车身外型设计的两对矛盾


现代汽车追求舒适、动力和安全性能好,这些要求在车身外型的设计中构成了矛盾。

首先,乘驾舒适需要足够的车内空间,而要得到宽敞的空间就要增加汽车外型的尺寸。汽车的外型尺寸,尤其是横截面尺寸的增加,势必增加汽车的迎风面积,直接影响汽车的风阻系数。这样,舒适性与动力性就构成了一对矛盾。这对矛盾在汽车的速度比较低的时候影响不大,早期的汽车基本上是箱式的,汽车的外型完全根据内部的需要来设计。

随着汽车技术的发展,汽车的速度越来越高,风阻的矛盾就越来越突出。研究表明,随着速度的增加,路面阻力增加很小而风阻增加却很大。一般的箱式车,车速在每小时30公里以下时,消耗在路面阻力上的功率大于克服风阻所消耗的功率。而在这个速度以上,消耗在风阻上的功率就急剧增加。到了每小时70公里左右的速度,克服风阻所需要的功率就会超过路面阻力。如果速度超过每小时100公里,绝大部分的功率就消耗在克服风阻上了。

风阻的主要因素有两大方面,一是迎风面积,二是涡流。减少迎风面积的主要措施是减低车厢的高度。减少车厢的宽度虽然也能减少横截面的面积,但一般情况下效果不如减少高度显著。为了保留足够的内部空间,保证有舒适的乘坐空间,汽车的截面是不可以随意减少的。为了进一步减低风阻,就要从减少汽车行驶中产生的涡流入手。

我们在大街上常常看到一些大货车驶过后,马路上的尘土、纸屑打着转满天飞,这就是汽车行驶搅动空气形成的涡流。汽车的前挡风玻璃、车顶、车侧、车后都可以产生涡流。研究涡流最有效的手段是风洞试验,汽车模型静止于隧道型空间中,车身周围是高速流动的空气,这样来模拟汽车高速行驶的条件。通过安装在车身各部分的传感装置测量空气的运动。从而了解涡流的运动情况。研究表明,具有流线型车身的汽车抗涡流的性能最好。

流线型车身的纵截面与飞机机翼的的形状相似,高速运动时会产生升力,对行驶稳定性产生负面作用。这就产生了第二对矛盾,即动力性与安全性的矛盾。为了增加稳定性,现代汽车车身造型在流线型的基础上不断改进,车身重心前移、前低后高、增加尾部纵截面的相对面积、增加搅流板等等。

舒适性与动力性、动力性与稳定性,如何解决这两对矛盾构成车身设计历史的主流话题。汽车的车身从箱型、甲壳虫型发展到船型、楔型和现在的滴水型,以及在这些形状基础上的许多变种,其内在的驱动力就是这两对矛盾的平衡过程。汽车车身的设计工作流程,也从单纯的由内向外发展到由外向内、内外结合的方式。

林教授
2001年12月8日

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