[汽車之家 技術體驗]  一直以來我們都覺得風洞是個高深莫測并且極其燒錢的土豪項目，只有航空和軍事領域，或是一線車企和超級跑車才會在設計時通過風洞來測試自己的產(chǎn)品，F(xiàn)1方程式則是我們最常聽見的頻繁運用風洞測試的造車領域之一，其燒錢程度人盡皆知。作為風洞的提供者，日進千斗易如反掌，也有廠家斥巨資自建風洞來降低未來的研發(fā)成本，都說好奇心害死貓，能有一次參觀風洞測試的機會，我們自當萬分珍惜，誰知幸福來的實在太快，這一次使用風洞的竟不是哪一位土豪高大上，而只是一臺實實在在的家用MPV——長安歐尚，官方公布的120km/h等速風阻系數(shù)為0.334。

■ 在哪里做風洞測試？風洞為何高大上？

　　作為我國第一個也是最大的整車級風洞試驗場，“上海地面交通工具風洞中心”并不是獨立的建造在某個地方的獨立運作機構(gòu)，而是由同濟大學于2009年耗資5億元設計打造的擁有全部自主知識產(chǎn)權的風洞，其正是坐落在同濟大學嘉定校區(qū)內(nèi)。風洞中心包括兩座汽車整車風洞－氣動聲學風洞、熱環(huán)境風洞，和一個汽車造型、加工和設備維護中心。

　　這其中，氣動聲學風洞噴口面積27㎡，試驗風速可達250km/h，設有五帶移動地面系統(tǒng)和六分量測試天平，測試段背景噪聲在風速140公里/小時時為65分貝，將成為國際上同等大小汽車風洞中最安靜的風洞。熱環(huán)境風洞則設有7/14㎡可變大小噴口，對應試驗最大風速200/100km/h，模擬溫度及相對濕度范圍分別為－20～+55℃和5～95%，并設有可變強度和角度的全光譜陽光模擬裝置以及雙軸驅(qū)動轉(zhuǎn)轂系統(tǒng)，能模擬各種氣候條件和車輛行駛工況。（此段數(shù)據(jù)來源于百度百科）

　　風洞中心能夠進行包括轎車、客車、SUV、卡車在內(nèi)的各類汽車整車和零部件、軌道車輛模型等系列試驗，以優(yōu)化造型，降低油耗。聽起來很先進不是嗎？然而，并不是所有廠家都會選擇使用風洞來對自己的產(chǎn)品進行優(yōu)化，原因很簡單——價格昂貴！要知道，把產(chǎn)品放到風洞里單是吹1分鐘就需要支付400元，這還不包括場地使用費以及各種軟硬件使用和數(shù)據(jù)分析的費用，總體算下來根本就是天價。而長安歐尚要在這里進行3-4次風洞試驗，每次間隔3-4個月用來調(diào)整產(chǎn)品，單次試驗則需要8個小時，大家可以計算一下光是吹風的錢，長安汽車就要支付多少吧？

■ 長安汽車已經(jīng)在這里做了多年的風洞測試？

　　并不是所有的車企在開發(fā)一款新產(chǎn)品的時候都會選擇風洞測試，特別是我們中國品牌的企業(yè)，因為之前說過，成本實在太高了。但即便如此，同濟大學的這個風洞中心還是常年“客滿”，接待我們的長安汽車工程師王俊告訴我們，這里不僅僅有長安汽車在做風洞測試，包括上海大眾、上海通用等實力雄厚的汽車廠家還是會經(jīng)常來測試自己的新車，只是項目做的多一點少一點，時間長一點短一點的差別而已。也正因為如此，要預定做風洞測試，廠家基本上都會提前1-2年就把場地給定好了。

　　長安歐尚并不是長安汽車旗下第一款來到同濟大學風洞中心的產(chǎn)品，這幾年我們都發(fā)現(xiàn)長安汽車的新車型在外觀設計上進步顯著，這不單單是因為他們請來了曾經(jīng)的寶馬傳奇設計師克里斯·班戈，將設計的權重提升了不少，更是因為在這幾年的產(chǎn)品的外觀設計上，幾乎都可以看到將風洞用作輔助設計的影子。不過王工告訴我們，歐尚是迄今為止品牌旗下在風洞測試時做過項目最多的車型，廠家對其所寄予的厚望可見一斑。

『長安汽車的多款轎車之前也做過風洞測試』

　　另外，考慮到成本的關系，長安汽車也會和其他廠家一樣采用計算機仿真來模擬風洞試驗的過程，費用會便宜很多，同樣可以得出豐富的數(shù)據(jù)，而且調(diào)整起來非常的方便。不過王工的觀點卻認為計算機的準確性不夠高，即便目前長安在計算機模擬風洞這塊同樣在國內(nèi)處于頂尖的水準，要用作最終的產(chǎn)品輸出，光使用計算機還是遠遠不夠的，你永遠不知道實車在風洞里會發(fā)生什么計算機模擬不出的狀態(tài)來。

　　所以計算機模擬和真正的風洞測試其實是穿插著來的，前期開發(fā)時會運用計算機來設計車身和底盤等細節(jié)，至少在理論上保證能夠達到設計標定的風阻系數(shù)目標值，之后再將油泥模型或者測試車帶入真正的風洞實驗室來幫助完善之前的設計。這個過程遠遠不是大家想象的幾個月，或是一兩年內(nèi)可以完成的。

■ 言歸正傳，為何要做風洞測試？做哪些項目？

　　根據(jù)官方提供的數(shù)據(jù)，當車速達到110km/h以上，不單單是風噪會成為最主要的噪音來源，風阻也會占到車輛總行駛阻力的70%以上，也就是說我們所加的燃油在發(fā)動機中被點燃所作的功，大部分都被用在了和風阻的對抗上。這樣不僅僅是乘坐舒適性，油耗經(jīng)濟性也會受到大幅影響，據(jù)了解在120km/h時車輛的風阻系數(shù)每降低8%，百公里大概就能夠降低0.25-0.3L油耗，而二氧化碳的排放量更是能減少5-8g。

　　從上述數(shù)據(jù)來看，不難了解汽車的外形設計對減少風阻、提升行駛舒適性和油耗經(jīng)濟性有那么多重要的意義，而要將這些都優(yōu)化到最好，風洞是目前最有效的方法，這就是為什么大家一有錢就都要擠破腦袋來預定風洞中心的原因。對于長安歐尚來說，此次在同濟大學風洞中心要做的實驗主要分為風阻和風噪兩個測試部分。

1/風阻系數(shù)測試

　　在了解風阻是怎么測試的之前，您必須先要知道風阻系數(shù)是怎么得到的，這是個我們覺得既熟悉又陌生的詞兒，但究竟是怎么計算出來的估計沒幾個人能說的出來。所以在這里我們首先要讓大家知道這樣一個計算公式：

風阻系數(shù)（Cd）=空氣阻力×2/（車速²×空氣密度×車輛迎風面積） 

　　通過公式我們可以發(fā)現(xiàn)，實際上單個物品的風阻系數(shù)并不是一個固定值，廠家公布的車輛風阻系數(shù)實際上也是在某個特定的速度下得出的結(jié)果。那么長安歐尚的風阻系數(shù)是多少呢？廠家公布的數(shù)值是120km/h等速下為0.334，可別小看這個數(shù)字，要知道因為車輛造型的不同，兩廂造型的汽車在風阻系數(shù)上要遠高于三廂轎車，而在MPV里，長安歐尚的這個成績也是相當優(yōu)秀的了，甚至比一些合資品牌的產(chǎn)品做的還要好。

　　那么這樣的成績是如何做到的？這就是我們此次參觀長安歐尚在同濟大學做風洞測試的初衷。在這個目前全中國最先進的風洞中心里，目前可以做到最高約180km/h的風速。您或許會說這個速度不是已經(jīng)超過中國高速公路的最高法定限速了嗎？沒錯，所以我們看到歐尚公布的風阻系數(shù)剛好是在車速達到120km/h法定最高限速值上。但如果一臺新車在做前期測試時只做到120km/h，而沒有更多的冗余測試做保障，這顯然是不合理的。

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　　目前長安歐尚會在風洞中心做到最高140km/h的風速，測試時，車輛會被固定在測試臺架的正中央。試驗中，除了風洞本身會起風之外，車輪下的滾動帶也會以同樣的速度進行移動，這是為了讓通過車底的空氣流動情況盡可能的模擬真實路況。

　　為了盡可能的降低風阻系數(shù)，長安歐尚的設計師們可謂煞費苦心，在外觀的細節(jié)設計上再三斟酌，既要保證美觀，也要降低風阻，還得考慮成本控制。我們?nèi)缃窨吹降囊呀?jīng)是歐尚在同濟風洞中心的最后一次測試，待數(shù)據(jù)得出之后，工程師們對一些細節(jié)可能還會有一些微調(diào)。通過煙流展示，我們可以很直觀的看到氣流是如何平滑的淌過這些經(jīng)過優(yōu)化的區(qū)域而不產(chǎn)生多余亂流的。

　　目前我們已經(jīng)看到歐尚的外觀設計上有了多處的降阻設計，比如發(fā)動機艙蓋、前保險杠造型、A柱線條、進氣格柵、車頂?shù)幕《�、后視鏡罩、翼子板和輪眉、車窗擾流器、側(cè)包圍、后擾流板以及平整式轎車底盤布局等等。

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　　當然我們知道真正行駛在路上時，車輛并不一定僅僅受到前方的空氣阻力，也有可能會有一定的側(cè)風從不同角度襲來。所以在測試的時候，臺架本身也可以左右旋轉(zhuǎn)，而工程師會對歐尚進行偏置10°到20°的風阻測試，以期能讓車輛在各種情況下都盡可能的提升行駛穩(wěn)定性。

2/車外風噪聲測試

　　除了要得到優(yōu)秀的風阻系數(shù)之外，風噪亦是新車開發(fā)時非常非常重要的項目之一，它是氣流在車身表面產(chǎn)生了壓力脈動而形成的。我們都知道汽車開發(fā)和設計過程中有一個特別重要的大類叫NVH，也就是噪聲、振動和聲振平順性指標，風噪當然也是NVH中的一項。長安汽車在這個項目上擁有國內(nèi)最頂尖的工程師團隊，其領導者是國內(nèi)NVH領域的泰斗級人物龐劍博士。

龐劍（長安汽車工程研究總院副院長和總工程師），曾任武漢船舶設計研究所工程師，Stewart and Stevenson公司高級工程師和技術專家。1999年加盟福特汽車公司，擔任福特汽車公司汽車動力傳遞系統(tǒng)部門高級工程師、噪聲與振動技術專家。

　　那么風洞實驗室又分為環(huán)境風洞和空氣動力學風洞，風噪測試一般要在做過聲學處理的低風噪空氣動力學風洞中進行，同濟大學風洞中心則是國內(nèi)唯一既能夠提供環(huán)境風洞，又可以提供低風噪空氣動力學風洞的測試中心。而測試車外風噪的主要目的在于識別車外風噪的噪聲源，我們常見的車外風噪測量方法有三種，分別是聲源識別測量、聲學聚焦鏡測量以及表面壓力分布測量，另外也有激光測量等不常用的方法，長安歐尚只進行聲源識別測量和表面壓力分布測量。

　　聲源識別測量時會運用到聲學照相機這一設備，其原理就是將傳聲器陣列放置在遠離流場的地方，聲源的聲波以平面波或者球形波的形式傳遞到陣列的每一個傳聲器上。聲源與每個傳聲器的距離和相對位置不同，每個傳聲器接受到聲波的時間不同。利用這種位置差異和時間差異，經(jīng)過一定的計算，增加選定方向上的信號而衰減其它方向的信號，在傳聲器陣列中重建噪聲信號，從而識別聲源。

　　而后在計算時，應用波束形成算法“延遲求和”，對傳聲器陳列中各陣元上測量的信號進行加權、延時、求和等運算，使得各陣元由位置差異引起的信號延時得到補償，形成具有空間指向性的結(jié)果，來指示聲源的方位。

　　而在表面壓力分布測量階段，我們主要測試的就是車輛固定測試位置上的脈動壓力，應用計算流體力學的軟件來研究車輛表面的脈動壓力和表面流態(tài)，這樣就可以得出汽車表面的壓力圖以及側(cè)窗位置上的壓力曲線圖，然后再把之前通過計算機模擬的數(shù)據(jù)和試驗得到的數(shù)據(jù)進行對比分析。

　　汽車表面的脈動壓力和車輛的表面流態(tài)是成正比的，而A柱和前車窗附近的區(qū)域是脈動壓力較大的部分，所以我們常會在一些密封不好的車輛上聽到來自A柱的風噪，歐尚的表面壓力分布測量也主要是對這個部位進行不斷的實驗和改進。測試時，工程團隊同樣要對不同風速、不同偏置角度下的車外風噪數(shù)據(jù)進行提取和分析。

3/車內(nèi)風噪實驗

　　說完了車外風噪，那么對于駕駛者來說，真正傳入車內(nèi)的風噪有多少，對人的影響有多大，這才是最實際的，所以車內(nèi)風噪的實驗更是和乘坐舒適性息息相關，測量的目的在于識別車內(nèi)風噪噪聲源以及評估車內(nèi)風噪水平。那么在車內(nèi)風噪實驗階段，工程師們常會使用到球形陣列、人工頭測量和傳聲器測量，當然也會親身坐入車內(nèi)進行主觀評價。

　　因為我們都知道，人耳對于聲音的敏感度雖然沒有儀器那么高，但對于不同頻率和聲音，其通過耳朵進入大腦后所產(chǎn)生的感觀是完全不同的。舉個例子，高音量的音樂一定比低頻的噪音要更容易讓人接受，這很容易讓人理解吧？所以車內(nèi)風噪測試不單單是要保證風噪低，而是要讓駕乘人員在乘坐時也不會對噪音感到惱人，這就是主觀評價的重要性。

　　實際測量的時候，儀器的測量和人工主觀評價會同步進行，其中球形陣列可以有效定位儀表臺中間處的噪聲聲源，人工頭和傳聲器用來模擬不同位置上駕乘人員可以接收到的一切聲源，而工程師團隊的“金耳朵”們則會被“關”在車內(nèi)好幾個小時來進行主觀評價，這是一個非常痛苦和難熬的階段，但也是一款車輛在用心開發(fā)過程中不可避免的階段。

■ 編輯總結(jié):

　　在結(jié)束之前想說的是，由于所有的測試數(shù)據(jù)均為商業(yè)機密，所以我們無法通過結(jié)論數(shù)據(jù)來為大家進一步展現(xiàn)，實在抱歉。而通過風洞中心的反復測試，長安歐尚在開發(fā)過程中對自身產(chǎn)品也進行了不斷的技術升級，其光是NVH這塊就已經(jīng)進行了20多項改進，其中更是有14個項目進行了重點突破，廠家對這臺新車研發(fā)過程中的努力可謂是用心良苦。

　　或許有的朋友會問，一臺車的噪音表現(xiàn)如何，不是還要取決于車身組裝品質(zhì)、車內(nèi)用料等方面嗎？我們也就這個問題咨詢了王工程師，對方告訴我們確實是這樣的，而且也同樣重要。不過既然來到了風洞，我們的目的就是把風阻系數(shù)和風噪兩方面盡可能做到最好，車輛的開發(fā)畢竟是一個整體的工程，只有在單一項目上都盡力做到成本允許內(nèi)的最佳水準，整車的水平才會有質(zhì)的提升。正是這種全力以赴把產(chǎn)品做好的精神，讓我們對歐尚這款車充滿了期待，可以透露的是在測試現(xiàn)場我們仔細查看了這臺已接近量產(chǎn)的測試車，確實非常的棒。新車將在8月份正式上市，廠家所作的努力到底會否轉(zhuǎn)化為用戶的滿意度，到時就會揭曉。（文/圖/攝 汽車之家 黃正橋）

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借力無形間 圖說概念之空氣動力學設計
http://www.bjhplwc.com/tech/201503/863065.html