最近備受關(guān)注的奧迪首款量產(chǎn)純電動(dòng)SUV名為e-tron的原型車比同尺寸的傳統(tǒng)SUV的Cd 值低了不到70個(gè)counts，就續(xù)航里程而言，這相當(dāng)于增加了35公里。其空氣動(dòng)力學(xué)研發(fā)負(fù)責(zé)人莫尼·伊斯拉姆在近日接受采訪時(shí)提到空氣動(dòng)力學(xué)在決定電動(dòng)汽車行駛里程方面起到了重要作用。

相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于電動(dòng)汽車，高速公路上空氣阻力可以達(dá)到總駕駛阻力的48%。通過提升電動(dòng)汽車的空氣動(dòng)力學(xué)性能來減少空氣阻力可增加汽車的行駛里程，而減阻可以通過合理控制和引導(dǎo)氣流來實(shí)現(xiàn)。電動(dòng)汽車可帶來更多的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的可能性，在關(guān)注當(dāng)前和未來概念車的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的同時(shí)也需要回顧下汽車空氣動(dòng)力學(xué)發(fā)展的精彩瞬間。

汽車空氣動(dòng)力學(xué)發(fā)展歷史

引入空氣動(dòng)力學(xué)指導(dǎo)車輛造型的歷史可以追溯到20世紀(jì)20年代，阻力系數(shù)Cd作為一種無量綱數(shù)值用來比較車輛的氣動(dòng)性能。為減少氣動(dòng)阻力，起源于飛艇的流線設(shè)計(jì)被應(yīng)用于汽車設(shè)計(jì)，比較出名的是Jaray的設(shè)計(jì)?；诙嗄甑娘w艇空氣動(dòng)力學(xué)的研究經(jīng)驗(yàn)和帶有輪子的“半流線體”風(fēng)阻測(cè)試的結(jié)果，Jaray設(shè)計(jì)出其較著名的作品TatraT77并在之后同汽車制造商如菲亞特，邁巴赫和奧迪合作出不同的設(shè)計(jì)車型。

Jaray的設(shè)計(jì)(從左到右):Tatra 、菲亞特合作款、邁巴赫合作款和奧迪合作款

針對(duì)Jaray設(shè)計(jì)的后排乘客的空間非常有限的缺點(diǎn)，其他汽車制造商也加緊了流線型汽車的設(shè)計(jì)，20世紀(jì)20年代末同時(shí)期的設(shè)計(jì)師Chrysler和Charles Dennistoun Burney均有較著名的作品。

Chrysler的設(shè)計(jì)

Charles Dennistoun Burney和Crossley Motors的合作款

這種設(shè)計(jì)靈感一直用來指導(dǎo)20世紀(jì)40年代和50年代的汽車設(shè)計(jì)中，直到第二次世界大戰(zhàn)后，出現(xiàn)了幾種Cd較低的概念車。意大利汽車制造商菲亞特發(fā)布了一款名為菲亞特Turbina的概念車，其Cd值為0.14。這款車是為高端性能而開發(fā)的，使用的是噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)而不是傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)。另一家意大利汽車制造商阿爾法•羅密歐也發(fā)布了3款概念車，第一款車BAT 5于1953年發(fā)布，Cd值為0.23，其次是BAT 7和BAT 9，其Cd值均為0.19。

菲亞特Turbina概念車

1956年阿爾法·羅密歐仿生蝙蝠車（從左至右）：BAT 5、BAT7和BAT9

1960年后，Hucho提供了優(yōu)化當(dāng)前車輛設(shè)計(jì)的方法，基于這些方法，一些研究人員研究并發(fā)表了一些通用數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在很長一段時(shí)間內(nèi)一直指導(dǎo)著汽車的流線化設(shè)計(jì)。

奧迪公司在1983年開發(fā)了一款由Buchheim設(shè)計(jì)的名為Audi 100的汽車，據(jù)說具有當(dāng)時(shí)生產(chǎn)車輛的最低阻力系數(shù)，Cd值為0.30。該車上市6年后，歐寶公司發(fā)布了歐寶Calibra，Cd值為0.26，成為市場(chǎng)上阻力系數(shù)最低的車型。

從左到右:Audi100、歐寶Calibra

90年代中期以后，制造商開始了對(duì)混動(dòng)汽車和純電動(dòng)汽車的研究，由于電池續(xù)航里程的影響，氣動(dòng)特性開始被關(guān)注。美國通用汽車在1996年發(fā)布了純電動(dòng)汽車EV1，流線型車身及完全封閉的前后艙蓋造就了它0.19的阻力系數(shù)值。

1997年豐田發(fā)布的一款廣受關(guān)注的混合動(dòng)力車普銳斯，至今仍是全球銷量最大的混合動(dòng)力車之一。在2006年第三代普銳斯發(fā)布，改進(jìn)的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)使其Cd值僅為0.25。

2006年的第三代普銳斯

此時(shí)期傳統(tǒng)汽車的氣動(dòng)性能也進(jìn)行了改進(jìn)。1999年本田發(fā)布的Insight和2001年奧迪發(fā)布的奧迪A2的Cd值均為0.25，成為當(dāng)時(shí)市場(chǎng)上阻力系數(shù)最低的傳統(tǒng)汽車，但這兩款車都屬于小型車。在風(fēng)洞和計(jì)算機(jī)資源都在不斷改進(jìn)的同時(shí)政府在汽車的安全、舒適和功能性方面的法規(guī)和立法也在不斷推進(jìn)。于2004年底發(fā)布的Cd值僅為0.26的寶馬3系不僅滿足了所有的法規(guī)，而且滿足了客戶對(duì)乘客空間和存儲(chǔ)空間的要求。

從左至右：1999年本田發(fā)布的Insight和2001年奧迪發(fā)布的A2

2005年發(fā)布的寶馬3系轎車

對(duì)從20世紀(jì)20年代發(fā)展起來的汽車空氣動(dòng)力學(xué)發(fā)展歷史的回顧，可以看出設(shè)計(jì)師們對(duì)降低風(fēng)阻系數(shù)所做的努力。

當(dāng)前與未來汽車空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)展

汽車的減阻裝置分為被動(dòng)減阻裝置和主動(dòng)減阻裝置，法規(guī)限制下的空氣動(dòng)力學(xué)新技術(shù)正在向主動(dòng)減阻裝置發(fā)展，這些裝置只有在需要時(shí)才會(huì)工作，如高速路行駛時(shí)。

2013年梅賽德斯-奔馳發(fā)布的當(dāng)時(shí)市場(chǎng)上阻力系數(shù)最低的名為CLA的車型同時(shí)采用了主動(dòng)和被動(dòng)減阻裝置。其采用的主動(dòng)進(jìn)氣格柵在啟動(dòng)或引擎和剎車不需要冷卻而關(guān)閉時(shí)，可降低10%的阻力系數(shù)。它的后視鏡外殼，改善了的A柱曲率，設(shè)計(jì)良好的后端設(shè)計(jì)和底部的擴(kuò)壓器也均體現(xiàn)了良好的空氣動(dòng)力學(xué)特性。

2016年，特斯拉公司發(fā)布的Model S的Cd值為0.24。因?yàn)殡妱?dòng)汽車不像傳統(tǒng)汽車那樣需要大量冷卻，該車前端是封閉的。除了氣簾，被動(dòng)減阻裝置還包括氣動(dòng)輪圈、隱藏門把手和浮動(dòng)c柱，這些可減少車輛的尾跡。其推出的Model X是市場(chǎng)上第一輛純電動(dòng)SUV，與S型唯一的區(qū)別是后車頂擾流板，可在高速度下提供下壓力。

從左至右:特斯拉Modle S、ModleX

2017年寶馬發(fā)布的新5系轎車，Cd值為0.22，它的減阻裝置包含主動(dòng)格柵、后軸區(qū)域額外的鑲板覆蓋、前端的氣簾、前輪罩通風(fēng)和氣動(dòng)輪圈。

概念車由于不受法規(guī)的設(shè)計(jì)限制，更容易設(shè)計(jì)成具備卓越氣動(dòng)性能的外形，也預(yù)示了未來空氣動(dòng)力學(xué)改善方向。

2011年，大眾發(fā)布了XL1超高效率車型，Cd值為0.19。首先側(cè)視鏡被換成了相機(jī)，此外后面的輪罩是全覆蓋的，該車還采用了閉合前緣和浮動(dòng)c柱。

2015年法蘭克福車展上，梅賽德斯-奔馳和奧迪等設(shè)計(jì)的概念車均采用主動(dòng)氣動(dòng)裝置和其他設(shè)計(jì)以減少阻力。梅賽德斯-奔馳推出的概念智能氣動(dòng)汽車，具有多種主動(dòng)氣動(dòng)特性。在80公里/小時(shí)左右，從常規(guī)模式切換到氣動(dòng)模式。為了減少后端尾跡，尾端延長390毫米，前保險(xiǎn)杠下部的擾流板向下折疊60毫米以改善車身下部氣流。前保險(xiǎn)杠側(cè)面部分的襟翼向外延伸25毫米，向后移動(dòng)200毫米，以改善通過前輪拱的氣流。啟用所有主動(dòng)減阻裝置后，阻力系數(shù)將從0.25降至0.19。除此之外，IAA概念車使用了攝像頭而不是傳統(tǒng)的側(cè)鏡，去掉了門把手和巨大的輪罩開孔來改善空氣動(dòng)力學(xué)性能。

在同一個(gè)車展上還有奧迪的概念SUV車型e-tron Quattro，據(jù)介紹，e-tron Quattro概念車具有500公里以上的續(xù)航里程，這得益于其主動(dòng)的空氣動(dòng)力學(xué)特性，Cd值為0.25的這款車因此成為該領(lǐng)域的佼佼者。與梅賽德斯IAA概念車一樣，所有的空氣動(dòng)力學(xué)特性都是在車速達(dá)到80公里/小時(shí)后啟用的。車輛的主動(dòng)車頂擾流板延長了100毫米，以延遲后方氣流的分離，從而減少尾跡，與此同時(shí)，主動(dòng)擴(kuò)散器從車輛較低的尾端延伸100毫米。除此之外，側(cè)窗臺(tái)向外延伸50毫米，引導(dǎo)氣流通過后輪。

近日，基于e-tron prototype概念車打造的品牌首款量產(chǎn)純電動(dòng)SUV奧迪e-tron進(jìn)入大家的視野，其中一項(xiàng)備受關(guān)注的黑科技是虛擬外后視鏡技術(shù)。除了設(shè)計(jì)師最滿意的虛擬外后視鏡技術(shù)外，該車車底設(shè)計(jì)也很有特色，車底處類似“酒窩”的凹痕分布也使氣流更順暢地流過車底。

整車風(fēng)洞煙流

從左至右：局部煙流、車底“凹坑”設(shè)計(jì)

總結(jié)

傳統(tǒng)的車輛空氣動(dòng)力學(xué)改進(jìn)方法是通過優(yōu)化車輛的幾何形狀來實(shí)現(xiàn)的，法規(guī)限制下，氣動(dòng)裝置成為提升氣動(dòng)特性的方法，而常規(guī)的氣動(dòng)裝置常是被動(dòng)的。隨著便宜的電子元件的引入，主動(dòng)氣動(dòng)裝置應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。關(guān)于可應(yīng)用在車身上的氣動(dòng)裝置可整理如下：

針對(duì)表中的氣動(dòng)裝置在基于DrivAre的電車不同車型配置模型的氣動(dòng)效果將在后續(xù)發(fā)表中展示。

參考文章來源： 

Aktas U, Abdallah K. Aerodynamics Concept Study of Electric Vehicles[D].Master Thesis,Chalmers University of Technology,2017. 

編者：馬曉靜

評(píng)論潤色：張英朝

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