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汽車空氣動力學造型發(fā)展史:1960-今

2018-02-26 12:00:28·  
　
在上世紀五六十年代和70年代早期，汽車空氣動力學幾乎已經消失了，或只是存在于風洞中。空氣動力學最初的許諾和熱情已經被丟棄，汽車造型風格被船型車身、車身安裝垂翼和尾翼所代替，車身寬敞華麗。但1974年的石油危機的爆發(fā)突然使得汽車空氣動力學這一迷失的科學重新回到了聚光燈下。盡管期間石油價格又經歷了暴跌，四四方
在上世紀五六十年代和70年代早期，汽車空氣動力學幾乎已經消失了，或只是存在于風洞中?？諝鈩恿W最初的許諾和熱情已經被丟棄，汽車造型風格被船型車身、車身安裝垂翼和尾翼所代替，車身寬敞華麗。但1974年的石油危機的爆發(fā)突然使得汽車空氣動力學這一“迷失的科學”重新回到了聚光燈下。盡管期間石油價格又經歷了暴跌，四四方方的SUV更受人們的歡迎，但現(xiàn)在似乎可以說汽車空氣動力學已經在汽車設計中牢牢占據(jù)了前沿的位置。
在上世紀50年代和60年代，除了雪鐵龍、薩博和很少的信徒，空氣動力學越來越湮沒在裝飾華麗，四四方方的車型中了。消費者也更偏愛這種空間寬大，乘坐舒適，裝飾華麗的車型。
甚至是在歐洲，這種美式風格的影響也相當程度上使得空氣動力學逐漸邊緣化。雖然奔馳1959年款的W111車型風阻系數(shù)為0.40，但戴姆勒-奔馳沒有完全不考慮空氣動力學，在車身細節(jié)上進行了調整，如通風口甚至可以沖洗尾燈上的泥土。他們也在尾部加裝了尾鰭，但從未宣傳這對提高高速的穩(wěn)定性有好處。
在60年代早期沒有證據(jù)表明乘用車生產商會把空氣動力學放在一個重要的位置上，除了已經提到的雪鐵龍，潘哈德等。上圖潘哈德在1964年推出的D24車。
這一時期空氣動力學的發(fā)展主要是在賽車領域。減小賽車行駛的空氣阻力是最初對空氣動力學的理解，但是類似于機翼剖面的流線型的車身，也帶來了垂直向上的升力，這不僅影響了賽車高速直線行駛下的穩(wěn)定性，也減小了賽車彎道的速度。
1957年英國研究員G.E. Lind-Walker的研究表明，開放式車門可產生下壓力，尤其是對賽車。他的研究成果在賽車設計領域引起了變革，下壓力在改善賽車三個關鍵性的加速度，轉彎和剎車上扮演了關鍵的角色。
到了60年代早期，前氣壩和后擾流板都出現(xiàn)在了賽車上，沒有人能否定Jim Hall和他的Chaparral車的成功。上圖的Chaparral 2B車型安裝了前后導流板和擋泥板通風口，所有的這些都可以產生向下的壓力。在1964和1965年，這輛車是無與匹敵的。
兩年后，Hall推出了更驚人的Chaparral 2E車型，運用了很多空氣動力學技術，包括可調節(jié)角度的尾翼，在直道時會放平減小阻力提高加速能力，彎道的時候增大尾翼攻角以增加下壓力，提高過彎速度。Chaparral 2E車型深刻影響了整個賽車世界，包括納斯卡賽車（National Association of Stock Car Auto Racing）。
如果你看過《速度與激情6》，那么多米尼克駕駛的道奇“Charger Daytona”一定讓人印象深刻。“Charger Daytona”擁有超長車鼻，仿佛一只兇猛的大鯊魚，配合前擋泥板頂端的凸狀物，能夠很大的增加輪胎下壓力。車體后窗和后翼子板也都經過特殊處理，能夠有效減輕空氣阻力，提升汽車動力性能。另外高達580mm的尾翼，也是該車最明顯特征之一。
空氣動力學在賽車設計和功能上已經占據(jù)了絕對的主導地位，這里我們不再列舉汽車空氣動力學在賽車上的發(fā)展，但是Chaparral車的影響將會迅速波及到乘員車市場。通用在1953年雇傭了一位空氣動力學專家對概念車協(xié)助進行風洞試驗，盡管很多年他都沒有派上太大的用場。
在歐洲，保時捷也很好的利用了他們在賽車上的經驗，1972年款的保時捷911安裝有擾流板，增加了高速下的穩(wěn)定性和操縱性，而且在這方面保時捷并不是唯一。
安裝擾流板成為了一種時尚。
改裝車和售后市場也緊緊抓住了人們對速度和穩(wěn)定性的這一心理需求，誰去管擾流板安在什么位置呢。
1938年寶馬的Kamm-back原型車Cd: 0.25
60年代德國空氣動力學家Koenig-Fachsenfeld和Wunibald Kamm研究表明，長錐形的尾部對降低車身氣動阻力而言并不是有利的，尤其是它們并不是真正的逐漸變化的長錐形，而在這之前人們認為長錐形的尾部是任何流線型車身的關鍵部分。他們證明，一個突然收尾的方形尾部對降低氣動阻力是有益的。上圖是1938年寶馬的“Kamm-back”原型車，其風阻系數(shù)為0.25，非常有利的證明了他們的觀點。
可能是由于造型的原因，Kamm-back除了在賽車上外，并沒有廣泛的普及，如1961年款的法拉利250 GT SWB Breadvan。
1967年，Leonardo Fioravanti在賓納法里納展示了其設計的“BMC 1800 Berlina Aerodinamica”車型，這款車基于強調實用性而不是空氣動力學的“ BMC ADO17 “Landcrab””打造。Berlina這款車的影響是巨大的，其他的車型紛紛使用它的線條和設計語言，直到今天。這輛車幾乎是現(xiàn)代汽車空氣動力學設計的鼻祖。
在歐洲雪鐵龍是在量產車中對空氣動力學要求最高的，在1970年推出的緊湊型GS車上我們可以看到很多設計元素，直到今天都還在使用，如前傾的車頭，溜背式車身，方形尾部。在當時以Cd:0.31成為世界上風阻系數(shù)最小的量產車。
另一個開創(chuàng)性的車型是1967年推出的配備轉子引擎的德國NSU Ro 80車。雖然因轉子引擎問題導致其銷量不佳，但Ro 80的外形設計卻成為了一代經典，在與并入奧迪后，對奧迪日后車型的外形設計產生了深遠的影響。
在NSU被大眾收購后，奧迪吸收了Ro 80上的一些設計，1982年推出了Audi 100這個在汽車空氣動力學上劃時代的車型，深刻影響現(xiàn)代汽車的設計。嵌裝的玻璃和平緩的楔形車身都是在向NSU致敬，Audi 100也成為了第一款風阻系數(shù)為0.30的大批量生產車。德國出版物Auto-Zeitung聲稱，“從空氣動力學特性上來看，新款奧迪100在汽車行業(yè)絕對無與倫比。”它開創(chuàng)了汽車空氣動力學新的時代。
在美國，1974年的能源危機突然將空氣動力學推回了舞臺中心。長期被忽視的汽車空氣動力學終于集成到了設計過程中。1977年通用小批量的轎車開始從中受益，盡管這些車如“Caprice”相對歐洲最先進的空氣動力學技術還有差距。
當通用還在裹足不前時，福特突然全力進入空氣動力學領域。1979年福特新管理層決心拋棄自己四四方方的形象，要成為空氣動力學領域的領導者。開始了Probe車型的發(fā)展，風阻系數(shù)由Probe  I 的0.22降低到 Probe V的0.137，這一記錄保持了很多年。
1983年推出的“雷鳥”是福特的“第一柄利劍”，但是真正的殺手锏車型是1986年的金牛座和Sable。金牛座和Sable是美國第一批使用復合式車燈的車型，這可以使車燈有平滑的端面。福特來到了他們定義的“ the American aero or jelly-bean”的時代。
Sable車更是通過細節(jié)的空氣動力學優(yōu)化，以0.29的風阻系數(shù)打敗了奧迪。汽車空氣動力學的比賽開始了，在隨后的幾年內，通用也將在空氣動力學上投入更多的力量。
奔馳在汽車空氣動力學領域已經有了幾十年的經驗，但1985年推出的W124車使得奔馳成為了空氣動力學領域的領導者，其0.28的風阻系數(shù)令人印象深刻。從此開始全球主要的汽車廠商都持續(xù)的在汽車氣動特性上改進，雖然總的氣動阻力有時還會上升，這主要是由于人們有時希望車更高更大。
SUV的到來使得該類車的空氣動力學又回到了馬車時代，悍馬H2是這一時代登峰造極的代表。其風阻系數(shù)高達0.57，意味著每平方英寸有26.5牛頓的力，這是現(xiàn)代量產車的最高紀錄。
    1989年歐寶在法蘭克福車展推出的Calibra雙門轎車以0.26的風阻系數(shù)再次創(chuàng)造了紀錄。良好的空氣動力學細節(jié)包括，平滑的車底，無突出的車身，造型風格極受歡迎。這款車率先使得大眾車型進入超低Cd值的時代。
通用汽車在風洞中積累的大量經驗和數(shù)據(jù)最終推出了EV1電動車型。電動汽車受限于儲能密度有限的電池，如果要在高速路上長時間行駛，必須擁有很低的風阻系數(shù)。由于EV1擁有0.195的超低風阻系數(shù)，即使它使用的是老式的鉛酸電池，任然擁有60-100英里的續(xù)航能力。
0.25是批量量產車能達到的最低風阻系數(shù)的瓶頸。奧迪在2001年推出的Audi A2車風阻系數(shù)達到了0.25，A2配備有鋁制高強度車身，缸內直噴三缸柴油發(fā)動機，這款車是歐洲第一款百公里油耗低于3升的在售5門車型。駕駛樂趣十足，但可能是由于它奇怪的造型，銷量并不太理想。它也有良好的空氣動力學特性。另外其車身和尾部造型與1938年寶馬的Kamm-back原型車很相似。
2010年款的豐田Prius車型也以0.25的風阻系數(shù)，達到了很高的空氣動力學高度，而且這款車是銷售量很大的車型。
目前在大批量量產車中最低空氣風阻系數(shù)記錄保持者是奔馳E220 CDI藍驅版雙門轎車，其風阻系數(shù)為0.24，但毫無疑問，不久之后這個記錄就會被打破。豐田普銳斯和奔馳E220代表了當今空氣動力學領域中最先進的量產車，其氣動造型上沒有任何奇怪或妥協(xié)的調整。毫無疑問，我們已經在汽車空氣動力學上達到了很高的水平，即使沒有淚珠型尖尖的尾巴和尾鰭。
2015年奔馳推出的IAA概念車，在空氣動力學模式下風阻系數(shù)降低到了0.19，創(chuàng)造了風阻最低車型的新紀錄。其技術核心是“two cars in one”。奔馳通過主動式氣動部件，在一臺車上改變了其原有的設計形態(tài)，以減低風阻系數(shù)。如，通過前保險杠的翼板會分別向前和向后移動25mm和20mm，以此改善流入到車輪以及在前輪拱的空氣動力學效果；格柵向后移動60mm提高空氣向車身底部的流動效果；主動式輪轂輻條在離心力的作用下，間距會從55mm變化為0mm；車尾的擴散器由8段CFRP材料組成環(huán)形結構，會向后延伸出390mm。由此相比原設計模式，在空氣動力學模式下，車身長度由5040mm變?yōu)?430mm，整體的外形設計也會隨之而改變。
CAERI 視點
未來即使能源價格和能源安全保持穩(wěn)定，但“Aero”時代已經回來了，并且會長久的持續(xù)下去。政府已經明確信息，對汽車將會有更嚴格的燃油消耗要求，以減輕環(huán)境和社會的壓力。汽車空氣動力學將在這一進程中發(fā)揮重要的作用。  
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