在汽车外形开发时,特斯拉公司使用了Power Flow软件,用于在初步概念设计中探索汽车的空气动力性能包线,以便取得最优的结果,也可以看是否有其他设计改变,以提供足够的性能增益。这个工作范围包括了各种不同设计特征的参数优化,广泛应用具有几何变形能力的Power CLAY软件。
开发中,对Aerobuck车身进行了三个大的改变:
第一个改变是Aerobuck整个前角的更换,为“Base + front”;
第二个改变是在第一个改变基础上更换整个摇杆区域,为“Base + front + middle”;
第三个改变是在前两个改变下更换汽车整个后部,为“Base + front + middle + rear”。
特斯拉在外形开发中的目标就是将汽车的阻力系数降到了最低。
Aerobuck在克莱斯勒的气动-声学风洞
车身前部所提供的气流条件直接影响气流对汽车后面部分的受力及其优化潜力,因此,对车身前部的空气动力学优化是必不可少的。这个优化有5个相互关联的策略:
第一是最小化前表面相对高压区域的延伸,为冷却系统的进风口提供更高压力的空气;
第二是最大化前饰板外角表面的抽吸;
第三是对车身前部下面的气流进行调整以最小化前轮的有效摆角;
第四是确立流经前翼子板下面和车身侧面气流的平行方向;
第五是管理流经汽车前部通过可变遮板和轮罩衬里内的定向的格栅的冷却气流的进风口和排出。
下图可视化地给出了汽车前部流线型的整体性质。
最初Model S 的尾端是高度弯曲的,这虽然符合审美观,但却导致了高动态的尾流,使得基准压力会有很大的变化。为此,对汽车后角的方形化调整空气动力方向,并结合分离器的功能,大大稳定了尾流,降低了阻力。
在优化扩散器角度时特斯拉重点关注与最小化阻力而不是最小化升力。为了控制这两个空气动力参数,对控制行李箱盖的高度、倾角、外形都是很重要的。尽管汽车的原型基本上是快背式设计,在后尾灯和行李箱盖之间增加了表面坡度的明显改变,这样可以增大连接处的压力。
Model S 都配备了空气悬架系统。这项技术不仅对汽车在不同乘客和货物载荷的姿态有很好的控制,而且还可以在高速公路上高速行驶时降低悬架高度以减小阻力和升力。而在决定悬架高度最佳下降位置时,要使汽车的空气动力增益和悬架行程与驾驶品质的降低之间达到平衡。
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相比较传统内燃机汽车,空气动力学对电动汽车的作用更为重要。这主要是由于电动汽车在减速过程中是可以将汽车制动能量回收到电池中的,但空气阻力造成的能量损失是无法回收的,那么过大的空气阻力,将降低电动汽车可回收的能量比。因此特斯拉在Model S车型开发中才会投入巨额经费,以降低其空气阻力。
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