【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 樣的情況下出現(xiàn)的。 1934 年，大量生產(chǎn)的克萊斯勒178。氣流牌小客車(chē)首先采用流線(xiàn)型。該車(chē)側(cè)面形狀與雷依教授風(fēng)洞試驗(yàn)的第三種模型相似，如圖 。該車(chē)使以往分散的發(fā)動(dòng)機(jī)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(shè)有上下車(chē)腳踏板，保險(xiǎn)杠向前突出，這就是甲蟲(chóng)型汽車(chē)的初型。 圖 1934年克萊斯勒氣流牌子小客車(chē) 圖 流線(xiàn) 型車(chē)身的“甲蟲(chóng)型車(chē)”的大量生產(chǎn)是 1937 年年從伏克斯瓦根開(kāi)始的，如圖 。該車(chē)車(chē)身重視機(jī)能與合理性，因此同福特的 T 型車(chē)一樣有較強(qiáng)的生命力，T 型車(chē)曾持續(xù)了整２０年；伏克斯瓦根從 1937 年起連續(xù)生產(chǎn)了 30 年。德國(guó)的波爾舍博士采用輕便的扭杠彈簧，后置小型風(fēng)冷水平對(duì)置四缸發(fā)動(dòng)機(jī)，從而使甲蟲(chóng)的自然美被如實(shí)地運(yùn)用到車(chē)身造型上。 甲蟲(chóng)型汽車(chē)也有明顯的缺點(diǎn)。盡管它具有流線(xiàn)型，空氣阻力較小，但是與箱型汽車(chē)相比，乘員的活動(dòng)空間明顯變得狹小，特別是后排乘員，頭頂上幾乎沒(méi)有空間。它的另一個(gè)缺點(diǎn)是對(duì)橫向風(fēng)的不穩(wěn)定性。所謂橫向風(fēng)穩(wěn)定 性，就是風(fēng)力怎樣作用于車(chē)身側(cè)面的問(wèn)題。當(dāng)橫向風(fēng)作用在車(chē)身側(cè)面時(shí)，汽車(chē)縱截面的形狀決定風(fēng)的作用中心，即風(fēng)壓中心。橫向穩(wěn)定性問(wèn)題就是由風(fēng)壓中心與車(chē)身重心的相互 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 位置而產(chǎn)生的。 箱型汽車(chē)的縱斷面，明顯是后部大，風(fēng)壓中心在車(chē)身重心之后。但甲蟲(chóng)型汽車(chē)，因追求流線(xiàn)型，風(fēng)壓中心向前移，位于車(chē)身重心之前。受到橫向風(fēng)的影響時(shí)，箱型車(chē)開(kāi)始是隨風(fēng)偏離行使路線(xiàn)，但接著是車(chē)尾繼續(xù)隨風(fēng)偏移，而車(chē)頭則轉(zhuǎn)向迎風(fēng)，最后使車(chē)子回到原來(lái)的路線(xiàn)。甲蟲(chóng)型車(chē)受到橫向風(fēng)作用后，車(chē)身前部隨風(fēng)偏離原來(lái)的行使路線(xiàn)，如圖 ，因此是不穩(wěn)定的。特別是車(chē)速超過(guò) 100km/h 后，容易失去行使的穩(wěn)定性。同時(shí)，甲蟲(chóng)型汽車(chē)忽略了人機(jī)工程學(xué)。 圖 甲殼蟲(chóng)型汽車(chē)和箱型汽車(chē)的恒豐穩(wěn)定性 ３ ） 船型汽車(chē) 在第二次世界大戰(zhàn)中發(fā)展起來(lái)的人機(jī)工程學(xué)被應(yīng)用于汽車(chē)上，福特公司于1949 年開(kāi)發(fā)出了福特 V8，如圖 。它與甲蟲(chóng)型車(chē)有很大的區(qū)別。第一次駕駛該車(chē)的駕駛員，被其輕便的操縱性所傾倒，后排的乘員則對(duì)其舒適性驚嘆不止。應(yīng)該說(shuō)在汽車(chē)設(shè)計(jì)上，以人為主體的設(shè)計(jì)思想，是從這時(shí)開(kāi)始的。即讓設(shè)計(jì)師置身于駕駛員及乘員的位置，來(lái)設(shè)計(jì)便于操縱、乘坐舒適的汽車(chē)，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(gè)車(chē)室置于兩輪之間的設(shè)計(jì)方法，前方為發(fā)動(dòng)機(jī)室，后部為行李艙，這樣非常接近于船的造型，故稱(chēng)之為船型汽車(chē)。 圖 1949年的福特 V8型小客車(chē) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 如圖 (a)，這種船型汽車(chē)的室寬就是車(chē)身的寬度，而且發(fā)動(dòng)機(jī)罩與前翼子板形成一體；以往是兩翼子板帶乘車(chē)踏板，因此車(chē)室的寬度較車(chē)身窄很多，如圖(b)。而船型汽車(chē)在不增加長(zhǎng)度的情況下，擴(kuò)大了車(chē)身的空間。后翼子板與行李艙也成為一體，使得車(chē)身側(cè)面從前到后成為一個(gè)平面，減小了側(cè)面的形狀阻力。 圖 前翼子板處理辦法的演變 船型汽 車(chē)的視野性也比甲蟲(chóng)型車(chē)好得多，除了四角上的窗框影響視線(xiàn)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(chē)既考慮了人機(jī)工程學(xué)，又考慮了空氣動(dòng)力學(xué)的影響，對(duì)今后的車(chē)身外形影響很大。 船型車(chē)如果采用普通發(fā)動(dòng)機(jī)前置，風(fēng)壓中心大體上與汽車(chē)重心一致。與甲蟲(chóng)型車(chē)比較，增加了車(chē)身的縱向面積，從而使風(fēng)壓中心后移，增加了高速行駛的穩(wěn)定性。 其次進(jìn)行的就是改善駕駛員的視野性。甲蟲(chóng)型車(chē)全盛時(shí)期大約為 年，而船型汽車(chē)從 1949 年開(kāi)始，已歷經(jīng) 50 多年，仍在沿用。證明了這種平直外形確實(shí)是十分優(yōu)秀的，沒(méi)有什么可改的。以后，又 在視野性上進(jìn)行了一些改進(jìn)，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(méi)有傾斜，基本上是垂直的。注重了空氣動(dòng)力學(xué)之后，其傾斜角逐漸加大。甲蟲(chóng)型汽車(chē)的背部形狀一般稱(chēng)為“滑背 ”，船型的稱(chēng)為“階梯背”，比其傾斜度更大的稱(chēng)為“半斜背”或斜背 。斜背式汽車(chē)已接近后面將要介紹的魚(yú)型車(chē)。 另外是采用大圓弧風(fēng)擋玻璃，將風(fēng)擋玻璃由駕駛員的前方擴(kuò)展到側(cè)面，視野性大大改善。后來(lái)有將這種玻璃應(yīng)用于后窗，取得了良好的效果。但是這種玻璃流行了 年，后來(lái)由于立柱強(qiáng)度不夠，撞車(chē)或傾翻事故時(shí)，容易發(fā)生車(chē)身彎曲和車(chē)頂分離的 危險(xiǎn)。 后來(lái)還出現(xiàn)過(guò)后窗玻璃的反傾斜的造型，但不久也被淘汰了。 4） 魚(yú)型汽車(chē) 船型汽車(chē)有人機(jī)工程學(xué)方面的優(yōu)越性，因此具有強(qiáng)大的生命力，成為世界汽車(chē)的基本車(chē)型。但是船型車(chē)尾部過(guò)分向后伸出，并形成階梯狀，也會(huì)產(chǎn)生空氣渦流，盡管它沒(méi)有箱型車(chē)嚴(yán)重。因此由階梯狀的標(biāo)準(zhǔn)型，逐漸將后車(chē)窗傾斜，傾斜 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 的極限，即成為苗條的魚(yú)型。斜背式車(chē)身就是魚(yú)型車(chē)身的典型。 魚(yú)型車(chē)亦屬于流線(xiàn)型，它與甲蟲(chóng)型車(chē)相比，有兩方面要注意：一是魚(yú)型是由船型演變而來(lái)的，它考慮了人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)用；二是這期間汽車(chē)風(fēng)洞試驗(yàn)的方法發(fā)生了相當(dāng)大的變化。因此，斜背式是 以更深入的科學(xué)研究為基礎(chǔ)的新式流線(xiàn)型。甲蟲(chóng)型汽車(chē)沒(méi)有考慮到路面的影響，隨著汽車(chē)風(fēng)洞試驗(yàn)方法的進(jìn)步，逐步制造出經(jīng)過(guò)錘煉的流線(xiàn)型。在充分考慮汽車(chē)特有的諸條件的基礎(chǔ)上，建立了新的汽車(chē)流線(xiàn)型理論體系，斜背式就是這樣的研究成果。 最早問(wèn)世的斜背式汽車(chē)是 1952 年通用汽車(chē)公司制造的別克小轎車(chē)， 1958 年英國(guó)阿斯頓178。馬丁公司生產(chǎn)的斜背式轎車(chē)，累計(jì)生產(chǎn)了 1110 輛，如圖 圖 英國(guó)阿斯頓 馬丁 魚(yú)型車(chē)與甲蟲(chóng)型車(chē)相比，兩者的區(qū)別在于：首先，二者都屬于流線(xiàn)型，但甲蟲(chóng)型車(chē)是由箱型車(chē)進(jìn)化而來(lái)的，車(chē)身高。從空氣 動(dòng)力學(xué)觀(guān)點(diǎn)看，前后翼子板和兩側(cè)踏板等發(fā)生卡門(mén)渦流的因素很多。魚(yú)型車(chē)是從船型車(chē)進(jìn)化來(lái)的，車(chē)身低，沒(méi)有階梯，前后翼子板與車(chē)體幾乎成一體，并且魚(yú)型車(chē)傾斜比較平緩，尾部較長(zhǎng)，圍繞車(chē)身的氣流也比較千順，不會(huì)產(chǎn)生渦流。魚(yú)型車(chē)身比甲蟲(chóng)型車(chē)低、長(zhǎng)、美觀(guān)，具有鯉魚(yú)的造型。它的橫截面積小，所以迎風(fēng)阻力小，形狀阻力也小。 其次，魚(yú)型車(chē)的后排座椅處于后橋的前方，因此后排擺動(dòng)小。由于重心低，乘客在汽車(chē)急轉(zhuǎn)彎時(shí)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(chóng)型車(chē)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(chē)的寬度一樣，那么魚(yú)型車(chē)室要寬敞得多，這是因?yàn)榧紫x(chóng)型滑背式車(chē)的前后翼子板及兩側(cè)踏板占據(jù)了一定的空間，而魚(yú)型的車(chē)身兩側(cè)平坦，車(chē)身寬度幾乎等于車(chē)室寬度。 還有，甲蟲(chóng)型汽車(chē)后排座后面的空間只能容納一個(gè)備用輪胎，而魚(yú)型斜背式車(chē)是一條平滑的曲線(xiàn)把車(chē)頂后緣與行李艙蓋連接起來(lái)，因此行李箱容積很大。 1964 年的順風(fēng)牌則完全脫離了過(guò)去的流線(xiàn)型，外形優(yōu)美，此后，魚(yú)型斜背式車(chē)基本上限于兩門(mén)及運(yùn)動(dòng)車(chē)，因?yàn)樗a(chǎn)生了新的缺點(diǎn)。首先，魚(yú)型斜背式車(chē)的后窗玻璃傾斜太大，與船型階梯式車(chē) 相比，后窗玻璃的上下寬度若不擴(kuò)大兩倍，就 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 無(wú)法保證后方視野。玻璃面積增大，使得車(chē)身重量增加，強(qiáng)度下降，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)上的缺陷。另外， 由于日光大面積射入車(chē)內(nèi)，在夏季，即使采用大功率冷風(fēng)裝置，車(chē)內(nèi)溫度也很高。 魚(yú)型車(chē)還有一個(gè)潛在的重大缺點(diǎn)，那就是同甲蟲(chóng)型車(chē)一樣，對(duì)橫向風(fēng)的不穩(wěn)定性。在時(shí)速 100km/h 以上行使時(shí)，受到橫向風(fēng)的影響，因而車(chē)身擺動(dòng)，轉(zhuǎn)向不易于控制。不僅如此，作為汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)的新課題 升力也在起作用。即在高速行使時(shí)，魚(yú)型車(chē)產(chǎn)生升力，從而減小了車(chē)輪與地面的附著力，遇到橫向風(fēng)時(shí)，車(chē)體就擺動(dòng)。 眾所周 知，飛機(jī)是靠作用在機(jī)翼上的升力浮在空中的，如果把魚(yú)型車(chē)加上翼，與飛機(jī)很相似，所以汽車(chē)車(chē)身上產(chǎn)生升力是不足為奇的。 為了解決橫向風(fēng)穩(wěn)定性問(wèn)題，人們可能會(huì)想到，只要不把汽車(chē)車(chē)身做成翼狀就可以了，從這一點(diǎn)出發(fā)，產(chǎn)生了短尾式，如圖 。短尾式就是把魚(yú)型車(chē)的后部砍掉一段，使之不成為翼狀，即使高速行使，也不會(huì)產(chǎn)生直背式那樣大的升力，因此對(duì)橫向風(fēng)也就比較穩(wěn)定。這種短尾式多少會(huì)產(chǎn)生卡門(mén)渦流。但是這種型式主要缺點(diǎn)是車(chē)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(chē)身對(duì)橫風(fēng)較穩(wěn)定的機(jī)理 后來(lái)，經(jīng) 過(guò)反復(fù)研究，終于找到了不產(chǎn)生升力的車(chē)型，即楔型車(chē)。 5） 楔型汽車(chē) 汽車(chē)外形發(fā)展到魚(yú)型，獲得了空間阻力最小的型式，這已為世人所公認(rèn)。但同時(shí)又產(chǎn)生了更為嚴(yán)重的問(wèn)題，即升力問(wèn)題。高速行使時(shí)，升力會(huì)帶來(lái)很多問(wèn)題，特別是方向盤(pán)過(guò)輕，操縱起來(lái)使人感到不安全。同時(shí)驅(qū)動(dòng)力 (前輪驅(qū)動(dòng)時(shí) )下降，會(huì)影響到汽車(chē)的其他性能。如果是后輪驅(qū)動(dòng)，附著力減小，即后輪騰空會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)力大幅度下降。因此升力問(wèn)題已不容忽視。 甲蟲(chóng)型車(chē)的升力系數(shù)最大，魚(yú)型車(chē)次之，船型車(chē)最小。升力的計(jì)算公式與阻力的計(jì)算公式大致相同 。 根據(jù)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，和汽車(chē)靜止時(shí) 相比，時(shí)速 100km/h 時(shí)，其附著力減小 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 1/8 時(shí)。減小 1/4。200km/h 時(shí)，減小 1/2。這樣不僅方向盤(pán)發(fā)飄，如果是前輪驅(qū)動(dòng)車(chē)，則驅(qū)動(dòng)力要大幅度下降，又陷入了不能充分發(fā)揮驅(qū)動(dòng)力和行使穩(wěn)定的困境。 人們首先是在賽車(chē)上裝一個(gè)翼，這個(gè)翼與飛機(jī)的翼形相同，只是翻過(guò)來(lái)安裝，如圖 。這樣在行駛中會(huì)得到和升力同樣性質(zhì)的力，只是作用方向向下，以此來(lái)克服車(chē)身上的升力，以保證行車(chē)安全。因?yàn)橐硪芸?，所以其安裝裝置設(shè)計(jì)很困難，制作得堅(jiān)固，則自重大，空氣阻力也大。如果用空氣阻力小的細(xì)柱做支撐，會(huì)由于振動(dòng)和空氣阻力而破壞，成 為事故的隱患。 圖 裝在賽車(chē)上的翼的作用原理 為了解決升力問(wèn)題，想了種種辦法，但都沒(méi)能從根本上解決問(wèn)題。如果將車(chē)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(guò)多次風(fēng)洞試驗(yàn)，查明了車(chē)身各部分行駛中所受風(fēng)壓的情況，魚(yú)型車(chē)和船型車(chē)的負(fù)壓都很大，特別是發(fā)動(dòng)機(jī)罩和車(chē)頂前部更為嚴(yán)重。 為了不產(chǎn)生升力，最好使之產(chǎn)生向下而不是水平的正壓，通過(guò)各種模型的風(fēng)洞試驗(yàn)，終于 找到了楔型。也就是車(chē)身前部呈尖形且向下，車(chē)身后部像刀切一樣平直 在高速安全性的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出來(lái)的楔型車(chē)是 1963 年的司蒂倍克178。阿本提，如圖 。該車(chē)問(wèn)世不久，司蒂倍克公司就倒閉了。因?yàn)椤鞍⒈咎帷闭Q生在船型車(chē)興盛的時(shí)代，在當(dāng)時(shí)還是不被大多數(shù)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(jí)車(chē)埃爾德拉多就采用了司蒂倍克178。阿本提小轎車(chē)的設(shè)計(jì)型式。 楔型車(chē)是目前所考慮的高速汽車(chē)，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(chē)的長(zhǎng)處，又不損壞作為實(shí)用車(chē)的舒適性和視野性， 1969年設(shè)計(jì)的培里那178。氣動(dòng)力學(xué)小轎車(chē)，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(shè)計(jì)（論文） 14 圖 1963年的司蒂倍克阿本提轎車(chē) 圖 1969年的培里那氣動(dòng)力學(xué)轎車(chē) 1979 年在日內(nèi)瓦國(guó)際汽車(chē)展覽會(huì)上，喬治178。雅羅設(shè)計(jì)的楔型運(yùn)動(dòng)車(chē)，名為黑桃皇牌，引起了公眾的注目。該車(chē)車(chē)窗闊大，外形清爽利落，脫俗，令人贊賞。是 20 世紀(jì) 80 年代的典型作品之一。這時(shí)，已進(jìn)入了楔型汽車(chē)的全盛時(shí)期，其特點(diǎn)是把散熱器罩做成橫寬形，上下很窄，發(fā)動(dòng)機(jī)罩向前傾斜，加高行李艙的高度。 同時(shí)，在參賽的汽車(chē)中，有的汽車(chē)后部采用鴨尾式，如圖 。原因是車(chē)速達(dá)到 120km/h 以上時(shí)，車(chē)身后部也會(huì)產(chǎn)生若干升力。因?yàn)槭切】蛙?chē)，尾部可能“砍”得太過(guò)分，所以才會(huì)有升 力，如果車(chē)速再高，這個(gè)問(wèn)題就會(huì)更加嚴(yán)重。在這種情況下，產(chǎn)生了“鴨尾”造型，功能如圖 。沿車(chē)頂流動(dòng)的空氣，遇到“鴨尾”產(chǎn)生向下的作用力，使后輪附著力增大，這對(duì)后輪驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)是最有效的。但是這種設(shè)計(jì)形式影響后方視野性。為此，在整體上接近楔型的車(chē)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(chē)，如圖 。 圖 鴨尾式車(chē)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(jì) 90 年代，包括 20 世紀(jì)末和 21 世紀(jì)初，依然 以這種型式為基礎(chǔ)，折中于船型汽車(chē)，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(jì)初的楔型轎車(chē)。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 圖 新型楔型轎車(chē) 圖 奧德賽商務(wù)車(chē) 另一種趨勢(shì)是把汽車(chē)設(shè)計(jì)成真正的楔型，只是尾部不是“砍”得很平，仍以曲線(xiàn)形式過(guò)減小了渦流的形成。前部發(fā)動(dòng)機(jī)罩與風(fēng)擋玻璃的過(guò)渡愈來(lái)愈平滑，沒(méi)有太明顯的折轉(zhuǎn)。圖 所示為奧德賽商務(wù)車(chē)的外形，它更接近流線(xiàn)型，側(cè)面更接近楔型，是進(jìn)入 21 世紀(jì)以來(lái)最為流行的造型之一。 外 型設(shè)計(jì) 1）汽車(chē)造型設(shè)計(jì)主要滿(mǎn)足一下要求： （ 1）使汽車(chē)具有盡可能完美的藝術(shù)形象 ； （ 2）使汽車(chē)具有良好的空氣動(dòng)力性能 ； （ 3）保證汽車(chē)良好的適應(yīng)性 ； （ 4）使汽車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)具有良好的工藝性 。 2） 本車(chē)的造型設(shè)計(jì)充分考慮了美學(xué) 性 、 實(shí)用性 和人機(jī)工程學(xué) ；結(jié)合本車(chē)的實(shí)際情況，最終確定車(chē)身造型 如 圖 ： 圖 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 內(nèi)飾 設(shè)計(jì) 現(xiàn)代轎車(chē)已經(jīng)不是一個(gè)單純的運(yùn)載工具，它已經(jīng)是 “ 人、汽車(chē)與環(huán)境 ” 的組合體。座椅作為汽車(chē)使用者的直接支承裝置，在車(chē)廂部件中具有非 同小可的重要性。汽車(chē)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(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足以下