【文章內容簡介】 樣的情況下出現的。 1934 年，大量生產的克萊斯勒178。氣流牌小客車首先采用流線型。該車側面形狀與雷依教授風洞試驗的第三種模型相似，如圖 。該車使以往分散的發(fā)動機罩、前翼子板、頭燈等成為一體，消除凸凹部分，但仍保留前翼子板，并設有上下車腳踏板，保險杠向前突出，這就是甲蟲型汽車的初型。 圖 1934年克萊斯勒氣流牌子小客車 圖 流線 型車身的“甲蟲型車”的大量生產是 1937 年年從伏克斯瓦根開始的，如圖 。該車車身重視機能與合理性，因此同福特的 T 型車一樣有較強的生命力，T 型車曾持續(xù)了整２０年；伏克斯瓦根從 1937 年起連續(xù)生產了 30 年。德國的波爾舍博士采用輕便的扭杠彈簧，后置小型風冷水平對置四缸發(fā)動機，從而使甲蟲的自然美被如實地運用到車身造型上。 甲蟲型汽車也有明顯的缺點。盡管它具有流線型，空氣阻力較小，但是與箱型汽車相比，乘員的活動空間明顯變得狹小，特別是后排乘員，頭頂上幾乎沒有空間。它的另一個缺點是對橫向風的不穩(wěn)定性。所謂橫向風穩(wěn)定 性，就是風力怎樣作用于車身側面的問題。當橫向風作用在車身側面時，汽車縱截面的形狀決定風的作用中心，即風壓中心。橫向穩(wěn)定性問題就是由風壓中心與車身重心的相互 本科生畢業(yè)設計（論文） 9 位置而產生的。 箱型汽車的縱斷面，明顯是后部大，風壓中心在車身重心之后。但甲蟲型汽車，因追求流線型，風壓中心向前移，位于車身重心之前。受到橫向風的影響時，箱型車開始是隨風偏離行使路線，但接著是車尾繼續(xù)隨風偏移，而車頭則轉向迎風，最后使車子回到原來的路線。甲蟲型車受到橫向風作用后，車身前部隨風偏離原來的行使路線，如圖 ，因此是不穩(wěn)定的。特別是車速超過 100km/h 后，容易失去行使的穩(wěn)定性。同時，甲蟲型汽車忽略了人機工程學。 圖 甲殼蟲型汽車和箱型汽車的恒豐穩(wěn)定性 ３ ） 船型汽車 在第二次世界大戰(zhàn)中發(fā)展起來的人機工程學被應用于汽車上，福特公司于1949 年開發(fā)出了福特 V8，如圖 。它與甲蟲型車有很大的區(qū)別。第一次駕駛該車的駕駛員，被其輕便的操縱性所傾倒，后排的乘員則對其舒適性驚嘆不止。應該說在汽車設計上，以人為主體的設計思想，是從這時開始的。即讓設計師置身于駕駛員及乘員的位置，來設計便于操縱、乘坐舒適的汽車，并從理論上解釋了兩輪之間的乘坐位置的 顛簸最小，采用了將整個車室置于兩輪之間的設計方法，前方為發(fā)動機室，后部為行李艙，這樣非常接近于船的造型，故稱之為船型汽車。 圖 1949年的福特 V8型小客車 本科生畢業(yè)設計（論文） 10 如圖 (a)，這種船型汽車的室寬就是車身的寬度，而且發(fā)動機罩與前翼子板形成一體；以往是兩翼子板帶乘車踏板，因此車室的寬度較車身窄很多，如圖(b)。而船型汽車在不增加長度的情況下，擴大了車身的空間。后翼子板與行李艙也成為一體，使得車身側面從前到后成為一個平面，減小了側面的形狀阻力。 圖 前翼子板處理辦法的演變 船型汽 車的視野性也比甲蟲型車好得多，除了四角上的窗框影響視線外，四面都可以看到外面，因此福特 V8 受到了顧客的歡迎。該車既考慮了人機工程學，又考慮了空氣動力學的影響，對今后的車身外形影響很大。 船型車如果采用普通發(fā)動機前置，風壓中心大體上與汽車重心一致。與甲蟲型車比較，增加了車身的縱向面積，從而使風壓中心后移，增加了高速行駛的穩(wěn)定性。 其次進行的就是改善駕駛員的視野性。甲蟲型車全盛時期大約為 年，而船型汽車從 1949 年開始，已歷經 50 多年，仍在沿用。證明了這種平直外形確實是十分優(yōu)秀的，沒有什么可改的。以后，又 在視野性上進行了一些改進，即前后窗的傾斜度逐漸加大，以減小空氣阻力。 1930 年以前，前后窗沒有傾斜，基本上是垂直的。注重了空氣動力學之后，其傾斜角逐漸加大。甲蟲型汽車的背部形狀一般稱為“滑背 ”，船型的稱為“階梯背”，比其傾斜度更大的稱為“半斜背”或斜背 。斜背式汽車已接近后面將要介紹的魚型車。 另外是采用大圓弧風擋玻璃，將風擋玻璃由駕駛員的前方擴展到側面，視野性大大改善。后來有將這種玻璃應用于后窗，取得了良好的效果。但是這種玻璃流行了 年，后來由于立柱強度不夠，撞車或傾翻事故時，容易發(fā)生車身彎曲和車頂分離的 危險。 后來還出現過后窗玻璃的反傾斜的造型，但不久也被淘汰了。 4） 魚型汽車 船型汽車有人機工程學方面的優(yōu)越性，因此具有強大的生命力，成為世界汽車的基本車型。但是船型車尾部過分向后伸出，并形成階梯狀，也會產生空氣渦流，盡管它沒有箱型車嚴重。因此由階梯狀的標準型，逐漸將后車窗傾斜，傾斜 本科生畢業(yè)設計（論文） 11 的極限，即成為苗條的魚型。斜背式車身就是魚型車身的典型。 魚型車亦屬于流線型，它與甲蟲型車相比，有兩方面要注意：一是魚型是由船型演變而來的，它考慮了人機工程學的應用；二是這期間汽車風洞試驗的方法發(fā)生了相當大的變化。因此，斜背式是 以更深入的科學研究為基礎的新式流線型。甲蟲型汽車沒有考慮到路面的影響，隨著汽車風洞試驗方法的進步，逐步制造出經過錘煉的流線型。在充分考慮汽車特有的諸條件的基礎上，建立了新的汽車流線型理論體系，斜背式就是這樣的研究成果。 最早問世的斜背式汽車是 1952 年通用汽車公司制造的別克小轎車， 1958 年英國阿斯頓178。馬丁公司生產的斜背式轎車，累計生產了 1110 輛，如圖 圖 英國阿斯頓 馬丁 魚型車與甲蟲型車相比，兩者的區(qū)別在于：首先，二者都屬于流線型，但甲蟲型車是由箱型車進化而來的，車身高。從空氣 動力學觀點看，前后翼子板和兩側踏板等發(fā)生卡門渦流的因素很多。魚型車是從船型車進化來的，車身低，沒有階梯，前后翼子板與車體幾乎成一體，并且魚型車傾斜比較平緩，尾部較長，圍繞車身的氣流也比較千順，不會產生渦流。魚型車身比甲蟲型車低、長、美觀，具有鯉魚的造型。它的橫截面積小，所以迎風阻力小，形狀阻力也小。 其次，魚型車的后排座椅處于后橋的前方，因此后排擺動小。由于重心低，乘客在汽車急轉彎時也不致傾倒。從駕駛員的角度看，由于后席低，后窗下緣也低，因此后下方視野性好。而甲蟲型車的滑背式，一般后席都比較擠，位置正處于后 橋上方，搖擺大，位置也高，影響后方視野。 此外，如果兩種車的寬度一樣，那么魚型車室要寬敞得多，這是因為甲蟲型滑背式車的前后翼子板及兩側踏板占據了一定的空間，而魚型的車身兩側平坦，車身寬度幾乎等于車室寬度。 還有，甲蟲型汽車后排座后面的空間只能容納一個備用輪胎，而魚型斜背式車是一條平滑的曲線把車頂后緣與行李艙蓋連接起來，因此行李箱容積很大。 1964 年的順風牌則完全脫離了過去的流線型，外形優(yōu)美，此后，魚型斜背式車基本上限于兩門及運動車，因為它產生了新的缺點。首先，魚型斜背式車的后窗玻璃傾斜太大，與船型階梯式車 相比，后窗玻璃的上下寬度若不擴大兩倍，就 本科生畢業(yè)設計（論文） 12 無法保證后方視野。玻璃面積增大，使得車身重量增加，強度下降，產生結構上的缺陷。另外， 由于日光大面積射入車內，在夏季，即使采用大功率冷風裝置，車內溫度也很高。 魚型車還有一個潛在的重大缺點，那就是同甲蟲型車一樣，對橫向風的不穩(wěn)定性。在時速 100km/h 以上行使時，受到橫向風的影響，因而車身擺動，轉向不易于控制。不僅如此，作為汽車空氣動力學的新課題 升力也在起作用。即在高速行使時，魚型車產生升力，從而減小了車輪與地面的附著力，遇到橫向風時，車體就擺動。 眾所周 知，飛機是靠作用在機翼上的升力浮在空中的，如果把魚型車加上翼，與飛機很相似，所以汽車車身上產生升力是不足為奇的。 為了解決橫向風穩(wěn)定性問題，人們可能會想到，只要不把汽車車身做成翼狀就可以了，從這一點出發(fā)，產生了短尾式，如圖 。短尾式就是把魚型車的后部砍掉一段，使之不成為翼狀，即使高速行使，也不會產生直背式那樣大的升力，因此對橫向風也就比較穩(wěn)定。這種短尾式多少會產生卡門渦流。但是這種型式主要缺點是車室狹窄，因此它并不是解決橫向穩(wěn)定性的最佳方案。 圖 短尾式車身對橫風較穩(wěn)定的機理 后來，經 過反復研究，終于找到了不產生升力的車型，即楔型車。 5） 楔型汽車 汽車外形發(fā)展到魚型，獲得了空間阻力最小的型式，這已為世人所公認。但同時又產生了更為嚴重的問題，即升力問題。高速行使時，升力會帶來很多問題，特別是方向盤過輕，操縱起來使人感到不安全。同時驅動力 (前輪驅動時 )下降，會影響到汽車的其他性能。如果是后輪驅動，附著力減小，即后輪騰空會導致驅動力大幅度下降。因此升力問題已不容忽視。 甲蟲型車的升力系數最大，魚型車次之，船型車最小。升力的計算公式與阻力的計算公式大致相同 。 根據風洞實驗的結果，和汽車靜止時 相比，時速 100km/h 時，其附著力減小 本科生畢業(yè)設計（論文） 13 1/8 時。減小 1/4。200km/h 時，減小 1/2。這樣不僅方向盤發(fā)飄，如果是前輪驅動車，則驅動力要大幅度下降，又陷入了不能充分發(fā)揮驅動力和行使穩(wěn)定的困境。 人們首先是在賽車上裝一個翼，這個翼與飛機的翼形相同，只是翻過來安裝，如圖 。這樣在行駛中會得到和升力同樣性質的力，只是作用方向向下，以此來克服車身上的升力，以保證行車安全。因為翼要架空，所以其安裝裝置設計很困難，制作得堅固，則自重大，空氣阻力也大。如果用空氣阻力小的細柱做支撐，會由于振動和空氣阻力而破壞，成 為事故的隱患。 圖 裝在賽車上的翼的作用原理 為了解決升力問題，想了種種辦法，但都沒能從根本上解決問題。如果將車身整體向前下方傾斜，能有效地克服升力，為摸索這種造型，通過多次風洞試驗，查明了車身各部分行駛中所受風壓的情況，魚型車和船型車的負壓都很大，特別是發(fā)動機罩和車頂前部更為嚴重。 為了不產生升力，最好使之產生向下而不是水平的正壓，通過各種模型的風洞試驗，終于 找到了楔型。也就是車身前部呈尖形且向下，車身后部像刀切一樣平直 在高速安全性的基礎上設計出來的楔型車是 1963 年的司蒂倍克178。阿本提，如圖 。該車問世不久，司蒂倍克公司就倒閉了。因為“阿本提”誕生在船型車興盛的時代，在當時還是不被大多數人所接受。 合理的東西，終為人們所接受。 1968 年凱迪拉克的最高級車埃爾德拉多就采用了司蒂倍克178。阿本提小轎車的設計型式。 楔型車是目前所考慮的高速汽車，已接近于理想的造型，但是它的后方視野性不好。既要發(fā)揮楔型車的長處，又不損壞作為實用車的舒適性和視野性， 1969年設計的培里那178。氣動力學小轎車，其前部呈尖形，后部如刀切一樣齊，是真正的楔型，如圖 。 本科生畢業(yè)設計（論文） 14 圖 1963年的司蒂倍克阿本提轎車 圖 1969年的培里那氣動力學轎車 1979 年在日內瓦國際汽車展覽會上，喬治178。雅羅設計的楔型運動車，名為黑桃皇牌，引起了公眾的注目。該車車窗闊大，外形清爽利落，脫俗，令人贊賞。是 20 世紀 80 年代的典型作品之一。這時，已進入了楔型汽車的全盛時期，其特點是把散熱器罩做成橫寬形，上下很窄，發(fā)動機罩向前傾斜，加高行李艙的高度。 同時，在參賽的汽車中，有的汽車后部采用鴨尾式，如圖 。原因是車速達到 120km/h 以上時，車身后部也會產生若干升力。因為是小客車，尾部可能“砍”得太過分，所以才會有升 力，如果車速再高，這個問題就會更加嚴重。在這種情況下，產生了“鴨尾”造型，功能如圖 。沿車頂流動的空氣，遇到“鴨尾”產生向下的作用力，使后輪附著力增大，這對后輪驅動的汽車是最有效的。但是這種設計形式影響后方視野性。為此，在整體上接近楔型的車體上，升高后翼子板的型式是一種折中的方案，它同樣適用于高速行駛的轎車，如圖 。 圖 鴨尾式車位 圖 “鴨尾”的功能 圖 升高的后翼子板 這種型式一直延續(xù)到 20 世紀 90 年代，包括 20 世紀末和 21 世紀初，依然 以這種型式為基礎，折中于船型汽車，仍有明顯的行李箱蓋，只是尺寸變小，以保證楔型的明顯特征。圖 ，所示為 21 世紀初的楔型轎車。 本科生畢業(yè)設計（論文） 15 圖 新型楔型轎車 圖 奧德賽商務車 另一種趨勢是把汽車設計成真正的楔型，只是尾部不是“砍”得很平，仍以曲線形式過減小了渦流的形成。前部發(fā)動機罩與風擋玻璃的過渡愈來愈平滑，沒有太明顯的折轉。圖 所示為奧德賽商務車的外形，它更接近流線型，側面更接近楔型，是進入 21 世紀以來最為流行的造型之一。 外 型設計 1）汽車造型設計主要滿足一下要求： （ 1）使汽車具有盡可能完美的藝術形象 ； （ 2）使汽車具有良好的空氣動力性能 ； （ 3）保證汽車良好的適應性 ； （ 4）使汽車車身設計具有良好的工藝性 。 2） 本車的造型設計充分考慮了美學 性 、 實用性 和人機工程學 ；結合本車的實際情況，最終確定車身造型 如 圖 ： 圖 本科生畢業(yè)設計（論文） 16 內飾 設計 現代轎車已經不是一個單純的運載工具，它已經是 “ 人、汽車與環(huán)境 ” 的組合體。座椅作為汽車使用者的直接支承裝置，在車廂部件中具有非 同小可的重要性。汽車座椅的主要功能是為駕駛者提供便于操縱、舒適、安全和不易疲勞的駕駛座位。座椅設計時應同時滿足以下