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1、除了美观还有科学轿车造型与空气动力学 空气阻力 众所周知 车速越快阻力越大 空气阻力与汽车速度的平方成正比 如果空气阻力占汽车行驶阻力的 比率很大 会增加汽车燃油消耗量或严重影响汽车的动力性能 据测试 一辆以每小时100 公里速度行驶 的汽车 发动机输出功率的百分之八十将被用来克服空气阻力 减少空气阻力 就能有效地改善汽车的行 驶经济性 因此轿车的设计师是非常重视空气动力学 在介绍轿车性能的文章上经常出现的 空气阻力系 数 就是空气动力学的专用名词之一 也是衡量现代轿车性能的参数之一 空气阻力系数 汽车在行驶中由于空气阻力的作用 围绕着汽车重心同时产生纵向 侧向和垂直等三个方向的空气动 力量
2、对高速行驶的汽车都会产生不同的影响 其中纵向空气力量是最大的空气阻力 大约占整体空气阻 力的百分之八十以上 它的系数值是由风洞测试得出来的 与汽车上的合成气流速度形成的动压力有密切 关系 当车身投影尺寸相同 车身外形的不同或车身表面处理的不同而造成空气动压值不同 其空气阻力 系数也会不同 由于空气阻力与空气阻力系数成正比关系 现代轿车为了减少空气阻力就必须要考虑降低 空气阻力系数 从50 年代到 70 年代初 轿车的空气阻力系数维持在0 4 至 0 6 之间 70年代能源危机 后 各国为了进一步节约能源 降低油耗 都致力于降低空气阻力系数 现在的轿车空气阻力系数一般在 0 28 至 0 4 之
3、间 轿车外形设计 为了减少空气阻力系数 现代轿车的外形一般用园滑流畅的曲线去消隐车身上的转折线 前围与侧围 前围 侧围与发动机罩 后围与侧围等地方均采用园滑过渡 发动机罩向前下倾 车尾后箱盖短而高翘 后冀子板向后收缩 挡风玻璃采用大曲面玻璃 且与车顶园滑过渡 前风窗与水平面的夹角一般在25 度 33 度之间 侧窗与车身相平 前后灯具 门手把嵌入车体内 车身表面尽量光洁平滑 车底用平整的 盖板盖住 降低整车高度等等 这些措施有助于减少空气阻力系数 在80 年代初问世的德国奥迪100C型 轿车就是最突出的例子 它采用了上述种种措施 其空气阻力系数只有0 3 成为当时商业代轿车外形设 计的最佳典范
4、据试验表明 空气阻力系数每降低百分之十 燃油节省百分之七左右 曾有人对两种相同质量 相同 尺寸 但具有不同空气阻力系数 分别是 0 44 和 0 25 的轿车进行比较 以每小时88公里的时速行驶了 100 公里 燃油消耗后者比前者节约了1 7 公升 考察轿车车形的发展史 从本世纪初的福特T 型箱式车身到30 年代中型的甲虫型车身 从甲虫型车 身到 50 年代的船型车身 从船型车身到80 年代的楔型车身 直到今天的轿车车身模式 每一种车身外形 的出现 都不是某一时期单纯的工业设计的产物 而是伴随着现代空气动力学技术的进步而发展的 空气 阻力系数在过去的轿车手册中从未出现过 今天则是介绍轿车的常用
5、术语之一 成为人们十分关注的一种 参数了 车身壳体结构的分类 车身壳体按照受力情况可分为非承载式 半承载式和承载式 或称全承载式 三种 非承载式车身的特点是车身与车架通过弹簧或橡胶垫作柔性连接 在此种情况下 安装在车架上的车 身对车架的加固作用不大 汽车车身仅随本身的重力 它所装载的人和货物的重力及其在汽车行驶时所引 起的惯性力和空气阻力 而车架则承受发动机及底盘各部件的重力 这些部件工作时通过其支架传递的力 以及汽车行驶时由路面通过车轮和悬架传来的力 最后一项对车架或车身影响最大 半承载式车身的特点是车身与车架用螺钉连接 铆接或焊接等方法刚性地连接 在此种情况下 汽车 车身除了承受上述各项载
6、荷外 还在一定程度上有助于加固车架 分担车架的部分载荷 承载式车身的特点是汽车没有车架 车身就作为发动机和底盘各总成的安装基础 在此种情况下 上 述各种载荷全部由汽车车身承受 为了减小汽车的整车质量和节约材料 大多数中级 普通级 微型轿车和部分客车车身常采用承载式 结构 货车驾驶室只占汽车长度的小部分 不可能采用承载结构 没有完整的封闭构架的开式车身 敞篷车 也很难采用承载式结构 高级轿车车身如果为了提高汽车的 舒适性 减轻发动机及底盘各总成工作时传来的振动及汽车行驶时由路面通过车轮和悬架传给车身的冲击 则可采用非承载式结构 轿车车身和货车驾驶室都没有明显的骨架 而是由外部覆盖零件和内部钣件焊
7、合而成的空间结构 承载式车身的地钣有较完整 厚度也较大 的纵 横承力元件 其前部有两根断面尺寸较粗大的纵梁 11 它们往往与两侧的前挡泥钣8 和前面的散热器固定框9 等焊接成刚性较好的空间构架 以便直接安装 发动机和前悬架等部件并承受其工作载荷 与此相反 非承载式轿车 长头式货车的情况亦相同 的车身前部就较薄弱 其车前钣制件通常不是焊 接在车身壳体上 而是用螺钉相互连接起来并安装在车架上 车门 车窗及其附件和密封 车门是车身上重要部件之一 按其开启方式可分为顺开式 逆开式 水平移动式 上掀式和折叠式等几种 顺开式车门即使在汽车行驶时仍可借气流的压力关上 比较安全 而且便于驾驶员在倒车时向后观察
8、 故被广泛采用 逆开式车门在汽车行驶时若关闭不严就可能被迎面气流冲开 因而用得较少 一般只是为了改善上下 车方便性及适于迎宾礼仪需要的情况下才采用 水平移动式车门的优点是车身侧壁与障碍物距离较小的情况下仍能全部开启 上掀式车门广泛用作 轿车及轻型客车的后门 也应用于低矮的汽车 折叠式车门则广泛应用于大 中型客车上 在有些大型客车上 还备有加速乘客撤离事故现场以及 便于救援人员进入的安全门 轿车 货车驾驶室的车门以及客车驾驶员出入的车门通常由门外钣 门内钣 窗框 有的车上还装有 三角窗 等组成 门内钣是各种附件的安装基体 在其上装有 门铰链 升降玻璃及其导轨 玻璃升降器 门锁 车门开度限位器等附
9、件 有的轿车门内还布置有暖气通风管道和立体声收放音机的扬声器等等 车门借铰链安装在车身壳体 上 在汽车行驶时 车身壳体将产生反复扭转变形 为避免在此情况下车门与门框摩擦产生噪声 车门与 门框之间留有较大的间隙 靠橡胶密封条将间隙密封 汽车的前 后窗通常采用有利于视野而又美观的 曲面玻璃 借橡胶密封条嵌在窗框上或用专门的粘合剂粘贴在窗框上 为便于自然通风 汽车的侧窗玻璃通常可上 下或前 后移动 在玻璃与导轨之间装有呢绒或植绒 橡胶等材料的密封槽 某些汽车的侧窗还采用有利于汽车布置的圆柱面玻璃 侧窗玻璃采用茶色或降热层 可使室内保温并具有安闲宁静的舒适感 具有完善的冷气 暖气 通风及空调设备的高级
10、客车常常将侧 窗玻璃设计成不可移动的 以提高车身的密封性 汽车车身造型的演变 从 19 世纪末到 20 世纪初期 汽车设计师把主要精力都用在了汽车的机械工程学的发展和革新上 到了 20世纪前半期 汽车的基本构造已经全部发明出来后 汽车设计者们开始着手从汽车外部造型上进行改 进 并相继引入了空气动力学 流体力学 人体工 程学以及工业造型设计 工业美学 等概念 力求让汽 车能够从外形上满足各种年龄 各种阶层 甚至各种文化背景的人的不同需求 使汽车成为真正的科学与 艺术相结合的最佳表现形象 最终达到最完善的境界 汽车造型师们把汽车装扮成人类的肌体 例如 汽车的眼睛 前照灯 嘴 进风口 肺 空气滤清
11、器 血管 油路 神经一电路 心脏一发动机 胃 油箱 脚 轮胎 肌肉 机械部分 力图将一个 冷冰冰的机械注入以生命 使之具有非凡的艺术魅力 给人以美感 汽车车身形式在发展过程中主要经历 了马车型汽车 箱型汽车 甲壳虫型汽车 船型汽车 鱼型汽车 一 马车型汽车 我国古代早有 轿车 一词 是指用骡马拉的轿子 图 1 9 当西方汽车大量进入中国时 正是封闭 式方形汽车在西方流行之时 那时汽车的形状与我国古代的 轿车 相似 并与 轿车 一样让人感到荣 耀 于是 人们就将当时的汽车称为轿车 最早出现的汽车 其车身造型基本上沿用了马车的形式 因此 称为 无马的马车 英文名 Sedan就是指欧洲贵族乘用的一种
12、豪华马车 不仅装饰讲究 而且是封闭式的 可防风 雨和灰尘 并提高了安全度 18 世纪这种车传到美国后 也只有纽约 费城等少数大城市中的 富人才有资格享用 1908 年福特推出T 型车时 车身由原来的敞开式改为封闭式 其舒适性 安全性都 有很大提高 福特将他的 封闭式汽车 Closedcar 称为 Sedan 著名的福特T 型车是汽车型汽车的佼 佼者 二 箱型汽车 美国福特汽车公司在1915 年生产出一种不同于马车型的汽车 其外形特点很像一只大箱子 并装有 门和窗 人们称这类车为 箱型汽车 因这类车的造型酷似于欧洲贵妇人们用于结伴出游和其他一些场 合的人抬 轿子 式轻便座椅 所以它在商品目录中被
13、命名为 轿车 三 甲壳虫型汽车 1934 年 流体力学研究中心的雷依教授 采用模型汽车在风洞中试验的方法测量了各种车身的空气 阻力 这是具有历史意义的试验 1934 年 美国的克莱斯勒公司首先采用了流线型的车身外形设计 1937 年 德国设计天才费尔南德 保时捷开始设计类似甲壳虫外形的汽车 甲壳虫不但能在地上爬行 也能在空中飞行 其形体阻力很小 保时捷博士最大限度地发挥了甲壳虫外形的长处 使 大众 汽车成 为当时流线型汽车的代表作 从20 世纪 30 年代流线型汽车开始普及到40 年代末的 20 年间 是甲壳虫型 汽车的 黄金时代 四 船型汽车 1945 年 福特汽车公司重点进行新车型的开发
14、经过几年的努力 终于在1949 年推出了具有历史意 义的新型 V8 型福特汽车 因为这种汽车的车身造型颇像一只小船 所以人们称它为 船型汽车 福特 V8型汽车的成功之处不仅仅在于它在外形设计上有所突破 而且它还首先将人体工程学的理论引入到汽 车的整体设计上 取得了令人较为满意的结果 所谓人体工程学 就是用科学的方法解析的形体和能力 设计与之相吻合的机械与器具 船型汽车不论从外形上还是从性能上来看都优于甲壳虫型汽车 并且还较 好地解决了甲壳虫型汽车对横风不稳定的问题 现在 福特公司的那种具有行李箱的四门四窗的轿车 已 被全世界确认为轿车的标准形式 五 鱼型汽车 为了克服船型汽车的尾部过分向后伸出
15、 在汽车高速行驶时会产生较强的空气涡流作用这一缺陷 人 们又开发出像鱼的脊背的鱼型汽车 1952 年 美国通用汽车公司的别克牌轿车开创了鱼型汽车的时代 如果仅仅从汽车背部形状来看 鱼型汽车和甲壳虫型汽车是很相似的 但如仔细观察 会发现鱼型汽车的 背部和地面所成的角度比较小 尾部较长 围绕车身的气流也就较为平顺些 所以涡流阻力也相对较小 另一方面 鱼型汽车是由船型汽车演变而来的 所以基本上保留了船型汽车的长处 诸如车室宽大 视野 开阔 车身侧面的形状阻力较小 造型更具有动感 乘坐舒适等 这些都远远地超过了甲壳虫型汽车的性 能 另外 鱼型汽车还特别地增大了行李舱的容积 所以更适合于家庭外出旅行等使
16、用 正因为如此 鱼 型汽车才得以迅速地发展 但也同时存在着一些致命的弱点 一是由于鱼型车的后窗玻璃倾斜得过于厉害 致使玻璃的表面积增大了一至二倍 强度有所下降 产生 了结构上 的缺陷 二是当汽车高速行驶时汽 车的升力较大 鉴于鱼型汽车的缺点 设计师在鱼型汽车的尾部安上了一个上翘的 鸭尾巴 以此来克服一部分空气 的升力 这便是 鱼型鸭尾式 车型 六 楔形汽车 鱼型鸭尾式 车型虽然部分地克服了汽车高速行驶时空气的升力 但却未从根本上解决鱼型汽车的 升力问题 在经过大量的探求和试验后 设计师最终找到了一种新车型 楔形 这种车型就是将车身整 体向前下方倾斜 车身后部像刀切一样平直 这种造型能有效地克服升力 第一次按楔形设计的汽车是1963 年的司蒂倍克 阿本提 这辆汽车在汽车外形设计专家中得到了极 高的评价 1968 年 通用公司的奥兹莫比尔 托罗纳多改进和发展了楔形汽车 1968 年又为凯迪拉克高 级轿车埃尔多所采用 楔形造型主要在赛车上得到广泛应用 因为赛车首先考虑流体力学 空气动力学 等 问题对汽车的影响 车身可以完全按楔形制造 而把乘坐的舒适性作为次要问题考虑 如20 世纪 80 年代
