人馬一體的極致體,Mazda Asian Tech Forum 2018:SKYACTIV-Architecture 介紹與原型車試駕

介紹完 SKYACTIV-X 動力總成之後,緊接著就要進入 Mazda 下一世代的新車身結構,也就是 SKYACTIV-Architecture。Mazda 現行產品線在操控表現上都為人津津樂道,不過在進入到下一世代的車體結構之後,這種對於操控的追求將會以另外一種方式呈現,也就是讓人與車子更緊密的結合,達到極致的「人馬一體」。

SKYACTIV-Architecture 的起源 

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許多強調運動性能的車廠都會在品牌DNA中強調「駕馭樂趣」,然而各家品牌對於「駕馭樂趣」的詮釋,卻各有不同,有人強調的是大馬力的暢快感受、有的則是強調犀利精準的賽道速度、有的強調靈活敏感、有的是提供車輛宛如軌道車的彎道極限。 

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那麼Mazda 呢?其實就是大家耳熟能詳的「人馬一体」,這個操駕哲學最早是源自於初代MX-5,當時 Mazda 企圖複刻六十年代英國傳統Roadster的美好,也就是駕駛人在駕馭的過程中,可以透過簡單的設定,更直接與路面和世界溝通,這就是駕駛樂趣。也許不是最快的速度,但卻是最快樂、最快意的,這是人馬一体的基本精神。

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除了輕量化這個基本條件外,Mazda 更進一步導入人車界面的最佳適性,也就是提供最適的人體工學操駕介面、排檔/踏板/按鍵/旋鈕的操作力道及回饋力道,每一個駕駛人和汽車接觸的接點,都務求最適化,讓駕駛人一坐上去操作,自然而然就會覺得甚麼事都對了。

因此在現行的 SKYACTIV-CHASSIS 身上,駕駛人無須緊繃地控制車輛、無須在彎道中和車輛的神經質對抗便能輕鬆操作車輛,直接地感受車輛給予的線性回饋,進而發揮出車輛的更高性能。在全新SKYACTIV-Architecture 身上,Mazda 將目標放在優化到極致的「人馬一體」理念,讓所有乘客都覺得舒服不易疲勞,並且能立即因應駕駛環境的變化!

如何打造出極致「人馬一體」

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相信你我都不陌生,每每車廠提出了全新平台概念的時候,PPT 當中幾乎都是在提及用了哪些新技術、如何降低成本、如何在結構上勝過其他廠商等等,但這次 Mazda 反倒令我一頭霧水,因為反而是先上了一門人體構造學,並強調他們最終的目的是要「將人類的本能導入車輛設計」當中。

不過聽完車輛開發本部主查 京免先生的一番解釋後,原來 Mazda 的用意其實很簡單,就是「以人為本」的發想,藉由研究人體骨骼、肌肉動作等打造出與人體動態平衡能力一致的車體。舉例來說,人在行走的時候,負責出力的下肢並不會干預到上半身的姿態,因此我們頭部與眼睛的動作都會被壓制,以維持動態平衡。

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轉化到駕駛汽車的時候,由於在某種路況的時候車輛姿態會改變,因此會造成頭部與眼睛進行大幅度的轉動,進而造成人體不適。所以真正的「人馬一體」就是要將駕馭車輛與人體走路時的動作保持一致,發揮動態平衡的能力。

也就是說 Mazda 心目中的簧上車體理想動態是能夠連續且流暢的移動,彷彿在球面上一樣,但在現階段車體結構要達到是有困難的,因為會面臨到「力量波形不流暢」、「力距錯位」以及「四輪對角剛性不足」等問題,所以在研發全新平台的時候,Mazda 針對座椅、車身與底盤三大核心進行改良來解決。

SKYACTIV-Architecture 結構詳解

一.座椅

其實座椅部分反而是這次改良最有感的地方,因為實在是太好坐了,幾乎在場的媒體們都一致讚賞,而關鍵就在於讓脊椎骨維持 S 型曲線,同時將座椅骨盆位置變位縮小,並將座椅底座與車身連結處強化使之緊密結合,如此一來在激烈操駕的時候,人體上半部與頭部的晃動能夠有效抑制住。

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IMG_9166.JPG先跟各位讀者說明一下,現在你看到的椅子造型與材質等,其實都是基於現行 Mazda 3 的椅子下去改的「原型」,目前調整的方向是希望讓美國人跟亞洲人坐起來都能得到相同的舒適性,所以泡棉跟椅面設計還在調整。
IMG_9178.JPG但基本架構上其實並不會改變,也就是座椅為骨盆上部提供穩固支撐,使骨盆保持穩固的直立狀態。同時脊椎S曲線上部的座椅靠背處,採用胸廓重心部的形狀,並設置適當硬度,使脊椎保持S曲線狀態。此外,為了穩定支撐股骨,將緩衝墊的形狀與硬度做了最適合的調整。
IMG_9230.JPG增加了可支撐大腿部的可調節獨立構造,滿足不同身材需要。未來量產時高階車型會變成「電動調整」的方式。

二.車身

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車身部分則是強調「零時差的力量傳達」。現行 SKYACTIV-CHASSIS 在 A、B 與 C 柱之間採用環狀結構設計,但車體結構變形一定程度上會造成力量傳達不均,因此在全新的車體結構針對前方避震塔區域、後輪拱處這些位於力量傳導路徑上的地方進行強化成為「多方向性環狀結構」,搭配樹酯減震塊、減震膠與剛性膠的施打,強化車體來減少車身對角線方向的扭力變形狀況,同時更能減少零組件數量達到減重 10% 的效果。 

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IMG_9106.JPG基於新車身結構打造的車體,灰色部分則是高剛性鋼材,可以看到大多採用環形結構設計。

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IMG_9116.JPG針對前車頭、前避震器安裝部位、後避震器安裝部位、後門開口等多處的力量流進行分析,有效設置骨架,大幅提升輸入能量的傳遞效率。
BODY.jpg為了減少發生碰撞時引擎總成與懸吊系統擠壓到座艙當中,車身前方也設計高強度鋼材。
IMG_9108.JPG同樣的為了側撞安全基準,整個車側打造了高強度鋼材,搭配 A/B/C 柱採用相同設計,讓新世代車體結構的剛性再度提升。

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IMG_9111.JPG後方輪拱新設計的強化高剛性鋼材,連結到避震塔頂。
IMG_9112.JPG中央底盤下半部也採用強化鋼材補強。
IMG_9117.JPG紅圈的部分是新增加的樹酯減震塊,輔以更為複雜的沖壓造型,不僅能夠提升 NVH 寧靜工程,更為變形留出更多餘量。
IMG_9272.JPG這張圖是以 IIHS 最喜歡的小偏位撞擊測試下,舊款車型與新款車型經過碰撞後的形變比較,可以看出全新的車體結構能夠抵擋更多力道。

三.底盤

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最後則是底盤的部分,一直以來 Mazda 秉持著「Zoom-Zoom」哲學,旗下車款幾乎都以「操控」為主打,在同級車中也算是前段班。不過此回 Mazda 工程師反其道而行,在全新平台開發思路中有意的稍微弱化車體本身帶給消費者的操控感受,也就是削弱車輛存在感,讓其成為人的延伸,實現所謂的人“馬”一體。

傳統車廠在設定所謂的操控性的時候,都是著眼於「懸吊材質剛性」、「車輪尺寸」等因子進行調整,並且設法調整傳遞到車體的力道。不過在全新的平台上, Mazda 反而著眼於「懸吊系統」本身上,將既有的後多連桿換成了 Torsion Beam 拖曳臂的結構,並將作動軸朝避震器方向緊緊固定,如此一來傳遞到簧上車體的力道可以更容易被掌控及控制。

當然 Mazda 引以為傲的 GVC 車身動態管理系統也同步進行升級,搭配全新設定的輪胎組以及擴大懸吊臂的角度,可以降低垂直彈動幅度的力量傳遞到車體的感受。 

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總結來說,Mazda 希望藉由全新的車身結構能將人的能力發揮到極致,並且從輪胎、懸吊系統、車身到座椅等等都以人為出發點,帶來「整體最佳化」的觀點,而非傳統車廠在追求極致的車輛動態反應。

IMG_9138.JPG震動能量的衰減特性是控制聲音的時間變化和傳導方向的重要因素。為有效減弱進入車體的震動能量,根據能量聚集部位的特性,採用了“減震節點”和“彈性阻尼黏著劑”等技術。

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不過相信會有很多讀者們會有疑惑,為什麼將多連桿換成了拖曳臂的結構?難不成是因為在研發新技術時花費太多錢,因此只好「Cost Down」了嗎?

這個疑慮我們也在現場詢問了車輛開發本部主查 京免先生,他的答覆是 Mazda 全新平台的拖曳臂與一般的拖曳臂相比,無論是製程與設計上都略有不同,是藉由改變鋼板形狀(長方形鋼板裁成中間內凹的形狀),再沖壓成型,同時改善接合點錯位的情形,並且將束角強化 14%、傾角強化 50% 達到強化結構跟輕量化的目的。

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而且改用拖曳臂另外一個原因是 NVH 工程的改進。由於噪音程度多寡也會影響到人體疲勞的程度,傳統上除了控制聲音大小以外,噪音的時間變化、來源等也是提升寧靜度的關鍵,而現行車款的多連桿設定會造成路噪傳遞到車內的能量因為時間差變得更為明顯。但如果改用拖曳臂的話,不僅能量的傳遞變得更為線性,更能大幅降低路噪因為時間差造成的能量放大。

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這個答案或許很難說服一般人,尤其是競爭對手 Toyota Auris、Subaru Impreza 紛紛改採多連桿設計,結果 Mazda 卻走回頭路。其實拖曳臂其實只要調校的好,開起來的駕馭反應不會輸給多連桿,而且基本上多數人也開不太出來多連桿或是拖曳臂的差異,因此 Mazda 為了追求更穩定的動態反應才會先改用拖曳臂設計。但這不代表未來 Mazda 所有新平台的車都會採用如此設計,京免先生也再度重申,這是因為現階段拖曳臂對於能量的傳遞是較好掌控的,一旦工程團隊後續找到解決多連桿傳遞能量的問題,多連桿就會再被拿來運用在新世代車款上。

SKYACTIV-X 原型車於 Mazda 自家 Mines 美彌試車場小試

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應該有不少讀者、甚至是「馬自達」粉,都知道去年9月的時候 Mazda 曾經在德國法蘭克福舉辦了世界技術論壇,當時就已經有測試車提供給媒體試駕。而這次亞洲技術論壇當中出現的車款完全相同,都是屬於外覆現行 Mazda 3 車殼的原型車,裡頭換上了 2.0 SKYACTIV-X 引擎與 SKYACTIV-Vehicle Architecture 全新車身架構,並有六速自排與六速手排二種版本;同樣的為了讓在場媒體感受到新舊動力總成與底盤差異,Mazda 也準備了現行款 Mazda 3,同樣提供六速自排與六速手排二種版本。

IMG_9233.JPGMazda 為這組2.0 原型機引擎設計獨特的「引擎膠囊」,僅留下前方進氣口處沒有包覆。不僅能夠提升隔音效果,同時在高緯度國家的狀況下,能讓引擎的工作溫度不受到周圍氣溫影響。另外前方進氣口設計了電動控制啟閉系統,能夠主動開啟及關閉水箱前方的進氣口。旁邊的泡棉是為了制震與降低噪音所設計,當然正式量產的時候會處理得更為漂亮!

 

BODY2.jpg車側有不少的強化點,但其實整體就跟一般 Mazda 3 一模一樣。

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雖然原廠人員一直強調這並不是下一世代的 Mazda 3,而且工程原型車有很多地方需要改進,不過明眼人都知道這些東西不久後都會運用在它身上,因此這次主要體驗還是以技術改進的前後差異為主。

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DSC_0469.JPG工程原型車內有個平板電腦,它會顯示引擎3種變化,分別是 SI 火星塞點火、SPCCI 火星塞控制壓燃點火、CI 壓燃點火。

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在大約三圈的體驗過程中,系統大部分都是以 SPCCI 方式運作,而在部分需要急加速或是高速路段,此時就會切換到 CI 壓燃點火,但時間並不長。無論是 SPCCI 或是單獨 CI 都會有「咖咖」的噪音,根據詢問現場人員,那的確是壓燃點火引起的爆震聲,不過這個在量產車上將會進行改善。但必須老實說三種系統作動的過程你很難去分別出來,我都是必須要看螢幕才知道現在是哪種方式點火。

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但在駕馭感受上與現有的 SKYACTIV-G 2.0 相比,前中段的動力輸出反應變得更為敏捷,不用再像以前一樣要重踩油門提升速度,而且輸出高原以及動力延伸性也更為寬裕,至於在高速狀況下動力輸出與現行車款相去不遠,的確改善了傳統自然進氣引擎加速感較為缺乏的問題,也能看出 SKYACTIV-X 的改良重點不在於動力提高多少,而是追求前中段輸出反應與延伸性。

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另外一個比較有感的改變是引擎聲浪,這次無論是用自排或是手排車型,換檔的時候都能聽到很悅耳的聲音,不過並不明顯,可以感受到這次的 NVH 工程的確相當有感。

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在車身動態上,測試原型車上的新底盤加上 GVC 系統的升級,行經大角度彎道時的重心更低,新式樣座椅能緊緊包覆著駕駛人,路面碎震等能量傳遞到車內的「路感」也比現行結構下來的「舒適」,同時轉向性也很「清晰」沒有模糊的感受,套一句俗話就是「有著高級車的感受」。

至於在類似麋鹿測試的快速過彎關卡上,原型車表現則是更為沈穩,側傾變得更小,煞車表現上也更為線性,因此可以帶給駕駛人穩定且能掌控路線的感受,只不過卻稍微失去現行 Mazda 3 敏銳的動態反應。

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成就「Mazda Premium」,二大新技術做到了

試完了現行款與搭載 SKYACTIV-X引擎科技與 SKYACTIV-Vehicle Architecture車身架構的原型車之後,其實改變頗為明顯,新架構明顯是要讓人與車緊密結合,而不是像過去讓人去妥協車子的動態表現,另外全新引擎技術也僅是要改善汽油引擎低中速的不足,同時強化油耗表現,進而讓內燃機能夠達到與電氣化動力相同的排污標準。因此如果你是想要追求更強烈駕馭感受的熱血派車主,新的動力總成即使最終馬力與扭力數值會提升不少,但在溫馴飽滿的動力輸出特性下還是會讓你覺得意猶未盡之感。 

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就像上一篇所講的,Mazda 希望藉由不同角度的「鑽牛角尖」,在現有科技上進行突破性的發展,此回 SKYACTIV-Vehicle Architecture 在講求模塊化平台開發、提升零組件共享率的今日,Mazda 卻不計成本的只為了統一駕駛質感,這些都是「顛覆,得以超越」的座右銘所呈現的結晶,而在二大技術結合之下,我們可以期待未來 Mazda 產品皆能夠達到極致的「人馬一體」與所謂「Mazda Premium」的雙重進化感受。

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 部分照片/影片來源:Mazda Japan 原廠提供