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汽车空气动力学造型发展史:1960-今

2018-02-26 12:00:28·  
　
在上世纪五六十年代和70年代早期，汽车空气动力学几乎已经消失了，或只是存在于风洞中。空气动力学最初的许诺和热情已经被丢弃，汽车造型风格被船型车身、车身安装垂翼和尾翼所代替，车身宽敞华丽。但1974年的石油危机的爆发突然使得汽车空气动力学这一迷失的科学重新回到了聚光灯下。尽管期间石油价格又经历了暴跌，四四方
在上世纪五六十年代和70年代早期，汽车空气动力学几乎已经消失了，或只是存在于风洞中。空气动力学最初的许诺和热情已经被丢弃，汽车造型风格被船型车身、车身安装垂翼和尾翼所代替，车身宽敞华丽。但1974年的石油危机的爆发突然使得汽车空气动力学这一“迷失的科学”重新回到了聚光灯下。尽管期间石油价格又经历了暴跌，四四方方的SUV更受人们的欢迎，但现在似乎可以说汽车空气动力学已经在汽车设计中牢牢占据了前沿的位置。
在上世纪50年代和60年代，除了雪铁龙、萨博和很少的信徒，空气动力学越来越湮没在装饰华丽，四四方方的车型中了。消费者也更偏爱这种空间宽大，乘坐舒适，装饰华丽的车型。
甚至是在欧洲，这种美式风格的影响也相当程度上使得空气动力学逐渐边缘化。虽然奔驰1959年款的W111车型风阻系数为0.40，但戴姆勒-奔驰没有完全不考虑空气动力学，在车身细节上进行了调整，如通风口甚至可以冲洗尾灯上的泥土。他们也在尾部加装了尾鳍，但从未宣传这对提高高速的稳定性有好处。
在60年代早期没有证据表明乘用车生产商会把空气动力学放在一个重要的位置上，除了已经提到的雪铁龙，潘哈德等。上图潘哈德在1964年推出的D24车。
这一时期空气动力学的发展主要是在赛车领域。减小赛车行驶的空气阻力是最初对空气动力学的理解，但是类似于机翼剖面的流线型的车身，也带来了垂直向上的升力，这不仅影响了赛车高速直线行驶下的稳定性，也减小了赛车弯道的速度。
1957年英国研究员G.E. Lind-Walker的研究表明，开放式车门可产生下压力，尤其是对赛车。他的研究成果在赛车设计领域引起了变革，下压力在改善赛车三个关键性的加速度，转弯和刹车上扮演了关键的角色。
到了60年代早期，前气坝和后扰流板都出现在了赛车上，没有人能否定Jim Hall和他的Chaparral车的成功。上图的Chaparral 2B车型安装了前后导流板和挡泥板通风口，所有的这些都可以产生向下的压力。在1964和1965年，这辆车是无与匹敌的。
两年后，Hall推出了更惊人的Chaparral 2E车型，运用了很多空气动力学技术，包括可调节角度的尾翼，在直道时会放平减小阻力提高加速能力，弯道的时候增大尾翼攻角以增加下压力，提高过弯速度。Chaparral 2E车型深刻影响了整个赛车世界，包括纳斯卡赛车（National Association of Stock Car Auto Racing）。
如果你看过《速度与激情6》，那么多米尼克驾驶的道奇“Charger Daytona”一定让人印象深刻。“Charger Daytona”拥有超长车鼻，仿佛一只凶猛的大鲨鱼，配合前挡泥板顶端的凸状物，能够很大的增加轮胎下压力。车体后窗和后翼子板也都经过特殊处理，能够有效减轻空气阻力，提升汽车动力性能。另外高达580mm的尾翼，也是该车最明显特征之一。
空气动力学在赛车设计和功能上已经占据了绝对的主导地位，这里我们不再列举汽车空气动力学在赛车上的发展，但是Chaparral车的影响将会迅速波及到乘员车市场。通用在1953年雇佣了一位空气动力学专家对概念车协助进行风洞试验，尽管很多年他都没有派上太大的用场。
在欧洲，保时捷也很好的利用了他们在赛车上的经验，1972年款的保时捷911安装有扰流板，增加了高速下的稳定性和操纵性，而且在这方面保时捷并不是唯一。
安装扰流板成为了一种时尚。
改装车和售后市场也紧紧抓住了人们对速度和稳定性的这一心理需求，谁去管扰流板安在什么位置呢。
1938年宝马的Kamm-back原型车Cd: 0.25
60年代德国空气动力学家Koenig-Fachsenfeld和Wunibald Kamm研究表明，长锥形的尾部对降低车身气动阻力而言并不是有利的，尤其是它们并不是真正的逐渐变化的长锥形，而在这之前人们认为长锥形的尾部是任何流线型车身的关键部分。他们证明，一个突然收尾的方形尾部对降低气动阻力是有益的。上图是1938年宝马的“Kamm-back”原型车，其风阻系数为0.25，非常有利的证明了他们的观点。
可能是由于造型的原因，Kamm-back除了在赛车上外，并没有广泛的普及，如1961年款的法拉利250 GT SWB Breadvan。
1967年，Leonardo Fioravanti在宾纳法里纳展示了其设计的“BMC 1800 Berlina Aerodinamica”车型，这款车基于强调实用性而不是空气动力学的“ BMC ADO17 “Landcrab””打造。Berlina这款车的影响是巨大的，其他的车型纷纷使用它的线条和设计语言，直到今天。这辆车几乎是现代汽车空气动力学设计的鼻祖。
在欧洲雪铁龙是在量产车中对空气动力学要求最高的，在1970年推出的紧凑型GS车上我们可以看到很多设计元素，直到今天都还在使用，如前倾的车头，溜背式车身，方形尾部。在当时以Cd:0.31成为世界上风阻系数最小的量产车。
另一个开创性的车型是1967年推出的配备转子引擎的德国NSU Ro 80车。虽然因转子引擎问题导致其销量不佳，但Ro 80的外形设计却成为了一代经典，在与并入奥迪后，对奥迪日后车型的外形设计产生了深远的影响。
在NSU被大众收购后，奥迪吸收了Ro 80上的一些设计，1982年推出了Audi 100这个在汽车空气动力学上划时代的车型，深刻影响现代汽车的设计。嵌装的玻璃和平缓的楔形车身都是在向NSU致敬，Audi 100也成为了第一款风阻系数为0.30的大批量生产车。德国出版物Auto-Zeitung声称，“从空气动力学特性上来看，新款奥迪100在汽车行业绝对无与伦比。”它开创了汽车空气动力学新的时代。
在美国，1974年的能源危机突然将空气动力学推回了舞台中心。长期被忽视的汽车空气动力学终于集成到了设计过程中。1977年通用小批量的轿车开始从中受益，尽管这些车如“Caprice”相对欧洲最先进的空气动力学技术还有差距。
当通用还在裹足不前时，福特突然全力进入空气动力学领域。1979年福特新管理层决心抛弃自己四四方方的形象，要成为空气动力学领域的领导者。开始了Probe车型的发展，风阻系数由Probe  I 的0.22降低到 Probe V的0.137，这一记录保持了很多年。
1983年推出的“雷鸟”是福特的“第一柄利剑”，但是真正的杀手锏车型是1986年的金牛座和Sable。金牛座和Sable是美国第一批使用复合式车灯的车型，这可以使车灯有平滑的端面。福特来到了他们定义的“ the American aero or jelly-bean”的时代。
Sable车更是通过细节的空气动力学优化，以0.29的风阻系数打败了奥迪。汽车空气动力学的比赛开始了，在随后的几年内，通用也将在空气动力学上投入更多的力量。
奔驰在汽车空气动力学领域已经有了几十年的经验，但1985年推出的W124车使得奔驰成为了空气动力学领域的领导者，其0.28的风阻系数令人印象深刻。从此开始全球主要的汽车厂商都持续的在汽车气动特性上改进，虽然总的气动阻力有时还会上升，这主要是由于人们有时希望车更高更大。
SUV的到来使得该类车的空气动力学又回到了马车时代，悍马H2是这一时代登峰造极的代表。其风阻系数高达0.57，意味着每平方英寸有26.5牛顿的力，这是现代量产车的最高纪录。
    1989年欧宝在法兰克福车展推出的Calibra双门轿车以0.26的风阻系数再次创造了纪录。良好的空气动力学细节包括，平滑的车底，无突出的车身，造型风格极受欢迎。这款车率先使得大众车型进入超低Cd值的时代。
通用汽车在风洞中积累的大量经验和数据最终推出了EV1电动车型。电动汽车受限于储能密度有限的电池，如果要在高速路上长时间行驶，必须拥有很低的风阻系数。由于EV1拥有0.195的超低风阻系数，即使它使用的是老式的铅酸电池，任然拥有60-100英里的续航能力。
0.25是批量量产车能达到的最低风阻系数的瓶颈。奥迪在2001年推出的Audi A2车风阻系数达到了0.25，A2配备有铝制高强度车身，缸内直喷三缸柴油发动机，这款车是欧洲第一款百公里油耗低于3升的在售5门车型。驾驶乐趣十足，但可能是由于它奇怪的造型，销量并不太理想。它也有良好的空气动力学特性。另外其车身和尾部造型与1938年宝马的Kamm-back原型车很相似。
2010年款的丰田Prius车型也以0.25的风阻系数，达到了很高的空气动力学高度，而且这款车是销售量很大的车型。
目前在大批量量产车中最低空气风阻系数记录保持者是奔驰E220 CDI蓝驱版双门轿车，其风阻系数为0.24，但毫无疑问，不久之后这个记录就会被打破。丰田普锐斯和奔驰E220代表了当今空气动力学领域中最先进的量产车，其气动造型上没有任何奇怪或妥协的调整。毫无疑问，我们已经在汽车空气动力学上达到了很高的水平，即使没有泪珠型尖尖的尾巴和尾鳍。
2015年奔驰推出的IAA概念车，在空气动力学模式下风阻系数降低到了0.19，创造了风阻最低车型的新纪录。其技术核心是“two cars in one”。奔驰通过主动式气动部件，在一台车上改变了其原有的设计形态，以减低风阻系数。如，通过前保险杠的翼板会分别向前和向后移动25mm和20mm，以此改善流入到车轮以及在前轮拱的空气动力学效果；格栅向后移动60mm提高空气向车身底部的流动效果；主动式轮毂辐条在离心力的作用下，间距会从55mm变化为0mm；车尾的扩散器由8段CFRP材料组成环形结构，会向后延伸出390mm。由此相比原设计模式，在空气动力学模式下，车身长度由5040mm变为5430mm，整体的外形设计也会随之而改变。
CAERI 视点
未来即使能源价格和能源安全保持稳定，但“Aero”时代已经回来了，并且会长久的持续下去。政府已经明确信息，对汽车将会有更严格的燃油消耗要求，以减轻环境和社会的压力。汽车空气动力学将在这一进程中发挥重要的作用。  
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