人类为降低汽车的风阻付出了太多。你不需要考虑买车,但你可以理解
微风吹过,很少有这样的词能带来体验感,这与你大脑的抗风系数高达0.5有关。为什么鸟和鱼的头是尖的,背后是一整套系统的学科。
我们和风的故事也几乎贯穿了整个工业革命到现代工业。
流体力学虽然晦涩难懂,但俗话说,一切力学都属于牛顿管。的确,在17世纪,牛顿首先发现,物体在液体中的阻力与流体的密度、物体的横截面积和运动速度的平方成正比。此后,千年一遇的学术大师纷纷加入。比如欧拉、伯努利、拉格朗日,都以自己的名字命名了自己的学术成就,至今仍活跃在大家的课本中。
20世纪初,内燃机的成熟应用催生了汽车工业和飞机制造的蓬勃发展浪潮。我们飞机的机翼需要随风起舞,但更大的问题正在出现。
水能载舟,也能赛舟;风也是。
让我们把时间线倒回到现在,即使有计算机辅助模拟和风洞实验室的帮助,如今市场上大多数模型的能量损失也可以占到 NEDC 条件下总能耗的 1/3 之多. !当然,被双倍卡在命运脖子上的厂商也想在这里拧毛巾——降低能耗,但事情并没有那么简单。
先记住一个简单的公式,
它描述了车辆在行驶过程中受到的阻力的构成因素。当形状确定后,阻力 Fw 与车速 V 的平方成正比。
由于空气密度取决于天空,因此降低阻力的负担全部落在如何改变 Cd 阻力系数和 S 迎风面积上。
降低风阻 Cd一直是奢侈品牌的游戏
它看起来不错吗?好看的往往是风阻低。
举两个例子,第一个是Enzo (法拉利创始人)称赞的漂亮设计。上图中的捷豹 E 型在 1970 年代实现了惊人的 0.3Cd 阻力系数。
接下来是保时捷费迪南德(保时捷创始人)在他作为梅赛德斯-奔驰技术总监的最后一年(1928 年)所做的工作。经典的奔驰SSK(上图为复刻版)虽然发挥了无与伦比的力量2022suv汽车风阻系数排行榜,但其风阻系数却高达0.9。两者虽然所处时代不同,但一眼就能看出区别。显然,E-TYPE在美学上是一座无法逾越的山峰。参照“科学与哲学是通往宇宙奥秘之巅的南北坡”的理论,艺术与物理学往往有着神秘的联系。
既然流线型车身的线条与低风阻系数正相关,是时代宠儿,超跑自然有动力去打造夸张的线条来满足极致的美感和流线型的车身。PS:一些性能车也会增加风阻系数以获得更好的操控性和稳定性。
但是对于大部分普通消费级车型来说,Cd阻力系数进入0.3并不是那么顺利。以经久不衰的奥迪C码轿车为例(早期命名为奥迪100,后来演变为A6车型)
直到 1982 年奥迪 100 C3 推出,通过优化车头、车厢和后备箱的连接角度,将风阻系统控制在 0.3,震惊了业界。
后续A6后继车型在造型定位上也逐渐圆润,同时进行了进一步的空气动力学优化。2012年C7代,风阻Cd进一步降低到0.26,比如老前辈的0.40年前的3Cd,40年过去了。
一百多年过去了,风阻系数Cd只从0.9下降到0.3?
我们来看看常见的购物车的风阻Cd作为参考。
让我们来看看近百年来汽车行业Cd风阻系数的进步对阻力的贡献有多大。还记得那个“简单的公式”吗?阻力与速度的平方成正比,并且随着速度的增加而急剧上升。
如果Cd为0.3的奥迪A6和Cd为0.9的奔驰SSK并排从30码加速到80码2022suv汽车风阻系数排行榜,它们受到的风阻对应关系是什么?
2012款奥迪A6 30码阻力是面积和空气密度乘积的10.42倍,80码上升到74.1倍;
1928款奔驰SSK在30码处阻力高达31.25倍面积和空气密度的乘积,80码处上升到222.2倍!
想象一下,通过降低这个阻力系数可以节省多少能量,可以创造出多少超越人类极限的速度机器。
但这还不够,电机的时代已经到来。
人类与抗风的斗争进入下半场,形势上升到既具有竞争力又具有可持续性的地步,这与公司的排放和能源消耗计划有关。
2021年汽车风阻天梯榜电动车霸榜 中国产品进入全球前三
要谈现代汽车工业的历史,甚至是“降低风阻的历史”,中国汽车很难插手。但随着新能源弯道超车的国家政策,中国品牌在诸多方面都实现了全球领先,甚至在新能源汽车的全链路产销上,也已经走在了前列。
是时候与世界搏斗了。
截至2021年,全球风阻排名前三的分别是:
梅赛德斯-奔驰 EQS:0.20Cd
特斯拉 Model S:0.208Cd
智极L7:0.21Cd
肉眼可见的都是纯电动轿车车型。可以看出,豪华品牌纯电动车型的素养逐渐打破了内燃机时代的陈旧规律。甚至,从三辆车的线条细节上,我们也隐约能找到一些共同点。
我们来看看使用智机L7的0.21Cd抗风能力从0.3Cd移动到0.2Cd的成本
要想做好工作,首先要有工具,先进的工具。
在降低风阻系数方面,有硬质和软质两种。
首先是硬件,被称为“风洞”。汽车行业最著名的风洞位于上海同济。大部分汽车风洞都掌握在科研机构和检测机构手中,包括这次的L7。0.中国汽车研究院重庆风洞认证的21Cd风阻系数。由于建造和使用成本极高,风洞几乎总是共享的。
第二个是模拟,源自一个名为 CFD 计算流体动力学的跨学科学科,它使用计算机软件进行参数模拟。以上两种工具,一虚一实,在参数中寻求破译物理世界,在风洞中求真。
参考同济风洞,每小时使用价格在3万元左右。
要想达到更极致的Cd风阻系数,势必需要更多轮次的修改和验证,也需要进入更多的风洞。EQS和Model S的测试数据尚不明确,但智极L7共完成了5轮风洞实验,共计150小时。相应的模拟进行了900次,远超行业平均水平。
后视镜可能面临多种调整
Cd风阻系数主要和外形有关,而汽车是一个复杂的工业产品,车身附有这么多配件,从哪里入手?
答案是改变一切。以智极L7为例,上图中标注的所有因素都直接影响整车的风阻系数Cd。每一轮调整都是为了改变某些设计,看看是否能得到更好的结果。
从图中可以看出,单个位置对车辆Cd的调整贡献很小(0.003),但每个0.001其实是最小的计量单位,称为1 count .
粗略加起来,83个计数,总计0.083,对于基础比较好的中大型车来说,刚好可以从不到0.3Cd降到0.21Cd。最大的贡献是主动进气格栅和前轮阻风门和大灯。
所有的改进都必须基于一个点:设计部门批准,工程部门可以实现。以大灯为例,细长的M型灯带能满足照明规定吗?目前的工艺能否实现最小接缝?
增加了多少成本,对用户有多少价值
大多数人不知道,在汽车制造中,变化=成本。无论是加孔还是改变孔的位置,在机械化制造中,都需要一个完整的研发、预验证、生产、生产验证的过程,成本会随着难度成倍增加。
合众新能源和浙江大学曾对自己的车型进行过调查。
针对其品牌基础风阻0.35的测试机型,对风阻进行了优化,探讨了其单位成本和能给用户带来的节能价值。结果表明:
考虑到使用过程的经济性,几乎所有后期安装的优化都可以物超所值。如果要在制造方面进行这些优化,设备改造的成本将是天文数字。
显然,对于售价在40万区间的智极L7来说,它选择了一条更加艰难的道路。
在动力性能方面,电动车时代的扭矩和马力似乎更容易获得,于是“战技”从如何打出强草变成了如何应对强风。尤其是在加速成绩方面,风阻榜上的座位将需要再次更换。
前面说了,低风阻是奢侈品牌的游戏,奔驰是行业老大哥,特斯拉是颠覆者,智极似乎没有退缩的打算。
最后:
风阻系数将是纯电动汽车时代豪华与运动的新坐标。这是工程和造型的坚韧平衡,是下一个汽车产品时代艺术与科学的统一。
中国品牌近几年在造型上进步明显,尤其是新能源品牌大胆激进,勇于突破。智机汽车气动项目工程师左慧慧在上文中表示:本轮优化除了完成L7项目外,还想以中国品牌中国队的身份与世界竞争。