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汽车ET7 0.208的空气阻力系数是如何做到的

蔚来 2021-10-13 16:20 次阅读

9月24日,ET7公布了空气动力学风洞测试成绩,取得了0.208的超低风阻系数,也使得ET7成为了全球量产车型中拥有最优秀低风阻表现的车型之一。

许多朋友在留言区提出了针对风阻系数及空气动力学设计的问题,看来大家对这方面的知识都很有兴趣。那么究竟什么是风阻系数?风阻系数对电动车为什么这么重要?这次我们邀请到来自蔚来整车工程性能集成部的姜波,为大家介绍一下风阻背后的秘密。

大家好,我是来自整车工程性能集成部门的姜波。

风阻系数这个概念,相信大家都不陌生,它在汽车行业的“曝光”频率也非常高。但其实,它可不止在汽车行业非常重要,在许多其他领域都能见到它的身影。今天就让我们重新认识一下它,看看它到底为什么这么“炙手可热”。

风阻系数是什么?

风阻系数是一个俗称,准确的名称是空气阻力系数。以汽车行业为例,车辆在行驶中会受到空气的作用力,我们称之为空气动力。空气动力可以分解为三个分力,分别是空气阻力(Drag Force) D,空气升力(Lift Force)L和空气侧力(Side Force)S。

通俗一点的理解,汽车前进的时候,空气总是在阻碍,拖拽它前进(空气阻力Drag);根据形状的不同还可能把它抬升起来(空气升力Lift);还有可能在侧向推移汽车(空气侧力Side Force)。

根据公式我们可以看出,空气阻力D,与和汽车外形设计密切相关的空气阻力系数Cd、汽车的正投影面积A(是位于足够远,理论上是无穷远处所能见到或者照相机所能拍摄到的面积)、气流速度的平方V²、以及空气密度ρ成正比。

简单理解,当外在环境因素相同(车速、空气密度)时,更低的风阻系数和更小的正投影面积,将使得行驶中的空气阻力更小,汽车的性能表现就更好。举个例子,虽然都是三厢轿车,但传统造型的轿车所受到的空气阻力,就远远大于流线型的ET7所受到的空气阻力。

而正投影面积由车身尺寸及造型决定,其大小直接影响车内的乘坐空间。投影面积越大,车内空间就越大,车辆的风阻表现就会变差。因此在车辆设计研发过程中,就需要在乘坐空间舒适性与风阻表现中取得平衡,在保证车内空间的前提下,尽量降低风阻系数,减少能耗。

空气阻力系数对哪些领域和行业至关重要?

空气阻力系数广泛存在于各个行业,特别是与交通、运输相关的,诸如航空航天、汽车、高铁等。它们需要优化外形,减少空气阻力系数,从而大大降低行驶中受到的空气阻力,降低能耗。

另外,追求速度的体育项目,如自行车、跳台滑雪等,同样非常重视空气阻力系数。它们需要利用风洞模拟滑行,通过控制身体、调整姿势,实时观察风速、升力、阻力等相关数据,探索并掌握最优飞行姿势,为科学训练奠定良好基础。

为什么汽车行业这么看重空气阻力系数?

对于燃油车来说,在中高速行驶时,空气阻力对油耗的“贡献量”非常巨大。根据研究测算,在目前的平均水平下,汽车风阻下降10%,NEDC综合工况节油率可达1.5%,而单车成本仅仅增加100元。相比其他节油措施在同等节油率下几百、上千元的成本增幅,降低风阻可谓性价比极高。

对于纯电汽车而言,降低汽车风阻可显著提升续航里程。以一台续航700km的纯电动三厢轿车为例,汽车风阻每下降10%,在其他配置和成本不变的情况下,NEDC综合工况续航里程可以提升约3%左右。在高速等速工况下(120kph),续航里程提升更是高达约8%,降低电耗更是显著。

空气阻力系数是如何测量出来的?

相信大家在之前的推文中,都了解到了ET7的空气阻力测试是在风洞中完成的。简单地说,风洞是以人工的方式产生并且控制气流,用来模拟飞行器、汽车或实体周围气体的流动情况,并可测量空气对实体的作用效果并观察物理现象的一种管道状试验设备,它是进行空气动力试验最常用、最有效的工具之一。

风洞测试就是在气动-声学风洞中开展空气动力测量、声学测量、流场信息和表面压力测量等汽车空气动力学试验。而在空气动力测量中,空气阻力系数Cd和空气升力系数Cl(包括前轴升力系数Clf和后轴升力系数Clr)的测量是较为重要的测试项目。它们对汽车的能耗和高速行驶稳定性有较大影响。

大家最熟悉的风洞测试项目,应该就是“流动显示试验”了。它主要是通过烟流的方式直观的观察气流流动状态。烟流的轮廓清晰,贴合汽车车身表面流动,表明阻力较小;空气脱离汽车车身,烟流突然冲散,空气流动转化为紊流,就说明空气阻力增加。

ET7 0.208的空气阻力系数是如何做到的?

电动车在风阻表现上其实有着天然的优势。由于没有了发动机,散热需求大为减少,所以前保险杠的开口往往较小。此外,平整的电池包布置在车身底部,也可以有效降低空气阻力。

平整的底盘

为了在ET7上实现更加优秀的低风阻性能,在产品定义和前期造型选型阶段,空气动力学团队就深度参与了造型设计。上文中我们提到,空气阻力系数Cd与整车正投影面积A都是影响空气阻力的决定因素,因此在设计中就既要通过造型优化降低空气阻力系数,又尽可能不过度降低正投影面积,影响车内空间与乘坐舒适性。

在ET7的设计工作中,设计师们在满足人机工程及乘坐舒适性的前提下,进行了一系列造型优化,例如:

优化了引擎盖、前下唇、大灯侧围转角,使空气转折之后依然能够贴合车身流动;

优化了前挡风玻璃倾角和溜背倾角,使整体造型更具流线型,减少阻力。

而对于ET7标志性的“瞭望塔”式Aquila超感系统布局,虽然它拥有更开阔的视野,但同时对空气动力学表现也是一个巨大的挑战。为此,空气动力学团队历经3个月,进行了60轮仿真分析,竭尽所能充分优化激光雷达的倾角、左右两侧曲率、顶部曲率等,使空气阻力系数的损失减少了0.005,把影响降到最低。

在一些容易被忽略的细节上,ET7同样精益求精。通过对前保险杠/引擎盖转折角倒圆、前下保险杠倒圆、大灯与翼子板转角倒圆、后视镜下壳体和上壳体弧度、后视镜镜柄厚度、后备厢鸭尾弧度和翘起高度、门槛饰板等点滴细节的不断优化,才让ET7最终实现了0.208的超低风阻表现。

在ET7的整个研发周期中,空气动力学团队总计进行了超过800个仿真案例分析、共计四轮风洞测试,测试时长超过120小时。可以说,为了风阻系数0.001的提升,整体的投入都是非常巨大的。当然,最终优异的成绩表现,也证明这些付出都是值得的。

近十年来,汽车的空气动力学技术飞速发展,尤其是进入电动汽车时代,续航里程的重要性促使汽车制造愈发重视空气动力学,持续降低风阻系数。在空气动力学开发的道路上,蔚来也会继续向前,不断加电,持续为用户创造更愉悦的出行体验。

责任编辑:haq

原文标题:Tech Talk | 风阻系数是什么?

文章出处:【微信号:NIO-Wechat,微信公众号:蔚来】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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