智能汽车市场竞争日益激烈,而近期却出现了一种新的竞争焦点:能耗。
许多新车车主提车后纷纷分享一个共同点:热衷于比拼车辆的能耗水平。
例如,一些车主分享了他们的实际驾驶体验:“我的小鹏MANA M03国庆期间高速行驶两千多公里,平均电耗仅为12度左右,其中甘肃天水到宝鸡段(连霍高速)甚至达到了9.1度,令人惊叹!” “我的乐道L60综合能耗为11.1kWh/100km,近百公里能耗则为12.0kWh,非常出色。” “我的极越07从余杭开车回家30公里,能耗竟然只有11.1度,全程都是城区道路,起步停车频繁,这个能耗真的让我很意外。” “我的智界R7晚上在高速和环城公路行驶一小时,电耗达到了10.6度。”
虽然这些案例中提到的路况大多对电机较为友好,属于城市道路,但如此低的能耗表现仍然令人印象深刻。要知道,过去消费者常常抱怨电动汽车能耗过高,实际表现与官方标称数据存在偏差,百公里电耗经常徘徊在20度左右,令人头疼。而现在,许多新款电动汽车不仅能耗不输特斯拉等标杆车型,还强调数据的真实性,甚至有不少车主跑出了比CLTC工况测试更好的成绩。
那么,是什么原因导致了如此显著的能耗降低呢?有人可能会首先想到800V高压平台、SiC碳化硅技术以及电控技术的进步。这些技术的确至关重要,但除了这些,还有两个关键因素:风阻和轻量化。
本文就深入探讨风阻和轻量化是如何影响电动汽车能耗的。
关注电动汽车的朋友们都很清楚,如今新车发布会必不可少的环节就是比较风阻系数的高低。这种现象的另一个体现是:新车的外观越来越相似。
比如,近期备受关注的智界R7、乐道L60、小鹏G6等车型,都呈现出“Model Y化”的趋势,外观非常相似。其原因在于,这是车企在不断追求更低风阻系数的妥协结果。
事实上,自汽车诞生之日起,人们就一直在追求更低的空气阻力。
1886年,奔驰1号诞生
早期的汽车,只是一个简单的敞篷“机器”,底盘上直接安装座椅即可行驶,没有任何空气动力学设计可言,驾驶位更像是一个操作台而非乘员舱。
雷诺Type B,世界首款全封闭式车身
为了遮风挡雨和个性化需求,贵族车主们会委托车身制造商重新搭建车厢。然而,当时的制造商多来自马车行业,缺乏经验,许多车身设计直接沿袭了马车的方正造型,使原本就不快的汽车更加笨重。
1902年,出现在贝克斯希尔速度赛上的新款Gardner-Serpollet
与此同时,追求速度的赛车却追求更纤细的车身,用铁皮覆盖车头,设计出更具流线型的造型。一些车身制造商也开始了相关研究,尝试将航空空气动力学原理融入汽车设计。
世界首款流线型车Aerodinamica
1914年,Carrozzeria Castagna公司(已在汽车车身领域耕耘9年)利用A.L.F.A(阿尔法·罗密欧前身)40-60 HP底盘打造出世界首款流线型车Aerodinamica,其极速达到139km/h。虽然这款车由于发动机散热问题最终被拆解,但它对汽车空气动力学设计具有开创性的意义。
Paul Jaray设计的Ley T6
1922年,Rud.Ley汽车厂对T6车型进行了车身改造,采用更流线型的外观。四年后对比测试显示,新造型的T6燃油效率提高了41%,极速从80km/h提升至130km/h。值得注意的是,这款车仅采用1.5L 20马力直列四缸发动机,排量只有Aerodinamica的四分之一,但极速却相近。这归功于其基于汽车结构本身进行的空气动力学优化,避免了简单照搬飞艇造型,而且体型更小巧。
层流和湍流示意图,Paul Jaray好友兼邻居Hans Erni所作
这一设计理念来自传奇设计师Paul Jaray,他提出了最小阻力的外形和消除尾部分离降低阻力的概念,旨在尽可能维持空气的层流状态,减少空气扰动。
宝马328 Kamm Coupe
理想的低风阻造型接近半水滴形,但车尾需要很长,并不实用。后来人们发现,将车尾末端切断成垂直断面也能达到类似的效果。德国工程师Wunibald Kamm在宝马328 Kamm Coupe上首次应用了这种“Kammback”造型,并影响至今。如今电动汽车外观越来越相似,也正是因为更激进地采用了Kammback造型。
燃油车能耗主要取决于发动机热效率,而电动汽车的电机能量转化率极高,优化空间有限。因此,风阻对电动汽车能耗的影响变得更加显著。
量产车对风阻的极致追求,也是电动化后才出现的。奔驰VISION EQXX概念车便是典范,其风阻系数低至0.17,这得益于其环绕车尾的立体导流线和主动双层扩散器,大幅减少了气流紊乱。
虽然量产车难以复制这种极端设计,但其理念依然可见于一些车型,如五菱星光、小鹏P7+,甚至理想MEGA等MPV车型。
SUV车型由于造型设计限制,车尾很难采用断刃设计。因此,为了降低风阻系数,SUV车型的车身设计也更加流畅,更接近“断尾水滴”的造型。
除了风阻,车身重量也直接影响能耗。减轻车重意味着在相同能量消耗下,车辆行驶更远。汽车轻量化主要体现在工艺轻量化、材料轻量化和结构轻量化三个方面。
目前,工艺轻量化,例如一体化压铸技术,得到广泛应用,新势力和传统车企都在推广。一体化压铸将几十甚至上百个零件集成到一个部件,减少了零件设计、制造和安装过程,并大幅减少焊点和多余结构,实现10-30%的减重。
材料轻量化则包括铝合金替代钢材、碳纤维替代铝合金等。轻质材料的使用能满足相同的设计需求,过去主要应用于豪华车型。例如,宝马第六代7系比第五代减重130公斤,主要得益于碳纤维复合材料的应用。碳纤维强度是普通钢材的约10倍,重量却只有钢材的1/4。
目前主流新能源汽车市场虽然无法像豪华车那样大规模使用碳纤维,但钢铝混构车身已成为共识。例如,乐道L60铝合金占比超过21%,白车身轻量化系数仅为2.3。
白车身轻量化系数L=白车身骨架重量/(车身静态扭转刚度Ct x 轴距 × 轮距)。清华大学汽车系博士张抗抗指出:“车身越轻越好,但抗扭能力越强越好,轻量化系数越低,水平越高。”他表示,乐道L60的白车身系数达到2.3,在这个价位区间非常优秀,说明其在追求轻量化的同时,没有牺牲车身强度。
结构轻量化则通过优化零部件形状,减少材料使用,或直接掏空不必要部分来实现减重。此外,模块化集成设计也很常见。
“多合一”技术是减重的有效手段,例如比亚迪的驱动三合一技术,将电机、电控和减速器集成,减小体积30%,减轻重量25%。现在,八合一技术也已成为主流趋势。
这种工程能力的提升,也对整车设计带来影响。车身底盘一体化、电芯倒置等设计,减少了重量并优化了空间利用率,使车辆更低矮,进一步降低能耗。
车企正在从单一部件减重转向整车级优化。张抗抗以小鹏MONA M03为例,解释了轻量化带来的循环效应:车身轻,电机功率要求低→电机变小,能耗降低→电池容量要求低→电池重量更轻。如此循环,不断减轻重量并降低成本。
总结
除了部分高端车型外,大部分电动汽车用户的购买动力非常直接——低廉的使用成本。即使按国家电网公共充电桩高峰期电价1.66元/度计算,百公里耗电15度,仅需25元左右。而百公里油耗7L的燃油车,需要花费50元以上。
在经济不景气的环境下,以更低的成本获得更长的续航里程,对消费者具有强大的吸引力。这正是当前电动汽车市场竞争激烈的原因,车企都在努力降低能耗,以满足市场需求,否则将会被市场淘汰。

















