為什么“電動(dòng)爹”愛拼風(fēng)阻系數(shù)，燃油車不當(dāng)回事？
水滴 崔建偉 | 05-28
201911
一提起新能源車，降低風(fēng)阻系數(shù)差不多是必備技能，阿維塔12風(fēng)阻系數(shù)0.217Cd，奔馳EQS 風(fēng)阻系數(shù)0.200Cd，領(lǐng)克Z10風(fēng)阻系數(shù)0.198Cd，小米SU7風(fēng)阻系數(shù)0.195Cd，極狐阿爾法S5風(fēng)阻系數(shù)0.1925Cd，筆者查到的目前量產(chǎn)新能源車型最低的風(fēng)阻系數(shù)是東風(fēng)風(fēng)行星海S7的0.191Cd。像極了人類百米飛人大戰(zhàn)不斷提升世界紀(jì)錄，不斷比拼小數(shù)點(diǎn)后多位，不斷逼近極限。
風(fēng)阻系數(shù)這個(gè)曾經(jīng)只出現(xiàn)在飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)中的術(shù)語，如今已成為新能源車企發(fā)布會(huì)的“頭號(hào)明星”。為什么會(huì)這樣？
什么是風(fēng)阻系數(shù)？
風(fēng)阻系數(shù)是空氣阻力系數(shù)的簡稱，風(fēng)阻系數(shù)表示了汽車的外形對(duì)空氣流動(dòng)的阻礙程度，迎風(fēng)面積一定的情況下，風(fēng)阻系數(shù)的數(shù)值越小，越有利于降低車輛行駛時(shí)的氣動(dòng)阻力，越有利于降低能耗。
先看一下常見物體的風(fēng)阻系數(shù)：
高爾夫球：0.25 – 0.3
雨傘（打開頂風(fēng)）：1.1 – 1.4
跳傘人體（張開四肢）：1.0 – 1.3
跳傘人體（收緊身體）：0.7 – 0.8
乒乓球（飛行中）：0.45 – 0.5
風(fēng)阻是車輛行駛時(shí)來自空氣的阻力，在汽車空氣動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域，一般劃分成四種來源：
1. 壓差阻力：由于運(yùn)動(dòng)空氣的粘性，致使車輛前后產(chǎn)生壓力差而形成的阻力，它是氣動(dòng)阻力的最主要組成部分（可能在60%以上 ）。導(dǎo)致汽車行駛時(shí)，車前方承受大氣的壓力，但空氣在繞開車輛后，由于運(yùn)動(dòng)空氣的粘性，車輛尾部的壓力不能迅速恢復(fù)，致使車輛的前后有很大的壓力差。
2. 摩擦阻力：空氣的粘性作用使得空氣與汽車車身表面產(chǎn)生摩擦而形成的阻力，一般摩擦阻力小到幾乎可以忽略。
3. 誘導(dǎo)阻力：誘導(dǎo)阻力是由車身附著渦流誘導(dǎo)產(chǎn)生的能力損失而導(dǎo)致的。
4.干涉阻力：一般指汽車外表面上的各附件和孔眼、凹槽及縫隙所引起的氣流干涉而導(dǎo)致的阻力。
想要降低風(fēng)阻系數(shù)，就要著手從上面四個(gè)來源下手處理。
所以我們看到現(xiàn)在的新能源車造型設(shè)計(jì)越來越相似，從車輛外觀造型看，前端造型、頂端造型、側(cè)面造型都是越圓潤風(fēng)阻系數(shù)越小，封閉式前臉、流線型的造型設(shè)計(jì)、電子后視鏡、隱藏式車門把手、輪轂封裝，還有我們看不到的底盤封裝設(shè)計(jì)，前輪擋板斜坡設(shè)計(jì)、后部護(hù)板設(shè)計(jì)等等。
有點(diǎn)需要注意，cd不是風(fēng)阻系數(shù)單位，是計(jì)算出來的系數(shù)，是一個(gè)比值。cd準(zhǔn)確寫法其實(shí)是“C_d”，里面的這個(gè)d是小寫的，是下小標(biāo)。“_”是指小標(biāo)，drag小標(biāo)的縮寫，C是Coefficient系數(shù)的意思，在實(shí)驗(yàn)室里通常是用C然后小標(biāo)d 來代指風(fēng)阻的系數(shù)，這個(gè)系數(shù)是一個(gè)比值，沒有單位。
為什么新能源車這么在意燃油車反而無所謂？
風(fēng)阻系數(shù)每降低0.01Cd，純電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程可提升5到10公里。具體數(shù)值和不同車型的能耗水平有關(guān)，比如有的車能耗較大，百公里20度電，可能風(fēng)阻系數(shù)降低帶來的續(xù)航里程增加并不明顯。
在高速行駛時(shí)，風(fēng)阻占行駛阻力的主要部分，在同樣的動(dòng)力水平條件下，超低風(fēng)阻也可以提升車輛的理論最高車速，不過由于安全原因，實(shí)際生活中駕駛體驗(yàn)不明顯。
因?yàn)椴煌囆驮O(shè)計(jì)、能耗、電池各方面的不同，所以不同車型的風(fēng)阻不能直接推導(dǎo)出續(xù)航的差異，但對(duì)同一車型，如果使風(fēng)阻系數(shù)從0.27降低到0.21，那它的綜合續(xù)航里程可能會(huì)增加30~40km左右，如果是高速行駛，里程提升會(huì)更加明顯。
風(fēng)阻系數(shù)的計(jì)算公式中，空氣阻力和車速的平方成正比。車速從60km/h提升到120km/h時(shí)，風(fēng)阻能耗占比從20%飆升至65%，這也是新能源車在高速中續(xù)航打折很多的一個(gè)原因。
若速度達(dá)到200km/h，85%的能耗都是在對(duì)抗空氣阻力。這種指數(shù)級(jí)增長的能耗特性，讓新能源車對(duì)風(fēng)阻的敏感度遠(yuǎn)超燃油車。
對(duì)于燃油車而言，發(fā)動(dòng)機(jī)功率冗余和變速箱調(diào)節(jié)能力讓風(fēng)阻系數(shù)變成了灑灑水。燃油車的發(fā)動(dòng)機(jī)功率通常遠(yuǎn)超日常需求。舉個(gè)例子，一臺(tái)2.0T發(fā)動(dòng)機(jī)，性能取向的調(diào)教最大功率能達(dá)到300kW以上， 經(jīng)濟(jì)型的調(diào)教也能輕松做到140kW以上，120km/h高速勻速巡航時(shí)其實(shí)只需要20-30kW功率輸出。即使風(fēng)阻系數(shù)增加導(dǎo)致額外功率消耗，比如增加10kW甚至20kW，發(fā)動(dòng)機(jī)的冗余功率也能輕松覆蓋，用戶幾乎察覺不到動(dòng)力變化。
第二個(gè)則是變速箱的“動(dòng)態(tài)補(bǔ)償”作用，多檔位變速箱不管是8AT、7DCT都能通過調(diào)節(jié)擋位和負(fù)載，使發(fā)動(dòng)機(jī)始終處于高效運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)間。例如，當(dāng)風(fēng)阻增大導(dǎo)致車速下降時(shí)，變速箱會(huì)自動(dòng)降檔，提升發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以維持動(dòng)力輸出，間接抵消了風(fēng)阻的影響。這種動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力掩蓋了風(fēng)阻變化帶來的能耗波動(dòng)。
在市區(qū)低速行駛時(shí)，風(fēng)阻能耗占比僅20%-30%，且頻繁啟停導(dǎo)致油耗波動(dòng)更大，燃油車的風(fēng)阻優(yōu)化效果其實(shí)難以被用戶感知。即使風(fēng)阻系數(shù)降低0.05Cd，實(shí)際油耗差異可能不足5%，一腳地板油可能就把風(fēng)阻系數(shù)辛辛苦苦優(yōu)化來的那幾滴油干沒了。
高速時(shí)正好是燃油車發(fā)動(dòng)機(jī)的高效區(qū)間，正好是省油階段，燃油車在高速場(chǎng)景下對(duì)風(fēng)阻的敏感度天然更低。
這里面還涉及到汽油和電之間存在天然的差異。燃油車能量利用率僅為20%-30%，大部分能量以熱量形式散失。相比之下，風(fēng)阻造成的能量損失僅占燃油總消耗的5%-10%，屬于次要矛盾。一輛燃油車高速行駛時(shí)，60%的油耗用于克服風(fēng)阻，但若綜合全場(chǎng)景使用，風(fēng)阻優(yōu)化的節(jié)油效果會(huì)被發(fā)動(dòng)機(jī)低效性淹沒。
但是電動(dòng)車能量利用率能達(dá)到80%-90%，電機(jī)效率曲線呈 “高原形”，在寬泛的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保持高效率。風(fēng)阻對(duì)續(xù)航的影響被放大。
打個(gè)比方滿分100分的考試，燃油車發(fā)揮好能考40分，一般情況就是30分，至于是25分還是35分感官差別都不大。新能源車能考八九十分，79分和80分，89分和90分，感官差別就大很多。
汽油能量密度是鋰電池的 40-80倍。如果考慮到實(shí)際應(yīng)用中，內(nèi)燃機(jī)效率低，電動(dòng)機(jī)效率高，汽油的有效能量密度也是鋰電池的16倍左右，導(dǎo)致電的敏感程度遠(yuǎn)高于汽油。燃油車的補(bǔ)能速度遠(yuǎn)大于電車這是大家耳熟能詳?shù)摹?/p>
另外和設(shè)計(jì)的優(yōu)先級(jí)也有關(guān)系，燃油車更關(guān)注動(dòng)力性能、NVH等等，用戶對(duì)個(gè)性化外觀的追求遠(yuǎn)高于對(duì)風(fēng)阻系數(shù)的追求。
最后還有一個(gè)非常關(guān)鍵的原因是對(duì)于燃油車來說優(yōu)化風(fēng)阻系數(shù)不劃算，燃油車風(fēng)阻系數(shù)很早就從早期的0.8優(yōu)化到現(xiàn)在0.25-0.35的水平，進(jìn)一步降低需要巨額投入，比如風(fēng)洞測(cè)試，重新造型設(shè)計(jì)，相比之下還不如做動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)化。
但也要看到風(fēng)阻系數(shù)犧牲了便利性，最明顯的就是隱藏式車門把手，頻頻被大家吐槽。還有空間的妥協(xié)，新能源車有一個(gè)算一個(gè)都是溜背造型，又因?yàn)殡姵氐暮穸龋忠ＷC車身高度不至于太高，都是用了全景天幕，很大程度上擠壓了后排頭部空間。
如果車本身已經(jīng)非常圓滑，沒有辦法再優(yōu)化了，比如奔馳EQS算是為了風(fēng)阻系數(shù)優(yōu)化出的造型，那就要上附加套件，各種空氣動(dòng)力學(xué)部件，主動(dòng)尾翼、擴(kuò)散器等等。說實(shí)話大家這么熱衷提升風(fēng)阻系數(shù)，實(shí)在是沒有辦法，在電池能量密度尚未突破的當(dāng)下，風(fēng)阻優(yōu)化仍是提升續(xù)航最經(jīng)濟(jì)的路徑。在有限的食材情況下，盡可能炒出一盤好菜端上桌。賣相好、食客買單才有繼續(xù)呆在后廚的機(jī)會(huì)。
