终于有人关心电动车的“屁股”了

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  100度电一次性跑1200公里,百公里电耗8.3度,每度电覆盖的里程超过10公里。

  如果有这样一台“吃少少、跑远远”,且轴距可以做到2800毫米的豪华品牌纯电中型轿车摆在面前,你是否会愿意重新尝试对传统品牌出品的“大厂电动车”建立认知。

  不愿意,没关系,中国新势力们的努力大家有目共睹。

  愿意,那么恭喜你,可以有机会在一台车上一次性见识到世界上最前沿汽车技术的总和。

  这台车就是奔驰VISION EQXX概念车。

  

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  你或许会惊诧于它石破天惊的水滴型外观,会沉迷于它47.5英寸的8K大尺寸屏幕,会好奇它纯天然的座椅“皮革”到底有没有蘑菇味。

  

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  但最能引起笔者注意的,却是安装在VISION EQXX概念车尾部的一个组件:静止时,你看不见它;开动时,你也看不见它。能看见它的,只有后车。

  但就是这个能屈能伸,可进可退,外表黑黢黢的部件,可以在谈笑间将上下乱流梳理得明明白白,让不安分的空气乖乖听话,让电池组里的电好像怎么也跑不干。

  

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  它,就是大名鼎鼎的真·空气动力学专家:“可伸缩主动式后扩散器”。

  大风扇、吸盘车和“违禁品”

  相比VISION EQXX概念车上这套主动式可伸缩尾部扩散器板正严肃的造型,扩散器老祖宗们的整活水平明显高出一截,这些脑洞天马行空的上古大神们,玩得远比奔驰更出格,更浮夸,更咋咋呼呼。

  1970年,一台外观方方正正,整体造型与现代空气力学设计背道而驰的赛车刷爆全球各大GT赛事,冠军拿到手软不说,还曾交出过“起步排位第十二,最终站上冠军领奖台”的惊人成绩单。

  

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  这台车就是集速度与特异于一身的Chaparral 2J——一台车尾挂载一对类似外燃机喷口,俨然一具洲际巡弋飞弹样子的赛车。由于Chaparral 2J贴地性能实在太过变态,大家都称它为“吸盘车” (Sucker Car),这个称号直到今天也没有第二台车有资格使用。

  

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  和Chaparral 2J同场竞技的车手们经常抱怨:“这大风扇卷起地面的油污粉尘往后喷,我们连路都看不清!”但车队老板只淡淡地说了一句:“你们可以直接超过去。”

  Chaparral 2J的所向披靡,本质上是一场空气动力学的压倒性胜利。我们都知道,上扬力是赛车的敌人,下压力是赛车的朋友。

  提升下压力,就要最大限度地减少汽车和地面间的空气压力,这就需要加速空气,办法有两种:第一,利用车底设计,让空气进入窄小的车底管道,提升流速;第二,利用大风扇产生负压,强行加速空气。

  

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  由于彼时的赛事不设定发动机排量上限与数量,所以车尾额外加装的两个大风扇,无时无刻不在抽取车身底部的空气,配合车身四周塑胶材质的软性侧裙,车底可形成半真空区域,宛若吸盘一样牢牢吸附在地面上。即便车辆在静止状态下打开风扇,车身高度都会下降近5厘米。在没有尾翼的情况下,Chaparral 2J制造出了900公斤下压力,相比使用尾翼的车辆,Chaparral 2J的下压力不会因车速下降出现折损或消失。

  

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  圈速提升让工程师们欢呼雀跃,但机件故障和耐久度问题,却让工程师们伤透了脑筋:一方面,这两个17英寸的大风扇的扇叶经常在高速行驶中破裂,零件洒一地,把竞速赛玩成道具赛;另一方面,驱动大风扇的发动机移植自雪地摩托车,无法在长时间、高强度的赛车运动中保持稳定输出状态,一旦失效,车手根本无法操控。

  同时,Chaparral 2J过于霸道的圈速引来了赛事委员会的强力监管。一个赛季后,委员会就宣布禁用任何可移动的扰流组件,风扇因在行驶过程中不停转动,被定义为一种可移动的扰流组件。

  “大风扇”虽然只在赛道上昙花一现,但其背后蕴藏的“地面效应Ground effect”理论,却启发了无数现代汽车空气动力学工程师们,他们不再沉迷于尺寸惊人的尾翼,转而将研发重心下沉到地面,直接推动了尾部扩散器的出现。

  

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  1978年,唯一亮相过F1赛场的“风扇赛车”——Brabham BT46B呱呱坠地。在那个神仙打架,各家工程师为了地面效应无所不用其极的年代,鬼才设计师戈登·穆雷(Gordon Murray)在Brabham车队成熟的赛车上做了一个大胆的改变:

  在车尾发动机上方,挂载一具由发动机直接驱动的垂直风扇,看起来是在为发动机提供额外冷却手段,实际上是不停地导出车底气流,使车底更接近真空状态,产生惊人无比的吸附性。

  这风扇有多厉害呢,厉害到BT46B赛车进站后怠速情况下,车身也明显低于其它赛车。

  

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  伪装成散热器的车尾超大风扇,成了对手们避之不及的噩梦漩涡。传奇车手尼基·劳达(Niki Lauda)驾驶着这台“巨型吸尘器”首次出征瑞典就以领先第二名34.6秒的成绩,毫无悬念地拿下冠军。

  

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  在F1赛场上,领先第二名30多秒,你可以想象BT46B到底有多无敌。但很快,超大风扇设计遭到以莲花为首的所有车队强烈抗议,在仅参赛一场的情况下,Brabham主动拆掉了这套“远古神兽”级的风扇,把“超智能方程风扇赛车”复原成平平无奇的“方程式赛车”。

  超大风扇成就的吸盘车确实超出想象的快,但却是安全性层面的“违禁品”。制造“地面效应”需要保持车底与周围环境的相对气密,但倘若遇到路面颠簸或车辆侧裙、底盘受损,气密性突然丧失导致的下压力锐减,车辆失控的风险极高。1983年,基于安全考量,FIA颁布了Flat-Bottom Regulation车身下方必须平坦条例,吸盘车正式告别赛道。

  绝迹于赛道并不意味着民用车也要向“地面效应”挥手告别,在赛车运动中得到充分验证的超大风扇褪下夸张的“戏服”后,演进成了由碳纤维板或金属板组成的尾部扩散器(Diffuser),在民用车领域继续贡献着昂贵且宝贵的下压力。

  

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  比如宝马G82 M4上这套造型复杂的尾部扩散器,就是碳纤维在高压热处理下压制成型的。

  

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  这台经过Mansory之手改装的兰博基尼URUS,也选择了同样思路的尾部扩散器。仔细观察你会发现,这两套尾部扩散器,都采用斜面和垂直于地面的竖立结构件梳理车辆底部气流,让车辆上部空气流速小于下部流速,从而达到增加下压力功效,提升操控稳定性。

  能屈,也能伸

  相比向外部延展的尾翼结构,尾部扩散器不产生额外阻力,所产生的下压力最大可以占整个车身总下压力的40%。这是一门“稳赚下压力,不赔新阻力”的绝妙生意,燃油车求之不得,电动车更是寤寐求之。

  一台行驶中的汽车,需要克服三种阻力:第一,轮胎与地面间的摩擦阻力;第二,传动零件间的阻力;第三,劈开空气时产生的阻力,即大家熟识的风阻。

  据公开数据显示,一台车在80km/h时速下,有60%左右的动力是用来克服风阻的。当速度达到200km/h时,85%都将用在与空气阻力的对抗上。

  风阻系数的计算公式是:正面空气阻力X 2÷(空气密度 X 正面投影面积 X 车速的平方),所以倒推空气阻力的计算公式是:正面空气阻力=(空气密度 X 车速的平方 X 车辆正投影面积 X 风阻系数)÷2,抛开空气密度这个和车本身无关的因素不谈,车辆正投影面积和风阻系数对车辆承载的空气阻力起决定性作用。

  降低风阻系数的主要路径有四条:第一,降低正投影面积,车越扁越好,理想状态是把车拍扁成一张纸,但明显不现实;第二,流线型外观,参照已知风阻系数最小的物质水滴(0.05);第三,减少车身孔洞数量,降低空气被切割后产生的乱流,增加曲面平滑度,比如电动车上常见的封闭前进气格栅;第四,拉长车尾,即采用更长的楔形车尾造型,让车上部和下部的气流快速接近,降低空气产生的拖拽力。

  对绝大多数家用燃油车来说,风阻系数对能耗的影响远没有对风噪的影响来得直接,只要不是太夸张,如奔驰G,路虎卫士,Jeep牧马人这样的“方盒”造型,都不用太放在心上。但对纯电动车来说,风阻系数是可以对整车能耗产生颠覆性作用的决定因子,所以即便最终只能把风阻系数降低0.01,工程师们也要不遗余力。

  VISION EQXX概念车上的主动式可伸缩尾部扩散器,就是一个典型案例。

  

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  它是这样工作的:当车速达到每小时60公里时,扩散器会分两步移出车身:首先下降与车身形成一个4度的斜角,然后向后方延展200毫米,完整伸出后可让整车风阻系数降低0.01;当车速降至60公里以内时,扩散器会自动折叠回车身。

  

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  该扩散器对整车风阻系数产生积极作用的方式很巧妙:在原有车身结构足以应对空气阻力,且能耗较低的低速行驶时隐藏在车身内,维持设计的整体美感;在高速行驶大量消耗电能时主动伸出,让本就长尾的VISION EQXX概念车变得更长,减少车上部和下部气流接近时间,降低空气阻力影响。

  

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  主动式可伸缩尾部扩散器从数字构想到最终落地在VISION EQXX概念车的过程中,奔驰要解决的困难和要维系的平衡,远比想象中的多。

  首先是设计。

  要实现更优秀的空气动力学表现,需要美观度慷慨地让渡权利,但“不好看”对任何一位奔驰设计师来说,都无法接受。所以,这两个天生就矛盾冲突的工种从一开始就已经“剑拔弩张”。好在,最终设计师接受了电动汽车对传统汽车理念的挑战,空气动力学工程师也接受了“直男感”十足的扩散器在不使用时被隐藏的现实。

  其次是零件。

  从结构上看,这是一套需要同时完成水平和垂直方向移动的双层电控装置,精密组装后的它们要能经受住路面颠簸、灰尘、碎石、泥泞、积水、减速带的层层考验,VISION EQXX虽然挂着概念车的名号,但也是一台可以合法上路的公路车,这就要求各个零件在使用过程中不出问题或少出问题,甚至在极端情况,比如遭遇追尾时,可快速收回,减少损失。

  

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  最后是逻辑。

  为什么将扩散器伸出的车速阈值定为60公里,奔驰工程师给出的解释是,车速只是一个易感知的指标,实际上行车电脑还会整合传感器监测到的风力和风速,与车速进行实时整合,最终给出“伸出”或“维持”的行动指令。“如果车速在59公里和61公里之间反复横跳,扩散器不会来回作动,只有稳态一段时间后,扩散器才会作动。”工程师告诉虎嗅。

  VISION EQXX概念车能在平均时速80公里以上的工况下,交出一次充电续航1,202公里,且平均百公里能耗只有8.3千瓦时的成绩,都是从主动式可伸缩尾部扩散器这样的细节中一公里一公里“抠出来”的,轮胎省一点,轮毂省一点,电池顶盖省一点,“贴纸”式的logo省一点,太阳能板再充一点……

  

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  对于这些技术,你一定会提出质疑:概念车现在就用上了,我的车什么时候才有呢?

  这个问题,奔驰其实在VISION EQXX概念车开跑之前,就给过答案了:未来基于模块化架构(MMA)打造的紧凑型及中型汽车,将引入这些功能。

  不过,搭载了主动式可伸缩尾部扩散器MMA平台量产新车能否落地中国市场还是个未知数,毕竟向后伸长200毫米意味着整车的纵向数据产生了变化。

  2021年1月1日开始实施的《机动车安全技术检验项目和方法》(GB 38900-2020)中规定,注册登记安全检验时,机动车外廓尺寸实测值与机动车产品公告、机动车出厂合格证记载的数值相比,误差应满足:汽车(三轮汽车除外)、挂车不超过±1%或±50毫米。

  所以解决方案也不是没有:要么将量产车型上可伸缩尾部扩散器的延展范围控制在50毫米以内,要么在尾部扩散器全部伸展的情况下测量车长并上报。

  写在最后

  在电池技术取得突破性进展,充电基建设施完成跃进之前,消费者对电动车的里程焦虑不会被打消。因为直到今天,绝大部分市售电动车都不被认为有资格胜任长途旅行,即便不少量产车的官方续航里程宣称已超过1000公里。

  所以,与其等待外部环境改变,不如像奔驰这样“向内发力”,换更轻更先进的材料,优化车身结构设计,提升能量传导效率,更新热管理系统,借力太阳能。倘若路上行驶着电动车向后伸出的不是拖车钩,而是扩散器,或许用100度电跑2000公里,也不再是痴人说梦了。


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标签: 电动车

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