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先看一组轿车和SUV的风阻系数:
现在几乎每个新车上市前都会强调其风阻系数多优 秀、比某某车型好、达到行业前几的水准等等,仿佛新车型发布时若不提到风阻系数就感觉少了点啥。
那么,让车企趋之若鹜而消费者似懂非懂得风阻系数到底是什么意思呢?
风阻系数,又称空气阻力系数,英文叫法是drag coefficient,简称Cd,其本质是一种数学函数,也难怪大多数人搞不清楚。
通俗讲,汽车风阻系数越大,表示行驶时所受的空气阻力越大。
举个大自然中的例子,雨滴下落时也有风阻系数,由于水可流动,因此可以自然变成小风阻状态,大概只有0.05Cd。
再看几个容易理解的例子。直升机在空中向前飞行时的风阻系数大概是0.25Cd,普通子 弹发射出去后的风阻系数大约是0.295Cd,普通高铁的风阻系数则有0.48Cd。可以说,在风阻系数水平上,现在大部分轿车已经好于子 弹了,SUV也已经和子 弹相当了。
搞清楚了风阻系数的概念是第 一步,知道风阻系数的大小对汽车意味着什么才是关键。
汽车靠驱动力驱动,但是要克服阻力。一般阻力包括滚动阻力(与车速、车重、轮胎等都有关)、空气阻力、坡道阻力(其实就是重力引起的,平地就没了)、加速阻力(匀速就不存在了)。
汽车在高速行驶时,空气阻力也就是风阻系数将成为影响能耗的主要因素。车速80km/h时,百分之六十左右的能耗用于克服空气阻力;车速120km/h时,百分之七十以上的能耗将用于克服空气阻力。有数据显示,汽车风阻系数每降低0.01Cd,车辆续航里程可提升8km左右。
那么,是不是意味着风阻系数越小越好呢?答案是否定的。
其实很多跑车的风阻系数比一般家用车要高,例如法拉利458的风阻系数便是0.33Cd,而F1方程式赛车则是能高到0.8-1.0Cd。
这是为什么呢?这就涉及到汽车风阻系数的另一个特点了,影响操稳安 全!
因为跑车和赛车都需要保证有足够的下压力(也就是负升力)来保证足够的抓地力来维持车辆的操控性,否则很容易失控。
明白了风阻系数对汽车能耗和操稳安 全的重要性,就知道应该有针对性地对每辆车定义其风阻系数目标,而不是盲目的追求越小越好。
一般来说,轿车的风阻系数在0.2-0.35Cd,SUV的风阻系数在0.25-0.4Cd。
那么,如何降低风阻系数呢?
决定汽车行驶时风阻大小的是其迎风面积,而迎风面积又取决于汽车外形。如果只是想单纯地降低风阻系数而不考虑实用性的话,参考下图就知道将汽车形状做得越接近流线型雨滴形状,风阻系数就越小。
事实上,还真有人这么做过。
1939年一家德国实验室制造的一款Schlrwagen试验车型,风阻系数只有惊人的0.15Cd,是已知的风阻系数zui小的车。但这款车的外观实在太怪异了,就是个蛋嘛,当然也就没有量产。
后面直到2013年,大众推出了一款全球限 量版XL1车型,是目前已知量产车中风阻系数zui小的,只有0.189Cd。这款车的造型也颇为怪异,实用性不高,只有两个座位,几乎没有储物空间。
看了上面两个案例,大家就知道要降低汽车风阻系数,其实有很多限 制条件。
除了上面所提到的实用性外,也要考虑工艺,以及zui重要的大众审美(也就是外观)。所以,对于汽车来说,想获得满意的风阻系数,必 须在造型设计能让大多数人可接受的基础上,在造型细节里下功夫。
这里补充个小插曲。曾经有一段时间,空气动力学曾经陷入误区,人们认为汽车越接近水滴形风阻越小。
事实证明,汽车尾部越“断”的干脆越有利于减少风阻。可能已经有人发现三厢车没有后雨刮,而两厢车却有,这其实就是上述原因导致。因为两厢车更容易在后窗部位形成涡流,从而积累尘土影响车内后视镜视线。三厢车则容易在尾厢后部形成涡流,尘土大都附着在尾门开口附近了。
下图示意了影响汽车风阻系数的关键部位。大多数车企在考虑风阻系数的时候,都会在这几个部位下功夫。
在这里顺便科普一下汽车的风阻系数是如何做的。国内位于上海的“地面交通工具风洞中 心”,也就是同济大学风洞实验室,目前承接着国内大部分车企的风洞试验任务。
汽车风阻系数的改 善要靠反复的模拟分析以及不断地“吹”,模拟分析可以在电脑上完成,而“吹”花的就是真金白银了,而且每次风洞试验价 格不菲。
作为我国自主研发的同济大学风洞试验室,当年的造价就有5亿元。目前的试验价 格是400元/分钟,而欧洲对应的价 格据说是其十倍不止。因此,车企为了优化风阻系数而一次次进行的风洞实验也就成了汽车试验里zui烧钱的项目。如果对风阻系数精益求精的话,其花费可以说是没有上限的。
当前新能源汽车风头正盛,其续航里程是各大车企比拼的重要指标之一,而每降低0.01Cd的风阻系数,就可提升8公里的续航里程。因此,很多新能源车为了这0.01Cd,不惜重金投入,不仅仅是为了卖 车时的宣传噱头,确实是相对低的风阻系数就意味着低能耗高续航。所以当年荣威i6做到了行业前五的风阻系数时,就在行业内引起了轰动。
现在,别小看这0.01Cd的差距,就像百米竞赛时的10.00秒与9.99秒一样,往往需要付出几十倍的努力才能做到。
结尾,列举几个国产车型的风阻系数。
风阻系数对汽车性能的重要性不言而喻,一定程度上也代表了汽车工业的技术水平。目前,国产汽车正在全 方位赶超合资品牌汽车,国产汽车风阻系数水平的整体提升,一定程度上代表了我国汽车工业技术迈入了新台阶。
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