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上世纪50年代,轿车工程师曾走上一段自由奔放的创造之路,他们不仅按照自己的兴趣来打造汽车外观,还跟风时事,追逐热点话题。记得当年阿波罗登月,汽车行业也掀起了一股"太空"潮流,火箭尾灯、火箭尾翼等元素应接不暇,其中代表之一就是凯迪拉克第四代Eldorado。而那个时候,著名的摇滚歌手,被誉为"猫王"的艺人则是火箭车的狂热粉丝。
他不仅个人收藏了十几辆,还将这个热潮介绍给了自己的朋友和亲戚。
然而,上世纪70年代初,石油危机的来临改变了一切。石油供应短缺逼使工程师们深入研究如何提高汽车的燃油效率。在大量的研究中,他们逐渐认识到风阻对汽车燃油效率的巨大影响。通过降低风阻,可以显著减少能源消耗,这一发现等同于为汽车减轻了负担。
随后,汽车外观设计的目标从追求炫酷和吸引眼球彻底转向了争夺降低风阻的荣誉,这一变化在电动汽车领域表现得尤为明显。
与此同时,为了统一展示物体抵抗风阻的能力,风阻系数这个概念应运而生。风阻系数是一个参数,用来描述物体在流体中运动时所受到的空气阻力大小。
那么,降低风阻系数对电动汽车意味着什么呢?
电动汽车的续航里程受多种因素影响,其中风阻系数是至关重要的因素之一。有行业数据表明,每当风阻系数降低10%,续航里程就能提升大约3%。
如今,各大汽车制造商都在努力降低车辆的风阻系数,但实际上要达到这个目标并不像人们想象的那么容易。
2023年,特斯拉推出了Model 3的焕新版,成功将风阻系数从0.23Cd优化到0.22Cd。尽管看似只是降低了0.01Cd,但实际上这背后需要巨大的努力。
根据研究,当汽车以每小时80公里的速度行驶时,有60%的动力用于克服风阻。而当速度超过每小时150公里时,这一比例升至80%,只有20%的动力用于真正的驱动。这就相当于一个原本可以举起100斤哑铃的健身房壮汉,如今只能提起两箱10斤的饮料。
因此,即使是微小的风阻系数变化,在实际驾驶中也能降低能源消耗,为车主节省使用成本。尤其是在高速行驶时,0.01Cd的差异也会产生显著的影响。
那么,降低0.01Cd的风阻系数有多么困难呢?
你知道吗?每降低0.01Cd的风阻系数,工程师们需要在风洞中耗费1000小时的时间进行优化。
降低0.01Cd的风阻系数在外部看来可能只是微小的数据变化,但在汽车工程设计领域,这是一项重大的挑战和荣誉。
目前,大多数汽车的风阻系数在0.28Cd至0.51Cd之间,而一旦风阻系数达到0.3Cd左右,竞争就变得异常激烈。例如,法拉利488的售价超过400万,风阻系数为0.33Cd,而保时捷911的售价为129万,风阻系数为0.29Cd,而宝马i8的售价接近200万,风阻系数为0.26Cd。而特斯拉Model 3的焕新版,售价仅为25万,但风阻系数仅为0.22Cd,位居第一梯队。
那么,为了降低风阻系数,工程师需要采取哪些努力呢?
首先,由于涡流和涡旋的生成,汽车的风阻系数并不是可以简单数学模型解决的问题。这是一个综合问题,涉及流体力学、空气动力学等多个复杂学科,计算本身就非常繁琐和复杂。但挑战不仅仅在于计算。为了使空气更顺畅地流过车辆表面,工程师必须在Model 3的每个部分下足功夫
,以确保风阻系数的最佳优化。特别是车头和车尾,它们是空气流动的主要入口和出口,因此成为设计的重点区域。
任何微小的不足之处都可能对整个车辆的风阻系数产生负面影响,从而牵涉到整体性能的变化。
此外,无论多么微小的优化都需要经过风洞试验和下滑试验的验证。这些步骤的反复循环才能够最终带来Model 3焕新版0.01Cd的风阻系数提升。
那么,特斯拉Model 3焕新版为了降低0.01Cd的风阻系数都做了哪些工作呢?
首先,车身设计成为降低风阻系数的关键。车身设计越符合空气动力学原理,车辆形状越流畅,降低风阻的效果越显著。
Model 3焕新版的调整主要集中在气流的流动上,例如通过调整前脸和腰线的线条,使其更加流畅。前进气口也更低矮,大灯直接与保险杠相接,这虽然在工艺上更为复杂,但更符合空气动力学结构,更能抵抗风阻。
另一个重要的改进是取消了常见于乘用车的雾灯设计。虽然雾灯在低能见度条件下有一定的作用,但在大多数行驶情况下并不是必需的。取消雾灯设计可以减少车头的开孔面积,从而降低了空气阻力。
在车身侧面,工程师们为Model 3焕新版设计了流畅的腰线,并配备了隐藏式车门把手。
这不仅引导了空气流动,减少了侧面的湍流,也增加了整车的运动感,从视觉上提升了汽车的吸引力。
车尾方面,Model 3配备了小型的扰流板,也被称为"尾翼",这是运动轿车和跑车常见的设计元素。扰流板利用空气动力学原理产生向下的压力,抵消了高速行驶时产生的升力,有效减小了风阻的影响,同时有助于维持车辆的动态平衡。此外,车尾的后雾灯和倒车灯也被移至后保险杠组合灯处,以降低风阻。
除了车身外,轮胎也在一定程度上影响风阻系数。
Model 3焕新版标配了光子轮毂,进一步减小了风阻。
风阻系数的降低对车辆续航里程产生了积极影响。Model 3后轮驱动焕新版的预估续航里程达到了606公里,而长续航全轮驱动焕新版则提升至713公里。这0.01Cd的风阻系数降低在高速行驶时不仅减小了风阻,节省了能源,还减少了风噪,提升了车内的舒适性。
对风阻系数的不懈优化展示了特斯拉基于第一性原理的思维方式,持续致力于细节的打磨和改进。
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