梅赛德斯奔驰的工程效率：VISION EQXX 原型开发的 18 个月历程

文摘 2024-10-26 10:35 上海

梅赛德斯奔驰介绍了他们迄今为止最高效的车辆 VISION EQXX 是如何在短短 18 个月内开发出来的。

梅赛德斯强调了利用多个测试平台和专用软件在环系统的关键作用。它涵盖了测试平台内部和之间的反馈机制，以及确保高质量软件、准确消耗预测和显著缩短车辆测试时间的自动化策略。

这是一辆技术演示车，而不是一辆展示车。VISION EQXX 在实际条件下首次行驶时，一次充电就行驶了 1,000 多公里。梅赛德斯-奔驰在其未来技术中心开发了 VISION EQXX。

VISION EQXX 一次充电即可行驶超过 1,000 公里。

一次充电，纯驾驶时间为 11 小时 32 分钟，两次停车，每次 15 分钟以更换驾驶员，总共行驶 1,008 公里，行驶距离约为 140 公里……在从德国辛德芬根穿越瑞士阿尔卑斯山到达法国里维埃拉卡西斯的首次公路旅行中，梅赛德斯-奔驰 VISION EQXX 创造了令人印象深刻的行驶距离记录。一次充电即可行驶超过 1,000 公里。难怪电动驱动特别项目负责人兼 VISION EQXX 电动驱动专家 Tim Wölfel 在他的总结中说：“行驶距离不再是问题。”

两个月后，在第二次公路旅行中，VISION EQXX 证实了至少原型车的情况。这辆车一次充电从德国行驶到英国，行驶了 1,202 公里。更准确地说：从德国斯图加特的梅赛德斯-奔驰博物馆到法国加莱，乘坐火车穿过英吉利海峡隧道，然后再次上路，最终抵达英国银石赛道。途中，VISION EQXX 在布拉克利的梅赛德斯-奔驰大奖赛上停留。一级方程式和电动方程式的专家在那里迎接了它，他们与辛德芬根的同事合作开发了渐进式传动系统。在整个公路旅行中，尽管交通拥堵、夏季气温高，VISION EQXX 的平均能耗仅为 8.3 kWh/100 公里。下一个里程碑。

位于德国辛德芬根的 VISION EQXX 任务控制中心。

简短回顾：VISION EQXX 全球首发

2022 年 1 月 3 日，基于软件的研究原型 VISION EQXX 庆祝了其数字全球首发。首席执行官 Ola Källenius、首席技术官 Markus Schäfer 和首席设计师 Gorden Wagener 将其介绍为“这个‘明星品牌’有史以来打造的最高效的电动汽车”。梅赛德斯-奔驰未来技术主管兼项目负责人 Jasmin Eichler 回忆说，在仅 18 个月的开发期后，这一刻让她“非常自豪”。但对于团队来说，首发时制定的标准也意味着：“现在压力来了！”最终，VISION EQXX 不是一辆展示车。相反，它是一个技术演示器，将梅赛德斯-奔驰的开发人员、工程师、空气动力学专家、驾驶专家和设计师在技术上可行的东西放在街头。

从全球首发到首次上路行驶，这三个月的时间里，专家组在短短几周内就展示了这款车的实力。“我们对 VISION EQXX 进行了全面测试，并再次进行了广泛的优化，”Eichler 说。工程师们又减轻了 40 公斤的重量，并“在空气动力学方面获得了 4 分”。在创纪录的旅程结束时，VISION EQXX 每 100 公里消耗 8.7 千瓦时——“这绝对低于我们的目标值”，Eichler 报告说。在第二次公路旅行中，汽车的耗电量为 8.3 千瓦时/100 公里，甚至更低。

首发：世界顶级空气动力学准备就绪

4 月 12 日星期二早上 7 点，每个人都准备就绪。原型车在相对恶劣的天气（3°C）下，在辛德芬根新梅赛德斯-奔驰电动软件中心大楼前开始了它的首次创纪录旅程。一位来自 TÜV Süd 的审核员此前已正式封存了充电口，他以乘客的身份在两辆 EQS 随行车辆之一中监控了整个道路行程。他们以高达 140 公里/小时的速度沿着 81 号高速公路驶向瑞士东北边境。由于 cW 值低至 0.17，原型车几乎不受风的影响。在获准上路的车辆中，这款车拥有世界顶级的空气动力学性能，这是许多单独活动相互作用的结果。从车身的基本形状开始，它整合了乘客舱的光滑圆顶，并以水滴般的优雅流向后部。

VISION EQXX 效率专家 Laura Vranos 和 Georg Schulze。

其他支持低阻力的特征包括 2.12 平方米的低前表面和减小的后轮距。它比前轮窄 50 毫米，这意味着后轮在前轮的尾流中滚动。主动式后扩散器在 60 公里/小时的速度下自动伸展。它改善了气流，对减少阻力做出了重要贡献。“我们要感谢所有相关学科之间的相互作用，这要感谢这一记录。在这种速度下，空气动力学占影响这种类型汽车的阻力的 60% 以上。它们是决定性因素，”VISION EQXX 效率专家并在任务控制中心监控行程的 Laura Vranos 说道。“VISION EQXX 上的每个边缘、每个气隙都经过优化，以使汽车提供尽可能小的横截面积，并使空气能够理想地流动。”

这趟公路之旅在走走停停的车流中经过苏黎世前往卢塞恩湖，然后上圣哥达，穿过隧道进入意大利。经过科莫，汽车克服了米兰的交通拥堵，前往热那亚，再到尼斯。当天晚上，当汽车到达目的地——法国里维埃拉的小镇卡西斯时，阳光依然灿烂。“我们的主要目标是在真实条件下测试这款车的续航能力。”汽车电力驱动专家 Tim Wölfel 说道。“我们不想在测试跑道上以 30 公里/小时的速度绕圈行驶。”如果你在谷歌地图中输入“辛德芬根 - 卡西斯”路线，你会看到更快到达目的地的替代路线。“但我们想接受额外的挑战，驾驶 VISION EQXX 穿越阿尔卑斯山。”4 月 12 日实际上是 VISION EQXX 首次在公共道路上行驶的日子。 “我们没有提前测试这次行程，”沃尔费尔解释道。

在从 Untertürkheim 到 Silverstone 的夏季公路旅行中，VISION EQXX 以 1,202 公里的成绩刷新了自己的纪录。

数字孪生引领潮流

当然，这并不意味着真正的 VISION EQXX 在与两名飞行员一起进行首次公路旅行时毫无准备。在辛德芬根的任务控制中心，汽车的数字孪生更早一些已经出发了。数字孪生是一种“软件在环”模拟工具，可实时获取沿途天气和交通数据。它总是比真正的汽车早一个小时上路。这样，任务控制中心的工作人员就始终知道沿途等待 VISION EQXX 的是什么。除了数字孪生之外，还有一个真正的孪生，被亲切地称为“eMMA”，指的是梅赛德斯的 MMA 电动移动平台。一辆黑色的 EQB 250 用作测试和开发车辆。它连接到辛德芬根的测试台，与 VISION EQXX 同时“行驶”路线。“就像一级方程式赛车一样，我们能够同时跟踪所有系统的传动系统和数据，同时让许多开发人员一起踏上旅程，”沃尔费尔回忆道。参与开发的来自各个学科的约 25 名专家在首映日坐在任务控制中心，评估实时数据，随时准备在必要时进行干预。

“实际上有一个微妙的时刻：在前往圣哥达隧道的路上，VISION EQXX 的 DC/DC 转换器短暂出现故障，”项目负责人 Jasmin Eichler 说道。解释：DC/DC 转换器将高压电池连接到 12 伏车载网络并为其供电。当转换器出现故障时，12 伏电池电量耗尽。汽车必须停下来。 “我们很早就注意到了问题，分析了数据并召集了一个小组——包括一级方程式赛车和电动方程式赛车的同事，他们解决问题的速度非常快。在之前的测试中，我们经常考虑在这种情况下我们能做些什么。”在 DC/DC 转换器的情况下，专家们决定重新启动。VISION EQXX 的驾驶员和副驾驶员被告知了该计划。“我必须承认当时有点紧张，”沃尔费尔说。“幸运的是，红灯在恰当的时机亮了起来，”艾希勒补充道。系统可以重新启动，行程顺利继续。

董事会成员、开发与采购首席技术官 Markus Schäfer 欢迎团队和 VISION EQXX 抵达法国卡西斯的目的地。

效率是许多措施的综合体

技术演示车在法国里维埃拉之旅中所展示的巨大效率是许多小而创新的细节的总和。以轮胎为例，其滚动阻力极低，为 4.7‰。梅赛德斯-奔驰与合作伙伴普利司通共同为 VISION EQXX 开发了这些轮胎。相比之下：目前的欧盟轮胎标签要求滚动阻力为 6.5‰ 才能获得 A 级最佳评级。另一个引人注目的特点是新的轮胎尺寸 185/65 R 20 97 T，代表大直径和窄胎面。此外，轮胎到轮辋的流动过渡是与梅赛德斯-奔驰的空气动力学团队合作优化的。

凭借其流线型基本形状，VISION EQXX 实现了出色的 0.17 cw 值。

尽管在首次公路旅行前的几周里，所有学科都“付出了额外的努力”，但正如效率专家 Laura Vranos 所强调的那样，这是一次令人紧张的经历——不仅仅是因为圣哥达之前的天气最初很糟糕：“这次旅行已经到了无法挽回的地步。我们必须决定是否停下来，第二天早上再试一次。或者继续。我们始终关注效率，叠加当前天气并将其与预报进行比较。在此期间，仪表板也出现了一个小问题。当前消耗量没有持续显示，必须由同事计算。在距离不归路五公里处，任务控制中心甚至可以听到针落地的声音——空气浓密到可以用刀割。当我们宣布：“如果现在没有发生任何异常情况，我们就能成功”时，你可以看到每个人都立即放松了下来。那一刻是我个人的亮点，”Vranos 说。

太阳能屋顶：太阳能助力

经过圣哥达之后，一切都变得简单了。毕竟，就像在米兰附近的波河谷首次公路旅行中，以及在夏季前往银石赛道的旅行中一样，VISION EQXX 的动力来自其永久安装的太阳能车顶，而不是充电站。117 个太阳能电池为 12 伏电池供电，进而为辅助负载和导航系统供电。附加值是可以衡量的：高压电池相应地得到缓解，这可以在车载电脑的显示屏上看到。总体而言，太阳能助推器将覆盖范围扩大了 2% 以上——在超过 1,000 公里的路线上，这相当于增加了 25 公里。

VISION EQXX体现了梅赛德斯-奔驰对电动汽车未来的愿景。

翻山越岭，走得更远：轻量化的优势

VISION EQXX 的另一个特殊之处是其一致的轻量化结构，这对坡度产生了积极影响。VISION EQXX 在接近圣哥达隧道时令人印象深刻地展示了这一优势。在阿姆施泰格和格申嫩之间的一段路程上，有一段长达 14 公里的爬坡路，坡度高达 5%。在这里，每一克额外的重量都会消耗掉动力，VISION EQXX 充分利用了 1,755 公斤的皮重。VISION EQXX 的轻量化结构概念非常全面：从使用的材料到创新的仿生结构，这些结构都具有良好的强度重量比。例如，一级方程式赛车中也使用了可持续的碳纤维-糖复合材料，它构成了电池的顶部，以及采用铸铝工艺生产的 BIONEQXXTM 后地板。与传统生产的部件相比，轻质金属结构部件可节省高达 20% 的重量。

凭借其轻质一级方程式赛车辅助框架、铝制制动盘和牵引电池，底盘在重量效率方面发挥了重要作用。 VISION EQXX 的新电池容量为 100 kWh，几乎与 EQS 电池的电量相同，后者在全球量产电动汽车对比中获得了最高评级。然而，它的体积减少了 50%，重量减轻了 30%。Tim Wölfel 评论道：“总的来说，与一级方程式赛车同事的合作对这个项目非常有成效。”项目负责人 Jasmin Eichler 补充道：“总的来说，这是一支出色的团队——梅赛德斯整体上确实取得了成功。我永远不会忘记每个人都朝着同一个方向努力的感觉。”

带着铝制盘式制动器回到山谷

通过圣哥达隧道后，VISION EQXX 下坡行驶了数公里。原型车根据地形条件行驶：VISION EQXX 再生了它的电力储备。在电动汽车中，术语是“再生”：回收制动能量。 VISION EQXX 在这一领域也凭借其高效的电力传动系统提高了标准。VISION EQXX 可以在任何类型的下坡和任何制动动作中使用再生效果。一个积极的副作用是：由于采用了电动制动器，机械制动器几乎从未使用过。反过来，这使得首次使用创新的铝制制动盘成为可能。它们的重量比钢制制动盘轻得多。

一次充电后，VISION EQXX 的续航里程超过 1,000 公里。

创新的 eATS：强大、灵敏、持久

VISION EQXX 的电力传动系统 (eATS) 是与一级方程式赛车运动专家梅赛德斯-AMG 高性能动力系统 (HPP) 和梅赛德斯-奔驰大奖赛 (MGP) 合作开发的。它由电动机、变速箱和电力电子设备组成 - 峰值输出为 180 kW。从电机第一次旋转开始，扭矩就存在，VISION EQXX 的阻力非常小。因此，在整个前往卡西斯的旅途中，它的全部潜力基本上没有得到充分发挥。但其他因素比最大功率更重要：eATS 与电池一样紧凑、轻便且高效。此应用的平均效率系数为 95%。换句话说，电池的 95% 电力到达车轮。

“提高效率的最佳方法之一是减少损耗，”电气驱动系统首席工程师 Eva Greiner 解释说。“我们通过系统设计、材料选择、润滑和热量管理，对系统的每个部分进行了研究，以减少功耗和损耗。我们的模拟工具帮助我们快速找出哪些有效，哪些无效。”

梅赛德斯-奔驰的工程师成功将传动系统（电机、逆变器和变速箱）的总损耗降低了 44%。这也体现在底线中：效率提高 1% 等于续航里程增加 2%。VISION EQXX 的电池也支持这一效果，这要归功于其接近 400 Wh/l 的惊人能量密度和超过 900 伏的极高工作电压。说到高压：这项技术是有史以来首次使用，并在整个公路旅行中证明了自己。没有电缆过热等问题：一切都很好。主动电池平衡也有助于提高效率。它确保在旅途中均匀地从电池中获取电力。由于电动传动系统产生的废热很少，因此在整个首次创纪录的公路旅行中，被动冷却就足够了。车身底部的冷却板利用流过的空气，确保均匀冷却。

VISION EQXX 开启了一种新的、非常干净的设计风格，其内饰设计也反映了效率理念。

效率助手：积极支持节能

在效率助手中，驾驶员和副驾驶员都得到了有用的支持，并获得了关于最佳驾驶方式的提示。它为他们提供了有关能量流、电池状态、地形甚至风和太阳的方向和强度的信息。用户体验设计师 Zane Amiralis 表示：“我们仅用 18 个月就开发的软件确实确保了 VISION EQXX 中的驾驶员在车上拥有自己的迷你任务控制中心。他可以用它来概览屏幕上的所有关键数据，并且知道：‘是的，VISION EQXX 可以！’”

UI/UX 有一个全新的一体式显示屏，横跨整个内部宽度。UI 元素支持驾驶员和车辆之间的无缝交互。除其他方面外，通过模仿人脑功能的人工智能。在 VISION EQXX 中，梅赛德斯-奔驰采用了一种全新的 UI/UX 方法。游戏引擎将 UI 图形提升到了一个全新的水平。用户界面展示了实时图形如何开辟新的数字机遇。它们立即响应驾驶员的需求，将现实世界带入车辆。

未来系列车辆的经验教训

“VISION EQXX 的目标不是制造另一辆展示车，”Eichler 解释道。“我们的使命是开发一个支持梅赛德斯-奔驰全面转型的技术项目。”勇气和创造力是这样的项目的必备条件——在开发之初，团队尚未达到 1,000 公里的里程碑。但 Jasmin Eichler 确信：“在未来的所有车辆中，梅赛德斯-奔驰都将受益于使 VISION EQXX 取得成功的创造性工程成就。”

仅用 18 个月，从俗话说的“白纸”到街头。VISION EQXX 是技术项目的一部分，可以比以往更快地为系列生产带来创新解决方案。

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