The dilemma: aerodynamic or aesthetic

Luigi Colani 作品 （图/维基百科）

汽⻋⼯业设计，乃⾄整个载具⼯业设计领域⼀直以来都有⼀个永恒的命题：如何平衡速度与美学。从Luigi Colani 到 Horacio Pagani，从 Colin Chapman 到 Ken Miles，这些⼤师都使尽浑⾝解数给出了⾃⼰的答案，并写⼊了⼈类设计史。

ICONA 设计团队在多年的研究中，习惯先以其中⼀到两种极端情况进⾏分析⽐较，再从中得出最符合需求的⽅案。所以本⽂先在速度上分析赛⻋、造型上分析超跑这两种极端设计情况，再以实⽤主义的⾓度分析家⽤⻋，最后会展望未来我们到底需要怎样的载具。

极致速度：如何设计 F1 赛⻋？

Extreme speed: how to design an F1 car

提到极致速度，在汽⻋设计上要做的就是克服阻⼒与提升动⼒。

克服阻⼒

About drag coefficient

克服阻⼒，⾸当其冲要考虑的必然是空⽓动⼒学。提起空⽓动⼒学⼤部份⼈敬⽽远之，但看似深奥实际三句话能说清楚其中最核⼼的知识点：

第⼀，越像⽔滴，阻⼒越⼩。

层流与紊流 （图/大学流体力学教材）

三种形状的层流紊流对⽐图，最右侧为最理想空⽓动⼒学形状（图/大学流体力学教材）

理论上⻛阻系数最⼩的形态，⻋底若更接近⽔滴状则效果更好（图/剑桥大学官网）

我们再把视⾓放⼤赛⻋场上。赛⻋的⼀切为速度⽽⽣。如前⽂提到，把侧⾯、顶⾯做成⽔滴状减少紊流⽐例，是最基本操作。

第⼆，流体在流速⼤的地⽅压强⼩，流速⼩的地⽅压强⼤（伯努利原理Bernoulli's principle）。

在⻋底是平的情况下，⻋底空⽓流速⼩，⻋顶空⽓流速⼤，会形成压强差。速度越快，压强越⼤，直到整⻋像⻜机起⻜前⼀样飘起来。

机翼⼯作原理⽰意图（图/大学流体力学教材）

所以，更⼤的技术创新点在于让⻋底空⽓⾏驶路径更⻓，压强⽐⻋顶低，压强差就能使⻋辆牢牢稳定在地⾯，在赛⻋界有个专业术语，叫做地⾯效应（Ground Effect）亦称为翼地效应（Wing-In-Ground effect，WIG）或翼⾯效应（Wing-In-Surface-Effect，WISE）。

翼⾯效应⽰意图（图/autoevolution）

在实际的操作中，赛⻋⻋头与⻋尾会有更复杂的扰流组件设计，及侧⾯进⻛⼝。这些都会为赛⻋在⽔滴状造型的前提下增加更多下压⼒，让⻋⼿更容易操控。

翼⾯效应⽰意图（图/autoevolution）

第三，空⽓越⼲净，紊流越少。

让我们再从顶视图来看，F1 赛⻋的⽆罩⻋轮在⾏驶中制造出⼤量含有橡胶颗粒的脏空⽓，如果进⼊⻋顶层流空⽓会严重影响下压⼒，如果进⼊侧⾯进⻛⼝会影响内外侧⽓流速度产⽣有害压强差。

⻋头扰流板与轮胎后⽅破⻛板的设计就是在做这件事。最贴近⻋⾝侧⾯的⽓流（绿⾊双虚线）形状平缓，速度低，压强⼤，被扰流板⼲扰并被破⻛版排开的⽓流（蓝⾊波浪线）⾏进路径更⻓，速度⾼，压强⼩。前轮正后⽅的空⽓（红⾊颗粒）带有橡胶颗粒压强飘忽不定，但因为惯性会被蓝⾊波浪线⽓流带出去。

赛⻋的⽓流设计顶视图：把脏空⽓排⾛（图/autoevolution）

正⾯⽰意图，红⾊部份路径为破⻛板径（图/autoevolution）

综上所描述，F1 赛⻋的主体设计是完全的空⽓动⼒学产物，也因为出发点相同，世界上F1 赛⻋从造型层⾯上看有极⾼的雷同，最⼤的差异点基本是⻋⾝涂装，偶尔有⼯艺与材质的差异（CMF）。

从⽤户认知层⾯上来说，在F1 赛⻋刚刚诞⽣的年代，⼤众是⽆法直接建⽴「这⻋很快」的直觉的，在后天持续⼏⼗年的认知与教育中，⼤众逐渐对这种造型的⻋产⽣了「这⻋看起来很快」的群体认知，并影响了⾮竞技⻋的造型设计。

提升动⼒

About acceleration performance

Enzo Ferrari 曾经说过：「造不出好引擎的⼈，才会去研究空⽓动⼒学」。这是他当年输给Lotus⻋队时候说的⼀句⾃我安慰的话。现在看来，在⼀个时代⾥，引擎是有上限的，⽽提升动⼒的⽅式未必只是提升引擎，降低⻋重也是⼀个有效⽅式。

回顾整个 F1 的历史，碳纤维增强复合材料底盘的引⼊是F1 赛⻋开发史上的⼀个关键转折点。1981 年，McLaren 迈凯伦⻋队开创性地将碳纤维复合材料⽤于单体壳座舱底盘，全碳MP4/1赛⻋在4⽉12⽇的F1 阿根廷⼤奖赛中横空出世，从此彻底改变了这项运动。同样的零件由碳纤维材质制造能⽐钢材质减重50%，⽐铝合⾦材质减重30%，MP4/1 以 585kg⻋重，相⽐对⼿们纷纷卷更强劲的涡轮增压动⼒装置要有优势得多。

MP4/1 引擎 （图/silodrome）

但碳纤维耐⾼温的能⼒稍有局限，容易形变，不耐冲击，容易发⽣振动，赛⻋场上这个问题不显著，但在⺠⽤领域，这就是⼀个巨⼤的问题。有没有更适合的材料？这⾥允许我们先卖关⼦，下⽂会提到。

极致造型：如何设计超跑？

Extreme model: how to design a supercar

虽然我们印象中超级跑⻋很快，甚⾄能达到极速，但对于⼚家来说，让消费者相信它能达到极速⽐它实际能否达到极速重要。真正追求极速的F1 赛⻋最后都会设计成同⼀种造型，并且不是⼤众意义上认为的美，但⼏⼗年的认知与教育已经让全球消费者接受F1 赛⻋是「极速」的形态。于是，在超级跑⻋⾝上，⼚家把这些⼤众认知到的「极速」的设计语⾔解构、重组，加⼊⾃⼰的理解，⽣成⼀套新的造型，冠名为「品牌个性」这种「感性」层⾯甚⾄「美学」层⾯的概念。「美学」这种从⼈类感知⼼理学出发的概念，是如此地不可以具象描述，但⼜如此地能让全球消费者共情并买单，⽐起它的前辈「空⽓动⼒学」，段位上⾼了不⽌⼀个层次。

让我们先玩个游戏，猜猜这些概念⻋都是哪个品牌的？

猜车游戏（图/carlogos）

如何解构、并重组⽣成⾃⼰的「品牌个性」乃⾄「设计语⾔」，是⼀个复杂且漫⻓的过程。

来⾃战⽃机的极速设计语⾔

Design language about fastest speed from fighter jets

先以 ICONA Vulcano 举例。Vulcano 的设计语⾔来⾃于当今最快的⻜机Lockheed SR71 Blackbird，⼤名⿍⿍的「⿊⻦」侦察机。从SR71 流场流线图能看出，机头著名的「中孔」设计就像 F1⻋尾的扰流板⼀样调节空⽓路径，打开时可以增加上升⼒，关闭时减少上升⼒。⽽正脸整体三⾓形的设计则是⽔滴型造型与载⼈驾驶舱的平衡产物。

SR71 正脸 （图/维基百科）

SR71 流场流线图，最中间的流线可以随时开关快速控制飞行高度 （图/维基百科）

ICONA Vulcano 把这个功能主导的「中孔」元素也移植到了⻋头设计上，打造了⼀种全新的「设计语⾔」。正脸⽅向看，⻋灯、进⽓格栅与引擎盖也⼤量使⽤「三⾓形」这个SR71 常⽤的视觉元素，呼应了⻋名「Vulcano」⽕⼭。

Vulcano正脸图（图/Icona官方）

设计团队做了多次⻛洞实验以获取和验证CFD 数据，以优化汽⻋造型，并满⾜在各种条件下的操控程度。平衡了技术参数与美感，让最终出品的Vulcano⻋⾝曲线柔和，富有韵律，与上⽂说到的「三⾓形」设计元素也能完美融合，造就了⼀种「柔中带刚」的「设计语⾔」。

Vulcano 尾部造型设计稿 （图/Alias）

在这⼀连串的反馈与重新设计过程中，达成了最后你所能看到的Vulcano 的模样。你觉得「美」，⼀部份是某些视觉元素唤醒了你的⼤脑关于赛⻋关于极速⻜⾏器该有的视觉形象的联想，还有⼀部份是⻋⾝上某些「情感化设计」做得的确出彩：它的脸有种三⾓形特有的稳定感，侧⾯则有⼀种收放⾃如、饱满⾃信的⽓场在。

Vulcano后视图 （图/Icona官方）

浓缩半个世纪赛⻋史的极轻设计语⾔

Design language about lightest weight from half a century of racing car history

上⽂我们说到碳纤维的优点与缺点，赛场之下，使⽤钛合⾦是⼀种平衡重量与耐⽤度的极佳解决办法。

进阶版的ICONA Vulcano，Titanium 版本的⻋⾝主体就使⽤了钛合⾦。钛合⾦密度⼀般在4.51g/cm³ ，仅有钢的 60%，⽽强度通常在1000MPa 往上，超过 1500MPa 也不在话下，⽐起业界轻量化代名词铝合⾦⾼不少，总的来说强度（强度/密度）远⼤于其他⾦属结构材料，堪称地表最完美⾦属⾼速载具材质。

⼯艺上看，取消对覆盖件进⾏喷漆⼯序，直接把⾦属原⽣材质暴露在外，也能减重6kg 以上，这做法让⼈想起半个多世纪前的奔驰「银箭」，⾮常「狂野主义」。

经过减重处理后整⻋全重降⾄1,595kg，赛场表现⼒上看0-60mph实测仅需 2.8 秒，与同年诞⽣的Lamborghini Huracan 持平，世界⼀流⽔平。⽽后者⻋⾝⼤量⽤到前⾯提到的赛⻋级的碳纤维材料，相对容易变形，进⽽影响整⻋⻛阻系数，仅从这⼀点来看ICONA Vulcano Titanium 的 2.8秒变得更加珍贵。

Vulcano Titanium （图/Icona官方）

这些设计⽅式不仅有效增强Vulcano Titanium 的赛场表现，也使得 Vulcano Titanium⾝上与「极速」相关的视觉元素得到了最⼤的强化，是⼀次「形式追随功能」的完美展现。

制作 ICONA Vulcano Titanium 的当年全球钛产量很低，只有万吨级别，Vulcano Titanium 百万级美元的造价也相当⾼昂，可称之为稀有⾦属制造的稀有产品。随着时间推移，钛合⾦产量得到提升，如今已接近千万吨。近年来在公路⾃⾏⻋上，钛合⾦材料的普及已有明显趋势。相信不久的将来，会有⼤量⽣产的钛合⾦超跑、甚⾄家⽤⻋的出现，为全球汽⻋市场注⼊新⾎液，⽽Vulcano Titanium的钛合⾦研发与制造经验，将会是全球汽⻋制造商学习的⽬标。

更多例⼦与思考

What’s more

当代著名超跑⾥，Pagani Utopia 也是集合了以上设计⽅法。前分流器的设计，能配合特殊设计的翼型轮廓产⽣下压⼒；整个速度范围内，空⽓动⼒学平衡不断逼近1:1，以此来反推设计，直到最后达到 46:54，平衡功能与设计美感；在不需要空⽓动⼒附加装置的情况下，Utopia⼜能将那些常规附件的功能融⼊到其整体形状设计中，以获得更⼤的下压⼒，降低的空⽓动⼒阻⼒系数。

汽车行驶中流体示意图 （图/Pagani官网）

Pagani Utopia （图/Pagani官网）

这些设计⽅式都是把来⾃「极速」赛⻋甚⾄⻜机的元素⼀步⼀步拆解、分析、重组⽽来，最后的成品也值得推敲。它们能以不同⽅式平衡性能与美感，并获得眼光挑剔的⻋评⼈⻘睐，实属不易。

当然，如果⼀款超跑只需要让⼀些盲⽬的消费者认为它美即可，需要做的也许是这样：

泛滥成灾的黄金比例 （图/researchgate）

极致实⽤：如何设计家⽤⻋？

Extremely practical: How to design a family car

看似简单的家⽤⻋设计，似乎只需要把赛⻋与超跑的部份性能下放，实则是涵盖了装载功能、⼈机⼯学、性价⽐导向等多⽅⾯的重新设计，从⼯程⾓度上看⼯作量与难度并不⼩。

从经济效益上看，耗能⾜够⼩是⼀个⻋主关⼼的最⼤痛点。能源上看，电⻋省钱已经达成社会全员共识，⽽降低⻛阻，却还有很⻓的路要⾛。

ICONA 的设计团队认为各⼤⻋⼚出来的⻛阻系数（Drag Coefficient）都只能是参考值，基本都在理想状态下测试，考虑到很多司机 80% 的使⽤场景可能只是上班通勤，那么花更⾼的价格购买低⻛阻汽⻋意义不⼤。

号称 Cd = 0.17 的 VISION EQXX （图/奔驰官网）

但从各家评测机构给出的全球最低⻛阻⻋型列表来看也是能从中总结出不少共性。更像⽔滴、更接近⻛阻友好涂层如鲨⻥⽪材质、有⼀定弧度的下腹部等都是它们的特质。

Shelby GR-1 （图/福特官网）

AMG Vision Gran Turismo （图/奔驰官网）

还有⼀个更显⽽易⻅的是，斜背式⽐直背式产⽣紊流更少，阻⼒更⼩，原理上⽂已述。

斜背式与直背式尾部紊流⽰意图（图/大学流体力学教材）

除了⻋的造型以外，我们上⽂还提到，尽可能让⻋维持在⽔滴造型是降低⻛阻的重要⽅式，⻋⾝上偶有的凸起，如⻋把⼿、后视镜、天线都是⻛阻⼤敌，甚⾄占到15%。当下⼤众已逐渐习惯⽆把⼿设计，虚拟后视镜的普及也就是时间问题，Tesla 已有概念⻋。

特斯拉概念车 （图/pinterest）

⼤众在意家⽤⻋设计「美感」吗？在意，但⽆法量化。你在意的是它本⾝「品牌个性」或者「设计语⾔」给你带来的认同感？是「符合⻩⾦⽐例」？是「满⾜了我对酷的想象」？也许都有，但都不重要。

「家⽤⻋只有使⽤的那⼀刻最重要」。

平衡：如何设计未来载具？

Balance: How to design future vehicles

AI 的介⼊会为汽⻋设计节省⼤量的计算时间，也能在短时间内⽣成⼤量⾮常有视觉冲击⼒的⽅案，但ICONA 设计团队不会因此⽽感到恐惧。

⼀直以来，设计师⽆法被替代的价值是「以⼈为本」。有朝⼀⽇AI 也许通过⼤量的机器学习能做出最完美的最符合空⽓动⼒学的造型，甚⾄在结构⼒学、热学、材料学上也能瞬间给出⼈类需要⼏⼗年学习才能学会的⽅案，但汽⻋、乃⾄所有载具，最后都是为⼈类服务的，过去⼏⼗年⾥⼈类对汽⻋的「极速造型」认知发⽣了翻天覆地的改变，AI 不为⼈类服务的前提下⼏秒内就能做上百万个不同⽅向的「极速造型」的改变，但它却不知道⼈类需要这上百万个中的哪⼀个。

但⼈类在坐上这台⻋体验的时候，能知道⾃⼰到底想不想要。

我们玩最后⼀个游戏：从空⽓动⼒学或美感上看，这个AI⽣成的汽⻋有什么问题？

ai生成图 图/pinterest）