妖風肆虐，聊聊汽車與風的那些事兒

上週一股妖風突襲華北地區，許多地方都遭到大風狂虐，多起樹木刮倒及高空墜物傷人事件頻繁出現在新聞頭條。其實對於汽車而言，風也是一個比較敏感的話題。雖然7-8級的大風無法把車刮飛，但車輛行駛過程中的風，是各個汽車廠商力求攻克的勁敵，也就是我們日常提到的風阻系數。汽車與風的鬥爭，並不是近幾年才突然出現，今天我們就來聊聊車與風的那些事兒。

令人肅然起敬的風阻系數

近幾年，風阻系數越來越成為不少車型的賣點。譬如在今年北京國際車展上，賓士推出的CLA，在宣傳中對風阻系數僅0.23這一技術指標著重強調；還有憑藉0.25Cd的風阻系數火了一把的榮威i6等。

風阻系數是通過實驗而確定的一個數學參數，用它可以計算出汽車在行駛時的空氣阻力，風阻系數愈大，則空氣阻力愈大。汽車在行駛過程中受到的空氣阻力與風阻系數的關係可以歸納為這個公式：

顯然，迎風面積和風阻系數是直接決定車輛所受風阻的要素

一般而言，空氣阻力分為三種行駛，一是氣流撞擊車輛正面所産生的阻力，即上面提到的迎風面積，就像拿一塊木板頂風前行，所受到的阻力幾乎來源於此，而在汽車上這塊木板就是擋風玻璃、進氣格柵等；二是空氣摩擦力，這個與汽車速度有關，一般在上百的車速時，摩擦力小到幾乎可以忽略；三是外形阻力，當汽車高速行駛時，外形阻力成了最主要的空氣阻力來源。外形阻力來自於車後方的真空區，真空區越大，汽車的風阻系數越大，所形成的阻力也就越大。所以一般三廂車的外型阻力要比兩廂車小。

但對於普通人而言，由於空氣看不見、摸不著，所以産生的阻力也過於抽象，所以風阻系數究竟是0.23還是0.32其實沒有太大的區別，更沒有直觀的感受。不過據研究顯示，當汽車以80km/h行駛時，60%的油耗都用在克服風阻上，在時速200km/h以上時，空氣阻力幾乎佔所有行車阻力的85%。曾有人對兩種相同品質相同尺寸，但風阻系數分別為0.44和0.25的轎車進行比較，以時速88km/h行駛100km，燃油消耗後者比前者節約1.7L。

除了能有效降低油耗，風阻系數也會影響車內的噪音值，也就是常説的風噪。比如在高速行駛時，氣流可能會在後視鏡、A柱、C柱等地方堆積而産生噪音，而更低的風阻系數，使得這些堆積氣流的地方就會減少。

再而就是提升高速行駛時汽車的操控能力。當風阻系數比較高時，風所産生的阻力會影響整臺車在高速時實現變道等操控的順暢度。例如同樣速度下，轎車變線的穩定性比麵包車要好得多。

看到這裡，或許你就會明白為什麼設計師為了降低哪怕0.01的風阻系數而絞盡腦汁了。

汽車與風的鬥爭

一談到空氣阻力，我們經常會提到“流線型”這個術語。確實，流線型車身可以最大幅度減少汽車行駛過程中的空氣阻力。然而，在汽車誕生之初，汽車的外形絕大多數是方方正正，以馬車型或箱型為主，人們對空氣動力學在汽車上的應用知之甚少，把更多的精力放在如何更美觀，以及降低製造成本上。

例如1908年誕生的福特Model T就是典型的箱型汽車，由於最高時速也不過是70km/h的水準，所以空氣阻力還不算是一個重要的能耗參數。而到了20世紀20年代，隨著汽車技術的不斷成熟，車速也不斷提高。人們除了不斷在發動機等核心部件上下功夫以外，也意識到了車身變革的迫切性。

這個時代的車型，擋風玻璃開始向側後方彎曲，車頂高度逐漸降低並與尾部有了更為流暢的銜接，大燈設計也不再獨立出來。凡是與風接觸的地方，有開始進行了風阻的考量。

德國設計師愛德穆德 ?朗普勒（EdmundRumpler）在1921年設計出了“淚珠車”，這款車參考了自然界中空氣動力學性能最好的物體——水滴（水滴的風阻系數僅為0.05），風阻系數達到了驚人的0.28Cd。即使與現代車型相比，也具備相當的競爭力。可惜其怪誕的外觀無法取悅消費者，最終只生産了100輛便停産了。

在當時，寶馬、梅賽德斯等車企也都開始了流線型原型車的製造，而其中最為經典的當屬捷克汽車品牌Tatra 77系列。這款車于1933年正式推出，是世界上第一輛根據空氣動力學原理去設計的量産車。

為了驗證其成功，人們使用1:5比例的T77模型進行了風洞實驗，發現其風阻系數只有0.2455。即使放到今天，大多數汽車也達不到這個水準。除了流線型之外，T77還首次實現了實現了汽車轉向燈，車頭設計安裝了三個車燈，中間的車燈與轉向系統相連，從而根據方向盤的轉向控制兩側的轉向燈。值得一提的是，這款車也直接影響到了大眾等一眾車型，比如甲殼蟲。可惜，二戰的爆發導致Tatra被迫暫停生産。1934年至1938年間，Tatra 77系列總共生産了249輛車。

二戰期間，人們對汽車尖端技術的探索進入了一個低谷。而戰後，汽車的發展又迎來了一個新的高潮。賽車工業的發展為空氣動力學設計帶來了長足的進步。工程師們通過反覆的試驗，了解到流線型設計能讓汽車行駛得更快，並且在高速行駛時更容易控制。這個時期車尾的設計出現了很多亮點，例如現在非常常見的溜背、掀背造型。這些設計讓汽車有了更好的空氣動力學性能，例如1955年雪鐵龍DS風阻系數已達到0.36，到了80年代，風阻系數為0.3的奧迪100又稱為了一款經典車型。

風阻系數與實用性的平衡

隨著技術的發展以及大眾審美的變遷，汽車的外形設計經歷了數個迭代，幾乎每隔十年，汽車的外形設計都會進入一個新的潮流。而其中汽車設計師對於風阻系數的追求也是影響外觀設計的一大因素。

除了車身的優化，風阻系數細微的降低都是靠還不到0.001的改進積少成多才得到的。比如雨刮器，外後視鏡，鯊魚鰭天線，車頂行李架，車頭的Logo，門把手等都影響著風阻系數。但是，風阻系數真的是越低越好嗎？

雖然理論上説風阻系數越低越有助於節油省耗，但對於一般消費者而言，除了節油外，還要考慮車內的空間、行車時視野等因素。當然，對於車企而言還要考慮設計製造難度和成本問題。就拿賓士CLA-Class作為例子，需要經過2000小時的風洞試驗時間，而歐洲風洞費用差不多是2500歐元/小時，這還不算人工的費用。

此外還有一個非常重要的原因——下壓力，汽車的行駛依靠車輪與地面的摩擦，通過下壓力來穩定車身。如果風阻系數過低，上升力就會很明顯，最終導致的效果是在高速行駛時感覺車子發飄。

風阻系數和下壓力是一對矛盾體。不同類型汽車的側重點不一樣，所以在風阻系數和下壓力之間就要做出取捨。對於普通汽車而言，行駛時産生的上升力基本不會對車輛的行駛穩定性帶來什麼顯著影響，所以風阻系數自然是越低越好。更好的經濟性、更小的風噪等，這都是低風阻系數帶來的好處。

但對於跑車，還需要考慮行駛穩定性、更短制動時間和制動距離等，這就需要稍微犧牲一些風阻系數來換取一些下壓力，來保證足夠的抓地力，防止汽車高速過彎時失控，例如法拉利458的風阻系數是0.33，這對比一般轎車要高出很多。

普通民用車通過將尾部設計得稍微上揚來增加下壓力，一些注重性能的車型往往會設計隱藏式尾翼，平時藏起來，在車速達到一定值時會自動升起，比如奧迪A7。對於高速狂奔的F1賽車，前後擾流板和寬大的尾翼都是為了提供足夠的下壓力。

雅斯頓小結

風阻系數的降低能有效減少空氣阻力，從而提升燃油經濟性和操控性能，任何一個細節都可能為風阻系數的改善立下汗馬功勞，這也是為什麼近百年各大廠商為此孜孜不倦進行研究。目前，世界上風阻系數最低的汽車是名為Nuna系列概念車。Nuna能源上使用了太陽能，風阻系數僅僅為0.07。在不久的將來，汽車風阻系數將會不斷刷新“下限”，還是會有其他突破性的發展，讓我們拭目以待。