整体造型开发

初期概念设计时运用了Exa PowerFLOW来确定车型气动性能的范围。Tesla和Exas公司的气动专家合作运用PowerFLOW来展开基础设计，扩大气动研究的范围来探索更大的可能性，探讨是否在设计上有其他方面可以更改整个设计主题以达到改进车辆气动性能的目的。工作范围包括大量运用PowerCLAY的几何变形能力以实现各种设计细节的几何优化。

在Model S车型的开发过程中，还利用经CFD优化表面的实物模型进行了试验，以获取物理数据点，确保模拟实验具有参照性。另外，还做了一个全比例模型，名为Aerobuck。该模型以钢为骨架、以泡沫为外表面，以平木板为地板。Model S车型平台的最大特点是车型前桥到后桥之间的底盘由电池组构成，这样底盘可以完全平整。事实上，模型地板的全平面并不是理想化的设计。在这个阶段，还没有考虑到冷却系统、空气弹簧以及传动等因素。

Aerobuck采取模块化制造方式，因此可以在风洞里进行快速的调整和更改，以便在车辆设计的范围内，获取多个全车身造型配置数据点，这其中包括点和趋势的相关性数据。在构成Aerobuck车身模块的多次替换过程中，一共有三个较大的变动。第一个是替换了整个前角，新部件较前者更深。第二个变动是换掉了整个摇臂组件和前角。第三个是换掉了车辆的整个后围，并且改动了摇臂和前角。在所有替换部件装配完成后，Aerobuck成为Exa公司造型开发工作所造就的阻力最小的车辆。

Exa公司通过60多个不同的几何变形取样来研究设计变化，
从而在最小化中间高压区的同时最大化前脸饰板周围有利于气动性能的进气区域。

除了车辆尾部的改造上，计算流体动力学和实际试验在阻力系数上相当接近。从计算流体动力学在尾流短暂性方面的经验来看，气流离开车辆后围的位置在模型上相对更靠前，因而朝车尾方向对车型尾部所做的几何变动从很大程度上并不会带来较大的影响。所以又在Aerobuck的后围上加了蓝色聚苯乙烯泡沫制成的15mm（0.6in）厚的高分离条，这样就可以确保与前面分离开来。不过，这仅仅带来了车尾升力的下降，风阻并未受到影响。结论是，差异必须体现在细节尾流结构和瞬息性上，但是时间和资源已经不允许在风洞里继续这方面的试验了。

此次试验之后，气动小组的一个重要目标就是减少车尾的不稳定性，希望这样可以降低振荡幅度和时间平均空气动力的统计不确定性。尖锐型车尾的模拟带来了设计上的改变，稳定了尾流，轻微地收紧了汽车外部造型。

风洞试验还研究了提升力分布对冷却结构、横摆角、以及底盘高度的敏感度。尽管Model S车型结构设计的主要特点就是平面地板，不过这辆车依然是一款高档道路用车，因此产生的下压力会对侧风和车身姿态变化过于敏感，不宜单独依赖其来降低提升力。

因此，研发人员花了较大的心思来设计后行李厢盖的高度和造型，同时也考虑了车底，目的就是最小化车尾提升力及其对底盘高度和横摆角的敏感度。还有一个特殊的挑战，那就是铝制后挡板和后行李厢盖的冲压可行性问题。

Model S车型底盘高度一半位置的速度值和流线的等高截面 （取自CFD模拟）。
此图显示了气流相对车轮作出的调整，以及平坦光滑的车底板。

气动设计特色

车身前端的气动优化对于提供较好的初始气流条件、优化整车的其他部分来说有着根本性的意义。本次优化采用了五个相互关联策略：为冷却提供高压空气的同时最小化相对压力在前脸上的作用范围、最大化前饰板外角的吸力、调整车身前端下方的气流以最小化前轮的有效横摆角、理顺前挡泥板和车身侧面过来的空气的气流方向使之相互平行以及通过可变格栅及轮罩衬板里的散热孔管理好经过车身前端的冷却空气的进排气。

Model S车型电池组的设计使前后车桥之间的地板完全是平的。这样的设计尽管有其自身问题，特别是底盘下面气流速度较高，更容易增加车轮阻力，并且气流不受干扰，不同气流之间的相互作用较强，但是这对车辆的提升力和风阻优化都有不小的益处。 解决第一个问题要求悉心管理好车轮周围的气流，第二个问题意味着车辆前后以及两侧的气流均较正常情况的高，因而有必要采用整体设计解决方案，而不是盯着几何隔离区不放。