和我们一起重新思考汽车

 

前段时间,社长去了趟“山城”重庆,来到中国汽研风洞实验室,参加蔚来ET7风洞测试活动。

 

当蔚来ET7空气动力及热管理团队副总监 麦克斯向媒体们宣布,ET7的风阻系数只有0.208Cd时,在场几乎所有人都被这个数震惊到了。

 

 

 

要知道,2020年NIO day上蔚来公开发布ET7时,风阻系数为0.23Cd,这个成绩已经可以说是很优秀了。

 

但仅仅过去8个月,蔚来ET7的风阻系数从0.23Cd大幅降至0.208Cd,这个数字背后是什么含义?为什么今天我想吹爆这个风阻系数?

 

当然,在此之前,社长还是想先跟大家聊聊风洞是什么。

 

01.  风洞,飞机诞生的摇篮

我们在生活中常常听到的洞有山洞、黑洞、虫洞等等,风洞一词对于大多数人来说还是比较陌生的。那么风洞是什么?

 

 

简单来说,风洞就是能人造一阵大风的隧道。

 

 

 

空气是一种流体,任何物体在空气中运动时,都会与空气发生碰撞和摩擦,风洞就是为了模拟物体在运动过程中空气流动的情况的实验装置。

 

自古以来,人类对天空就充满无尽的向往,风洞可以说是飞机诞生的摇篮。

 

1903年,美国莱特兄弟驾驶人类的第一驾飞机,完成了人类历史上第一次飞行,虽然飞行距离不足30米,但这确实打开了人类航空航天的新纪元。

 

 

 

在莱特兄弟成功制造飞机之前,连他们自己都不知道能飞的飞机长啥样。

 

不过,想象力丰富的他们知道,物体在天上飞行的过程中,物体与空气是相对运动的,虽然还造不出能飞的飞机,但想模拟飞机在空中飞行的情况,用空气主动去吹静止不动的飞机,不就产生了相对运动吗?

 

于是顺着这一思路,莱特兄弟在1900年用木头造了一个可以吹出50千米/小时强风,但只有1.8米长、40.6×40.6 cm²横截面积的微型风洞,也因此基本确定了飞机的相貌雏形。

 

 

时机成熟后又建了一个和他们设想的飞机大小比例1:1的风洞,虽然43千米/小时的风速不及第一个小风洞,但它却成为了莱特兄弟成功设计出飞机的决定性因素。

 

莱特兄弟足足花了2年的时间跟风洞“死磕”,研究与比较了200种以上的机翼形状,成功设计出了能让飞机产生足够升力的机翼,最终实现了人类的飞天梦想。

 

现如今,风洞设施的质量与数量已经成为了衡量一个国家航空航天基础技术水平的重要标志。

 

可以说,风洞有多厉害,就能造出多厉害的飞机。

 

比如,风洞能吹出超音速的风,就能造出超音速飞机。

 

 

如果能吹出高温的风,就能模拟火箭在进入大气层时与大气摩擦的情况,就能造出能飞到宇宙空间的火箭。

 

此外,风洞还可以制造闪电、冰雹等各种极端天气,模拟更真实的运行环境。

 

除了飞机以外,任何与空气动力学有关的东西都可以用来做风洞测试,以获得更好的空气动力学性能,比如建筑、桥梁、风力机、汽车、自行车等等。

 

包括伞兵跳伞训练也先要从风洞训练开始,不可能让一个没有经验的新兵直接从飞机上往下跳吧?吓都吓死了。

 

 

02.  汽车风洞,至关重要的试验场

1886年,卡尔·本茨造出了人类历史上第一辆汽车,不过在这一段时间里,内燃机技术还很落后。

 

 

 

 

在那个年代,检验汽车性能最好的办法就是刷比赛,谁的汽车跑得最快就成了汽车最大的卖点,同时也是各大车企追求的终极目标。

 

恰好在20世纪初,人类造出了飞机,同时也对空气动力学有了全新的理解,一些航空航天专家带着他们领先于其他行业的空气动力学知识,加入到了“造车”行列。

 

他们通过分析发现,车辆的行驶阻力与车速的平方成正比,风阻也是限制汽车最高时速的拦路虎。

 

于是他们开始优化汽车的外形,以降低车辆的风阻系数。

 

世界上公认的风阻系数最低的几何形状是水滴形,水滴在从空中降落时的风阻系数仅为0.04Cd。

 

所以,当时汽车设计师为了尽可能的降低汽车风阻,让“水滴形”的车风靡一时。

 

 

不过,由于当时的冲压制造水平有限,制造圆弧钢板的成本十分高昂,“水滴形”面临难产困局。

 

相比之下,基于马车构型的福特T型车,虽然空气动力学性能很差,却凭借便宜的价格和可靠的质量,率先获得了市场的认可。

 

 

但一段时间之后,一些工程师发现,还真不能把汽车空气动力学撂在一边不管,发动机冷却和扬尘等问题已经摆在眼前,这时小型风洞就不能满足测试需求了。

 

 

 

1934年,大众汽车借用了柏林的Adlershof-DVL航空风洞,进行了历史上首次全尺寸汽车模型风洞测试,大众汽车发现,把车顶设计出一定流线型,可以在降低风阻的同时情解决扬尘问题。

 

 

在此之后,航空风洞在全世界范围内,长时间被用于汽车空气动力学测试。

 

 

 

不过,汽车工程师们开始意识到新的问题,航空风洞没有“地面”,并不能模拟出地面与车轮的路面风环境。

 

1939年,斯图加特汽车工程和发动机研究所建立了人类历史上首座汽车专用风洞,并投入运行。

 

随着汽车工程师对于汽车空气动力学越来越重视,直到20世纪80年代,几乎所有知名汽车品牌都建设了专用的汽车风洞,并赋予了风洞为汽车做真实环境测试的重任。

 

 

 

我国汽车风洞的起步较晚,总体上落后于欧、美等世界领先国家约20多年。

 

在2009年以前,国内并没有1:1的专用汽车风洞,这也成为了当时阻碍中国汽车工业发展的硬伤之一。

 

国内自主品牌当年要造车的代价是非常可怕的。

 

当时的计算机仿真没有现在成熟,汽车空气动力学测试比现在更加依赖风洞,平均每辆车都需要花超过400个小时泡在风洞里测试。

 

但我们只能把车送到欧美的风洞进行测试,用别人家的风洞当然别人说多少钱就得交多少钱。当时在国外租风洞按小时收费,每小时需要支付高达3000欧元(合人民币2.2万元)。

 

直到2009年,耗资5个亿、经过5年建设,同济大学嘉定校区汽车风洞(上海地面交通工具风洞中心)终于建成,这也是国内首个1:1汽车专用风洞,这也是我们从“0”到“1”的突破,自主品牌的开发成本也大幅降低了。

 

 

 

不过随着我国汽车工业的不断壮大,风洞试验室资源紧张、试验周期长等问题日益凸显。

 

2019年,中国汽研建成了中国第二座1:1汽车风洞,这也是社长这次去参加蔚来ET7风洞测试的风洞,它直接对标世界上技术最先进的奔驰辛德尔芬根风洞,跻身世界一流风洞之列。

 

它可以吹出时速高达250km/h的巨风,直接模拟汽车高速行驶状态下的空气动力学状态。

 

 

这也是“最安静”的风洞,在140km/h的风速下,自身产生的背景噪声仅为58 dB(A),这给汽车的风噪测试提供了得天独厚的条件。同时还可以模拟暴雨、暴雪、高温、极寒等极端天气,甚至可以直接在室内测试车辆够不够“皮实”。

 

 

 

 

另外,这个风洞还可以根据车的大小调整风口大小,兼容性很强,小到A00级车,大到客车,都可以在这里进行测试。

 

它还配备了三维立体坐标仪,可以搭载各种不同的高精度传感器在测试空间内任意移动,即使风洞开到最大风力也不会让其产生振动,精确测量车身周围的空气流动情况。

 

 

 

这个风洞不仅仅解决了同济大学风洞试验需求过大的问题,更先进的设备和更成熟的技术应用,也为中国汽车产业高质量发展的注入了新活力。

 

03. 从优等生到尖子生

2020 NIO Day上,李斌发布蔚来ET7时,提到其风阻系数为0.23Cd。

 

 

 

 

 

0.23Cd是什么概念?我们简单对比一下。

 

目前市面上已经量产的新能源轿车风阻系数,小鹏P7为0.236 Cd,比亚迪汉EV为0.233Cd,Model 3为0.23Cd。

 

SUV的话,由于迎风面积大一些,风阻系数也要更大一些,如理想ONE为0.33Cd,哪吒U为0.3Cd,蔚来ES6为0.28Cd。

 

这么来看,最初版蔚来ET7的风阻系数0.23Cd肩比Model 3,已经算个“优等生”了。

 

不过在8个月的优化之后,蔚来ET7的风阻系数已然骤降至0.208Cd,瞬间把目前市面上量产的新能源轿车甩在身后,成为了“尖子生”。

 

 

有些人会问,低风阻系数有什么用?

 

低风阻系数对于电动汽车来说,可以带来更长的续航里程、更快的加速度、更高的速度上限。

 

而良好的空气动力学表现还可以大幅提升整车的稳定性与安全性。

 

 

目前来说,大部分人对于电动汽车的抵触,仍然源于里程焦虑。

 

电动车要实现高续航里程,最直接的方式就是增加电池电量,然而目前锂电池面临的原材料成本问题愈发严峻,造成了电池价格居高不下。

 

无节制地增加电池电量不但会让电动汽车变贵,还会让车变得更重,使得电耗大幅增加。

 

所以,通过降低风阻来降低电耗以提升续航里程,无疑是一条换道超车的好办法。对于纯电动车型,风阻系数每降低0.01Cd,续航里程可以提高5-8km。

 

换来的结果就是,搭载150度电半固态电池的ET7,百公里电耗仅为15度,而且零百加速只要3.9秒。别忘了,这是一款中大型轿车。

 

我们把目前风阻系数最低的几款量产电动车拎出来看看,奔驰EQS为0.2Cd,特斯拉Model S paid为0.208Cd,Lucid Air、智己L7为0.21Cd,Aion S plus为0.211Cd……

 

ET7也因此成为了目前量产新能源车里的并列第二,而第一名的奔驰,本身拥有全球最顶级的风洞实验室。

 

 

 

 

 

那么,8个月的时间里,蔚来到底是怎么降低ET7的风阻的呢?

 

我看完蔚来自己发的这张图,只有一个感受:1000公里综合续航还真是一点一点抠出来的……

 

 

贡献最大的就是保险杠下部的AGS主动进气格栅。

 

进气格栅本来是让发动机降温的,所以没有发动机的电动车大多数都取消了进气格栅。而蔚来这个主动进气格栅在进气口开启时,可以在降低正向风阻的同时,为电机与空调散热。优化后直接降低了8.8%的空气阻力,续航里程增加了20km。

 

 

 

 

而对于整车空气动力学来说最大的挑战,其实是ET7头上三个犄角。

 

大家都知道,为了实现更高级别的自动辅助驾驶,ET7搭载了激光雷达,并且为了扫到更远的范围,蔚来选择把激光雷达放在车顶。同时,在它两侧还搭载了两颗800万像素的高精度摄像头

 

为了降低风阻,蔚来、特斯拉、小鹏这些车型甚至都把我们习惯的门把手做成了隐藏式的,头上突然多出这么三个犄角,在智能上虽然提供了更多可能,但却给风阻带来了不小的麻烦。

 

不过有意思的是,从下图中可以看到,气流可以沿着ET7的前挡风玻璃,流畅的穿过“三个犄角”到达车顶。

 

再仔细点你会发现,激光雷达和摄像头的前表面并没有直接垂直于地面,而是进行了小幅的倾斜,并做成了圆弧形状,让风巧妙地“绕”过去。

 

 

 

“鲨鱼头”前脸虽然提升了辨识度,但实际上,它对整车空气动力学有不可避免负面的影响,会产生比“流线型”更大的空气阻力。

 

不过有意思的是,他们最终还是决定优化设计后,将这个“缺陷”保留下来。

 

“如果世界上所有的车企都以降低风阻系数为目标而造车的话,那所有的车的造型都会趋于一致,就没有了特色。”蔚来空气动力及热管理团队副总监麦克斯表示,“当人们在大街上走的时候,仍然可以一眼就认出这就是蔚来ET7!”

 

 

 

 

04.  写在最后

汽车的结构优化设计并没有停滞不前,通过对各种不起眼的小细节进行优化,精心打磨,我们逐渐发现,我们进步的空间还很大。

 

 

 

之前我们没能做到,是因为我国的汽车工业基础还不完善,心有余而力不足。

 

然而,中国汽车工业体系在近20年之间已经悄然转变,蔚来、小鹏、理想等造车新势力如雨后春笋般涌现,带着全新的理念和设计思路,正在向传统汽车品牌发起冲击。

 

中国汽车工业的翻身仗已然打响,在全球新能源汽车的浪潮下,蔚来ET7的成功预示着在电动汽车方面,中国制造已不再落后于欧美日等汽车强国。

 

中国汽车产业正在由大变强,走出国门,走向世界。