從「迷你四驅車」看當下純電動技術發展大趨勢

2021-01-09 E車匯

網購湊單絕對是一門高深的學問,湊著湊著就買了一堆不需要的東西。就在雙十一湊單期間,無意中翻到兒時的玩具,GBA遊戲機、鐵膽火車俠、迷你四驅車,可誰承想這些兒時的回憶,卻被貼上「情懷」標籤身份倍增。可當看到它時,毫不猶豫的選擇下單,心心念盼望著能早點送達。

當年20塊錢一盒的「正品」奧迪雙鑽,按照說明書研究半個小時,安裝好電池約上小夥伴,不到幾分鐘就會被撞的七零八落。直到後來才覺察,當年能買得起的「奧迪」雙鑽,並非夥伴而是仿製品。

實際上,價格便宜的奧迪雙鑽,雖佔據主要市場,但田宮雙星才是迷你四驅車真正的發明者。當年經營木材生意的田宮義雄,只是利用邊角料製作模型。可日本戰後木材短缺,隨後田宮義雄將木製模型作為主業,並逐漸轉為塑料並逐漸成為著名模型製造商。

最初的啟蒙老師

「衝啊!衝鋒戰神!」,《四驅兄弟》這幾乎是每一個90後男孩,兒時必看的四驅車類型動漫,但拿著木導棍追著賽車的《四驅小子》,才是首部以迷你四驅車題材的動漫。

當年的《七龍珠》《機械貓》《四驅兄弟》《頭文字D》,眾多日本動漫不僅是兒時的重要回憶,時至今日小到模型手辦,大到為Dream car奮鬥 ,依然在潛移默化的影響著我們。

相比《四驅兄弟》,第二部世界盃大賽期間瘋狂疊加各種未來科技。早期上映的《四驅小子》,似乎與我們手中的真實版迷你四驅車更加貼近。迷你四驅車需要包括電機、底盤、傳動、輪胎、殼體等不同部分組成,後期還可以根據需求進行改裝,當年的四驅車熱潮除了玩具本身,也成為眾多汽車愛好者的啟蒙老師。

小時候常見的迷你四驅車,基本上只能使用單頭馬達,奧迪雙鑽或者其他仿製品牌,基本上只有S2和FM底盤兩種。田宮在四驅車底盤方面,研發了多種類型,並有不同的性能取向。此外,田宮在後期還推出了匹配雙頭馬達的中置電機布局。

一部迷你四驅車由外殼、底盤、動力、輪胎、電池、貼畫等不同部分構成,看似複雜,但基本上是所有拼接類模型中最簡單的。曾經有幸參觀過小號手軍事模型的生產基地,僅僅是一個坦克履帶就需要數天的大工程,也因此不少人手中的軍事模型仍在「爛尾」期。

一般迷你四驅車提供的模型殼體,只會提供單一主色,便於玩家後期自行DIY。當然也可以通過玩具內,提供的貼畫進行粘貼。雖然說明書中有詳細的粘貼步驟,但絕大多數人基本只會參考封面進行粘貼。而在小時候這基本上就是最難的一步,也是最耗時還弄不好的步驟。

小時候最常見的S1底盤,幾乎是佔據了奧迪雙鑽大部分產品序列。最容易碰裂的也是S1底盤,這種底盤結構會將馬達後置,並通過車側傳動軸實現四輪驅動。還有一種前置馬達的FM底盤也較為常見,當年的巨無霸便是基於此底盤打造的,基本上驅動結構與S1相反,所以當年安裝這兩種底盤,幾乎不用參考說明書。

田宮在研發迷你四驅車底盤時,會參考主流汽車驅動類型,並會針對碰撞、風阻、散熱、阻力、快速拆裝等等方面進行研發。2005年田宮推出的MS底盤,搭載雙頭馬達。在驅動結構上以中置雙頭電機為核心,通過前後底盤之上的齒輪組,組成特殊的四驅結構,明顯提高了電機傳動效率。

如今常見的民用純電動車,與當年的迷你四驅車驅動類型基本一致。普遍前置、後置為主,高性能車型或SUV車型普遍採用前後雙電機布局。MS底盤這種中置四驅類型,目前並沒有任何一家車企採用。

當年常見的驅動馬達,以單頭馬達為主,除了為玩具提供動能之外,還有很廣泛的應用。小型驅動馬達,主要以外殼主體、內置軸心、銅線、磁鐵、電刷、後蓋、滾珠軸承組合而成,結構原理與車規級驅動電機基本類似。

原廠配送的馬達,在後期都會被更換,田宮不僅研發新車與底盤,同時還在推出不同改裝件,馬達便是重中之重。在《四驅兄弟》中,星馬列與星馬豪針對不同的性能需求,就採用了完全不同的馬達類型。

馬達作為提升性能的重要改裝項目,改裝方式主要有兩種,一種是直接購買原廠改裝件,一種是自行DIY。提升性能的本質主要是提升馬達轉速,或提升扭矩。提升轉速之後,便會提升加速性能。在此基礎之上,更換馬達內壁的磁鐵磁力,會進一步提升馬達的扭矩。

從玩具看當下純電動技術發展

迷你四驅車的基礎理論,同樣適用於純電動乘用車。迷你四驅車使用的S1與FM底盤驅動機構,是純電動車目前主流的驅動形勢,尤其是電機前置的驅動布局。對於電動車而言,實現四輪驅動,並不需要任何傳動機構,而是分別在前後軸布局電驅動系統即可。

布局前後電機包括特斯拉、比亞迪早有類似應用。不過特斯拉從Modle 3開始配備前永磁同步+後異步電機的組合搭配,這種動力組合可以兼顧性能與電耗,將魚與熊掌同時兼得。同樣採用這種動力搭配的蔚來ES6,如今已經攜手Modle 3,成為國內純電動中型車的代表車型。

當年的迷你四驅車,在放手的一瞬間,幾乎都是前段加速迅猛,後段維持或衰弱。如今這一弊病也是純電動車型尚待解決的難題之一。針對電動機加速、衰減、能耗等特性,目前主要有兩種方式解決。第一類似保時捷Taycan在後橋配備一個兩速變速箱,在不同階段採用不同齒輪比,調節改善動力分配。第二種就是通用混動系統內置多組電機,合理分配應對不同工作區間。

無論是單頭馬達,還是雙頭馬達,通電後內置轉子,都會產生一個較大的離心力,因此需要固定殼體,將其卡在底盤之上。此外,馬達在運轉期間,還會產生高頻電流噪音,在玩具上可以接受,但在純電動車型之上,廠家一般都會通過增加電機隔音罩,阻斷電流噪音傳遞至車內。

更換高性能馬達之後,普通的南孚、超霸、雙鹿電池,無法發揮馬達全部性能。因此需要配備高電流、高電壓電池。對於純電動車而言,動力電池的重要性則更為重要,包括成本、續航、安全、性能,動力電池的好壞決定了一輛純電動車的終端銷量。如今隨著電池技術的突破,續航能力在不斷攀升,而提高續航後包括BMS管理系統、主動溫度管理系統、內部安全處理機制,均會需要整體提高。

當然對於純電動車而言,高電壓、大電流同樣是提升加速性能的基礎,因此動力電池包內部的電池模組,需要進行串並聯提高內部電壓。此外,除動力電池本身,也可以通過外部「助力」。例如比亞迪的IGBT晶片,IGBT晶片的作用就是提高電流輸出,降低綜合損耗。一方面提升車輛綜合性能能力,另一方面降低車輛行駛能耗。

組裝單頭馬達特別需要注意馬達外側的電刷連接處,而MS底盤則十分方便,其導銅導片外露內鋪在底盤之上,安裝十分方便。更換更強導電性能的電導片,也是當年提升動力性能的重點項目。

如今在純電動車之上,也是如此。純電動車內置的橙色包裹線路,便是內置高壓傳導線。通過提升導線性能,便可降低整車內阻降低能耗。國內還有眾多車企,通過集成式設計,儘量減少內置導線,從而縮短電能損耗。當然,還有偏愛提升整車電壓,換裝更細電纜的輕量化減重方式。

天皇巨星採用的MS底盤,相比S1和FM底盤,最大的優勢在於傳動效率,以及結構重心。雙頭馬達直接驅動前後軸,結構簡單高效,動能損失較小。而將驅動系統與電池同時中置布局,可以明顯提高車輛穩定性,在比賽中儘可能降低「飛車」風險。

儘管純電動車型很少有將電機中置布局的車型,但將動力電池布局在軸距之間,基本上已經是主流方式。一些充分考量人機工程的車型,還會特意預留出車內腿部空間,儘可能降低動力電池對乘員艙的影響。

MS底盤在底部配有有電池、電機散熱鏤空設計,按照純電動車型說法,這應該屬於被動風冷散熱方式。目前,純電動主流車型配備的主動智能溫控系統的車型,在銷售覆蓋範圍、安全保障、性能保障等方面,明顯要好於動力電池被動風冷車型。

兒時為贏一眾小夥伴,摸索研究如何提升迷你四驅車速度,卻逐漸意識到何為牽一髮而動全身,追求全面的平衡,才能真正贏得比賽。儘管純電動車結構、技術、系統更加複雜,但當年的基礎理論,同樣適用於當下。

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