改装包围套件对汽车有什么好处?什么是空力套件?空气力学是指什么?汽车为什么要改外观套件?有的车为什么要加大尾翼?本文将讲解这些疑惑。

近年来随着汽车工艺的提升,加上消费者对用车需求的大幅改变,初开新车市场推出的科技流线型新车以外,属于汽车后市场的零售件市场也异常火爆。由于新款车型的设计与欧美视觉审美改装潜力的差异,取而代之的改装手法变得越来越随心所欲亲民化。不少以视觉审美为主的车主将预算用在了凸显汽车的个性化装扮上。最常见的就是加装小包围、改轮毂、改小宽体、加装侧裙、降低车身高度,增加扰流板、改装后,再搭配原车的流线型设计以及车身贴膜等,把个性化顶上了极致。

近几年,市场上出现了各种改装车品牌,比如AMG、WALD、Carlsson、Loder1899、BRABUS、DTM、ABT、HAMANN、LB、SHTION AUTO、TopCar等,通过设计师们造型独特和夸张的外观设计手法,其生产的产品广受车友们的爱戴,以超越了“原车”的呆板品味,数据证明,低调素雅的“原车”造型已不能满足人们对视觉审美的提高和科技感流线型的需求的提升。

除了外形上设计的差异,对于功能方面也同样融入了空气力学效应。比如,通过改装包围来降低车头风阻系数,加装小包围来增加下压力,安装高性能材质的扰流板来提高引擎的散热性能和减轻车底的阻力影响,通过汽车赛事和实际对比,合理改装后的车子性能方面优于原车很多。

车身外观的材质更是随着科技的进步而逐步提升,传统FRP玻璃纤维材质的产品虽然价格低、出品快,但是整体质量和效应方面远不如Carbon碳纤维材质的产品,目前只做碳纤维材质产品的门槛也随着科技和技术的进步而降低,在市场上的产品价格都基本符合工艺流程化的成本。加上能够接受外观改装的消费者往往注重细节和质感,因此,曾遥不可及的外观空力套件也变得触手可及了。

车身套件改装原理

一部外观平常的车,只要经过外观套件的改装,就能改头换面提升性能气息,让你的爱车有着不同的面貌,也因此,很多车主也忘记了改装外观后的实际效应,初开强化外观气息外,最根本的目的是加强高速行驶的稳定性,越快的车对于空气动力学的重视程度越高,因此这是攸关人车安全的配备。

车身套件做得好,车辆稳定性没烦恼

车身套件最重要的功效是增加视觉效果,但在激烈的赛车场上,车身空气动力学套件可是攸关车辆操控好坏的重要因素,尤其速度越高时越重要,像F1便相当重视空气动力学,才会有因为尾翼受损,导致车尾失去足够下压力而无法顺利过弯的情况发生。

最重视空气动力学的车当以F1方程式赛车莫属,也因为如此即时同一车队的赛车,不同年份的车款就会有截然不同的外貌,越新的车款,车体上的车身设计越复杂。

下压力能提高车辆在高速行驶时的稳定度,把车辆牢牢定在地上,若再配合底盘气流整合制造真空效应,便能大幅提升高速稳定度,而且速度越高效果越大。不过下压力越大,车辆必须花更多的引擎动力带动车身,因此下压力的控制便成为空气动力学工程师相当头痛的问题。

如何提高车辆行驶时的下压力,「关键在于如何让车顶的气流速度比车底慢」,历经多年的造车科技演变,相关技术与过去相比已有突飞猛进的改变,为了让大家进一步认识各个车身套件的作用效果,下面详细解说:

  • 前杠定风翼(风刀)的作用

前保险杠上的定风翼(又称风刀),可将流经车头的空气拦阻下来,让高速气流对车头产生额外下压力,抑制车头上扬,提高车头稳定度,是赛车上常见的车身装置。

最常看到的车头定风翼及前下扰流(也就是俗称的前下巴),定风翼可将空气拦阻下来,让高速气流对车头产生额外下压力,抑制车头上扬,提高车头稳定度,同时并汇整车头气流,让气流通过车头之后能够被导向设计者需要的地方。

  • 扰流板的作用

而前下扰流更为重要,除了一样有增加车头下压力的作用之外,还必须让气流平整顺畅的通过车底盘(或者是不通过车底盘),配合厂车常使用的一体式平整底盘,加上后下扰流让车尾气流顺利且快速的排出,将可以制造真空低压效应,让车辆牢牢的黏在地上,以提高车辆操控极限,而这样的目的与改装「侧裙」有着异曲同工之效。

前保险杠下方的下扰流(前铲),除了可增加车头下压力外,还能让减少气流进入车底,配合赛车常使用的一体式平整底盘,将在车底制造真空低压效应,让车辆牢牢的黏在地上。

透过独特的车身套件改造,可增加引擎盖散热孔,让水箱热气可快速排出车外,提高引擎散热效率。

  • 尾翼的作用大,小车不建议安装大尾翼

至于许多改装车或赛车都会加装的尾翼,其作用又是什么呢?根据空气动力学原理分析,我们知道汽车在行驶过程中会遇到空气阻力,这种阻力可分?纵向、侧向和垂直上升3个方面的作用力,并且空气阻力与车速平方成正比,也就是说车速从20km/h提高一倍到40km/h时,空气阻力对车辆的影响则是提高4倍,所以车速越快,空气阻力就越大,一般情况,当车速超过100km/h时,空气阻力对汽车的影响表现得就非常明显了。

为了有效利用这股空气力量,提升高速行驶车尾的稳定性,让后轮可牢牢的压在路面上,赛车工程师设计了汽车后,其作用就是使空气对汽车产生对地面的附着力,它能抵消一部分升力,抑制汽车上浮,使汽车能紧贴着道路行驶,从而提高行驶的稳定性。这点从F1赛事中也可发现,所有的F1赛车的前后都安装有定风翼,它们提供了近60%的下压力,保证了300km/h以上的高速下,轮胎具有足够的抓地力来保持车身的稳定性,使车辆能稳定的切换车道进行超车。

大型尾翼是许多赛车或改装车上常见的车身配备,其作用透过翼面设计,让空气对其产生下压力,使汽车能紧贴着道路行驶,从而提高行驶的稳定性,撞风面角度越大,风阻力量越强,相对下压力就越大。

一般来说不建议小排量的汽车加装尾翼,因为尾翼主要是用来增加车身稳定性,因此高速行驶时会产生极大空气阻力,但动力不强的小排量的房车若安装夸张的GT大尾翼反而会拖慢车速,并且产生耗油的不利影响。

除了轿车之外,在一些旅行车或掀背车的车顶后部也可安装小型尾翼,这些尾翼除了能增加车尾稳定性外,也能使车尾的空气涡流向后延伸一些距离才倒卷,可有效减少附着于车尾的灰尘,尤其是后挡玻璃不会每次下小雨就脏的要命。

从这张图中可清楚看出尾翼对空气产生的扰流作用有多强,车尾后方的气流线条因为尾翼而出现繁乱的涡旋,因此如果是小马力的车,建议不要加装太大的尾翼,否则会既耗油又慢。

值得一提,既然尾翼对车速与稳定性有着显着影响,因此许多新型超跑都会改用电动可调角度的尾翼,视车速高低主动调整尾翼高度甚至角度,如此将可减少中低速时尾翼造成的风阻问题,且若翼面够大片的话,刹车时还可整个掀起,达到空气制动的效果。

所有的F1赛车的前后都安装有定风翼,它们加起来为赛车提供了近60%的下压力,保证了300km/h以上的高速下,轮胎具有足够的抓地力来保持车身的稳定性,使车辆能稳定的切换车道进行超车。

旅行车或掀背车的车顶后部也可安装小型尾翼,这些尾翼除了能增加车尾稳定性外,也能使车尾的空气涡流向后延伸一些距离才倒卷,可有效减少附着于车尾的灰尘,尤其是后挡玻璃不会每次下小雨就葬的要命。

许多新型超跑都会使用电动可调角度的尾翼,视车速高低主动调整尾翼高度甚至角度,如此将可减少中低速时尾翼造成的风阻问题,且若翼面够大片的话,刹车时还可整个掀起,达到空气制动的效果。

  • 后下扩散器,加快车底空气流速度

除了尾翼能提供明显的车身效应外,还有一项许多赛车或超跑车尾底部都会看到的部品也须特别介绍一下,那就是扩散器(Diffuser)。扩散器外型就像一块向上弯曲的板子,其上还设有许多垂直的隔板,且由前向后逐渐扩大,产生一个需要被流经的空气填满的广大空间。

车尾底部扩散器的外型,就像一块向上弯曲的板子,其上还设有许多垂直的隔板,且由前向后逐渐扩大,产生一个需要被流经的空气填满的广大空间,会这样设计是有原因的。

扩散器之所以能产生作用,主因在于它可以让通过车底的混乱气流,利用整理好的轨道加速流出,相当于一个抽风机,不断将从车辆前部进入车底的空气向后抽出,由于车底尾部的气流快速流出,因此会在此区域产生了一个相对于车顶的真空低压区,既然车顶气压比较高,因此车辆在高速行进时就会被车顶的气压牢牢按在地面上。

下图显示了车尾扩散器的气体压力分布情况,颜色越深压力越低,蓝色代表最低压力区域,红色表示最高压力区域。从图中我们可以看出,在扩散器的前部(喉部)是气流速度最快也是压力最低的地方,可将整部车吸在赛道上,之后随着扩散器空间放大,压力与气流速度逐渐恢复正常。

不过扩散器要发挥作用,除了车辆须拥有平整化底盘外,车体上方的车身设计也须相互搭配才行,前者须负责导引气流到扩散器,扩散器才能发挥作用,后者须让气体流经的长度变长,才能让车顶的气压比车底高,进而产生下压力,最好的方法就是加装一支尾翼,就像F1赛车一样。

一般来说,由于扩散器产生下压力的效率非常高,所以现代F1赛车扩散器负责产生总下压力的40%左右,使得F1赛车研发部门都会将提高扩散器性能视为重点工作,所以不同赛车最重要的车身设计差异,有时在我们看不见的车辆底部。

扩散器向上弯曲的角度是需要经过严密的研究与实验,保证内部的气流顺畅地流经扩散器的顶部与侧边而不发生气体乱流,才能发挥真正效用。

车身套件若设计不良也可能造成反效果,有在关心国外赛事的读者一定都记得,1999年的24小时勒芒耐力赛,M.Benz的CLK-GTR赛车因车头车身套件设计不佳的关系,让原本应该是下压力的气流全数变成上扬力,导致在赛道大直线上以超过300公里的时速车头直接扬起宛若飞机起飞画面,整辆勒芒赛车在空中直接翻转360度后落地。

而另一辆M.Benz CLK-GTR赛车居然在隔圈的同一地点也发生同样事故,逼迫M.Benz立即召回还在场上奔驰的另一辆CLK-GTR厂车回Pit并放弃比赛,这就显现空气动力学的重要性。

F1赛车拥有最复杂的车底扩散器,其负责产生总下压力的40%左右,使得F1赛车研发部门都会将提高扩散器性能视为重点工作。

每年会根据去年比赛经验进行车体车身设计变更的F1方程式赛车,其实有很多重要车身结构都在看不见的车底下。

许多国际知名品牌的超跑专用车身套件,都会经过风洞测试,确定空气动力学设计没有问题后,才会正式销售,也因此价格通常贵得惊人,至于一般改装车使用的外观套见很少会如此大费周章。

要使扩散器发挥作用,车底没有同时进行平整化设计是不行的,因为平整化底盘须负责导引气流到扩散器,扩散器才能发挥加快气流速度的效果。

让空气流到正确位置,提高发动机引擎散热效率

车身套件除了文前所提的功用之外,还有另外一项很重要的功能就是提升车辆散热效率,读者都知道车辆只要一发动便会产生相当多的热能,不管是引擎的热或是刹车带来的热,都需要在最短的时间内排除,让车辆能够顺利正常的继续工作,而散热最有效也最方便快速的方式就是利用取之不尽、用之不竭的空气。

举例来说,斯巴鲁翼豹车身外观最引人注目的特征就是引擎盖上的进气口,而此进气口乃是提供置于引擎上方的中冷器散热使用。而其他一些将中冷器置于前保险杠中央的车款(如三菱的EVO),前保险杠都会有相当大的开口(称为进气坝)提供充裕的撞风面积让中冷器散热使用,这些都是使用外观车身套件设计来利用空气动力学的相关例子。

强大的空气动力学效应,让F1赛车不断吸出车底下方的雨水,并在车尾后方产生一道水墙,速度越快水墙越大。

老实说,讲了那么多关于车身设计的原理,对很多改装车身套件的车主来说,却不是重点,这是因为空气动力学的整流下压效果,都需在高速时才能发挥效用,很多人几乎不会开到那种速度,而流体力学的设计必须仰赖风洞实验室实际测试才能提供设计者确切数据。

除少数世界知名大厂外,大部分改装品牌几乎没有风洞实验室可供设计开发车身套件,因此除正规赛车的制作会考虑到空气动力学外,消费者选购车身套件的第一要素反而变成美观及售价为重点,空气动力学的考虑便成其次、甚至不考虑,而这种现象其实不只出现在中国,几乎全球各地的改装市场都是。

因此许多车主改装车身套件的另一个目的就是宽体改造,透过额外加装的车身钣件,加宽叶子板宽度,让左右轮距可拉大些,除了提高视觉霸气外,也有助于高速过弯的稳定性。

相较于F1赛车轮胎裸露在外的车体设计,勒芒赛车采用全包覆式车体,使得高速行驶时的空气阻力更低,因此极速往往可超越F1赛车常见的320km/h极速,达到将近400km/h的超高速境界。

至于影响车身套件售价最主要的因素就在于材质,当然有经过风洞实验室实际测试的产品不在此限,但一般车身套件都是依照材质的选用来影响售价,而目前市面上制作车身套件时所采用的材质大致可分为FRP、PP、ABS及Carbon等四大类,关于这部分的分析,昨天的文章已经有详细说明,大家可喝杯水、喘口气,往前翻翻看。

1999年的24小时勒芒耐力赛,M.Benz CLK-GTR赛车因车头车身套件设计不良的关系,导致在赛道大直线上以超过300公里的时速,车头直接扬起宛若飞机起飞画面,整辆勒芒赛车在空中直接翻转360度后落地。

车身套件的另一个设计考虑是将车头空气有效导引至冷却系统上,进而提升引擎、传动与刹车系统散热效率。

许多车主改装车身套件的目的在于获得宽体效果,通过额外加装的钣件,加宽叶子板宽度,让左右轮距可拉大些,除了提高视觉霸气外,也有助于高速过弯的稳定性。

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