流体艺术大师：奥迪的空气动力学

迎风面积、风阻系数——这些名词你肯定有所耳闻。在奥迪公司的试验风洞中让我们再次有机会解释一下这些重要参数，并以奥迪e-tron GT和奥迪100 C3为例来解释空气动力学是如何在汽车工业中应用的，今日与40年前是否有什么不同。

一些人驾驶符合道路行驶许可的车辆在纽北赛道不断地刷新更快圈速纪录，殊不知所有这些类似的行为也同样发生在另外一个地方—实验风洞中。这两个地方的共同点是，它们不仅都能确定测量值，而且都有很高的媒体影响力。这就意味着当一个新的纪录发布时所有汽车行业从业者都会认真倾听。在纽北赛道上目前最新的纪录创造者是独一无二的AMG ONE。而在风洞中，成绩最优者也是一辆带有星辉标志的来自奔驰的EQS。而最近来自美国的新能源汽车制造商Lucid则希望借助他们的Air原型车携0.197的风阻系数对奔驰EQS 那0.2的数值进行狙击。

这场对更低风阻系数的角逐简直就像对所有不同型号的车辆都会产生影响一样。当然，让车辆拥有流线型设计这个想法并不算新鲜了。毕竟，飞机设计师埃蒙德·伦普勒（Edmund Rumpler）早在1921年就展示了一台飞行器，它完全按照工程师依据空气动力学设计好的轨迹飞行。1921年在柏林举行了一场车展，其中就展出了一辆水滴型车辆，它的样子跟科幻电影中扑面而来的飞船一样，只是长出了轮子。伦普勒试图将空气动力学最佳的水珠形状转移到汽车上，结果风阻系数测定值为0.28，就算以今天的标准来看这个结果也一样令人印象非常深刻。要知道当时的道路几乎完全没有办法让符合空气动力学的车辆将其效率及速度优势发挥出来。伦普勒同时直接为我们展示了我们如今依然在路上没有按照水滴形状行驶的原因：车辆后部变窄，没有行李厢。这可能是他当年没有成功的原因之一。

莫尼·伊斯兰（Moni Islam）博士一边解释，一边指着e-tron GT向后收窄的乘客舱说：“这是一个必须找到妥协的典型领域。”伊斯兰负责奥迪公司的空气动力学及空气声学开发，他深知空气动力学必须与整车设计和内饰设计相互协调，因此对于e-tron GT来说它必须最终是一款拥有相当实用性的四门电动跑车，而不是一颗正在落下的水滴。

首先要了解的是：这个风阻系数值到底意味着什么？“风阻系数值表示了物体的空气动力学质量，也就是物体在飞行时的损耗有多低”，莫尼·伊斯兰说道。物体的正面迎风面积、空气密度和速度平方这三者之积再乘以0.5可以得到空气阻力大小。具体来说，在开发过程中迎风面积和阻力系数是工程师可以影响的因素。这意味着具有更大正面迎风面积的车辆在风阻系数相同的情况下会产生更大的空气阻力。虽说如此，但是风阻系数较小的大型车同样可以大放异彩。

换句话说：如果设计足够巧妙，即便是体积庞大的SUV也能得到比相对低平的轿车更好的Cw值。同样重要的是，风阻系数在同一款量产车不同的衍生车型身上也有不同变化。轮胎、轮胎宽度及车身部件对风阻系数都有明显影响。也因为如此，所有电动车制造商通常都会为其产品制定一个续航范围。这也同样适用于车辆的能耗表现。这个区间能够覆盖所有配置范围，从最节省到最耗能。根据WLTP工况法测算，e-tron GT quattro的续航里程在458到501公里之间。就在选装列表中随意点选几个不同配置，可能就会导致续航相差43公里之多。

尤其是对于电动汽车而言，必须尽可能降低空气阻力，因为与传统内燃机汽车相比，电动汽车能够使用的总能量要少得多。每降低1%的风阻系数值都能够换来有相当价值的续航里程。因此，低风阻车身的开发现在是非常重要的一环。为此，奥迪不仅使用了风洞，而且应用了CFD模拟。

对拼词游戏爱好者来说 ：“CFD”的意思是“计算流体动力学”的缩写，在德语中相应的对应学科是“数值流动力学”，用它可以模拟出车身周围空气流动的变化过程。莫尼博士认为这种仿真的方法可以是“与风洞并驾齐驱的第二个重要支柱”。他透露说，奥迪对这两种开发方法投入了“同等量”的各种资源。

据之前猜测，运行若干台计算机服务器用来进行CFD模拟比运行那拥有壮观的5米长转子的强力风洞要划算许多，然而奥迪动力学负责人却不这么认为：“我们在计算机模拟方面投入的各项资源与在风洞方向的投入几乎是一样的。在这个模拟器背后的是无比强大的计算中心。我们在运算方面使用了接近6万颗中央处理器。”而另一方面，风洞在全功率下的消耗大约为2.5兆瓦的电力。伊斯兰进一步解释说，这两种开发工具的任何一种都不能被取代，也不会被取消。

理论到这里已经足够了：e-tron GT已经在风洞中准备就绪。“对于空气动力学来讲，我们更喜欢修长、纤细、扁平的车身。这是获得一个良好风阻系数的前提条件。然后我们看一下车身主体构造。拉长的驾驶室、平坦的挡风玻璃、流线的后窗，这些比例都有助于帮我们理解基本概念”。我们紧接着就将莫尼的这些说法都套用在e-tron身上：车长4.99米，车高1.41米，这当然跟超跑没法比，但是在这个SUV横行的时代已经算是相当低的高度了。只有1.96米的宽度相对来说并不算小。

在技术术语中乘客舱也被称为“温室”，它向后方明显变窄。一方面这突显了e-tron宽大的臀部，另一方面更重要的是确保了更好的空气流动性。前后挡风玻璃都特别平坦，与第三代奥迪100（从1982年起生产）相比，从照片中可以看出这种区别特别明显。而在当时，奥迪100挡风玻璃的装配方式已经算是非常平坦的了。这些基本属性构成了空气动力学汽车的基础，但它们并不能在每辆车上实现。毕竟不是所有客户都需要像e-tron GT这样的运动轿车，需求量更大的反而是拥有大空间但却是盒子形状的SUV。

向目标推进还需要做大量细致的工作。比如仅在四个轮子上就有很多工作可以做。“一辆车的轮胎至少会产生占整体空气阻力1/3的比重，有时甚至更多”，伊斯兰解释说。因此，使用哪种车轮尺寸有时候会在开发阶段起到关键作用。宽度、高度和轮毂设计等所有这些都会有影响。也正因如此，很多电动车都会使用看起来具有未来感的轮毂设计，这些轮毂往往都有很厚的外侧包裹，可以防止形成较高的空气阻力涡流。

所谓的气幕其实也是追求类似的目标。空气通过前方的小进气口以受控的方式被引导到车辆的侧面。而在这里，避免涡流产生也是关键所在，像e-tron GT这样的前端非常立体的车头如果没有此类辅助的情况下那就会产生涡流。

可伸缩的后扰流板也能起到很大的作用。“在较低的位置我们已经实现了风阻优化，而当需要更好的动态驾驶以及降低上升力时，后扰流板应该更倾斜”，奥迪空气动力学负责人在描述主动空气动力学功能时说。这部分内容还包括前部的可控冷却进气口，它仅在需要时才会打开。

为了展示所有模拟和风洞运行带来的效果，奥迪工作人员现在正将另外一台设备推入大厅。

借助喷烟枪的帮助，可以在风洞中用肉眼看到真实的空气动力学现象。一小段时间后，风机转子以设定的速度运行，此时测量室的风速正好为50公里/小时。莫尼将烟枪对准气幕喷射，烟雾从轮拱中流出，干净利落地从轮子一侧滑过。

接下来要测试的是外后视镜：“外后视镜是我们正在进行集中优化的部分。在这里你可以看到‘尾迹’已经非常小了。”“尾迹”指的是镜子后面的静风区。气流应该尽可能快地在镜子后面重新聚集在一起，而且不会在此形成湍流。事实上，镜子后面那一片由烟雾构成的漩涡区域只有两三只手那么宽。“如果您愿意，不妨自己试试看”。这种好机会，我显然不能错过。

紧接着我们来到汽车后面，现在的任务是检查车辆后部的尾迹区域以及校验后扰流板处的气流轨迹。之前的理论同样适用于这里：避免湍流！结果与后视镜处一样，烟雾从后扰流板干净地释放出来，在稍远的后方与气流相遇，气流选择了在车辆下方的路径，沿着完全包裹起来的车身底部，之后被扩散器完美地疏导至车身后方。

所有这些措施使风阻系数最大值为0.24。在1982年，奥迪距离这个关键节点其实并不远了。当时全球空气动力学范围内风阻系数的冠军值为0.30。

为什么？“因为奥迪从一开始就将空气动力学作为汽车开发的优先事项来对待”，莫尼·伊斯兰说。不过，专家们已经发现所展示的车辆已经很难再产生创纪录的价值了。因为从彼时起，风阻系数同样也是配置问题，或者说得更好听点：是个取舍问题。当年的基本版甚至只有左侧外后视镜以及在今天看来非常不标准的带有空气动力学优化轮毂装饰罩的165宽度轮胎。而我们这里展示的1990年款则使用了更运动的205宽轮胎以及用于方便泊车的右后视镜。

如同e-tron的车身设计一样，基本形状是基于空气动力学原理的：长，但不能太宽，也不应该太高，乘客舱应该尽量向后延伸。然而，从尺寸上也能看得出内装设计师对内部空间的大小是有一定要求的。棱角分明的梅赛德斯-奔驰W 123车身并没有更高更窄，它那方方正正的样子以及较初级的空气动力学水平也就使它的风阻系数达到了0.44。

而乍一看也很有棱角的奥迪则运用了一些空气动力学技巧。它有针对性地使用散热器周围的密封件将空气引导到散热器中，而且不让进入的空气随意在发动机舱内产生湍流。再往下看，一个小的前扰流板用以确保车身底部的空气能够更好地流动。而且根据配置不同，车外后视镜也进行了空气动力学优化。受当时的工艺水平限制，将后视镜与车窗一体式安装算是个不小的挑战—前后窗必须从内部贴合，通过这种方式可以明显减少湍流的发生。

为了展示当时人们对空气动力学的重视，莫尼从车内拿出一本小册子，“当年的同事将整个开发过程都记录了下来。这本小本子上非常准确地说明了这辆车是如何被创造出来的”。C3不仅对进一步进行空气动力学开发具有指导性意义，而且对开发方法也颇具决定性意义。在该报告近100页的内容里有大量详实的描述、图示和表格。有些曲线显示了风阻系数随挡风玻璃安装角度减小或者行李厢盖升起时发生了怎样的变化。

根据莫尼·伊斯兰的说法，许多新方法和知识领域也融入到了现代汽车领域的空气动力学发展中。借助Q6、e-tron Avant以及某一天会从Sphere概念车延伸出来的新产品，奥迪已经在近期以及不远的未来规划出了多款电池驱动汽车。这些车辆在空气动力学方面的下一步计划是什么？“空气动力学在未来仍将非常重要。有一些即将到来的车辆将有非常好的风阻系数表现。但还是那句话，我们一直是希望要有一个连贯的整体车辆开发概念。这包括在不侵犯其他车辆重要属性的同时能够有一个与之相匹配的风阻系数”，莫尼·伊斯兰总结道。奥迪是否会与Lucid还有梅赛德斯-奔驰一起卷入风阻系数值竞赛还不得而知。不过，暂时奥迪应该还不会发布一款水滴形的车辆。