基于硬派車型下的汽車風阻優化方法研究

中圖分類號：U461.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-4437（2025）02-0043-03

0引言

近年來，隨著全球能源危機加劇和環保政策的推動，新能源汽車尤其是純電動汽車得到了快速發展[]。然而，續航里程仍然是制約電動汽車市場普及的關鍵因素之一。

對于硬派車型而言，其獨特的方正造型雖然贏得了市場青睞，但也具有較高的風阻系數，導致能耗增加，續航里程縮短[2]。對于汽車企業來說，若通過增加電池電量的方式來提高續航里程，必然會導致單車成本大幅增加，進而降低了產品競爭力。因此，如何降低電車能耗的同時又保留自身的造型特色，成為了企業關注的重點問題。

空氣動力學性能對電動汽車的續航里程有重要影響[，通過對車輛外造型及空氣動力學套件進行優化設計，可有效降低車輛在行駛過程中的空氣阻力，進而降低能耗，提高車輛續航里程。在高速行駛條件下，風阻占行駛阻力的 70% 以上4。另外，通過對某硬派電動汽車進行百公里電耗測試，發現整車風阻系數可降低10counts，整車電量可節省0.8kWh電池電量，對應節約電池成本500-800元。因此，通過有效的方式降低整車風阻，減少電耗，對增強企業市場競爭力具有重要意義。

1研究對象及研究方法

1.1研究對象

本文研究對象為一款硬派造型的純電動SUV。分析模型包含完整的底盤、整車外飾、整車熱管理部件及電子電器。

1.2研究方法

本研究采用計算流體動力學（CFD）仿真與風洞試驗相結合的方法，對硬派車型的空氣動力學性能進行優化設計。CFD 仿真通過STAR-CCM+軟件[5]實現，能夠詳細分析車輛周圍的流場分布，而風洞試驗則用于驗證仿真結果的準確性，確保優化方案的實際效果。

通過CFD仿真分析可以預先對車輛外CAS進行研究，同時可獲得汽車周圍詳細的流場信息，具有成本低、周期短等優點[8-9]，但車輛底部流場仿真精度不足與工程開發要求尚存在差距。相比CFD仿真手段，風洞試驗雖受風洞自身條件的限制，但仍是風阻開發過程中不可或缺的手段，被廣泛應用于汽車的開發和優化過程，。因此，車輛開發過程中，通常通過仿真分析結合風洞試驗驗證的方式對車輛風阻性能進行優化。

2仿真分析

2.1建立仿真模型

本研究利用STAR-CCM ?⁺ 流體分析軟件，對硬派車型的空氣動力學性能進行仿真分析。采用全細節處理仿真面網格模型，把握關鍵特征標識，模擬實際的風洞測試。采用Trimmer體網格，對車輛關鍵區（如前后車輪輪眉、A柱、C柱、D柱、外后視鏡、Roof段、后保險杠分流區域等）進行網格加密，并對關鍵邊界進行多層邊界層設置，整體模型最終達到約6000萬體網格。

2.2邊界條件的設置

仿真模型采用 RANS 穩態求解器[10]，選擇Realizable K-ε 湍流模型，冷卻模塊采用多孔介質模型處理，具體參數設置見表1。

2.3仿真分析方案

本研究在硬派車型的基礎上分別分析了前輪阻風板、后輪阻風板、車底后護板等氣動附件對該車型風阻性能的影響。

2.4仿真分析結果

2.4.1前輪阻風板對整車風阻性能的影響

研究表明，一般乘用車的車輪約占整車外氣動阻力的 10%～15% 。隨著各大主機廠對風阻性能的重視，阻風板的設計在工程及造型范圍內越來越追求最大降風阻性能。本研究通過對硬派車型的前輪阻風板進行外形優化，可使得前輪阻風板對整車風阻共計有8counts的貢獻量。

車“Base狀態”前輪阻風板較小，此狀態下，前輪外露量較多，氣流對輪胎沖擊較大。為優化輪胎處氣流，將前輪阻風板Z向（垂直方向）分別增加了 10mm 和 25mm 。通過仿真對比，增加 10mm 對風阻優化效果不理想，而增加 25mm 時，阻風板有效減少了氣流對輪胎的直接沖擊，前輪的正壓區明顯減少。阻風板Z向長度增加 25mm 后，對車輛底部兩輪之間的氣流起到了疏導作用，避免前輪氣流沖擊側裙并惡化后輪氣流。因此，增加前輪阻風板的長度有效降低了本車的整車風阻，實際仿真風阻系數降低6counts。

但單純增加阻風板長度對前懸架處的氣流改善效果仍不理想，因前輪阻風板與前底護板未搭接，導致氣流撞擊前懸架，正壓力增大。因此將前輪阻風板在工程可實施范圍內Y向（豎直方向）向內延長 30mm ，從而減小阻風板后方的氣流分離，此方式可降低風阻2counts。

2.4.2后輪阻風板對整車風阻性能的影響

本硬派車型后輪阻風板Base狀態為沿輪眉順滑向下，但此處輪眉呈內收趨勢，導致氣流從前方流過后，直接沖擊后輪胎，惡化風阻。本研究將后輪阻風板Y向延伸 30mm ，使其與輪眉造型一致，此方式可有效降低風阻系數3counts，這樣既保留了造型風格，又降低了風阻系數。

2.4.3后底護板導流特征對整車風阻性能的影響

本硬派車型的車輛底部尾端上翹，存在較大的臺階差（ ?30mm ），然而這一造型特點導致高速氣流容易在此處上卷，氣流在后底護板上端形成氣流尾渦現象。通過在后底護板處X向（水平方向）向后增加 50mm 導流結構，可以減少氣流分離并弱化渦流，從而降低風阻。通過CFD仿真，該結構在本車可有效降低風阻系數3counts。

3實車風洞試驗結果

風洞測試是在中國汽車工程研究院風洞中心完成。風洞中心使用風洞天平測量風洞中模型受到的氣動六分力，通過計算得出風阻系數。

測試樣車通過全尺寸油泥加工制作完成，其中阻風板、車底護板等部件是通過3D打印、手工樣件制作等方式完成，油泥外觀精度 ?1mm ，樣件裝配精度 ?2 mm。

試驗前將阻風板手工按尺寸分割好后再用膠帶與油泥車身連接，確保風洞試驗過程中阻風板不晃動，以確保試驗結果的準確性。按照先減小Z向長度再減小Y向長度的方式進行試驗，前后兩次試驗結果的差值即為該方案的風阻貢獻量。

車底護板倒流特征通過3D打印，分別打印出Base狀態底護板及優化后的底護板，先以Base狀態測出風阻結果；后將車輛舉起，替換優化后的底護板再進行測試，兩次結果的差值即為底護板的優化方案貢獻量。

試驗過程中對油泥車輛前后輪阻風板及后底護板進行測試驗證，具體包括前輪阻風板Z向長度優化、前輪阻風板Y向寬度優化、后輪阻風板外造型優化、后底護板Y向導流優化。試驗結果表明，仿真與試驗的一致性較好，且趨勢完全一致，最大差值1count（見表2）。

4結語

本文通過計算流體動力學（CFD）仿真與中國汽車工程研究院風洞試驗相結合的方法，對硬派車型的空氣動力學性能進行了系統優化設計，實現了降低整車風阻和提升能耗效率的目標。研究結果表明，優化后的設計方案與國家的節能減排和低碳環保政策導向高度一致，為硬派車型的可持續發展提供了技術支撐。具體研究成果如下：

風阻系數的顯著降低：通過對輪胎阻風板及車輛后底護板尾部的優化設計，整車風阻系數降低了16counts。其中，前輪阻風板的優化方案貢獻顯著，共計降低風阻8counts，有效減少了氣流對輪胎的直接沖擊，改善了車輛底部流場分布。

仿真與試驗的一致性驗證：在車輛輪胎及后底護板尾部等風阻敏感區域，CFD仿真與風洞試驗結果的一致性較好，最大差值僅為1count，完全滿足工程開發的要求。這一結果驗證了仿真模型的準確性，為后續優化設計提供了可靠的技術支持。

優化設計的通用性與應用價值：本研究提出的輪胎阻風板及后底護板優化方案，不僅適用于當前車型，還可為后續硬派車型的風阻性能開發提供設計指導和技術支撐。通過通用化設計，企業能夠顯著縮短開發周期，降低試錯成本，提升市場競爭力。

綜上所述，本研究通過仿真與試驗相結合的方法，實現了硬派車型風阻性能的優化，為新能源汽車的節能減排目標提供了切實可行的技術路徑。

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