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让一台车飞起来,特斯拉ROADSTER背后的工程秘密与设计思考

2018年9月,马斯克在Joe Rogan的播客中提到正在开发的下一代Roadster。他表示,这款车将配备火箭推进器,不依赖燃料,而是通过电泵将空气压缩至1万 psi(约69兆帕),并声称“你可以让它飞起来”。

Rogan随即追问,飞行汽车是否会成为现实。马斯克认为飞行汽车噪音过大、气流太强,降落在他人后院会引发不满,“想要飞行汽车,给直升机装几个轮子就行”。

八年后的10月15日,在SpaceX位于得州McGregor的火箭测试场,新Roadster沿弯曲坡道行驶至倒挂状态,随后脱离坡道,在空中翻转并四轮落地。特斯拉确实实现了让汽车飞行的目标。

这段视频在数日内被广泛转发。整场发布会不到30分钟,未提及价格、上市时间及核心参数。次日,MotorTrend、Hagerty和Top Gear发布了发布会前在现场拍摄的独家采访。

通过梳理这些采访、官网资料和发布会内容,发现新Roadster的许多关键部件来自特斯拉或SpaceX的其他产品线。尾翼驱动电机源自Optimus人形机器人的脚踝,车底四个吸地风扇的驱动电机由热泵空调压缩机电机改造而来,电驱系统基于Model S Plaid的三电机系统演变,并采用定制版4680电芯。

特斯拉车辆工程副总裁Lars Moravy在接受Hagerty采访时表示,“特斯拉造了20多年电动车,把学到的所有东西都放进了这台车里”。

一、性能版及两档“增强包”

特斯拉官网对新Roadster的分层明确。车型本身称为Performance性能版,已开放预订,为两座超跑,标配主动气动和多模式吸地系统。在此基础上,官网列出“Augments增强包”,分为Thrust和Rocket两档。

Rocket版的官网描述最后一句是“所以,是的,它能飞”,紧接一行小字“未获准在公共道路使用”,脚注注明“仅Rocket版提供,且并非所有地区都有售”。

然而,这三个版本的电驱系统完全相同。三档均采用两台电机驱动后轮,功率超过1兆瓦,约合1341马力,扭矩1400牛·米。加速成绩差异主要来自推进器:三档均配备吸地风扇,Thrust和Rocket在此基础上分别加装4个和10个推进器。

据Top Gear报道,还存在一个更低的标准版,功率约800千瓦,不带吸地风扇,但官网未列出。

与2017年发布的概念车相比,量产版Roadster变化显著。当年特斯拉承诺0-60英里/小时加速1.9秒、续航620英里(约1000公里)、2+2四座、起售价20万美元、2020年交付。如今,准量产版续航降至300英里(约480公里)出头,座位从四个减至两个(Rocket版仅剩一个),量产时间推迟至2028年。

二、双电机,性能超越Plaid三电机

新Roadster仅采用后驱。特斯拉自2014年左右开发的高性能车多为四驱,此次回归后驱,Lars Moravy给出两个理由。第一是驾驶感受:后驱车动力全部从后轮输出,带来被推着前冲的感觉,Lars在Hagerty采访中称其“有一种很本能、很情绪化的东西”。第二是抓地力:四驱旨在将更多动力传输至地面,新Roadster通过吸地风扇和气动下压力将车压向地面,抓地力充足,动力全部输出至后轮也能实现极限加速。

后轴两台电机功率各约500千瓦。MotorTrend指出,这套电驱由Plaid的三电机系统演变而来,电机减少,体积更小、更轻,功率更大。Lars表示,两台电机合计扭矩和功率高于Plaid三台电机。转子沿用Plaid的碳纤维套筒,材料中加入钴,功率密度提升至接近三倍。

传动结构简化,每台电机通过减速比8.4的行星齿轮直接驱动一侧车轮,无差速器,左右轮独立控制,两台逆变器各负责一台电机,互为冗余。

三、为赛道重新设计的4680电池

新Roadster电池包铺于车底,电芯为定制版4680,材料配方专为这台车调整。Lars解释,定制旨在提升电池输出功率。电芯在加州试产线生产,与普通4680相比有三处改动。外壳从钢换为铝,更轻且导热更好。冷却方式改变:常规为两排电芯间夹一根冷却管,冷却液走U形回路;新Roadster改为每排电芯两侧各一根冷却管,冷却液单程流动。Lars称,此举旨在使电池在整个使用周期内输出稳定,支持25至30分钟不限功率的赛道驾驶。电池包上盖从钢板换为钛板,热防护更薄更轻。

电池容量规格尚未确定。特斯拉首席设计师Franz von Holzhausen在采访中提到115千瓦时,Lars则透露“100千瓦时左右,电芯配方仍在最终确定”。快充方面,Lars称电池可支持500千瓦以上充电功率,从10%充至80%目标约10分钟,“绝对在15分钟以内”。这些仍为目标值,最终数据需等特斯拉量产前正式公布。

续航从620英里降至300英里出头,是Roadster从概念到量产的主要取舍之一。马斯克在2021年2月的Joe Rogan播客中质疑“超长续航”的意义,称“大部分时间拖着用不上的电池,会让车变慢并影响操控”。Lars更直接地表示,“驾驶者的车不该有2000公斤,连1800公斤都不该有”。新Roadster目标整备质量在1700公斤以内,最终数据未公布,作为参照,初代Roadster约2700磅(约1.2吨)。

四、地效风扇:电机来自热泵空调

轮胎抓地力存在上限。Lars在发布会上给出的数字是1.26G,在Hagerty采访中更直白地表示,橡胶摩擦系数“很难超过1”。跑车传统上通过尾翼、扩散器等气动部件利用高速气流产生下压力,但低速时效果有限。新Roadster采用四个风扇弥补低速下压力不足,特斯拉内部称其为“sucker system”(吸盘系统)。

四个风扇安装在车尾扩散器位置。驱动风扇的电机来自特斯拉热泵空调系统。热泵自Model Y起使用,负责座舱制冷制热及热量调配,核心部件为电机驱动的高压压缩机。Lars介绍,Roadster风扇基于此压缩机电机(含配套逆变器)改造,原版电机功率12千瓦,特斯拉将转速提升至每分钟15000转以上,目标使每个风扇达到20千瓦,四个合计约80千瓦,这部分仍在调试。

车底四周有四片可独立升降的裙边,材料为橡胶加尼龙刷毛,属消耗件。裙边放下后,车底与地面间形成与电池包大小相近的封闭区域,风扇抽取内部空气,上方大气压将车压向地面。

该系统有两种工作模式。低速时,裙边放下,将车吸在地面,过弯可保持2G以上横向加速度。高速时,前后裙边抬起,车底形成高流量通道,配合车身上方翼片工作。

特斯拉官网示意图显示,横轴为车速,纵轴为下压力,中间画有“轮胎载荷极限”。风扇曲线在零速时即产生下压力并可调节,填满低速段轮胎可利用空间;主动翼片下压力随车速上升,至高速段才超越轮胎载荷极限。官网描述称,系统吸力足以使车“在静止状态下倒挂”。

需说明的是,官网描述末尾脚注注明“相关功能和参数(仅反映Thrust增强包)”,但Franz在MotorTrend采访中明确表示吸地风扇从Performance版开始加入,官网Performance介绍也提及“多模式吸地系统”。特斯拉官网如此标注的原因尚未明确。

用风扇抽取车底空气、将车吸在地面的设计在赛车界称为“风扇车”,最早案例为1978年F1赛场的Brabham BT46B。近年最著名的风扇车是英国McMurtry单座电动车Spéirling,同样采用风扇加裙边吸地并实现倒挂行驶。MotorTrend的Ed Loh在采访中指出,两者区别在于McMurtry风扇垂直向上抽气,新Roadster风扇朝后上方倾斜,配合可升降裙边,高速时可切换工作模式。

五、主动气动:Optimus脚踝支撑尾翼

新Roadster的大尾翼平时收起,需要时向后、向上伸出。Lars在MotorTrend采访中介绍,结构为“四连杆加转轴”,由两台电机驱动,下方电机负责伸出,上方电机调整角度。这两台电机来自特斯拉Optimus机器人的脚踝。

Lars在Hagerty采访中表示,“这么大的下压力,需要非常强的执行器,而世界上没有人比我们更擅长做执行器”。团队在原电机基础上加装制动器,尾翼锁定在某一角度时无需持续通电。尾翼具备高下压、低阻和空气刹车三种状态,Lars称在行程范围内可连续调节。

车头也具备主动气动部件。前进气口内藏可转动的翼片,前缘最大转动80度;引擎盖通风口可打开,排出前部热空气;前轮后方导流板向外伸出,为轮拱泄压。车辆无前备厢,整个车头均为气动部件。Lars表示,时速200英里(约320公里)以上,这套翼片最多可产生2G下压力。

六、冷气推进:来自SpaceX的部分

上述系统均由特斯拉自主开发。Lars在Hagerty采访中介绍,电池、电驱、底盘、车身结构、车门、座椅及吸地系统均由特斯拉负责,只有推进和飞行套件与SpaceX联合开发,其中阀门设计“非常SpaceX”。

Thrust版座椅后方原为行李空间,现装有一个黑色球形碳纤维缠绕压力容器,“差不多有健身房里那种大号健身球那么大”。容积约200升,最高压力1万 psi(约69兆帕),与氢燃料车储氢罐压力相当,内装以氮气为主的高压气体。

为何不用燃料?Lars回答:“往车里放燃料,感觉就是不对。”

气罐两端各有一个法兰,用12颗大螺栓固定,螺母全部打上保险丝,防止脱落成为飞射物。法兰处阀门由Optimus脚踝执行器控制。气体经两根钛合金长管,再由Inconel镍基超合金分流管分成四路,从车尾四个类似排气尾嘴的喷口以超音速喷出。Lars解释,左右管道必须严格等长,“差10%就会让车打转”,因此左右阀门独立控制,实时修正车身偏航。

按发布会公布数据,推进器可产生超过80千牛推力,Lars称这“大约相当于一台F-16战斗机发动机不开加力时的推力”。粗略估算,两台电机在吸地风扇帮助下约提供32.3千牛推力,推进器补充约19.8千牛,即可使一台3750磅(约1700公斤)的车在0.8秒内加速至60英里/小时。

Rocket版在副驾位置再加一个400升气罐,总容积600升,约250公斤气体。新增6个喷口中,4个在车轮后方朝下提供升力,2个在车头分别朝左右两侧喷气,控制车身偏航。合计10个喷口,与马斯克2018年6月在推特提出的“大约10个小型火箭推进器”一致。

该系统限制明确。Top Gear报道,Thrust版200升气罐约6秒耗尽,“需到站点重新加注,属一次性玩法”。Hagerty主持人称,600升充满目前需6至7小时,特斯拉目标缩短至半小时左右。Franz在MotorTrend采访中指出,系统“不能随便充气”,用途为赛道上几秒的推进。这与发布会说法有出入,据MotorTrend报道,马斯克表示车可自行补气,无需特殊推进剂。

SpaceX在Roadster开发中的职责范围,外部报道不完全一致。The Verge称吸地风扇由SpaceX提供,与Lars说法不符;Car and Driver则写推进器由SpaceX提供,Lars确认此说法。两家公司合作不仅限于Roadster。Franz称团队中有众多参与过SpaceX星舰推进系统研发的工程师。Lars表示,SpaceX在星舰上使用了特斯拉部分驱动单元,两边材料负责人为同一人。MotorTrend还报道,SpaceX今年早些时候收购了高压复合材料气瓶制造商Hexagon Masterworks,交易金额最高1500万美元,其产品包括Roadster座椅后方的碳纤维缠绕气罐。

七、外饰与座舱:极简外壳,极致性能

Franz von Holzhausen在接受MotorTrend采访时,将新Roadster设计概括为:“这台车有那么多性能,但我们把它藏起来了。”需要时,车身再变形,展开这些部件。

大灯平时隐藏,需要时向下翻出,Lars称上翻也可行,“但下翻更酷一些”,灯组厚度仅约15毫米。尾翼平时贴合车身,Franz表示开去街角便利店也不会显得突兀。充电口藏在尾翼下,充电时需升起尾翼,“车上每一条分缝都经过考虑,都有功能”。雨刮可快拆,不下雨时不装。

设计灵感来自三个来源:SR-71侦察机、具备悬停能力的F-35,以及“一部著名电影里的Lotus”。最后那台是007电影《海底城》中能变潜艇的白色Lotus Esprit,车主为马斯克本人,且为同一辆车。据CNBC报道,马斯克2013年在伦敦拍卖会上以约98.9万美元拍下此车,当时表示要换上特斯拉电动动力系统,“让它真的能变形”。

Lars称马斯克很喜欢这台车,车上不少元素被用于Roadster,他最喜欢的是车尾四个螺旋桨,“它们看起来就像我们那四个产生下压力的风扇”。

新Roadster使用的材料和颜色均与航天相关。原型车车身全碳纤维,量产版各版本用料未定,官网提及镁、钛和碳纤维。白色车漆Ano White,官网称灵感来自火箭涂层的防紫外线、耐低温和抗腐蚀工艺。金色车窗Gold Glazed,模仿宇航服面罩镀膜。车门为向上开启的蝴蝶门。

座舱核心是减重。Franz称,团队拆除座椅内所有电机,座椅直接作为内饰结构一部分。坐垫和臀点位置固定,靠背通过气弹簧手动调节角度,踏板总成拉动拉杆即可前后滑动,转向柱通过方向盘滚轮调节。方向盘为yoke,配线控转向、线控刹车和线控油门。Franz表示使用yoke是因为线控转向可实现可变转向比,“想让它介于战斗机和赛车之间”。yoke上有转向灯、手动升尾翼按键和“push to pass”式瞬时加力键。中间为一块大屏,风挡底部还有细长显示屏。Top Gear评价座舱“比想象中正常”,坐起来“更像一台GT车,而不是拆空的赛车”。

两块车顶板可拆下收进后舱,车窗降下后为半敞篷车,初代Roadster也有可拆车顶。Franz表示,新Roadster仅提供“有限版本”的FSD,因团队想将其打造成纯粹驾驶者之车。

八、为何要做电动版“兰博基尼”?

马斯克在发布会上表示:“长期来看,这将是特斯拉唯一一款手动驾驶的车。”特斯拉官方将其定位为“最后一台、也是最好的一台驾驶者之车”。

早在2021年2月,马斯克在Rogan播客中提及,初代Roadster产品设计由他亲自主导。那台车基于Lotus Elise改造,但电池使车重增加30%,碰撞结构全部重做,最后仅约7%零件与Elise通用。他表示,“还不如从头开始”。

新Roadster按Franz说法为全新设计,未沿用任何此前概念车元素。同一期节目中,马斯克首次具体描述这台车设想:希望它悬停,高度约一米,“就算掉下来,最多摔坏悬架,人不会死”。标准版保留后排两个小座位,选装SpaceX套件后,后排位置换成高压碳纤维气罐,压力“1万 psi左右”。最终气罐确实装在原来后排位置,且1万 psi数值与设想一致。

2025年10月底,Rogan再次询问马斯克是否还在做Roadster。马斯克确认,原型车快能演示,“我能保证的一件事是,这次演示会让人忘不掉,不管是好是坏”。他借用朋友Peter Thiel的话,“未来本该有飞行汽车,但我们并没有”,接着说,“如果Peter想要一台飞行汽车,他应该能买到”。

那么,是谁提出将火箭装进车里?Lars在MotorTrend采访中转述场景:马斯克召集团队,表示要做一台超越所有其他车的车,“特斯拉有很厉害的超能力,但在他旗下的这几家公司里还有更多”。于是马斯克将特斯拉团队与SpaceX搭上线。

外界对Roadster的存在意义有不同解读。Hagerty认为,仅将V8、V12换成电池和电机已不足以打动超跑买家,需要“别处得不到的东西”。The Verge指出,九年间Rimac Nevera、保时捷Taycan及比亚迪等中国车企已造出高性能电动车,Roadster不再是那台“不可能的原型车”,行业用九年将特斯拉效果图上的东西变为现实,如今Roadster反在追赶,“只不过那些车都不会飞”。从商业角度看,马斯克自称它不会“在财务上带来大的改变”,Roadster只是“small potato situation”(无足轻重)。Bloomberg的Craig Trudell指出矛盾之处:马斯克一直说未来属于自动驾驶,却推出一台主打人类驾驶的新车。

九、特斯拉未明说的几件事

从特斯拉Roadster官网页面可看出马斯克对这台车的特殊定位。能飞的仅Rocket版,需受邀购买,未获准在公共道路使用,且非所有地区提供。推进(Thrust)和飞行(Rocket)在官网上作为Performance的付费加装出现,与马斯克2018年提出的“SpaceX选装包”思路一致。知名自媒体博主Marques Brownlee在反应视频中指出,仅限受邀销售方式可将Rocket版买家控制在极小范围,避免向普通消费者销售的责任。HiEV编辑部认为,Roadster主要可能出售外形,即类似“电动版兰博基尼”的电动超跑设计,特斯拉此前未有此类产品,原型版承担品牌铺路任务。

然而,交付前景不确定。Brownlee在视频中朗读其Roadster预订协议第四条:Roadster仍在开发中,特斯拉“无法保证车辆何时交付,也无法保证是否交付”。发布会现场demo表演并非完全为量产准备。马斯克强调,为确保安全,演示车自动运行,车内坐有头戴宇航头盔