风洞试验对汽车空气动力学性能至关重要

空气动力学和噪声学问题对许多汽车的设计原则、设计风格都产生了重要影响。因为最佳的空气流动方式是保证汽车高速行驶时兼有良好的动力性和舒适性的基本前提，同时还可以降低汽车行驶过程中的耗油量。为了使奥迪TT轿车不仅具有时尚流畅的外观，而且有很好的空气动力学和声学效果，避免空气涡流的产生，空气动力学和噪声学的专家在研发初期的方案设计中就进行了认真的研究。之后，从奥迪TT轿车批量生产到投产下线的全过程，专家们都一直在和“空气”打交道，希望空气流动方式的改善能为这款跑车助力。

在新型奥迪TT轿车的设计中，一项重要的任务就是沿用第一代车型的视觉主题——简约明朗的圆形风格以及颇具动感的跑车形象，与此同时，还要求其空气动力学性能符合设计目标所制定的行驶动力性能。依据新的市场定位，需要对新型奥迪TT轿车的一些数据，如空气动力学数据、车轴浮升力数据及车轴的负载分布数据等进行准确的说明。

根据以往的情况，较低的车轴浮升力都是以较高的空气阻力系数为代价获得的，但是，奥迪公司的空气动力学专家成功地在较低的空气阻力系数条件下改善了整体的空气动力学性能，并且更好地限制了车轴浮升力。

CFD空气流动仿真试验

在早期方案设计时，没有可供使用的风洞试验硬件设施，空气动力学专家对新型奥迪TT轿车进行了CFD空气流动仿真试验，从而及早对整体方案中原则上能够实现的可能性和各个详细的特性进行了评判。借助于图形显示和色彩显示，仿真试验的结果尤其是高级设计的结果一目了然。

可以说，如果没有CFD仿真试验，就无法落实新型奥迪TT轿车严格的外部设计所制定的一系列进度要求。例如，在计算机中对CAD数据进行了6～7h的较大修改之后，将修改后的数据传送到CFD计算模型中，马上就可以进行大约10h的空气流动仿真试验，确保了最新设计方案可以在两天内完成全部的空气流动性能的模拟试验。

伸缩式后扰流板设计

CFD仿真试验最值得夸耀的贡献就是对新型奥迪TT轿车后舱盖和后轴的浮升力进行的模拟计算。经过几次仿真模拟后，空气动力学专家发现，在后舱盖上设计扰流板能够很好地满足新型奥迪TT轿车的空气流动性能要求。模拟运算结果清楚地表明：后舱盖扰流板设计在限制后轴上浮性能方面比车顶扰流板有着更好的效果，而且，只有在高速行驶时后扰流板才能在驾乘舒适性和动力性能方面发挥作用。因此，奥迪公司采用了灵活的扰流板设计方案——伸缩式扰流板，即扰流板根据车辆行驶速度可以自动伸缩。因为在许多情况下，例如在市区行驶时，车速较慢，出于空气动力学的原因，无需使用扰流板。当汽车行驶速度超过120km/h时，扰流板将会自动伸出，并在限制后轴浮升力方面发挥显著作用。

图1 后扰流板伸出和缩回时后舱盖的受力分布（a），发动机舱底盖设计优化前后的压力分布情况（b）

新型后视镜

德国相关法规的补充条款也给新型奥迪TT轿车的研发设计带来了麻烦。该补充条款规定：新设计车辆的车外后视镜应比现有的后视镜面积增大30％～35％。如果按照这一规定进行后视镜的设计，那么将会使车外后视镜的空气阻力系数增大，从而超过了TT轿车第一次设计方案的空气阻力系数。但是，经过强化风洞优化试验以及空气流动仿真模拟后，空气声学专家在增大后视镜面积的基础上，成功降低了它的空气阻力系数，使之明显小于原来的数值。在后视镜上进行的空气动力学改进措施包括：后视镜外形的半径较小、特定的外表面倾斜度和环绕的水槽避免了后视镜积存污垢等。

车底空气动力学改造

新型TT轿车后轴受到的空气浮升力除了受后舱盖的气流影响，还与车底的气流有着密切的关系。对于后者，空气动力学专家联合其他领域的技术专家，在奥迪公司的风洞实验室中进行了大量的、接近车底气流实际情况的模拟试验（即车轮是旋转的，车底的气流与风速同步运动），并共同对制动系统的污垢积存情况、冷却设备不同的部件等进行了连续的优化改进。

其实早在新型TT轿车的研发初期，专家们就已经考虑到了前轮处的车轮扰流板及其优化问题，这是因为前轮扰流板对前轮的上浮和汽车前部的上浮发挥着显著的抑制作用。在发动机舱下盖的设计中，除了考虑减少气流摩擦阻力以外，专家还对发动机进行了足够的冷却，并减小了离去角，这些措施都有效降低了前轴的空气浮升力。

新型奥迪TT轿车中箱底部是一个光滑平整的平面。奥迪轿车具有承载能力的空间框架式车架结构中的纵梁和横梁（主要是有着灵活多变的几何形状的冲压型材部件）都被光滑平整的板材遮盖起来了。因此与奥迪A3轿车相比，新型TT车底的空气阻力系数Cw提高了大约0.020。而在TT轿车后轴处，去掉了长期以来一直采用的车轮扰流板和凡尔森氏扰流板。另外，末级消音器的底部也经过空气动力学的优化，抑制了后轴的上浮，改善了空气阻力系数Cw。消音器带有7°倾角，发挥着扩压器的作用。

图2 4kHz三度音程检测时作用于车窗玻璃上的声压

消音降噪

在有关空气噪声的设计改进中，新型奥迪TT同样也制定了超越竞争对手的设计要求，设计出了最佳的消音降噪方案。第一个目标就是尽可能地清除轿车外部的噪声源。第二步是对那些无法避免的噪声，通过消音和密封措施进一步减少它们进入车内的可能性，或者降低其进入车内后对人造成的不适感。

消音降噪的举措在新型奥迪TT轿车中随处可见。例如，在车前窗与车架之间安装了一个密封条，填充了那里的空腔，减少了空气流经时产生的共振。而最明显的改进之处是车门玻璃与车顶框架之间的密封，它避免了车辆高速行驶时产生的负压将车窗玻璃向下压出现缝隙的可能性，从而有效避免了噪声进入车内。由后视镜引起的气流环流噪声也被空气声学专家通过巧妙的外形设计有效进行了规避。

奥迪公司一贯坚持的轻型空间框架结构的车架设计方案也大大减轻了新型TT轿车的重量，其中包括空气声学技术要求极高的一项设计要求：空间框架式车架有着更好的减振和消音性能。在精心设计的车架结构中，奥迪TT轿车的固体振动在开始时就被减小到了很低的程度，无需事后采用费用很高的减振缓冲措施。利用激光检测技术，技术人员在风洞试验时检测到的车架零部件的振动近似大批量生产时的风量分布比。同时，还对低频噪音有重要影响的车架空腔部位的位置和数量进行了精确的分析。