化方面的 优势明显,继特斯拉之后,蔚来、理想、小鹏等造车新势力及大众、奔驰等全球主流车企 纷纷跟进,一体压铸大势所趋。

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2、车灯:消费升级、智能化升级两大属性驱动技术迭代 

Model 3 外饰搭配兼具科技感与美感,车灯选用矩阵式 LED 光源。Model 3 整车车长 4694mm,宽度 1850mm,轴距 2875mm,典型的轿跑造型,前脸沿用特斯拉“家族式” 的封闭格栅设计,车门采用隐藏式门把手式设计,饰条选用铝材,车灯应用全 LED 光源, 灯体内部为矩阵式构架,科技感及美感十足。

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车灯既是功能件又是外观件,消费升级、智能化升级两大属性驱动技术迭代。车灯早 期功能仅限于为行车提供照明,保障夜间行车的安全。近年来,需求端车主对智能和美观 的诉求逐渐加大的同时,供给端也在不断挖掘车灯潜在的“噱头”,共同推动车灯技术的 迭代和外观的进化,汽车车灯开始从静态被动的安全功能系统,变成了主动响应增进驾驶 体验的智能配置,单车价值量不断提升。具体而言,一方面,光源端向更优质、节能、更 小体积方向迭代;另一方面,智能车灯从 LED 到 ADB 再到 DLP,功能从方便司机拓展到 实现与其他车辆、行人的信息交互。目前,欧洲生产 Model Y 已确定采用 DLP 车灯。 

光源迭代:汽车车灯光源变得更优质、节能,体积更小。早期车灯主要煤油头灯、乙 炔头灯等明火大灯,照明效果差,且需要携带燃料,使用极为不便。20 世纪 70 年代卤素车灯面世,其照明效果远优于明火大灯,且成本便宜,迅速成为汽车车灯的主要光源。随 着车灯光源技术的进一步升级,氙气灯、LED 等照明效果更好、能耗更低的车灯光源逐渐 应用于中高端车型,并开始向中低端车型渗透。2014 年,宝马旗舰电动超跑 i8 首个搭载 激光大灯,将汽车车灯光源技术又推高到一个新的台阶。回顾车灯光源的迭代历程,每一 次光源技术的升级都伴随着光线强度、耐用度、照明效果等性能的提高以及能耗的减少。

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智能化升级:从 AFS 到 ADB 再到 DLP,智能化程度不断加深。汽车行驶过程中驾 驶员需要应对的环境瞬息万变,静态的汽车车灯照明很难实时满足驾驶员的观察需求。在 这一背景下,AFS(或 AFLS,Adaptive Front-lighting System)和 ADB(Adaptive Driving Beam)等技术应运而生,近两年,DLP(Digital Lighting Process,数字投影灯光)技术也 开始应用在一些车型上。

1)AFS 前灯:能够根据汽车的加速、刹车和转向等工况调节大灯照射角度,确保照 明范围能持续覆盖驾驶员需要观察的区域,减少盲区。前瞻产业研究院数据显示 2019 年 我国 AFS 大灯渗透率为 18%。

2)ADB 前灯:能够通过摄像头探测汽车前方的车辆和行人,并依据探测结果控制远 光灯的分区照射,避免来车驾驶员和行人因被远光灯照射而产生炫目。前瞻产业研究院数 据显示 2019 年我国 ADB 大灯的渗透率为 1.8%。

3)DLP 前灯:工作原理和投影机基本一致,就是通过镜片反射数字微镜芯片 DMD, 投射数字编辑的信息到车前的地面,像素高达百万级。由于 DLP 车灯的关键零部件数字微 型反射镜元件(Digital Micromirror Device,简称 DMD)、德州仪器的数字光处理控制器芯 片(DLPC)、功率微控制器芯片(PMIC),均由德州仪器独家垄断,成本相对较高。

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3、汽车玻璃:Model 3 天幕引领行业趋势,渗透率有望持续提升 

替代传统天窗,特斯拉全景天幕引领行业趋势。2016 年,特斯拉宣布旗下 Model S 和 Model 3 两大车型的最新款更换全景天幕玻璃。其中 Model 3 采用了分段式的天幕玻璃, 在车顶中部采用了加强横梁,对视野仍有一定的影响,而 Model S 和 Model Y 更是取消了 中间的横梁,采用了一体式的天幕玻璃。我们认为全玻璃车顶在造型设计上更加时尚和具 有视觉冲击力,为车内提供更加广阔的视野,采光性能更好,乘坐体验提升显著。同时天 幕玻璃省去电机、滑轨、齿轮等复杂结构后,制造成本更低。特斯拉所使用的天幕玻璃采 用高强度的夹层玻璃保证安全,并通过镀膜技术阻挡近 98%的紫外线和 81%的热量进入 车内。特斯拉的天幕设计受到了消费者的广泛好评,料将成为未来趋势。

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天幕工艺、性能要求提高,推动产业链价值重构。特斯拉的天幕设计逐渐开始被其他 品牌跟进,蔚来、小鹏、理想和比亚迪等国内主机厂均在旗舰车型上开始搭载天幕。从汽 车天窗的发展历程来看,从最早的无天窗设计,到小天窗和全景天窗,再到天幕,汽车玻 璃的单车使用面积不断提升。天幕玻璃较多采用钢化玻璃,由于其面积比普通玻璃更大, 工艺难度更高,单平米价格水平普遍更高。此外,天幕玻璃对隔热、隔音等方面都有更高 要求,如采用夹层设计、具备防红外线功能、具备智能调光功能等,其单价也显著高于普 通的钢化或夹层玻璃。对于传统汽车玻璃天窗而言,玻璃供应商是 Tier2,天窗机械及密 封部件贡献主要价值量,天窗系统整体单车价值量约为 2000-4000 元。而天幕玻璃单车价 值量约为 1500 元,玻璃供应商升级为 Tier-1,不仅满足了消费者需求,同时降低了主机 厂的成本。因此,主机厂更有动力提升全玻璃车顶的配置率。因此,天幕玻璃将为汽车玻 璃行业打开新的增长空间。

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底盘:线控底盘是实现高级别自动驾驶的必由之路 

Model 3 底盘逐步实现线控化。经过对 Model 3 底盘结构的拆解,我们看到:悬架方 面,特斯拉全车型均采用前轮双叉臂式独立悬架搭配后轮多连杆式独立悬架的配置,未配 置空气悬架;制动系统方面,特斯拉车系使用最前沿技术,即线控制动系统 Ibooster;转 向系统方面,Model 3 仍沿用传统的电动助力转向。

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线控底盘是实现自动驾驶 SAE L3 的“执行”基石。自动驾驶系统共分为感知、决策、 控制和执行四个部分,其中底盘系统属于自动驾驶中的“执行”机构,是最终实现自动驾 驶的核心功能模块。L3 及 L3 以上更高级别自动驾驶的实现离不开底盘执行机构的快速响 应和精确执行,以达到和上层的感知、决策和控制的高度协同。而底盘系统的升级也意味 着其中驱动系统、制动系统和转向系统等功能模块的升级。所以,线控底盘作为更高级别 自动驾驶的执行基石,是发展自动驾驶的具体抓手。

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制动系统:线控制动是 L3 及以上高级别自动驾驶的必然选择。发展至今,汽车制动 领域先后历经四个阶段:机械制动、发动机动力制动、脱离发动机的电力制动和数控制动, 以及现阶段具备完备冗余机制的线控制动。相较于使用电子真空泵,第四代的线控制动能 进行能量回收,在能耗降低的同时,效率提升。随着汽车行业智能化、自动化发展,线控 制动是必然选择。

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转向系统:线控转向是汽车转向系统未来趋势。汽车转向系统经历“机械-电子辅助线控”三段式发展,第三代线控转向系统(Steer-By-Wire,SBW)在电子助力转向系统 (Electric Power Steering, EPS)的基础之上发展而来,将驾驶员的操纵输入转化为电 信号,无需通过机械连接装置,转向时方向盘上的阻力矩也由电机模拟产生,可以自由地 设计转向系统的角传递特性和力传递特性,完全实现由电线或者电信号实现指令传递从而 操纵汽车。线控转向模式下,方向盘与转向机完全解耦,转向精准度提升,同时节约驾驶 舱空间,是 L4 及以上自动驾驶的必选项。

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悬架:空气悬架是核心趋势,配置价格区间明显下探。传统汽车的悬架一般由螺旋弹 簧和减振器组成,被动地进行受力缓冲和反弹力消减。空气悬架是一种主动悬架,它可以 控制车身底盘高度、车身倾斜度和减振阻尼系数等。与传统钢制汽车悬架系统相比较,空 气悬架在提高车身稳定性及乘坐舒适性方面有显著优势,是汽车悬架的核心趋势。空气悬 架系统此前多配置于 BBA 等高端豪华品牌,标配价格在 70 万元以上。随着国内自主主机 厂不断推出高端品牌,同时希望给消费者带来“性价比”,空悬成为其增配的主要产品, 国内自主品牌空悬配置价格区间明显下探。

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