与风共舞，为什么纯电动汽车要拼命降低风阻？

baoshijie

记忆中的宝马前脸：



现在宝马前脸：



随着电动汽车的普及，像上图这样的“封闭式前脸”取代了传统的“格栅式前脸”，越来越多的出现在了大家的视野中。

所谓“封闭式前脸”，指的是纯电动汽车的车头前保险杠部分，不再像传统燃油车那样有许多的开口，而是一个完整的封闭曲面。

一般来说，前置发动机的燃油车在前脸上会设计开口比较大的进气格栅，就像是青蛙的大嘴巴一样，主要目的是起到进气散热的作用。


前置四驱燃油车奥迪 A8L 的“大嘴”进气格栅

然而，在很多电动车上，则采用了前脸完全封闭的设计。

采用这种设计，一方面是因为基于结构的原因，电动汽车开口散热的需求，不像燃油车那么大了。另一方面也是为了有效降低整车的风阻系数。

为什么纯电动汽车要更注重低风阻设计？

对于汽车而言，在行驶过程中的阻力主要包括轮胎滚动阻力、空气阻力、加速阻力和爬坡阻力。如果一辆车是在平直路面匀速行驶的工况下，那么，其能耗主要就用在克服轮胎滚动阻力和空气阻力上面。

简单来说，空气阻力就是车辆在行驶时来自空气的阻力，也称为风阻，而汽车的风阻大小会直接影响汽车行驶过程中的能耗水平，其计算公式如下：

F=?CρSV?



F — 空气阻力 C— 空气阻力系数 ρ— 空气密度

S— 物体迎风面积 V— 物体与空气的相对运动速度



从公式中不难发现，减小迎风面积是优化整车风阻较为有效的手段。其实这个也很好理解，比如我们参加跑步比赛，穿上贴身的跑步服和穿着宽松的运动服去跑，得到的成绩是完全不一样的。

风阻对纯电动汽车的续驶里程有何影响？

对于纯电动汽车而言，风阻越大，续驶里程便会越短。经仿真模拟分析不难发现，在车速50km/h时，风阻占整车阻力的30%；车速100km/h时，风阻占整车阻力的58%；车速120km/h时，风阻占整车阻力的65%；车速160km/h时，风阻占整车阻力的73%，如图3-21所示。这就意味着，如果风阻系数越小，高速行驶时车辆用来对抗风阻所消耗的能量就越少，从而可以实现更长的续驶里程。


某款纯电动汽车在不同车速下风阻占整车阻力的比例分析

有仿真数据显示，风阻系数每优化0.01，对于NEDC循环状态下相当于每行驶100km节省约0.14 kW·h的电量，按照一辆车600km的续驶里程来看，便可以节省约0.84 kW·h的电量，反映到续驶里程上便可以增加6~8km。

低风阻对纯电动汽车有哪些好处？

对于新能源汽车尤其是纯电动汽车而言，在造型设计上会注重与空气动力学原理的结合，并通过CFD的计算，进行一遍又一遍的外观设计细节优化。这是因为，空气动力学优化可以帮助提升纯电动汽车4个方面的性能。



空气动力学优化的作用

其中，续驶里程的优化又是重中之重。由于受到当下电池技术瓶颈的限制，纯电动汽车依然存在较大的续驶里程焦虑问题，而在车辆消耗的能源之中，风阻造成的能量损失又是无法回收的，各大车企之所以都要绞尽脑汁地去为纯电动汽车降低风阻，原因之一就是为了让续驶里程可以更长一些。

因此，市面上许多纯电动汽车都会在与风阻息息相关的空气动力学上狠下功夫。下表所列是截至2022年3月市面上风阻系数较低的几款量产车。


几款风阻系数较低的纯电动汽车（截至2022年3月）


2021 款奔驰 EQS（风阻系数 =0.200）


2021 款特斯拉 Model S（风阻系数 =0.208）


2022 款蔚来 ET7（风阻系数 =0.208）


2021 款 Lucid Air（风阻系数 =0.21）

纯电动汽车有哪些优化风阻的方法？

为了实现更低的风阻系数，很多纯电动汽车除了采用流线型设计外，还针对细节做出了大量优化。

例如，很多车企除了遵循空气动力学设计的基本原则之外，还结合气动、散热、人机布局、仿生等多种设计理念，包括采用空气动力学轮毂设计，搭配车辆侧方的导流腰线，降低风阻；此外，很多电动车采用隐藏式门把手、主动进气格栅等设计，这样也能在一定程度上降低风阻。下图所示为特斯拉Model 3上实施的风阻优化措施。




2021 款特斯拉 Model 3 整车部分风阻优化措施

隐藏式门把手可以有效降低风阻。众所周知，较短的续驶里程和漫长的充电时间是消费者诟病纯电动汽车的两大主要原因。隐藏式门把手可以让车身侧面更为平整，从而降低风阻，可以在电池包容量一定的前提下尽可能延长续驶里程。

两种常见的隐藏式门把手设计：



旋出式隐藏门把手



平出式隐藏门把手

隐藏式门把手可以有效降低风阻。隐藏式门把手可以让车身侧面更为平整，从而降低风阻，可以在电池包容量一定的前提下尽可能延长续驶里程。

以上图文摘自机械工业出版社

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来源：机工汽车



编辑 ▎王琰
审核 ▎于永初

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