有史以来最高效的四轮汽车 — 第 1 部分

Engineering Explained YouTube 频道最近的一段视频向我们介绍了一款可能会让特斯拉和其他电动汽车制造商大赚一笔的车辆。它是有史以来最快的电动汽车吗?不,但是,它的效率非常可观。

这辆车是梅赛德斯-奔驰 EQXX,据我们的工程师朋友说,它非常高效,可以作为所有汽车设计师追求的基准。这听起来对我来说太好了,不真实,所以我决定观看视频的其余部分(我很高兴我看了)。

在任何车辆中获得更多续航里程的懒惰答案是提供更多燃料。对于 ICE 汽车,您需要放入更大的油箱(或者,像炮弹手一样,添加更多的油箱)。如果你想让电动汽车走得更远,你可以放入越来越大的电池组。但是,仅仅安装更大的电池有一个很大的缺点:收益递减。更大的电池需要更多的电力才能推动它在路上行驶,这意味着随着您添加越来越多的电池,您每千瓦时的续航里程会减少。

另一种增加范围的方法是使用更少的能量。但是,达到 600-1000 英里之类的距离需要您做出严重的妥协,就像您在即将推出的 Aptera 上看到的那样。它的效率很高,但它只有两个座位,而且造型对大多数人来说有点前卫。

当今的传统电动汽车(大多为普通形状和四个车轮)通常使用 100 千瓦时的电池组可行驶约 300 英里。有些电动汽车的性能要差得多,有些电动汽车可以用更少的电池跑 300 英里,但这是一个粗略的平均值。梅赛德斯希望将效率提高一倍,并通过 100 kWh 电池组行驶 600 英里,这是一个相当大的挑战。

速度与效率

Jason 出色地解释了电动汽车在不同速度下的效率如何运作。似乎站着不动会给你带来很好的效率,因为你没有使用太多的能量,但你也没有移动。如果你正在使用汽车的计算能力、气候控制、收音机和其他任何东西而不是移动,你的效率就会变得非常糟糕。但是,当您开始移动时,那些小功率的重要性逐渐淡出背景,与移动汽车所需的更大功率相比显得相形见绌。

但是,当你走得越来越快时,移动一英里所需的能量又开始下降。这是因为在空气中移动的阻力开始吸收越来越多的能量。如果您的 EV 具有非常高的最高速度,您最终会达到这样的程度:车辆的阻力需要的能量超过汽车电机在全功率下产生的能量(这是大量能量)。

但是,在这张图表上,有一个滚动阻力的“底线”。当速度高到足以淹没车辆的电子设备,但速度仍然太低而无法产生很大的空气动力学阻力时,您要抵抗的主要力量是轮胎的阻力,这不仅受轮胎设计的影响,还受车辆重量的影响(a电动汽车很难削减)。

梅赛德斯希望针对高速公路速度优化车辆,因此滚动阻力和空气动力学效率都是考虑因素。对于这些速度,空气阻力占问题的 62%,其余是滚动阻力。

优化空气动力效率

在计算整体阻力时,车辆设计只能影响两个变量:阻力系数和迎风面积。

正面区域是您从正前方看到的汽车的大小。较大的车辆将比较小的车辆更难在空中推动,因为较大的车辆会捕获更多的空气。因此,将东西保持在低处或像 Aptera 一样在地面附近减少东西是你所能做的。

风阻系数就像是前面积的倍增器。阻力系数为 0.5 的汽车就好像它的尺寸缩小了一半一样。 0.2 的风阻系数就像车辆大小的 1/5 等。要获得较低的风阻系数,您需要高效的形状,这是我在本系列文章中深入探讨的内容。

在不涉及太多数学的情况下理解有效形状的最简单方法(不是最正确的,但最简单的)是将车辆的形状与泪珠或机翼形状进行比较,这是低阻力可能的最理想形状。

有史以来最高效的四轮汽车 — 第 1 部分

图片由 NASA(公共领域)创建。

如果你想制造一辆高效的汽车(而不是像 Aptera 那样制造飞机形状的汽车),你几乎只能使用一半的泪珠,如此处所述。而且,只需切断泪珠的“尾巴”并让空气以正确的角度突然逸出,形成某种虚拟的尾巴,就可以达到非常接近半泪珠的效率。这称为 Kammback 或“船尾”。

梅赛德斯的 EQS 电动汽车的风阻系数为 0.20,非常好,但他们希望在此基础上进行改进,使其更接近理想的形状。最终,他们得出的 EQXX 风阻系数为 0.17。这仍然比 Aptera 的 0.13 阻力系数(使用改进的机翼/泪滴形状)大很多,但他们不想制造看起来像飞机的汽车。

但是,0.17 的数字取决于几个条件。他们有主动冷却系统百叶窗,可以阻止空气进入散热器。如果那些是开放的,你不会得到 .17 的数字。他们还有一个主动式后扩散器,可以将车下的气流引导到更好的方向,如果它折叠起来,你就不会得到 .17。无赖。

梅赛德斯说他们可以通过覆盖后轮达到 0.16,或者如果他们使形状更不传统的话甚至可以更低,但他们的设计师和科学家认为任何低于 0.16 系数的东西都不再看起来像汽车,那就是他们不允许做的事情(在这个实验的规则之外)。

在第 2 部分中,我将继续回顾视频并添加一些关于我们如何克服提高效率的最大障碍的评论。

特色图片:梅赛德斯-奔驰 Vision EQXX,图片由梅赛德斯-奔驰提供。

来源:CleanTechnic

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