在40年前，許多駕駛者第一次碰到這麼一個新詞：風阻係數。當新款Audi 100於1982年推出時，製造商將其稱為「世界上最符合流線型的量產型轎車」。而其0.30的Cd值更是讓人歎為觀止。車輛的風阻突然成為一個賣點，其主要原因還要追溯到1973年和1979年的石油危機。自危機爆發以後，燃油價格急劇上升，車輛效率由此成為人們關注的焦點。

空氣動力學也一下子備受重視。風阻對於油耗起著重要作用，特別是在較高的車速下，這一點更為顯著。「從大約80 km/h開始，空氣阻力的影響就大於輪胎滾動阻力。」保時捷工程公司空氣動力學和熱管理系統專業專案經理Marcel Straub解釋說，「而且，空氣動力學的影響隨著速度的增加呈二次方增長，空氣動力學因此對油耗相當關鍵，對於高速公路上行駛的車輛更是如此。」

車輛的風阻有多大，這一點主要取決於車輛正面投影面積(迎風面積)與風阻係數的乘積。風阻係數主要描述了一個幾何形狀有多符合流線型。原則上，Cd值越小越好。水滴形狀相當接近理想的流線型，因為其前圓後尖。這種形狀的Cd值僅為0.05。然而，水滴形車輛難以容納車輛動力裝備、乘客以及其他有效載荷。

自1980年代以來，前圓後方的楔形一直佔據主導地位。這一設計的主要目的是盡量減少車輛後部的吸力。鋒利的邊緣能引導空氣流動，並減少負壓，從而降低風阻。這樣，車輛的Cd值就能不斷降低：Opel Calibra在1990年達到0.26，而Audi A2在十年後則打破了這一紀錄，達到0.25。

目前，在電動車的推動下，下一次飛躍即將出現！「電力驅動的效率比內燃機高得多，因此，其他能耗影響因素的重要性就會進一步凸顯出來。」Porsche AG空氣動力學研發主管Dr. Thomas iegand博士解釋說，「在WLTP駕駛循環中，電動車30%至40%的能耗歸因於空氣動力學，而搭載柴油或汽油引擎的車輛則不到 10%。而且，由於真實(駕駛)循環的平均速度比WLTP還要高，這就意味著，在實際駕駛電動車的過程中，這一數值可能要高於50%。」

因此，製造商們非常重視優化其電動車的空氣動力學，而新的驅動技術有望加速這一發展：內燃機汽車一般在車底會有一個中央底槽，並配備一個透過環境空氣進行冷卻的排氣系統。其割裂的表面會導致空氣渦流並增加驅動阻力。而在電動車中，電池位於前後車軸之間。其底部完全光滑，這有助於實現更好的空氣動力學性能表現。

主動式空氣動力學措施

電動車的另一優點是，輸出動力產生的熱量較低，需要透過散熱器耗散的能量就較少，因此也不需要較多或甚至根本不需要氣流經過電動馬達，這也可以降低電動車的風阻。在許多電動車中，透過進氣口處可單獨控制的冷卻空氣擋板，能確保只有真正需要的空氣量才會被引導到散熱器和制動盤處。該技術可以根據駕駛情況進行主動干預，專家們由此將這類措施稱為「主動式空氣動力學」。

主動式空氣動力學措施還包括可伸縮的擾流板和氣壓懸吊底盤，這種設計可在高速行駛時降低汽車的高度。現代化的電動車中便採用了眾多這樣的技術：Porsche Taycan和Mercedes-Benz EQS的Cd值分別為0.22和0.20，在空氣動力學方面遠遠領先於同類型汽車。

主動式空氣動力學措施在未來可能會發揮更大的作用，並明顯改變車輛行駛時的外觀。例如：Mercedes-Benz推出了Vision EQXX概念車，其Cd值為0.17。在駕駛時，汽車外形會發生可見的變化，其中就包括一個位於車尾下緣的擴散板：從車速達到60 km/h開始，這個擴散板就會自動向後延伸20公分，再加上安裝在加長車尾部上的鋒利擾流板邊緣，這一設計能確保使風阻降至最低。

「EQXX的重點是能源效率。」 Mercedes-Benz的空氣動力學工程師、卡爾斯魯厄理工學院講師Dr. Stefan Kröber博士說，「其中一個重要部分便是對空氣動力學的優化。EQXX每100公里應該只消耗不到10 kWh，而目前的EQS的耗電量仍然達到至少15 kWh。」另外，Straub也認為，未來汽車在行駛中將會改變其形狀。例如：車尾部在高速行駛時可以變得更有稜角，從而形成更尖銳的擾流板邊緣。 在這裡，我們可以採用新型的形狀記憶材料。這種材料會根據溫度變化或受到的機械應力而改變其幾何形狀。

在斯圖加特大學，研究人員目前正在尋找一種全新的方法：研究是否可以透過在車身的某些位置有針對性地引入振動來降低Cd值。如果在揚聲器的輔助下向空氣環流中引入一個特定脈衝，你就可以影響其擾流方式。斯圖加特大學汽車工程系主任Andreas Wagner教授表示，「在一輛SUV車型上，我們便成功地將Cd值降低了7%。」但這離實現量產還有很長的路要走。Wagner說，「我們需要確保，乘客不會受比如嗡嗡聲的干擾。」

模擬效果不斷改善

現在，工程師和設計師會在風洞和CFD(計算流體動力學)模擬中驗證其設想對於新車空氣動力學的影響程度。「CFD模擬在過去20年中取得了長足發展。」Wagner說，「現在，大家可以對相關的數學方法有更深刻的理解，研發出了更精確的工具並且也提高了計算機的性能。」

然而，如今的計算機模擬仍有其極限。比如，我們目前只能在有限的範圍內計算出正在轉動的輪胎可能帶來的影響。此外，輪胎在車輛重量作用下的變形情況，如今的模擬技術還無法達到足夠的精度。這一點應該能在未來獲得改善。

同樣可以有很大發展空間的，還包括計算機輔助之下的車輛幾何形狀優化。Wagner解釋說，「在此方面需要考慮許多參數，例如：側面線條的走向、A 柱、行李廂蓋的高度或擴散板的角度。這就出現了許多可能的組合，以致於人類憑藉現有技術無法再全面考慮所有可能性。」

「但智能演算法卻有所不同，它可以在大量變式中，有針對性地找到那些能實現較低Cd值的組合。另外一種可能性就是，按照設計要求使一個參數(比如行李廂蓋高度)保持不變，並在遵守此邊界條件的前提下嘗試餘下的各種幾何形狀。」

在未來，人工智慧將進一步提高這一流程的效率。在研發階段的最後，我們必須確定每一種車型各自的能耗值或續航里程數，這些數值除了受到重量和輪胎滾動阻力的影響外，也受到空氣動力學性能的影響。因此，我們必須針對空氣動力學部分生成大量數據。

但在之前的研發階段中，技術人員已經獲得了大量風洞測量值和模擬結果。今後，這些數據將得到更好地結構化處理，並採用最先進的方法進行分析。人工智慧演算法可透過內插和外推方法從現有數據中生成新的數據。這樣，就能夠有針對性地規劃測試，並減少測試次數。而且將不再需要為了完成型式認證而測量所有車款。

透過人工智慧實現即時優化

保時捷工程公司也在嘗試使用人工智慧方法。研發人員的目標是透過人工智慧即時預測車輛幾何形狀變化所帶來的影響。雖然現在還需要對每種款型進行耗時的CFD模擬，但在未來，神經網路將以更快的速度計算出對Cd值的影響。「在人工智慧的説明下，我們只需用滑鼠改變一個形狀，就能立即看到這對空氣動力學的影響。」Straub說，「我們已經將這種人工智慧方法用在Porsche GT3的尾翼輪廓優化上了。」保時捷工程公司的人工智慧專家們正與魏斯阿赫Porsche AG的方法研發部門共同進一步開發這種人工智慧方法。

在未來，經過空氣動力學優化的車輛將會擁有各不相同的外觀。Wagner說，「一個優秀的Cd值可以透過不同方式實現。例如，如果需要優化車尾，就可以改變行李廂蓋的高度和車身底部的擴散板。然後與設計部門合作，找到一個適合品牌的最佳方案。這樣，我們就可以透過不同的形狀，達到同樣的空氣動力學性能。」Straub也非常同意這個觀點，他並不相信未來會有「一刀切」的設計：未來，即使是空氣動力學性能最優秀的車輛，它們的外觀也會各有特色。

從空氣動力學方面來看，最佳的汽車設計是什麼樣子的？答案可能還會有些出乎所料。

儘可能採用流線型外形，節省能源並增加續航：這就是空氣動力學專家們的目標。 Marcel Straub表示，「如果在設計車輛時只考慮到這一點的話，那麼汽車很有可能是水滴型的，這種形狀四周的空氣在流動時的阻力就會特別小。前部圓，後部逐漸變尖，這樣就不會有『尾流』，也沒有行進方向的吸力。」當然，這也可以用數位來表達：水滴的風阻係數Cd值為0.05。但這種設計在現實中是無法在市售車中實現的。

接近理想的水滴形

雖然從空氣動力學的角度來看，水滴形狀接近理想狀態，但它顯然在容納引擎、乘客或行李廂方面有較大的困難。另外，車輪的設計從空氣動力學的角度來看也非常具有挑戰性。車輪在空氣中旋轉，輪拱中就會出現耗費能量的氣流。採用氣墊或磁懸浮可以幫助解決這個問題。

另一個問題是，車輛會離地面太近。這就會阻礙水滴周圍的空氣完全對稱地流動。要讓汽車僅僅高於路面幾釐米是根本不可能的。為了解決這個問題，就有必要在幾米高的位置「開車」，或乾脆飛行。正因如此，也許我們會在不久的將來製造出機器人計程車：形狀像水滴並以流線型方式漂浮在空中，同時還設計有兩翼，在較尖的一端安裝有螺旋槳。當然，到目前為止，這些構想還無法實施。

順便一提：自然界中有一種形狀的流線型甚至略勝於水滴，那就是企鵝的形狀！ 水平傾斜狀態下的風阻係數Cd值可以達到0.03，這樣一種汽車形狀無可挑剔並且能達到最佳的空氣動力學效果。但這種設計的汽車靠地面也太近、其車輪和對結構空間的要求也過高，以致於這種構想無法實現。諸如Alfa Romeo 1914年生 產的40–60匹馬力的Aerodinamica或1939年生產的Schlörwagen…等水滴型汽車最終未能自成一派，也許並非巧合。當然，從審美角度來看，這也許也並不是一件壞事。