整車油耗貢獻最大的設計因素-空氣動力學

2020-12-06 VehicleEngineering

說到影響汽車設計油耗，先排除動力總成的發動機熱效率的高低，汽車傳動效率高低的影響，再排出底盤，半軸，輪胎的影響，其實有另外一個非常重要的因素就是風阻空氣動力學了。

下面圖為某車型車輛風阻和汽車輪胎和底盤阻力比較圖，可以看出，隨著車輛速度增大，風阻呈陡增的趨勢。

基本在70km/h 時的時候 風產生的阻力就大於汽車原本阻力了。

那麼風阻主要與汽車設計哪些因素有關呢？

如下圖，風阻於風阻係數，迎風面積，空氣密度，車速正相關。

與汽車設計相關的主要兩點：

迎風面積：一般由汽車Accommodation and Usage 空間以及實用性這種定位決定的，比如SUV 一般都要大於sedan 就是轎車，轎車一般大於矮小的跑車（但由於跑車需要強大的下壓力保持穩定所以他會加擾流板從而保證穩定性）。

風阻係數：主要是由汽車造型，比例決定。

下圖是某著名豪華品牌總結風阻係數在各個部分設計所在比重。

系統貢獻佔比上車體/比例40%冷卻系統阻力10%下車體零部件20%輪胎/輪轂/輪罩30%他們主要體現在一下五個方面

1，Form drag 貢獻最大的外形設計產生的外形阻力，在開發當中主要用CFD去運算，或者參照水滴型設計，所以需要設計師和和性能工程師進行協同工作達到造型和性能的均衡。

2，Cooling Drag 冷卻系統設計，在和性能工程師協同設計要達到冷卻效能同時也達到風阻係數目標。

3，Interference Drag / Interactions 擾流系統設計，例如有些地方需要增加擾流，例如為了形成下壓力尾部加擾流板，有些地方減少風阻，例如翼子板。

4，Surface Friction 表面阻力，現代汽車油漆表面阻力相對影響較小了，第一油漆面已經相當光滑，另外速度確實達不到飛機的速度所以影響相對小。

5，Induced Drag 誘導阻力，主要體現在造型設計汽車或多或少會像上下壓力差，從而形成左右漩渦氣流，漩渦氣流會產生誘導阻力。

汽車設計中空氣動力學，和飛機設計空氣動力學原理是一樣，設計是借鑑相同的。

參考資料：

CAR AERODYNAMICS Raja

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