想乘風回家，又怕瓊樓玉宇。 ——蘇軾《水調(diào)宋頭，月何時來》

誰不想乘風破浪？但現(xiàn)實是殘酷的。在大多數(shù)情況下，移動物體必須考慮空氣的影響。就像一架飛機依靠氣流來提升升力，但也克服了空氣阻力。氣如水，能載舟也能覆舟?？諝鈩恿W是一門大學問題。涉及的概念非常龐大，包括風阻、升力、側(cè)向力、俯仰力矩、偏航力矩、側(cè)傾力矩、氣壓分布等，能耗、操控性、安全性、汽車功能的輔助設備、舒適性等。本章主要討論與造型密切相關的抗風能力。

最近，比亞迪漢憑借其0.233的風阻系數(shù)走紅。有朋友問這個性能好不好？做低風阻系數(shù)難嗎？其背后的原理是什么？

首先，比亞迪漢0.233的抗風能力確實不錯。應該是全球量產(chǎn)車第一梯隊（不包括不實用和實驗車），全球最好的電動車，中國最好的國產(chǎn)車。從結(jié)果來看，比亞迪漢的低風阻數(shù)據(jù)確實不錯。其次，低風阻系數(shù)很難做出，其背后的原理涉及面很廣，包括流體力學、空氣動力學、造型設計等。這不僅涉及技術積累和突破、資金和時間投入，還涉及多種需求（車輛空間布局、法規(guī)、成本、造型、NVH、材料、性能等）的平衡。

量產(chǎn)車的阻力系數(shù)排名

0.22奔馳CLA、寶馬G30 5系0.23奔馳E級、奧迪A4、比亞迪漢0.24奔馳S級、特斯拉Model S、特斯拉 Model X、豐田普銳斯

原則

汽車的空氣動力學對能耗、加速和操控性有巨大影響。風阻（或空氣阻力）的概念屬于空氣動力學范疇。移動的空氣（或風）如何對移動的汽車產(chǎn)生作用？空氣對移動的汽車產(chǎn)生阻力。這里有三種基本形式。一是抗沖擊性，包括氣流沖擊汽車的前部、側(cè)面和舉升。二是摩擦阻力，即氣流與機體表現(xiàn)出的摩擦力。三是造型阻力，主要是繞過汽車周圍的氣流，產(chǎn)生不同形狀的各種渦流，尤其是車尾和前窗的側(cè)面。大小渦流消耗能量，尤其是車輛后部壓力降低，產(chǎn)生壓差阻力。

首先，簡單介紹一下伯努利流體力學定律：當分子的能量分布因流速的變化而發(fā)生變化時，壓力也會發(fā)生變化。其數(shù)學方程式如下：P0=P1+12v12=P2+12v22。物理簡化的一個例子，假設一個無限大的箱體壓力P0，流體進入容器的流路更大2022suv汽車風阻系數(shù)排行榜，流速變慢，壓力變高；反之，流速變快，壓力變小。飛機機翼產(chǎn)生升力的原理是：機翼上表面有凸曲線，流道變小，但流速不變，所以流速變大。根據(jù)伯努利原理，壓力變小；機翼下表面平坦2022suv汽車風阻系數(shù)排行榜，流速更小，壓力更大。上下兩側(cè)之間的壓力差導致升力使飛機保持運動。同樣的道理也適用于汽車，尤其是在高速行駛中，電梯會使汽車產(chǎn)生漂浮感，車輪與路面的接觸力減小，容易發(fā)生事故。

其次，要了解風阻方程和車輛運動的基本方程。 Fd= 式中Fd為風阻，為空氣密度，v為車速，A為正面投影面積，Cd為風阻系數(shù)。該公式也適用于空氣升力 Fl 和側(cè)向風 Fs。 F=Fd+Ff+Fi+Fa=+(Gcos-FL)f+Gsin+ 其中——風阻，包括空氣密度、車速、正面投影面積和風阻系數(shù)； (Gcos-FL)f——汽車在斜坡上的滾動阻力，包括氣動升力； Gsin——斜坡方向的重力分量； - 考慮到旋轉(zhuǎn)質(zhì)量轉(zhuǎn)換因子的汽車加速度。從這兩個公式可以得出兩個簡單的結(jié)論： 1. 風阻系數(shù)影響風阻和能耗。車廠可以主觀改變的風阻參數(shù)只有兩個：風阻系數(shù)和正面投影面積，衡量空氣動力學質(zhì)量。比如奧迪A8和保時捷911比較，風阻系數(shù)都是0.29，但是正面投影面積是2.25平方米，后者是1.95平方米，所以保時捷的空氣動力阻力更小。 2、功率是車速和驅(qū)動力的乘積。因此，風阻所消耗的功率與車速的立方成正比，而滾動阻力所消耗的功率只與車速的立方成正比，這意味著在高處風阻所造成的功率損失速度會很大。例如，車速每增加2倍，阻力增加4倍，能耗增加8倍。

降低風阻系數(shù)有什么好處？低阻力系數(shù)對于節(jié)能和噪音尤其重要。首先，低風阻降低了能耗。當汽車以 80 公里/小時的速度行駛時，以 60% 的功率克服風阻。對于傳統(tǒng)燃油車來說，低風阻有助于節(jié)省油耗。一般來說，風阻系數(shù)每降低10%，燃油經(jīng)濟性就會提高7%。對于新能源汽車，考慮到電池組密度和輕量化投資的限制，一般風阻系數(shù)每降低10%，可以節(jié)省3%-5%的電耗，也就意味著續(xù)航里程可以提升。其次，低風阻降低了 NVH（噪音、振動、粗糙度）并提高了乘客的舒適度。氣動渦流產(chǎn)生噪聲，其強度取決于速度和渦流強度燈，類似于噴氣式飛機的強烈氣動噪聲。氣動噪聲和阻力系數(shù)密切相關，其本質(zhì)取決于汽車的形狀和空氣的粘性。風阻系數(shù)小、汽車密封性好、氣動噪聲低是好車的標準之一。

風阻系數(shù)主要與外形有關，流線型車身是風阻系數(shù)低的前提。首先要了解的是不同形狀模型的風阻系數(shù)。垂直平面體的風阻系數(shù)等于1Cd作為參考。由此可見，水滴形狀的風阻系數(shù)至少為0.04，從另一個角度理解有幫助：下雨時，雨水落入阻力最小的形狀由空氣形成。倒數(shù)第二個最低的阻力系數(shù)是半水滴形狀?，F(xiàn)實中，世界上風阻系數(shù)最低的車是1939年的德國試車Schl?，0.15Cd，形狀類似半個水滴，見下手稿。另一款德國大眾概念車 XL1 是 0.189，但外形不實用，有兩個座位，幾乎沒有儲物空間。其次，要了解風阻與外觀的關系。就風阻貢獻率而言，一般車形和車身比例占40%，車輪及其面積占30%，車底占20%，進入車體的氣流占10%。為了降低風阻系數(shù)，工程師首先要做的就是減少迎風面，幫助空氣順暢地靠近上下車身通過。其他通用措施包括降低前臉、優(yōu)化冷卻風口、增加前臉角的曲率、前擋泥板向前縮回、增加前窗玻璃的傾斜角度、將整個車身和底盤壓扁、縮回后擋泥板向后。 ，減少車輪區(qū)域的渦流等。雖然很難給出具體的空氣動力學優(yōu)化阻力系數(shù)改進值，但人們可以根據(jù)長期經(jīng)驗給出一個近似數(shù)量級的范圍。比如車高降低10mm，風阻系數(shù)會降低約0.003-0.008；車底變平，風阻系數(shù)降低約0.01-0.04；加裝車輪導流板，風阻系數(shù)降低約0.002- 0.01;但是如果打開窗口，阻力系數(shù)會增加大約0.01-0.02等。

如何確定和優(yōu)化風阻系數(shù)？傳統(tǒng)上，多采用風洞實測的方法。用風速模擬汽車的速度，然后用測試儀檢測汽車抵抗風速時的總受力。那么總的力減去車輪與地面之間的摩擦力就等于風阻。然后用空氣動力學公式計算阻力系數(shù)Fd=。然而，風洞測試非常昂貴，被稱為汽車行業(yè)的最高測試。全球約有50個風洞實驗室，主要分布在歐美和日本，中國更少。上海同濟大學的風洞價格稍微實惠一點，已經(jīng)高達每小時75萬，測試一天要90萬。一個模型從模型到真正的汽車至少需要100個小時，花費數(shù)百萬到數(shù)千萬進行風洞測試是很正常的。另一方面，車企愿意花錢進行風洞測試，這也是豪華車與普通品牌在研發(fā)上的區(qū)別之一。除了風洞，一種低成本技術正在興起：結(jié)合湍流理論的計算機流體動力學 (CFD) 模擬。汽車外流場數(shù)值模擬是利用數(shù)值模擬的方法分析汽車在行駛過程中的空氣動力特性，從而提高空氣動力性能，節(jié)約成本，提高設計優(yōu)化效率。但由于計算機模擬對建模的要求較高，與實際環(huán)境參數(shù)不同，存在一定的誤差。因此，仍以風洞試驗數(shù)據(jù)為依據(jù)。

歷史

從全球汽車造型史來看，從1844年卡爾·本茨發(fā)明汽車到19世紀末，工程師們基本上對風阻系數(shù)和造型的關系一無所知。從1910年到1950年，流線型車身設計受到關注。例如，1913年意大利的流線型車型率先開始風洞試驗并獲得美國專利。從1940年到1960年，由于福特流水線生產(chǎn)模式的興起，它強調(diào)機械簡化，弱化造型。例如，大眾甲殼蟲和迷你車以其簡單、耐用和廉價的燃油效率而風靡全球。 1950年至1970年，造型設計突出，出現(xiàn)了長尾鰭和短尾的楔形機身。 1970 年代和 1990 年代的石油危機使負擔得起的日本汽車風靡一時。 1990-今天，經(jīng)濟發(fā)展，追求個性，追求內(nèi)外兼修。

從汽車空氣動力學的歷史發(fā)展來看，卡爾·本茨發(fā)明汽車后，德國開始利用航空風洞研究車身形狀。后來，德國工程師 P Jam 發(fā)現(xiàn)，前圓后尖的物體阻力最小，比如魚和鳥的大小。 1934年，美國的W Elay教授用風洞測量了各種車體的空氣阻力系數(shù)。 1930年代， J.在研究汽車表面的壓力分布后提出了差壓阻力。 1940 年代，法國人 L. Rommi 提出誘導抵抗。隨后英國人發(fā)現(xiàn)了汽車的外形特征與風阻系數(shù)之間的關系，并提出了一種估算氣動阻力系數(shù)的方法。 1960 年代德國 - 發(fā)現(xiàn)帶有突然末端的方形后端有助于降低風阻。這駁斥了長期以來的觀點，即長尾錐適用于任何流線型車身。 1967 年的 BMC 1800 因其獨特的線條和設計而被認為是現(xiàn)代空氣動力學設計的鼻祖。 1970年雪鐵龍推出的GS車以0.31Cd成為當時世界風阻系數(shù)最小的量產(chǎn)車，前傾前傾，后傾快，后方形后傾作為標準。在 1970 年代，汽車空氣動力學成為一門獨立的學科。然后，各大汽車制造商開始進行空氣動力學比賽，直到今天。包括老牌汽車廠商奔馳、奧迪、寶馬、通用、福特，后起之秀豐田普銳斯、特斯拉Model S/X、比亞迪漢也開始脫穎而出。

技巧

讓我們探索一些最優(yōu)秀的汽車制造商如何優(yōu)化阻力系數(shù)。從最佳風阻系數(shù)榜單來看，奔馳是唯一一家風阻系數(shù)涵蓋0.22-0.24的廠商。由此可見，奔馳不愧是最重視風阻系數(shù)的廠商之一。我以為奔馳在風阻系數(shù)方面的殺手锏研究包括風洞測試和車輪擾流板。

全新 BMW 5 系實現(xiàn)了同級別中最低的風阻系數(shù)0.22。除了得益于優(yōu)化的外形設計，還有一些獨特的秘密。

華夏之光的比亞迪漢，其風阻系數(shù)0.233已達到世界第三，國內(nèi)第一。目前，風阻系數(shù)低于0.235的量產(chǎn)轎車不足10輛。在這個范圍內(nèi)，風阻系數(shù)0.001每下降一次，就意味著開發(fā)難度和投資成本成倍增加。下面簡單說一下比亞迪不為人知的一些低風阻技術：

其實這些技術都不是很成熟，關鍵是車廠愿意花時間和成本去做。例如，中網(wǎng)的主動開合雖然需要耐久性，但屬于成熟技術；低風阻車輪只需要精心設計；空氣幕是更多的零件和成本增加。造車不能單純追求低風阻系數(shù)的極致。需要考慮的因素很多，包括汽車載人或載物的功能、工藝水平、成本和大眾審美。

誤會

最后，我想談談消費者普遍存在的兩個誤解。首先是跑車的風阻系數(shù)。國內(nèi)汽車廠商有時喜歡用標桿、夸張的語言做廣告，卻不知道自己犯了低級錯誤，比如跑車的風阻系數(shù)。說說跑車風阻系數(shù)的奧秘吧。

二是改裝尾翼。尾翼、擴散器、渦輪和碳纖維車??身被稱為四件式汽車改裝。有些人喜歡自己做。但是，改裝存在風險，尤其是尾翼。如果改裝不正確，空氣動力學特性就會變差，汽車也會被毀壞。尾翼的作用是增加對空氣動力升力的下壓力，增加駕駛的安全性和穩(wěn)定性。有些人認為尾巴是一個倒置的翅膀，但并不是那么簡單。尾部能發(fā)揮良好作用的前提是工程師需要做足夠的風洞試驗和計算機流體CFD模擬，考慮安裝角度、翼型、支撐板、升阻比、尾部附近的流場等例如，后翼子板的安裝位置過高，會使汽車的俯仰力矩增大，前輪的下壓力減小，從而使汽車在高速行駛時的操縱穩(wěn)定性變差。如果側(cè)支柱部分的寬度過大，則橫向力變大，這也惡化了操控性。如果尾翼安裝不當，也會增加風阻，增加油耗。裸露的尾翼也是一個強大的噪音源。因此，首先要了解其空氣動力學的物理原理，然后觀察尾部附近的流場，最后需要進行CFD仿真優(yōu)化，使尾部發(fā)揮應有的作用。