文：魏东升/车聚网
【引言】像风一样奔跑，是很多人的梦想。其实，风阻系数也是衡量一部汽车武功高低的重要指标。
通常我们感觉空气是轻柔的，不过运动中的空气却充满了力量，速度越快力量越强。
例如，当一辆车以80km/h的速度行驶时，有60%的阻力来自空气阻力；而当速度攀升至200km/h，空气阻力几乎占所有行车阻力的85%。既然汽车在行驶中避免不了空气阻力，那么就需要采取一些措施疏导这些气流，并且利用它让车身稳定，还要尽可能带走发动机、刹车等产生的热量。
这就涉及到空气动力学专业。对于赛车来讲，空气动力学的作用是如何高效地疏导和利用这些气流，来为车辆提供充足的下压力，同时迅速带走发动机、制动系统产生的热量。
在民用汽车领域，空气动力学设计对车辆的动力效率、油耗、噪音和稳定性表现几个方面都有非常重要的作用。例如，风阻系数为0.27Cd的汽车和风阻系数为0.3Cd的车相比，前者比后者平均每百公里节油0.15升，按照家用车一年平均1.5万公里计算，则可节油20几升。
一、空气动力学在汽车上应用
20世纪20年代以前，人们对于汽车的空气动力学并没有具体的概念，不过20世纪早期出现的一些赛车，在某种程度上融入了尖形头部和其他一些流线型设计元素，从那时起汽车空气动力学设计开始有所发展。
1921年，德国发明家爱德穆德·朗普勒设计出一款名为“Rumpler-Tropfen-auto”的汽车，即“泪滴车”。这款车风阻系数达到了惊人的0.27Cd。这是个什么概念？举几个现代车型的例子。不久前高调上市的“奢适宽体轿跑”凌渡风阻系数也仅为0.28Cd，同级别的速腾为0.32Cd（同一生产线的奥迪A3为0.29Cd）、灵感来自猎豹的马自达昂克赛拉为0.28Cd，刚上市的别克威朗则为0.27Cd。
之所以举这几款车型的例子，是因为这几款车都是目前消费者很关注的车型，更重要的原因是，这几款都是A+级别车型。在目前家用车中，A+级别的车型比其他级别更注重设计的流线性，即更注重风阻系数。
通过对比，可想而知90年前“泪滴车”的风阻系数多么恐怖。因为即便现在，想降低风阻系数也并非易事，拿和“泪滴车”风阻系数相同的别克威朗来讲，设计师在设计这款车时，经过近2年的空气动力学研发过程，进行了大量的CFD流体仿真分析，前后共计经过近500次的优化以及超过200小时的风洞试验……不久前车聚君还在同济大学风洞中心，亲眼目睹了威朗的模拟空气阻力实验，听设计师讲关于对每个细节都反复优化，不明觉厉。
不过“泪滴车”外形有些怪异，超大的车身既不符合当时主流的审美，还容易发生交通事故，所以仅仅生产了100辆便销声匿迹。现在，仅存的两辆泪滴车分别被柏林科技博物馆和慕尼黑德意志博物馆永久收藏了。
二、追求低风阻为何这么难？
首先我们来看一组风阻系数公式：
风阻系数（Cd）=正面风阻力（F）× 2÷(空气密度(ρ)x车头正面投影面积(A)x车速平方（V2）)。
从上面这个公式可以看出，要控制风阻系数的高低，较为容易改变的就是车的迎风面积。其实细心观察就会发现，无论是飞机还是小鸟，都是头尾圆润而尖细，因为这样通过气流时都能够让空气保持流线的状态，而不会被打乱形成较大的阻力，汽车应对风阻也是同样的道理。设计师为了减少空气阻力，一般将车头设计得略微下沉，前挡风玻璃向后倾，尽量与车头形成较大的夹角。
除了车头、挡风玻璃等正面的迎风面积产生的阻力之外，汽车尾部真空区也会形成一定的阻力，真空区越大，阻力就越大。为了减少真空区，理论上讲应该将车尾也设计的低沉平滑一些。
不过，风阻系数并非越低越好。虽然理论上讲风阻系数越低越有助于节油，但是对于一般消费者来讲，除了节油外，还要考虑车内的空间、行车时视野等因素。当然，对于车企来讲还要考虑设计制造难度和成本等问题。例如，很多车型并非一味追求风阻系数而将车尾设计得低沉，因为还要考虑下压力。
汽车依靠车轮与地面的摩擦实现行走，要靠下压力来实现稳定性。如果风阻系数过低，升力就会很明显。我们有时高速行驶时感觉车子发飘，一般认为是车身太轻了，但实际上很大一部分原因是下压力不够。因此一些赛车都加装了尾翼，目的就是增加下压力。一般民用车则不需要增加尾翼，但为了增加些下压力，往往将尾部设计得稍微上扬。
鱼和熊掌不可兼得，所以设计师们都在努力地找一个平衡点，这确实是件不太容易的事情。
三、各车企如何降低风阻系数？
正常行驶的车辆，大约35%-40%的空气从车身上面流过，约25%会从侧面流过，而10%-15%从车身底部流过。对于车身上面设计大同小异。不过对于侧面和底盘的设计确实有些差异的，具有代表性的有日韩车系和欧美车系。
很多日系车为了追求侧面的低风阻系数，采用三角楔形的车身设计，例如丰田的普锐斯和本田的飞度，普锐斯的风阻系数甚至达到0.25甚至小于很多跑车。之外，丰田普锐斯和凯美瑞还在车头和车尾下方装备了扰流翼，目的是在车辆高速行驶时理顺车身气流，以降低车身的摆动，起到降低风阻的作用。
韩国车具有代表性的便是现代的流体雕塑，这种设计既美观也迎合了空气动力学，使得其高速行驶时，车身上凸凹有致的线条能很好地引导气流，还能获得相应的下压力，让视觉美感和工业设计较好地融合在一起。
和日本、韩国不同，欧美的高速公路比较发达，德国的高速公路甚至不限速。所以在汽车设计之初，他们非常注重车身底部的空气阻力，因此他们也更注重底盘的设计。最常见的方法是尽可能让底盘平整，减少零部件之间的高度差。有的甚至在底盘下面加装护板，不过加装护板使得整车重量增加、成本上升，因此一般高端车型才会加装，例如奥迪A6、奔驰GLA等。
除了护板以外还有其他办法，可在前保险杠下方加一块扰流板，通用和福特很多车型就是这么干的。还是举个威朗的例子，设计底盘时除了尽量减小零部件之间的高度差外，设计师还在威朗的前保底部设计了前保挡风板，这样与后方的发动机保护板空气动力学性能相互影响。你看，除了头部、侧身和尾部，还有很多细节都需要调整，才能够做出0.27Cd的低风阻系数。其实前保挡风板除了降低风阻之外，还一定程度上提升了底盘的安全性。
车聚小结：
空气动力学是一项及其复杂和高深的学科，无论是飞机、轮船还是汽车都与之有着密不可分的联系。在汽车方面大到整个车身，小到一个零部件都是影响空气阻力的因素。所以设计师在设计一款车时要经过几年的开发过程，且需要长达上千个小时不停地实验，经过反复地校正和优化，最终才能够设计出一款风阻系数较低且行驶比较稳定的车型。
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