特斯拉Model S,玩轉空氣動力學!

2021-12-24 AutoAero

       Model S是美國電動汽車製造商特斯拉旗下的一款純電動五門掀背轎跑車,該車在2009年的法蘭克福車展中首次亮相,並於2012年6月正式發售,其風阻係數低至0.24(正投影面積為2.34㎡)。


       其設計者是現今汽車設計領域裡的當紅新星Franz von Holzhausen,畢業於Art Center College of Design,在大眾的加利福尼亞的設計中心開啟助理設計師生涯,接著被通用汽車招至麾下,包括龐蒂亞克Solstice、土星Sky、與雪弗蘭SS的設計草圖,都能見到他的設計哲學。此後von Holzhausen去馬自達繼續發揮概念車的設計觸覺,包括在Ryuga、Hakaze 與Taiki等車型都擔任設計要角,在2006年底特律國際車展的Kabura概念車,也是von Holzhausen於設計領域打響名堂的重要作品。

       Model S這款車開發初期,設計師和空氣動力學工程師採用CFD模擬作為工程分析工具,主要用於該車的風洞測試驗證過程,快速優化汽車表面結構,如正前方、A柱以及其他影響空氣動力學的關鍵部分。

        特斯拉公司製作了一個全尺寸模型車Aerobuck。Aerobuck模型車是模塊化的,可以在風洞中快速地對模型車進行大的修改,以便得到多種全車身外形配置的數據。

       特斯拉還進行了一個分支項目來測試滾動車輪對汽車空氣動力性能的影響。該項目除了研究汽車在風洞固定地面和全道路模擬測試時的差異外,還力求找到一種方法減小車輪滾動對汽車流場帶來的不利影響。其中的大部分研究都是運用CFD仿真做的,對滾動車輪採用滑移網格的方法,在研究過程中發現,滾動車輪對汽車外部流場的作用可以降低阻力係數將近0.015。因此車輪隨後的開發目的變為最小化車輪的「滾轉損失」同時優化外部氣流。整個空氣動力阻力的度量變為考慮汽車在縱向方向的受力總和,即「平移阻力」。

最終量產的Model S 所具有的主要氣動特性:

1、優化前端和前方兩側的空氣動力學性能以最小化前擋泥板外舷角處的風阻。俯視圖中該車呈一個矩形,看似這種外形會增加空氣阻力,車身上的一些銳角結構將會產生使車輛向前的吸力,同時將頭燈及轉向燈的幾何形狀改變並對車輛兩側空氣動力參數進行研究,將這些部分的氣流變得更銳利,從而緊貼車輛,實現最優的空氣動力學性能。

2、可收縮門把手(特斯拉採用的嵌入車身式的鍍鉻門把手,當車鑰匙靠近車輛時,把手會自動感應彈出,並以簡單的觸摸來解鎖)。

3、Coupe造型,弧形車頂以及一直延伸至車尾的大掀背的設計。

5、傳統後驅車修長的前引擎蓋以及車尾短小的設計風格。

6、全景天窗打開時,將彈出導流板,減少車艙內的噪聲水平。

精雕細琢的設計改動其累計效應會產生很大的影響,若沒有空氣動力學工程師的幫助,很容易失去這些有價值的成果,更不會達到如此低的空氣阻力係數以及如此優越的空氣動力學表現!

特斯拉的氣動設計是純電動新能源汽車的典範,非常多的優秀設計思路在該車身上得到體現。未來的汽車,特別是純電動汽車,將會更加重視空氣動力學的作用。

編者:楊超

評論潤色:張英朝

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