让一台车飞起来，特斯拉ROADSTER背后的工程秘密与设计思考 - XINGKONG

2018 年 9 月，马斯克在 Joe Rogan 的播客里提到正在开发的下一代 Roadster。他说这辆车会搭载火箭推进器，不烧燃料，用电泵把空气压缩到 1 万 psi（约69兆帕），「你可以让它飞起来」。

图片来源：HiEV 据 Joe Rogan 播客截图制作

Rogan 接着问，飞行汽车真能实现吗？

马斯克觉得飞行汽车太吵、气流太大，降落在谁家后院邻居都受不了，「想要飞行汽车，给直升机装几个轮子就行」。

图片来源：特斯拉 X 官方频道

八年后的 10 月 15 日，在 SpaceX 位于得州 McGregor 的火箭测试场，新 Roadster 沿着一条弯曲的坡道一路开到倒挂，随后脱离坡道，在空中翻转，四轮落地。

特斯拉真的实现了让汽车飞起来。

这段视频过去几天已经被大量转发。整场发布会不到 30 分钟，价格、上市时间、核心参数都没有讲。发布会第二天，MotorTrend、Hagerty 和 Top Gear 陆续放出了发布会前在现场拍摄的独家采访。

大蒜粒把这些采访、官网资料和发布会的讲解逐一过了一遍，发现新 Roadster 上大量关键部件来自特斯拉甚至是 Space X 的其他产品线。

尾翼的驱动电机来自 Optimus 人形机器人的脚踝，车底四个吸地风扇的驱动电机改自热泵空调里驱动压缩机的电机，电驱从 Model S Plaid 的三电机系统演变而来，以及专门定制的 4680 电芯。

特斯拉车辆工程副总裁 Lars Moravy ｜图片来源：Hagerty 视频截图

特斯拉车辆工程副总裁 Lars Moravy 在接受 Hagerty 采访时说，「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，以及两档「增强包」

图片来源：特斯拉官网截图

特斯拉官网对新 Roadster 的分层很清楚。车型本身叫 Performance性能版，已经开放预订，这是一台两座超跑，标配主动气动和多模式吸地系统。

在这个基础上，官网单独列出了「Augments 增强包」，分为 Thrust 和 Rocket 两档。

图片来源：HiEV 根据公开信息整理制作

Rocket 版的官网描述最后一句是「所以，是的，它能飞」，紧跟着一行小字「未获准在公共道路使用」，脚注里还写着「仅 Rocket 版提供，且并非所有地区都有售」。

图片来源：HiEV 根据特斯拉官网信息翻译制作

不过这三个版本车型的电驱系统完全相同。

三档都是两台电机驱动后轮，功率超过 1 兆瓦，约合 1341 马力，扭矩 1400 牛·米。上面表格里三档加速成绩的差距，主要来自推进器：三档都配备吸地风扇，Thrust 和 Rocket 在此基础上分别加装了 4 个和 10 个推进器。

此外，据 Top Gear 报道，还有一个更低一档的标准版，功率大概在 800 千瓦左右，不带吸地风扇，不过官网目前没有列出。

图片来源：特斯拉 Roadster 官方预定页面

和 2017 年发布的那台概念车相比，量产版本的 Roadster 变化很大。

当年特斯拉吹牛承诺 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。结果，如今展出的准量产版本续航降到了 300 英里（约 480 公里）出头，座位从四个减到两个（Rocket 版只剩一个），量产时间也推迟到了 2028 年。

二、双电机，却比 Plaid的三电机还猛

新 Roadster 只有后驱。特斯拉从 2014 年前后开发的高性能车基本都是四驱，这一次回到后驱，Lars Moravy 给出了两个理由。

第一个是驾驶感受。后驱车的动力全部从后轮输出，开起来是被从身后推着往前冲的感觉。Lars 在 Hagerty 的采访里说，这种感觉「有一种很本能、很情绪化的东西」。

第二个理由更关键。四驱是为了把更多动力传到地面，新 Roadster 换了一种办法，用吸地风扇和气动下压力把车压向地面，抓地力够了，动力全部输出到后轮也能跑出极限的加速成绩。

图片来源：MotorTrend

后轴上的两台电机功率各约 500 千瓦。MotorTrend 提到，这套电驱从 Plaid 的三电机系统演变而来，电机少了一台，体积更小、更轻，功率更大。而且按照 Lars 的说法，两台电机加起来的扭矩和功率，比 Plaid 三台电机合计还要高。转子沿用了 Plaid 的碳纤维套筒，材料里加了钴，根据他的描述，功率密度提高到接近原来的三倍。

传动结构也做了简化。每台电机通过一组减速比 8.4 的行星齿轮直接驱动一侧车轮，没有差速器，左右轮独立控制，两台逆变器各负责控制一台电机，互为冗余。

三、为赛道重新设计的 4680 电池

图片来源：MotorTrend

全新 Roadster 的电池包依然铺在车底，电芯是定制版 4680，电芯内部的材料配方也是为这台车单独调整的。Lars 解释，定制的目的是让电池能输出更大的功率。电芯在加州的试产线生产。和普通版本的 4680 相比，具体做了三处改动。

一是电芯外壳从钢换成铝，更轻，导热也更好。

二是冷却方式。常规做法是两排电芯中间夹一根冷却管，冷却液走 U 形回路；新 Roadster 改成每排电芯两侧各一根冷却管，冷却液从一侧流进、另一侧流出，只走一遍。

Lars 介绍称，这样做的目的是让电池在整个使用周期里输出都保持稳定，目标是支撑 25 到 30 分钟不限功率的赛道驾驶。

三是电池包上盖从钢板换成钛板，同样的热防护，做得更薄更轻。

不过电池的容量规格，目前还没有定下来。

图片来源：MotorTrend

特斯拉首席设计师 Franz von Holzhausen 在采访里中提到 115 千瓦时，Lars 在另一段采访里则透露「100 千瓦时左右，电芯配方还在最后确定」。

快充方面，Lars 说这套电池可以支持 500 千瓦以上的充电功率，从 10% 充到 80% 的目标是 10 分钟左右，「绝对在 15 分钟以内」。

右：特斯拉首席设计师 Franz von Holzhausen｜图片来源：MotorTrend 视频截图

和电池容量一样，这些都还是目标值，最终数据要等特斯拉在量产前正式公布。

续航从最初 620 英里降到 300 英里出头，这是 Roadster 这台车从概念到量产，做出的最明显的取舍之一。马斯克在 2021 年 2 月的 Joe Rogan 播客里就质疑过「超长续航」的意义。

他的原话是：「如果你问大家，大家会说想要 600 英里续航。可这意味着大部分时间你都拖着一块用不上的电池，它会让车变慢，还会影响操控。」Lars 对此的解释更直接一些：「驾驶者的车不该有 2000 公斤，连 1800 公斤都不该有。」

新 Roadster 的目标整备质量在 1700 公斤以内，但最终数据还没有公布。作为参照，马斯克在 2018 年的 Rogan 播客里提到过，初代 Roadster 大约 2700 磅，约合 1.2 吨。

图片来源：Top Gear

四、地效风扇：电机来自热泵空调

轮胎能提供的抓地力有上限。Lars 在发布会上给出的数字是 1.26G，他在 Hagerty 的采访里说得更直白一些，橡胶的摩擦系数「很难超过 1」。

图片来源：Top Gear

跑车要提升抓地力，传统的办法是靠尾翼、扩散器这类气动部件，利用车身周围高速流过的空气产生下压力，把车压向地面。这种下压力随车速升高而增大，低速时几乎不起作用。新 Roadster 用四个风扇，来弥补低速时下压力不足的问题。特斯拉内部把这套系统叫作「sucker system」，可以直译为吸盘系统。

四个风扇装在车尾扩散器的位置。驱动风扇的电机来自特斯拉的热泵空调系统。热泵是特斯拉从 Model Y 开始使用的热管理方案，负责座舱的制冷制热，也在座舱、电池和电驱之间调配热量，核心部件是一台由电机驱动的高压压缩机。

按照 Lars 的介绍，Roadster 的风扇就是在这款压缩机电机（连同配套的逆变器）的基础上改出来的。热泵上用的原版电机功率 12 千瓦，特斯拉把转速提到每分钟 15000 转以上，目标是让每个风扇达到 20 千瓦，四个合计约 80 千瓦。据 Lars 表示，这部分还在调试。

图片来源：HiEV大蒜粒

车底四周有四片可以独立升降的裙边，材料是橡胶加尼龙刷毛，属于消耗件。裙边放下后，车底和地面之间形成一个和电池包差不多大的封闭区域，风扇把里面的空气往外抽，车身上方的大气压就把车压向地面。

这套系统有两种工作模式。低速时，裙边放下，把车吸在地面上，过弯能保持 2G 以上的横向加速度。高速时，前后两片裙边抬起，车底变成一个高流量的通道，配合车身上方的翼片工作。

图片来源：HiEV大蒜粒

特斯拉官网上有一张示意图，横轴是车速，纵轴是下压力，中间画着一条「轮胎载荷极限」。风扇那组曲线在零速时就有下压力，并且可以调节，把低速段轮胎能利用的空间填满；主动翼片的下压力随车速上升，到高速段才越过轮胎载荷极限。官网的描述是，这套系统的吸力足以让车「在静止状态下倒挂」。

图片来源：HiEV 大蒜粒

但这里有个地方需要说明一下。官网这一整段描述末尾有一个脚注，写着「相关功能和参数（仅反映 Thrust 增强包）」。但 Franz 在 MotorTrend 的采访里明确说过，吸地风扇是从 Performance 版开始加入的，官网的 Performance 介绍里也写着「多模式吸地系统」。至于特斯拉官网为什么这样标注，我们还没有找到确切的原因。

用风扇把车底空气抽走、把车吸在地面上的车，在赛车界被称为「风扇车」（fan car），最早的例子是 1978 年 F1 赛场上的 Brabham BT46B。

图片来源：HiEV 大蒜粒

近几年最有名的风扇车，是英国 McMurtry 的单座电动车 Spéirling，它同样用风扇加裙边吸地，也做过倒挂行驶。MotorTrend 的 Ed Loh 在采访中指出，他注意到了两者的区别，McMurtry 的风扇是垂直向上抽气，新 Roadster 的风扇朝后上方倾斜，配合可升降的裙边，高速时可以切换到另一种工作模式。

五、主动气动：Optimus 的脚踝撑起尾翼

新 Roadster 的大尾翼平时收起，需要时向后、向上伸出。

Lars 在 MotorTrend 的采访里介绍说，结构「只是一个四连杆加一个转轴」，用两台电机驱动，下面那台负责伸出，上面那台负责调整角度。

图片来源：TopGear

这两台电机来自特斯拉 Optimus 机器人的脚踝。

Lars 在 Hagerty 的采访里的原话是：「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了一个制动器，尾翼锁定在某个角度时不用持续通电。尾翼有高下压、低阻和空气刹车三种状态。按照 Lars 的说法，在行程范围内可以连续调节。

图片来源：TopGear

车头也在动。前进气口里藏着可以转动的翼片，前缘最大可以转动 80 度；引擎盖上的通风口可以打开，把前部的热空气排出去；前轮后方的导流板会向外伸出，给轮拱泄压。这辆车没有前备厢，整个车头都是气动部件。

Lars 说，在时速 200 英里（约 320 公里）以上，这套翼片最多可以产生 2G 的下压力。

六、冷气推进：真正来自 SpaceX 的部分

上面介绍的这些系统都是特斯拉自己做的。

据 Lars 在 Hagerty 的采访里介绍：电池、电驱、底盘、车身结构、车门、座椅，包括吸地系统，都由特斯拉开发，只有推进和飞行这两个套件是和 SpaceX 联合开发的，其中阀门设计「非常 SpaceX」。

Thrust 版车型的座椅后方原本是行李空间，但这里装了一个黑色的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（psi 是英制压力单位「磅力每平方英寸」），约合 69 兆帕，和氢燃料车储氢罐的压力相当。里面装的是以氮气为主的高压气体。

图片来源：TopGear

为什么不用燃料？Lars 的回答是：「往车里放燃料，感觉就是不对。」

图片来源：TopGear

气罐两端各有一个法兰（flange，容器或管道接口处的一圈凸缘，用螺栓把两边压紧密封），用 12 颗大螺栓固定，螺母全部打了保险丝，防止脱落后变成飞射物。法兰处的阀门由 Optimus 的脚踝执行器控制。气体经过两根钛合金长管，再由 Inconel 镍基超合金分流管分成四路，从车尾四个外形像排气尾嘴的喷口以超音速喷出。Lars 解释说，左右两路管道必须严格等长，「差 10% 就会让车打转」，所以左右阀门独立控制，实时修正车身偏航。

图片来源：TopGear

按照发布会上公布的数字，推进器可以产生超过 80 千牛的推力，Lars 说这大约相当于一台 F-16 战斗机发动机不开加力时的推力。

粗略的估算，两台电机在吸地风扇帮助下大约能提供 32.3 千牛的推力，推进器再补上约 19.8 千牛，就能让一台 3750 磅（约 1700 公斤）的车在 0.8 秒内加速到 60 英里/小时。

火箭版在副驾位置再加一个 400 升的气罐，总容积 600 升，约 250 公斤气体。新增的 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，用来控制车身的偏航，也就是车头左右摆动的角度。

以上火箭版合计 10 个喷口，和马斯克 2018 年 6 月在推特（现在的 X）上提出的「大约 10 个小型火箭推进器」一致。

图片来源：特斯拉 X 官方频道

当然，这套系统的限制也很明确。

Top Gear 报道，Thrust 版的 200 升气罐大约 6 秒就会用完，「需要到站点重新加注，属于一次性的玩法」。Hagerty 的主持人在片中说，600 升全部充满目前需要 6 到 7 个小时，特斯拉的目标是缩短到半小时左右。

Franz 在 MotorTrend 的采访里也指出，这套系统「不能随便在哪里充气」，用途是赛道上几秒钟的推进。

这和发布会上的说法有出入。据 MotorTrend 报道，发布会上马斯克表示，车可以自己给气罐补气，不需要特殊的推进剂。

至于 SpaceX 在 Roadster 车型开发上负责部分的范围，外部报道说得也不完全一致。

The Verge 的文章里提到，吸地风扇系统由 SpaceX 提供，和 Lars 的说法不一致；而Car and Driver 写的是推进器由 SpaceX 提供，Lars 的表述确认了这一说法。

当然，两家公司的合作并不只限于开发新一代 ROADSTER。Franz 说，团队里有很多参与过 SpaceX 星舰推进系统研发的工程师。Lars 也表示，SpaceX 在星舰上用了特斯拉的部分驱动单元，两边的材料负责人是同一位。

MotorTrend 还报道称，SpaceX 今年早些时候收购了高压复合材料气瓶制造商 Hexagon Masterworks。

按照今年 2 月的报道，SpaceX 从挪威公司 Hexagon Purus 手里买下了这项业务，交易金额最高 1500 万美元。Hexagon Masterworks 主要为航空航天和火箭发射生产高压复合材料储气瓶，Roadster 座椅后方的那个碳纤维缠绕气罐，就属于这一类产品。

七、外饰与座舱：极简外壳，极致性能

Franz von Holzhausen 在接受 MotorTrend 采访时，把新 Roadster 的设计概括成一句话：「这台车有那么多性能，但我们把它藏起来了。」需要的时候，车身再变形，把这些部件展开。

这种思路贯穿了整车的设计。

图片来源：Top Gear

大灯平时隐藏，需要时向下翻出，Lars 说上翻大灯也能做，「但下翻更酷一些」，整个灯组厚度只有约 15 毫米。尾翼平时贴合车身，Franz 说开去街角的便利店，也不会让人觉得像个傻瓜。

充电口藏在尾翼下面，充电时要把尾翼升起来，按照他的说法，「车上每一条分缝都经过考虑，都有功能」。雨刮可以快拆，不下雨时不装。

图片来源：Top Gear

设计灵感有三个来源，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，媒体在发布会前拍到了，是 007 电影《海底城》里能变成潜艇的白色 Lotus Esprit，车主就是马斯克本人。注意，而且不是同款，而是同一辆车。

图片来源：HiEV大蒜粒

据 CNBC 报道，马斯克 2013 年在伦敦的一场拍卖会上，以约 98.9 万美元拍下了这台电影道具车，当时他说要给它换上特斯拉的电动动力系统，「让它真的能变形」。

图片来源：Hagerty 现场拍摄

Lars 说马斯克很喜欢这台车，车上有不少地方被用到了 Roadster 上，他自己最喜欢的是车尾的四个螺旋桨，「它们看起来就像我们那四个产生下压力的风扇」。

全新 Roadster 使用的材料和颜色也都和航天相关。

原型车车身是全碳纤维，量产版各版本用料还在确定，官网提到的材料有镁、钛和碳纤维。白色