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【汽车解码】影响能耗的风阻系数深度解读[5P]

[[b]摘要[/b]]这是一个经常被人们忽略，但却在能耗控制中扮演着重要角色的数字，这就是为何特斯拉Model X最初的原型车，是没有传统的外后视镜的，取而代之的是一对后视摄像头。
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[b]腾讯数码讯[/b]（刘琦） 特斯拉Model X最初的原型车，是没有传统的外后视镜的，取而代之的是一对后视摄像头。就是这样一个看似“耍酷”的设计，对于Model X的续航水平至关重要。因为这样的设计，降低了其风阻系数，从而减小了行车阻力。
在2014年展出的奥迪Nanuk Concept上，我们见到了这种设计理念的运用。但受制于法规，用后视摄像头取代传统的凸面镜，暂时还不太可行。虽然看起来不起眼，但在空气动力学家眼中，占据汽车迎风面积高达10%的后视镜，如果能“缩略”成一对摄像头，对于节省能耗其实具有重大意义。
再拿特斯拉的Model S来说。这辆车在外形设计上，至少有3点是为了降低风阻而为：一是可收缩的门把手；二是Coupe造型；三是外突的椭圆中网造型。这让特斯拉的风阻达到了0.24，这是相当出色的水平。同样达到这一标准的，还有奔驰E级Coupe。
本期文章，我们来了解下风阻系数。这是一个经常被人们忽略，但却在能耗控制中扮演着重要角色的数字。想一下，汽车行驶时，除了克服地摩擦力外，另外一个阻力就是空气阻力。尤其是在高速行驶时，空气阻力会随着速度的增加呈指数增长。
在1908年福特Model T诞生时，汽车的外形设计还没有空气动力学的考量，更多的精力被放在如何更美观，以及降低制造成本上。由于最高时速不过是70km/h的水平，所以空气阻力还不算是一个重要的能耗参数。
直到1933年，在捷克斯洛伐克诞生了Tatra 77。如下图所示，这是全世界第一辆根据空气动力学原理去设计的量产车。它的造型设计，为之后近半个世纪的汽车设计，奠定了空气动力学的基础。
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Tatra 77最高时速可达140km/h。其实，在超过90km/h后，汽车的空气阻力就该被纳入重要的能耗考量中。超过120km/h，空气阻力对能耗的瞬时影响，甚至超过路面摩擦力。借助这种设计，Tatra 77的1:5模型的风阻系数实现了0.2455的历史记录。
后来的改进版本Tatra 77a的风阻系数，甚至达到了0.212——超过当今绝大多数的量产汽车。但由于记录不详，这个数字究竟是77a的模型水平，还是其实车的水平，目前已不得而知。
随着技术的发展，以及大众审美的变迁，汽车的外形设计经历了数个迭代。几乎每隔十年，汽车的外形设计都会进入一种新的潮流。而这其中，汽车设计师对于风阻系数的极致追求，也是影响外形设计的一大因素。
以有着40年历史的宝马3系为例。1982年的第二代宝马3系（E30），相较第一代车型方正的设计，有了更加“圆润”的边角，空气动力学的考虑更多。这使得E30的风阻系数达到了0.37。而三十年之后，第六代宝马3系，也是2011年上市至今的现款3系，风阻系数达到了0.26。
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直到第五代车型（2005—2013），宝马3系的风阻系数依然没有突破0.3。而第六代的0.26，则是大多数2011年以后的新车具备的实力。新款奥迪A6、宝马i8、马自达3（2012款）、新款奔驰B级、日产GT-R，这些车无论级别高低，都有着0.26的风阻系数。
标致508（2011款）、丰田普锐斯（2010款）则实现了0.25的水平；而特斯拉Model S、奔驰S级则进入到了0.24的水准。目前的量产车中，风阻系数更为出色的是2013款的CLA 180 BlueEfficiency，已经到达了0.22的水平。常规版CLA风阻系数也只有0.23。
当然，风阻系数最低的量产车，当属的大众的XL1。该车为了实现百公里1L的油耗水平，采用了一个相当非主流的外形设计。这个设计，让它成为全球第一款突破0.2标准的量产车，达到0.19的风阻系数。但显然，这种设计理念估计几十年后才会被大众市场接受吧。
就跟百公里加速时间一样，能进入3秒的基本都是汽车中的异类。风阻系数也一样，为了从0.3进入到0.2，这个过程历时几十年、几代工程师的努力。要想再从0.2进入到0.1的水平，估计就要不仅仅是“形状”的问题了，而有些零件要不要保留的问题。
比如XL1，它是没有传统的外后视镜的，而是用摄像头替代。可以预见的是，接下来的20年、30年中，外后视镜会逐步从设计师的草稿中消失——只要法规允许。文章开头提到的Model X，如果按照概念车的设计取消传统后视镜，那么风阻能降低5%，风阻系数降低0.1。
可见外后视镜在空气动力学中之重要。此外，“拆除”车顶行李架、挡泥板、尾翼、天线、雨刮器，均能在一定程度上降低风阻系数。在空气动力学中，风阻的计算公式如下：
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其中，p是空气的密度；v是车辆的速度；A是车辆的迎风面积；cd便是风阻系数。根据这个公式，同一辆车在同一地点行驶，在速度一定的前提下，风阻系数越大空气阻力越大。也可以看到，在该公式中，速度v与cd是平方的关系。所以，速度的增加，对于空气阻力尤为重要。
对于特斯拉Model S来说，如果时速超过90km/h，这时空气阻力造成的能量损耗就值得重视了；而90km/h这个线，也是特斯拉Model S能耗最佳的一个速度，此时风阻与速度比较均衡，续航也最长。
Model S的风阻系数是0.24，正向面积为2.34㎡。根据Car and Driver的一项测试，Model S在风洞测试中，时速在约112km/h时，风阻为35kg，克服空气阻力做工14hp（约合10.44kw）。
这个时速下，特斯拉的功率指针一般在40kw左右，可见克服风阻就耗费了1/4的能量。当时速达到160kw/h时，功率指针一般在60kw左右。这时，特斯拉Model S克服风阻做工为42hp（约合31.32kw），占据了全部动力输出的一半！
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从112km/h到160km/h，速度提升了1.4倍，克服空气阻力的能耗却提升了3倍多。这就是为何特斯拉时速时速超过120km/h后，续航里程大幅下降的原因。如果时速超过200km/h，或者达到250km/h的极速，空气阻力的能耗可能会超过地面摩擦力。
一位挪威车主曾在德国高速路上做过测试，以200km/h行驶了12分钟后，Model S的电量从350km降到了250km，整整耗费了100km的续航。精确地说，是520Wh/km，即每百公里用电52度！以这个速度，特斯拉充满电只能跑160km。
而在这个时速下，特斯拉所受的摩擦阻力其实是减小的，因为车辆有上升力。由此可见风阻的作用是多么大。在特斯拉未来的Model 3设计中，为降低风阻系数，它的尾部并没有设计成典型的三厢车，而是采用了与后挡风玻璃衔接的掀背设计。同样的设计理念，也见于雪佛兰Volt。

奔驰B级车廂蛮高算是MPV类別吧?  怎么会0.26的风阻系数呢?

特斯拉基本不会推出Model 3了，大胆点Model X也不会量产，当然被奔驰收购之后是否会推出Model 3我不保证。从销量上可以看到美国市场的特斯拉Model S已经开始萎靡，年销量3万已经是瓶颈，然后特斯拉迫不及待的来到中国。以中国年轻盲目崇拜土豪的数量，特斯拉可能会在中国达到年销量6万，但仅此而已。不仅奔驰宝马，通用丰田都认为全球范围内除了中国有可能推动纯电动车成功外其余国家暂时无可能。特斯拉在中国销量6万，美国销量3万，仅仅依靠这十几万的销量难以维持一个汽车公司的正常运作。最最重要的是特斯拉本身已经开始亏损了，如果再开一条产品线将会亏损的更严重。或许某些朋友会跟我说，特斯拉盈利过1120万美元，但这个盈利值得商榷。至于Model X和Model 3应该是给投资人看的，拉一下股价，特斯拉差不多玩到头了，产品应该见不到了。

算是领教了，难怪现在这么多的掀背设计的车车

看到那个原形机的没有了后视镜，会不会太过了，为了降低风阻，没有后视镜，影响了使用时安全性和便利性，也太不值了