在过去的几十年中,空气动力学在汽车设计中起着核心作用,因为制造商希望提高效率,提高高速稳定性和完善性。
20世纪的传统方法是手工创建模型并将其放置在大型风洞中,以查看形状对经过它的空气有何反应。这是一个反复试验的繁琐过程,设计师与工程师之间的争斗常常导致设计被淡化或报废。
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但是,现在,技术使得在相对较短的时间内将设计从绘图板转移到汽车展示厅变得更加容易和便宜。Exa是一家活跃的公司,这是一家美国技术公司,专门研究先进的模拟软件,并且与Jaguar和Tesla等汽车制造商合作。我们与Exa的首席执行官Steve Remondi和设计师Chris Bangle谈了汽车设计如何在瞬息万变的市场中发展的情况。
Bangle出任宝马设计主管已有17年,是他最著名的人物,他负责监督该品牌历史上一些最激进且经常引起争议的车型的造型。他于2009年离开汽车行业,但与他自任命的团队一起,他正在寻求重新进入汽车领域。
“我离开宝马后,有很多次去Exa参加高级项目,这些项目真的很奇怪-那是激进的东西,” Bangle声称。
“最近,当我们开始认真对待要设计的量产车时,我请他们进行航空计算。我们现在才刚刚完成外观的第一阶段”。
Exa的仿真软件可以创建令人印象深刻的新车3D模型,并进行动画演示气流如何与人体相互作用。它可以计算汽车的空气动力学效率,突出显示减少风噪声的方法,甚至可以显示雨水将如何快速通过车身。Exa还可以研究热量管理,评估汽车的通风孔和格栅如何引导气流。所有这些都可以在创建物理模型之前完成。
系统还可以添加您在风洞中无法使用的变量,正如Remondi阐述的那样:“您不希望仅为风洞设计这些车-在完全静止的空气中行驶,且风向不变,周围没有其他车辆。我们可以对交通空气湍流及其对汽车车身的影响进行重复测试”。
这个过程为设计人员节省了很多时间,而设计人员通常必须制作几个(通常是真人大小的)粘土模型来了解车辆的形状。“您只能在模型上得到大约一英寸的粘土,” Remondi解释说。“因此,如果您想进一步了解该英寸以外的形状,则需要软件。您还可以通过比粘土模型更多的方式与虚拟模型进行交互。”
Bangle还指出,在设计过程的早期阶段使用此类软件可以缓解时间压力。“如果您必须在风洞中完成所有工作,那么很难满足新模型的生命周期时间限制。你真的很挣扎。每辆汽车,每一个表面,每毫米都将得到正确的视角,同时还要获得正确的功能性能。”
有人认为使用这样的软件会扼杀设计团队的创造力,但现实却恰恰相反。
“创意越有创意,您从经验中汲取的资源就越少。在您浪费大量时间和精力之前,该软件可以立即告诉您一个更彻底的想法是否切实可行。试图了解功能性能至关重要,但确保其快速准确,又不会扼杀创造力也至关重要。”
这项技术以及金属冲压技术的进步,使Bangle创造出了复杂的“火焰表面”设计,在2000年代标志着宝马。
汽车设计将如何适应未来的变化?
如今,通常会推出新车型,然后遭到媒体和公众的批评,因为它们看起来与现有汽车过于相似。据称,航空业的需求在其中起着重要作用,因为所有汽车制造商都希望拥有最高效的外形。雷蒙迪(Remondi)认为“绝对不应该这样”。
“我听说设计师说过同样的话。我要说的是:看看大自然,高效率的飞鸟,大自然创造了许多不同的设计。”
“在传统的方法中,您会模仿其他人,当人们制造出更高效的汽车(例如特斯拉或[Toyota] Prius)时,您可以复制这些设计元素,这似乎是我们所看到的,而不是人们采取不同的做法包装和设计方法。”
尽管如此,新模型的阻力系数在过去的20年中急剧下降,这在一定程度上要归功于Exa之类的软件。但是,随着制造商希望将自动驾驶系统集成到汽车中,未来的挑战将同样艰巨。
Bangle声称:“优先事项有所不同。”“要在3级或4级控制点上处理自主权,最大的事情就是保持传感器在雪,雨和尘土中的清洁,这是经过精心计划的人体气流的来源。以这种方式包装传感器也很困难它们不会产生风噪声,不会影响乘客的舒适度。”
另一方面,电动汽车可以为汽车设计者提供更大的自由度,因为电动马达通常比内燃机小得多,并且不需要放置在汽车的前部。直接风冷的需求也减少了,因此可以放弃传统的格栅和保险杠布局。Bangle认为,如今的EV设计具有比自己更具创意的潜力。
“没有人对电动汽车感到激进。您可以做到,它使您成为可能,但是还没有人做过任何真正激进的事情。您必须从另一个角度出发。否则,您将要切割并调整身体的一部分以符合空间的要求,然后一切都将恢复原状。最好的例子是特斯拉(Tesla),在那儿您最终获得了一辆电动汽车,该电动汽车尽其所能看起来像该类别中的普通汽车,而不会吓到任何人。