上周关于风阻系数团队总编辑写了个长文,现在可以慢慢看了⬇️⬇️⬇️
以前的车没有太多空气动力学的设计,以马车为基础造型,自从1930年代克莱斯勒Airflow提出概念,这一概念开始盛行,同期欧洲的甲壳虫也考虑到了一定的流线型设计;但真正得到技术爆发,是二战后一批战斗机技术进入汽车行业,空气动力科学得到显著发展,尤其是在赛车领域,例如我们常说的F1地面效应等,就是利用空气动力,牺牲风阻系数,获取更好的抓地力;但在民用车领域的优化主要是朝着流线型方向,以降低Cd风阻系数为目标,我记得一个重要里程碑是1982年奥迪100宣称首个进入Cd=0.30的车型,此后二十年间各款轿车的Cd风阻系数基本维持在0.25-0.28之间,这个概念再一次被讨论就是最近两年各家新能源车企的竞赛,以Cd=0.20左右为优化目标。
Cd值在今天至少有两点重要性,一是根据阻力公式(D=0.5*ρ*V²*A*Cd,其中4个变量中,ρ是空气密度,V是车速,这两项不由工程师意志为转移,工程师们只能对A(投射面积)和Cd(风阻系数)有调整可能。
在电动车变宽变高的今天,A值比之前油车有10-20%左右的增长,因此向下削弱Cd值才能调节低风阻的可能性。在过去这与油耗相关,现在这和续航里程相关,在电池不能获得突破的情况下,大家只能分毫必争,Cd值降低0.01,能换区5km左右的续航里程,这就不难解释工程师们加入内卷;
当然,各个车企如此关注Cd值的另一个原因则是营销的环境巨变,汽车有技术,更要说出去,参数化营销的今天,尽管风阻系数对用户体验没太大影响,但依然随着各大网红品牌进入消费者视野。
目前的情况,油车电车泾渭分明,风阻系数Cd值在1990年代至今基本上稳定在0.24-0.28左右,例如我们熟悉的帕萨特、凯美瑞、奔驰E、宝马5等轿车在欧美日市场提报的数据都在这个范围内,无他——发动机舱的长度就是总布置工程师根本无法逾越的壁障。
以下是我在豆包搜索的一些车型的风阻系数。
这对电车来说就是利好,电机取代发动机,机头缩短、向下压,再加上消费者年轻化,他们把车尾也做得非常溜背,帮助尾部的空气快速导出,避免形成车尾紊流区,这让Cd值的收益立竿见影——现在电动车都好号称风阻系数在0.21-0.22左右,甚至有几款车型做到了0.19X,这是如何做到的呢?除了前面说到的车头优化和尾部流线型,各家技术宣传部门都祭出这几大利器:封闭式前脸、可关闭前进气格栅AGS、无后视镜设计、平整底盘、隐藏式门把手、轮毂盖等等。
那么,他们的实际使用效果如何?
我也不是专家,空气动力学是一门极为复杂的交叉学科,据我所知各大高校都只是一门本科乃至研究生的选修课,我对空气动力学的理解也仅限于本科学的伯努利原理等基本概念,不敢贸然发表太专业的观点,不过这些年我参观过四个风洞,也认识一些做这方面研究的工程师,简单整理一些我脑子里有的基础知识给大家吧。
Q1:风阻系数Cd的单位是什么?
无单位,他就是一个系数,正确的写法可以是“Cd=0.20”,如果你看到某个品牌写着“0.20Cd”,那一定是他们的产品经理不懂空气动力学,你可以大胆在评论区嘲笑他;
Q2:普通人能否通过一款车的外观判断,大概评估一款车的Cd高低?比如哪些特征是低风阻的特征?
我觉得可以稍微参照一下,一般来说,我觉得分两步:
第一步是我们常说的“流线型车”,风阻系数就偏低,车头下压、车尾溜背。
第二步是主要观察前保后保、车顶,后视镜流动分离特征,AGS主动进气格栅密封程度,气帘(前、后)进气出气口尺寸和气道结构,尾翼/鸭尾尺寸角度、气道结构,等等等等。
Q3:目前电车的主流风阻系数,轿车和SUV分别是多大?
其实查资料就能查到
纯电轿车:0.20-0.26,取决于有无做过优化,也有做的特别好的低于 0.20达到 0.19+的,纯电SUV:取决于形式,如果是溜背的那么可以做到0.22,比如特斯拉Model Y就是0.23,但如果是直背的能达到 0.32。当然做的特别好的可以更低,溜背和头部空间总是一对矛盾,理想L9的风阻系数就肯定高,因为人家要大空间,方方正正,我查了一下,Cd=0.306,但即便如此,这也是大型SUV很好的数据了,因为人家本来就是一个直背,稍有不慎,尾部气流聚集起来一个紊流区,拽着车不让前进——大家记不记得两厢车雨天容易吧后背弄脏,就是这个原理。
Q4:各大实验室的数据是否有偏差?
确实有偏差,我从业内听来的消息,同一台车在国内几个风洞吹出来的风阻系数会有差异,这件事去年我还发过微博,据说差别在0.010左右。去年问了,这跟风洞的结构、流场指标和测力天平精度有关系。
据我所知,国内三个风洞都是第三方,都通过了 WLTP认证,从技术指标上来说都能满足试验需求,据说吉利和长城也有计划做风洞,到时候会更多选择。
Q5:目前网上争议很大的是风洞的风速设定,不同企业采取的风速有所区别,区别有多大?
有人认为车速越大Cd越大,其实不是,Cd值是无量纲参数,理论上来说不变,但测量的条件和环境确实又会影响Cd值,从几个试验室了解到的消息是,大部分企业以120kph作为验收指标,比如吉利E8当时宣传的0.199就特别标注了120km/h实验条件。但也有某些车企宣传的是160kph甚至180kph的Cd值。
去请教了一下试验现场的专家,他说从流体力学理论上来说车辆随着速度增加测量到的Cd值逐步降低 ,速度增加到140-200左右,测量到的Cd值会趋于稳定。
极限情况下又有多大偏差呢?他说某些车辆在220kph的风速下测得的Cd值比120kph下测得的小0.015,有些车几乎没变化。有没有不正常呢?他们说,有变化和没变化都是正常的。
Q6:国标有没有风速设定的,全球有没有类似的风速标准呢?
这个问题去年就问了,没有,因为风洞测试不是强制性测试项目,测试工况都是厂家自己确定。阿维塔公开直播风洞测试