“新能源汽車在中國快速發展，使中國成為新能源汽車最熱的市場，也帶來了對汽車空氣動力學的新需求。”2021年12月30日晚8時，由機械工業出版社推出的汽車效能整合開發實戰系列直播課程，在《中國汽車報》“雲課堂”同步直播。比亞迪汽車工程研究院CAE部高階經理、乘用車空氣動力學效能及整車熱管理效能負責人、高階工程師張風利，帶來一場“汽車空氣動力學”的精彩講解。
講座從汽車空氣動力學開發的意義，汽車空氣動力學在中國的發展契機，專案應用、方法工具、資源，從事汽車空氣動力學開發的一些體會四個方面，深入淺出地闡釋主題，解讀汽車空氣動力學技術內涵與趨勢。
新能源加速新應用
“汽車空氣動力學的發展，可以分為四個階段。”張風利在談到汽車空氣動力學整體發展歷程及意義時表示，第一階段是啟蒙階段，即汽車誕生之初的時期，基本不需要空氣動力學技術；第二階段是發展階段，從20世紀70年代的石油危機開始，行業意識到，要控制汽車的阻力，把油耗降下來，並且要節油環保兼顧，才能讓汽車更具競爭力，因此產生了對汽車空氣動力學開發的需求；第三階段是成熟階段，美歐提出了越來越嚴格的車輛購置稅等稅費以及碳排放的懲罰稅，由此驅動空氣動力學逐漸發展成熟；第四階段是新挑戰階段，2000年進入新世紀之後，由於新能源汽車快速發展，使得電驅動逐步開始取代燃油汽車，也使汽車空氣動力學開發迎來了更具挑戰性的新發展階段。
“2010年之前，新能源汽車在中國發展緩慢，之後有了新能源補貼，以及2019年開始實施‘雙積分’政策之後，新能源汽車進入快速發展階段，也加速了汽車空氣動力學開發的程序。”張風利在講述汽車空運動力學在中國的發展情況時認為，隨著汽車空運動力學開發的進步，國內轎車的風阻係數基本達到了0.25-0.3之間，SUV和MPV會更大一些。
“實驗表明，隨著車速的增加，滾動阻力包括傳動系統的一些執行損失基本恆定，但是動力空氣阻力及風阻會隨著汽車時速的提升而快速增長。”張風利結合由他主持的對比亞迪漢EV的空氣動力學開發相關工作介紹，速度越高，風阻所佔比例越大。因此，如果要節能降耗、減排低碳，改善風阻是重要舉措。根據計算，風阻係數降低0.01，對應百公里能耗約下降0.18，不同的車型會有差異，相應的是，如果一款車的續航里程是500公里，電池成本是1000元，同樣續航里程下就可以節省900元，如果年銷量達到50萬輛，一年就可以節省4.5億元。因此，雖然建設一座風洞需要5-10億元，但如果銷量有保證，很快就可收回成本。
新車型帶來新需求
張風利講到，當前中國正大力發展新能源汽車，以此來解決化石能源不足問題，所以空氣動力學開發顯得更為重要。特別是2015年-2016年，自主品牌新能源汽車發展開始提速，空氣動力學開發也獲得了新的發展契機，得以加速發展。
“風阻的成因，包括黏度、邊界層、湍流、靜壓、動壓、流動分離、摩擦阻力和壓差阻力等。”張風利說，理解流體的黏性和流動分離的產生原理，是理解汽車風阻產生機理的前提。
“如果汽車從隧道里出來，外面有很大的側向風，就產生氣流擾動，這在汽車空中動力學開發上就是不穩定因素，需要研究解決。”張風利結合一些相關技術試驗情況講解到，整車高度對於側向力的影響非常大。所以，汽車空氣動力學要研究的就是控制汽車整體的升力。其中，車體的主要噪聲源自於車輪的輪罩等處，如今的電動汽車上由於沒有了燃油發動機，路噪和風噪係數與燃油車截然不同，燃油車只有在時速較高，如100公里甚至120公里以上時，風噪才會佔據優勢。所以，在實際車型開發中，風壓中心取決於車輛的外形型別（是單廂車、兩廂車還是三廂車）和外造型風格，重心則主要由驅動形式及車輛的總佈置空間來決定，側風穩定性的最佳化空間非常有限。部分降低側向力的措施與低風阻設計的原則相悖，低風阻又是空氣動力學設計的重中之重，側風穩定性的最佳化難度很大。
“當今的乘用車主要採用更緊湊更經濟的前驅形式，重心靠前，風壓中心整體靠後。”他講解到，對部分後驅車型，重心在軸距中心以後，在造型上多采用加長的車頭，將乘員艙推後以確保風壓中心後移，所以大部分車型並不存在明顯的側風穩定性問題。
“汽車風洞試驗室造價較高，而國外有的品牌汽車每輛車的風洞試驗時間要2000小時，試驗費用平均每小時3萬元。”張風利介紹，上世紀80年代國外出現了計算機模擬計算，可以大為減少風洞試驗的時間和費用。在我國，基本是2000年之後才引進計算機模擬計算軟體。而且，當時國內的汽車空氣動力學開發基礎較為薄弱，總體發展較為落後。一是基礎體系方面，包括理論、試驗設施、人才培養欠缺；二是缺乏市場需求，自主品牌汽車發展滯後，利益驅動的動力不足。但是，近年來隨著新能源汽車加速發展，這些情況有所改觀。
新方法提升開發效率
“近年來，隨著相關的計算理論逐步發展成熟，以及計算機的快速普及，計算機模擬技術應用加速，使汽車空氣動力學開發越來越高效，可以滿足新車型更短的開發週期、更高的效能要求。”針對汽車空氣動力學開發的專案應用、方法工具、資源等，張風利理論聯絡實際予以講解，他說，計算機模擬在汽車空氣動力學開發中的應用，目前已經在全球範圍內成為開發的主要工具，其工作量甚至已經超過了風洞實驗的工作量。
“在汽車空氣動力學開發流程上，開發週期越來越短。”張風利表示，在2000年之前，開發一款車或需要5年，後來縮短到3年，再後來縮短到24個月，現在基本縮短到18個月，以後有可能時間更短。在時間大幅縮短的情況下，如何進行汽車空氣動力學開發，技術難度非常大。同時，新車型造型設計與工程設計方面的難題是兼顧工程和美學。一般而言，造型設計是非理性的，而工程設計則是理性的。兩種設計碰撞就會產生火花，如何讓造型設計師接受空氣動力學的低風阻方案，需要有效溝通。
“此外，還有資源問題。”張風利談到，各個企業的汽車空氣動力學開發資源不盡相同，包括人力資源和軟體資源也有不同，由此會導致汽車空氣動力學開發的流程不同。
“隨著將來中國汽車市場的細分，汽車效能相關的因素中，不僅要關注車型的經濟性，更多需要關注其操控性，這種需求會變得越來越強。”張風利表示，汽車空氣動力學開發的發展方向，普通乘用車需要考慮的要點是經濟性；效能車需要考慮的要點是操控性；競賽車需要考慮的要點是競賽效能。
張風利認為，汽車空氣動學開發所涵蓋的知識跨度大，涉及熱力學、動力學、流體力學、電磁、碰撞安全等，因此，歡迎高校畢業生也能加入汽車空氣動學開發隊伍，共同為中國自主品牌汽車的規模化發展作出努力。
“中國的汽車空氣動力學行業才剛剛起步，大有可為。”張風利強調。
網友提問
講座結束後，張風利還線上回答了網友提問
問：請問如今國內的標準續航里程測試標準用的是哪個？
答：是CLTC（中國乘用車試驗迴圈測試標準），不是NEDC（歐洲迴圈測試標準）。2019年10月25日，適合中國國情的《中國汽車行駛工況》標準正式釋出，簡稱CATC，其中的乘用車部分CLTC（中國乘用車試驗迴圈標準）。目前國內較新的新能源汽車車型續航里程有的已經達到了800甚至1000公里，這種情況下汽車空氣動力學開發的工程量會更大一些。
問：目前國內汽車空氣動力學開發有哪些有利契機？
答：目前，風阻現在已經直接與車輛的成本、使用者最關注的核心續航里程是掛鉤的。為了降低能耗、提高續航里程，可用的方法裡包括減重、空氣動力學開發等，對於汽車產品這是一個非常有利的契機，其實新能源汽車的電機總成的效率提升較快，風阻還有很大的提升空間。
問：汽車空氣動力學的開發的專案應用方法、工具、資源各自的主要內涵是什麼？
答：除了講座中所講的，需要強調的是，工具主要是風洞和模擬，資源中人才特別重要，車企要考慮如何去爭取儘可能多的資源來投入到研發之中。要想做好汽車空氣動力學的開發，還需要跟產品的決策層做充分的溝通，爭取儘可能資源。
文：趙建國 編輯：蒙軒 版式：劉曉燁
