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定义准确的坐标系是对物理量进行准确描述的基础，坐标系定义不准确或者不统一就会导致物理量描述的混乱，互相之间的数据交换也会存在不必要的麻烦。今天我们就来谈一下汽车空气动力学中对汽车坐标系的定义。
汽车在行驶过程中由于空气的粘性作用，会在车身上产生一个气动力 F。理论上这个气动力F 应该是将汽车车身上的每一点的气动应力沿车身表面积分来得到。
气动力F示意图
为研究的方便，将气动力F 的作用点平移到汽车重心位置，并沿着汽车坐标系x、y、z三个方向进行分解，可以表示为阻力D、升力L、侧向力S、俯仰力矩PM、横摆力矩YM和侧倾力矩RM。
因此汽车坐标系的定义，也就决定了分解后得到的汽车气动六分力的方向。
目前汽车空气动力学上所引用的汽车坐标系，一般是来自如下两个SAE标准：
1
SAE J1954 Vehicle Aerodynamics Terminology
2
SAE J2084 Aerodynamics testing of road vehicles - testing methods and procedures
这两个SAE标准对汽车坐标系的定义分别如下图所示：
SAE J1954（坐标系1）
SAE J2084（坐标系2）
我们暂且将SAE J1954的命名为坐标系1，SAE J2084的命名为坐标系2。
首先我们说下气动六分力的正方向定义：
1）阻力：沿车身轴线，向后为正；
2）升力：垂直于车身轴线，向上为正；
3）侧向力：垂直与车身轴线，从左侧指向右侧为正；
4）俯仰力矩：正方向为车头向上；
5）横摆力矩：正方向为车头向右；
6）侧倾力矩：正方向为汽车右侧向下；
那么我们发现坐标系1与坐标系2主要的区别为：x轴和z轴正方向的定义。在坐标系1上，定义x轴和z轴正方向与汽车所受到的气动阻力和气动升力的方向一致。在坐标系2中，定义x轴和z轴正方向分别与汽车行驶正方向和重力正方向一致。
那么我们发现坐标系1中，虽然力的正方向与坐标系坐标轴的正方向相一致，但横摆力矩、侧倾力矩的正方向与坐标系按右手定则定义的正方向相反。
同理，在坐标系2中，虽然力矩的正方向与坐标系按右手定则定义的正方向一致，但阻力、升力正方向与坐标系坐标轴的正方向相反。
本身来说选择上述其中任意一种汽车坐标系对汽车气动力进行分解都是没有问题的，这只是一个标准统一的问题。但在实际中，我们发现存在着两个问题：
1
坐标系使用不统一
我们发现在国内一些论文和汽车风洞试验报告中，坐标系1和坐标系2同时存在。也就是说在气动六分力正方向确定的前提下，大家使用的坐标系并不统一。
大家使用的坐标系不同，那么在气动六分力的数据表示中就会出现正负不统一的情况。如按照坐标系1，气动阻力应为正值，而按照坐标系2，气动阻力应为负值。这样在数据统一性和数据处理上就会带来一定的问题和不便。
在汽车空气动力学教材方面我们看到几本经典的教材都是采用了坐标系2的表述。
如，国内汽车空气动力学的教材方面，分别以湖南大学谷正气老师著的《汽车空气动力学》和吉林大学傅立敏老师著的《汽车空气动力学》来看，这两本国内教科书都使用了SAE J2084上的坐标系，也就是坐标系2的表述。
国外教材方面，在我们经常引用的Aerodynamics of road vehicles（edited by: Wolf-Heinrich Hucho）这本书上，其在最新的第四版中采用了坐标系2的表述。但在1987年版本中采用的是坐标系1的表述。
Aerodynamics of road vehicles(第四版)
Aerodynamics of road vehicles(1987版)
2
与汽车风洞天平定义坐标不一致
下图是某汽车天平供应商的坐标系说明，一般来说天平的坐标方向与风洞的坐标方向相一致，即：x正方向沿气流方向，z正方向垂直地面向上，y正方向按右手定则确定。这与SAE J1954中描述的坐标系1是一致的。
但是我们发现其定义的横摆力矩和侧倾力矩的正方向与SAE J1954和SAE J2084的描述是相反的。
汽车天平上力的坐标系定义
所以，在汽车气动力分解到六分力的汽车坐标系上，我们发现由于汽车坐标系的不一致，存在着一些矛盾和不统一的地方。其实不管采用坐标系1还是坐标系2都没有对错之分，本质上只是一个统一的问题。
为了能够看到大家在这个问题上的观点，我们也特意制作了一个投票功能，欢迎大家将您的观点反馈给我们。
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