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电动车为啥拼风阻?战胜它,就是战胜世界

我们是世界上唯二能自研并大批量装备第五代战斗机的国家。是什么让我们造出性能优秀的五代机?据说,歼20最优秀的设计是气动外形。在天空我们征服空气、利用空气,让我们拥有了天空的控制权与话语权。

(正在依靠进行机动的歼20战斗机 图片源自网络)

天空中同空气博弈的同时,中国汽车同样在地面上征服空气。

中国量产车在刷新风阻系数的新低,最新数据是吉利银河E8的0.199cd,让量产轿车风阻系数突破了0.2cd。这个数据已经接近纸飞机,超过了高铁。

汽车停在雪地上

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为什么汽车要同风搏斗?

汽车行驶时空气阻力与速度的平方成正比,汽车速度越快,来自空气的阻力就越强。低速行驶时空气阻力可以忽略不计,但当汽车速度接近100km/h时,风阻在行驶阻力中占比将超过58%。

1899年,人类第一次驾驶汽车突破100km/h极速时,就是靠着一台参考炮弹造型的电动车。当然,那时候人们对空气阻力的认识还比较原始:车身尖锐了,但人还露在外面,所以阻力并没有小多少。

克服风阻仅仅是更高速和更节能吗?不,这还是中国车企参与全球争霸,获得全球汽车设计话语权的抓手。

我告诉你,克服风阻其实很简单!

空气阻力系数最小的物体是雨滴。

图表

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越像水滴的汽车,自然风阻越小。1939年德国人造出的纯正水滴型汽车Schlörwagen,风阻系数只有0.15cd。

汽车在路上

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但,克服风阻也很难……绝对低风阻设计并不实用:空间利用率并不高,安全性不佳,对于当时的汽车制造工艺来说也不能大规模生产。

图示, 工程绘图

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上世纪汽车设计就有了一个核心的矛盾:在实用性与克服阻力间寻找平衡。

根据空气阻力公式F=(1/2)CρSV²,随着汽车越来越快,对克服阻力的需求越来越迫切。要么加大马力,要么解决公式里唯一可以下手的阻力系数C。而C跟汽车外形有关,历史上,谁找到这个战胜空气的答案,谁就掌握着汽车设计话语权。

黑暗中的光

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第一轮:空气动力应用之始看上去符合气动的美国汽车,让欧洲车过时

美国克莱斯勒Airflow,让“符合空动”成为现代汽车设计的共有认知。克莱斯勒Airflow是世界上第一款大规模生产,并在外形上采用符合空气动力学外观设计的汽车。

黑色的汽车

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它的设计打败了传统的欧洲豪华车,如轮子仍然暴露在外,有着平直进气格栅的奔驰布加迪,让古典时代的豪华汽车看起来格外过时。

汽车停在路上

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Airflow奠定了二战前后现代汽车的基本架构,Airflow成为划分时代的标志。考虑空气的设计才是现代的。战后美国汽车品牌的各类火箭造型,参考了航天器设计,高高耸立的尾鳍“看上去可以克服阻力”,继续成为战后设计标志。

汽车停在路上

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第二轮:真正掌握风的流动符合气动科学的欧洲汽车,把美国品牌打到

曾在50年代流行一时的“大火箭”们为什么没有成为如今汽车的模板?因为雪铁龙DS等一系列欧洲汽车,用“真正科学的空气动力学”设计打败了大西洋对岸美国人的徒有其表。

绿色的汽车

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DS引入了许多超前的减阻设计,比如舍弃了传统的进气格栅、被包裹在车身内部的后轮。整体两个水滴叠加的车身设计,让DS整车风阻系数低至0.36。

门前的汽车

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在DS的影响下,欧洲汽车品牌开始科学研究空气对于汽车的影响。现代汽车的基本造型得以确立,至今大的体态没有变化。

汽车停在路上

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比如1959菲亚特的Turbina概念车,风阻系数已经低到0.14。一系列伟大的跑车、赛车在这个时代诞生,人类也进入打破速度记录最密集的时代。

桌子上放了不同类型的汽车

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第三轮霸权转移:从0.4cd到0.3cd乔治亚罗和大众Golf,重新发明现代家用汽车

前两个时代的争霸,空气动力学设计的进步更多体现在运动车与豪华车上。而70年代,科学让这种争霸进入到家用车。乔治亚罗的设计证明了:空气动力学优秀的汽车不仅仅圆润,也可以有棱有角。

大众高尔夫用“细节优化”的科学让空气动力学进步不再是大形体层面的调整。让实用性与风阻,可生产性与风阻实现了真正的统一。初代高尔夫的风阻系数只有0.41cd,在那个年代的家用车中十分领先。

这一时代的巅峰是奥迪100(C3),方方正正的车身风阻系数只有0.30cd。此后数十年,常规家用汽车的风阻系数也都在0.3-0.4这个范围内。

黑色的汽车

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第四轮:从0.3cd到0.25cd日系车掌握环保设计的话语权

上世纪九十年代,为什么汽车设计的话语权会从西方向着东方转移?大背景下,是石油危机、臭氧危机等思潮下,人们对于环保提出了更高要求,对汽车的能耗提出了更高要求,而日本汽车率先找到了一个合理答案。

丰田第二代普瑞斯引入了前卫并大量考虑低风阻的造型。由于日本设计师对于空间、造型的新理解,让低风阻同空间实用性之间有了新的契合。日系品牌成为最热衷于宣传风阻的品牌,日产本田也纷纷推出造型接近普瑞斯的车型。到第四代普瑞斯时,风阻系数只有0.24,低于同时代保时捷

汽车停在路上

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从九十年代末到2010年代,日系变成了引领潮流与未来的代表。虽然此后欧洲品牌不断优化风阻,如奔驰、宝马的普通轿车实际风阻系数同普瑞斯相当,但人们还是更愿意相信日系品牌关于环保的设计故事。

第五轮中国汽车已经占据先机……

汽车设计的话语权正在经历又一次争夺,这一次争夺是新能源汽车谁能寻找到克服空气的答案。目前来看,中国汽车已经占据了先机。近年来,中国造量产电动轿车正在不断刷新空气阻力系数的新低,不断逼近0.2再到到突破0.2。

汽车停在路边

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下一个霸权转移,为什么是中国引领?

中国新能源弯道超车为设计师提供了战胜空气的舞台。随着新能源崛起,复杂机械结构被简单的电驱动取得,为设计师提供了更大的设计自由度。如高纯度的吉利SEA架构,让传统乱流区——底盘变得更为规整。反例如一些传统豪华品牌,虽然设计出低阻的弓形车身,但因平台纯度不高无法平衡空间需求而备受诟病。

海上的汽车

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新能源时代有更多尝试机会,让中国汽车设计师得以全面发挥。所以,银河E8究竟是怎样实现超低风阻?

俯瞰前圆后方的造型,“反常识”的低阻设计。

几种不同几何形状的风阻系数中:尖头要比圆头风阻系数高。在水滴型因空间原因不适宜用于俯视投影时,在较为合适的形状中,半圆型风阻系数最低。

图片包含 图表

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投射到银河E8上,就是俯视角度,前圆后方的造型。车头尽可能圆润,而车尾尽可能平。

黑色的汽车

中度可信度描述已自动生成空间有保证时,优化的侧面线条。

越接近机翼、水滴的造型风阻越低,但这意味着车尾弧线要更早下沉。如大众XL1等追求极致低风阻、低能耗的汽车,就采用长尾设计。传统GT造型,也是两个机翼叠加的造型。

红色的汽车

中度可信度描述已自动生成

但传统汽车因为发动机、变速箱等占据了纵向空间,如采用类似设计会让后排空间极不理想。银河E8凭借优化后排坐姿,平衡了流线型车身与后排乘客头部空间之间的矛盾

海上的汽车

描述已自动生成

需要造车者对于细节的打磨

银河E8全车低风阻设计二十多处。对车头、前后扰流板、扩散器等进行了一系列的造型优化与升级。每一处细节的调整,都体现着造车者对于风阻的“锱铢必较”。

  • 车头:不断平衡低阻低趴车头姿态与ACC、律动格栅、发光徽标、进气格栅等造型要素之间位置设计,在保证造型同时,减少车头阻力。
  • 主动进气格栅:通过合理控制进气格栅的开度,控制和引导气流,降低行驶过程汇总的内循环阻力,可以降低风阻0.016cd。

桌子上摆放着银色的车

低可信度描述已自动生成

  • 前轮扰流板上方的低风阻特征设计:这种设计可以让前保两侧拐角的气动阻力更小。但这种设计本身与迎宾灯相冲突,经过多轮验证之后,才最终定型。
  • 轮辐的设计采用封闭式结构:有利于减少空气扰流在轮毂内的流动,从而降低风阻,带来更好的空气动力学性能。

汽车的车头

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  • 行李箱最末端的鸭尾尾翼设计:可以大幅减少车辆尾部的升力,有效降低风阻0.01cd。

图片包含 户外, 船, 水, 飞机

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  • 后保下方扩散器的低风阻分流特征:可以更好梳理尾部气流,对降低风阻的效果显著。但与车辆追求大离去角的需求冲突,经过多轮设计验证后,最终实现二者平衡。

海上的汽车

描述已自动生成

这一系列优化设计,并未牺牲什么,银河E8仍体现着吉利标志性“涟漪美学”的新进化成果。跳脱出电动车设计同质化路线,开创出一个全新的中国智能电动车设计范式。让吉利银河E8的设计完美平衡设计美学、驾乘舒适性、车内使用空间、和用车经济性的“最优解”。

沙滩上的汽车

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中国风,吹动中国汽车“中国风”

为什么我们能够造出歼20?

为什么中国汽车会在对抗风的争霸中领先?

还有一个不可忽视的点:空气动力学主要靠“吹”风洞。

中国掌握着世界上规模最大、风力梯度最齐全的风洞群。白菜化的风洞设施让中国汽车工程师可以尽情“吹”。据说,吉利银河E8打造过程中,空气动力学团队共计进行了5轮测试,风动测试超100小时,基于测试数据进行仿真验证近500次。是中国风力量,助力了中国风设计。

巧的是,在银河E8的设计中同样融入了类似隐形飞机的元素。这是一种巧合,也是大国崛起的一个印记。

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