确定汽车外形有三个因素:即机械工程学、人体工程学和空气动力学。汽车外形的演变就是三者协调的发展。
机械工程学,要求动力性好、操纵稳定性好等;人体工程学,要求驾乘人员有足够的活动空间,舒适性好;空气动力学,要求汽车行驶时空气阻力小。汽车诞生100多年来,汽车外形经过马车形、箱形、甲壳虫形、船形、鱼形、楔形和子弹头形等的演变。
(1)马车形汽车
汽车诞生时,主要精力集中在动力的更换,常说当初的汽车就是不用马拉的车,驾驶员是不拿马鞭的车夫,早期英国生产的一种汽车在车的右侧专门设计了一个相当于马车上挂马鞭的钩子。
本茨的第一辆三轮汽车和戴姆勒的第一辆四轮汽车不但是马车形,还是无篷马车形。原始的汽车没有车篷也是有其原因的。首先,人们感到能有一辆不用马拉的车已经很不错了;其次,早期的发动机功率很小,一般只能乘坐2~3人,如果再给它装上一个笨重的车篷和车门,恐怕连自身也无法拉动。正是由于这些原因,汽车无篷阶段持续了很长的时间。
不过,作为一种交通工具,人们总是希望它越跑越快。所以,车速逐渐成为评价汽车性能的重要指标。人们普遍愿望激励着汽车工程师们想出种种办法来提高车速。车速提高以后,所带来的直接问题就是:马车形汽车采用的敞篷式或活动布篷难以抵挡风雨侵袭。于是,改善驾乘人员环境条件的问题被提了出来。
1900年,德国人费迪南德·波尔舍设计了带球面挡风板的汽车(图4.1),这是流线型汽车的萌芽造型。
1903年,美国福特A型汽车将车头部分做成倾斜形状,从而减弱了吹在驾乘人员面部的风力。1905年生产的C型汽车开始采用挡风玻璃(图4.2)。
图4.1 带球面挡风板的汽车
图4.2 最早采用挡风玻璃的福特C型汽车
1908年,福特汽车公司生产了著名的T型车(图4.3)。这是一种带布篷的可乘坐4人的小客车。1908年最初推出的福特T型车是马车形汽车的典型代表。
马车形时代,其实并没有形成汽车自己造型的风格,所以,也可以说是汽车造型的史前时代。
(2)箱形汽车
1896年,法国人潘哈德和雷瓦颂生产了世界上首辆封闭式汽车,是箱形汽车的开端。
1915年,福特汽车公司生产出一种新型T形车(图4.4),人们将这种T型车作为箱形汽车的代表。这种汽车的车室很像一个倒扣着的大箱子,且装有车门和车窗,所以人们将这种汽车以及后来生产的类似汽车称为箱形汽车。箱形汽车可以说是真正意义上的汽车造型的初期阶段。
图4.3 马车形汽车
图4.4 箱形汽车
这种车避免了风吹、日晒、雨淋。因此,这种汽车一问世,就受到了公众的喜爱,人们纷纷购买。但是,箱形汽车也存在着问题:它的速度达不到人们希望的那么快。工程师们想尽办法来提高车速,如改进轮胎结构,以便减小车轮与地面之间的滚动阻力;降低车身高度,以减少迎风面积等。虽然这些措施都取得了一定的效果,但仍然不能令人满意。
箱形汽车重视了人体工程学,内部空间大,乘坐舒适,有“活动房屋”的美称。但是,随着车速的提高,空气阻力大的问题暴露了出来,空气阻力与车速的平方成正比。箱形汽车空气阻力大,前窗玻璃、车顶特别是汽车后部产生的很强的空气涡流会造成汽车能量的消耗,影响汽车的前进。
(3)甲壳虫形汽车
箱形汽车时代的后期,人们逐步认识到减小空气阻力的重要性。汽车的空气阻力除与迎风面积有关外,还与汽车的纵剖面形状有很大的关系。最初,人们只是直观地想,通过减小汽车迎风面积来降低空气阻力,也就是减小汽车横断面的几何尺寸(即宽度和高度)。其中,由于受到乘坐空间的限制,车身的宽度没有多大的文章可作,于是降低车身高度成了减小空气阻力的主攻方向。1900年,车身的普遍高度与马车相仿,高度为2.7 m;1910年降低到1.9 m;而当代轿车的车身高度为1.1~1.3 m。在汽车横断面不能再减小情况下,改变汽车纵剖面的形状成为降低汽车空气阻力的关键。因此,促使人们致力于流线型车身的设计,从而产生了后来的甲壳虫形汽车。
为了减少汽车空气阻力,许多汽车厂家在探讨新的汽车外形。
1934年,美国克莱斯勒汽车公司的“气流”牌轿车(图4.5)首先采用流线型车身,是流线型汽车的先锋。遗憾的是,由于该型汽车的造型超越了当时的审美观,而在销售时遭到惨败。但是,该型汽车的诞生宣告了汽车造型流线型时代的开始。
图4.5 克莱斯勒“气流”牌轿车
图4.6 “林肯·和风”牌轿车
1936年,福特汽车公司在“气流”牌轿车的基础上加以精练,并采用了迎合顾客口味的商业化设计,成功地研制出了“林肯·和风”牌流线型轿车(图4.6)。该型车注意了车身造型的协调美,如散热器罩精美而具有动感。(www.xing528.com)
流线型汽车的大量生产是从德国的“大众”牌轿车开始的。1937年,德国大众汽车公司的费迪南德·波尔舍设计了一种“甲壳虫”形汽车,最大限度地发挥了甲壳虫外形阻力小的长处。甲壳虫形汽车的典型代表是“大众”1200轿车(图4.7)。1939年8月15日,第一批“甲壳虫”形汽车问世,1981年第2 000万辆“甲壳虫”形汽车在墨西哥的大众分厂下线,打破了福特T形车的产量纪录,成为世界上同种车销量最多的汽车。波尔舍将甲壳虫外形成功地运用到汽车造型上,使其成为同类车中之王,从而也奠定了流线型汽车造型在人们心目中的地位,克莱斯勒“气流”牌轿车开创的流线型时代也被称之为“甲壳虫时代”。
但是,甲壳虫形汽车也有缺点:一是乘员活动空间明显变得狭小,特别是后排乘员,头顶几乎再没有空间,产生一种被压迫感;二是对横风的不稳定性。
图4.7 甲壳虫形汽车
图4.8 船形汽车
(4)船形汽车
第二次世界大战结束后,福特汽车公司于1949年又研制出福特V8型新车型(图4.8),它是船形汽车的代表。船形汽车采用了使汽车车室置于两轴之间的设计方法,从外形看,整车就像一只小船,所以称为船形汽车。
无论是甲壳虫形汽车还是箱形汽车,都出现了人体工程学与空气动力学的对立。而船形汽车较好地发挥了两种汽车的长处,克服了其缺点,使人体工程学与空气动力学基本统一在一种汽车外形设计上,特别是解决了甲壳虫形汽车遇横风不稳定的问题,因为这种汽车外形使风压面中心后移。
船形汽车存在问题是:由于车的尾部过分地伸长,形成了阶梯状,高速行驶时会产生较强的空气涡流,因此影响了车速的提高。
(5)鱼形汽车
为了克服船形汽车尾部呈阶梯状而产生较强空气涡流的缺点,设计者将汽车后窗倾斜,形成斜背式。由于斜背式汽车的背部很像鱼的脊背,所以这种汽车被称为“鱼形汽车”。最早的鱼形汽车是美国于1952年生产的“别克”牌轿车(图4.9)。
图4.9 鱼形汽车
鱼形汽车是船形汽车的阶梯背式进化来的斜背式。鱼形汽车车背是从后轮前部就开始倾斜,并逐渐与后行李厢相连,其倾斜较为缓慢,且斜坡很长,因此其空气阻力小于甲壳虫形汽车。另外,甲壳虫形汽车是从箱形汽车演变而来的,车身仍保持着船形汽车的整体式车身,且低矮宽敞。所以,鱼形汽车无论是实用性,还是空气动力性,都远远优于甲壳虫形汽车。
但是,鱼形汽车也存在较大的缺点:一是汽车后窗倾斜大、面积大,要想保持其视野,玻璃的面积与船形汽车相比要扩大两倍,这样既降低了车身的强度,也由于采光面积增加,使车内温度过高。二是鱼形汽车从车顶到车尾所形成的曲面与机翼上表面极其相似。故鱼形汽车在高速行驶时也容易产生较大的升力,使汽车与地面的附着力减小,从而使汽车的行驶稳定性和操纵稳定性降低。
(6)楔形汽车
为了较好地解决鱼形汽车的升力问题,人们又开始了艰难的探索,最后终于找到楔形造型,也就是车身前部向下方倾斜,使车尾更短、车顶较平,即所谓楔形汽车。
图4.10 楔形汽车
最早采用楔形车身的是1963年司蒂倍克公司的“阿本提”轿车(图4.10)。但由于该车的造型超越了时代,在当时的销路不好,所以公司随后就倒闭了。但该种汽车的外形却得到汽车设计专家的高度评价,并预示着楔形时代的到来,随着在许多著名的车形身上都有着“阿本提”的影子。1968年,印第赛场上罗塔斯·他宾赛车就是典型的楔形车身(图4.11)。
(7)子弹头形汽车
当鱼形汽车存在的问题解决以后,人们又从改变轿车的概念上做文章,于是多用途厢式汽车问世了。
图4.11 楔形车身的1968年罗塔斯·他宾赛车
图4.12 子弹头形汽车
多用途汽车全称为“Multi-Purpose Vehiele”,简称“MPV”。它属于微型厢式汽车范畴,外形趋于楔形,我国称为“子弹头”汽车(图4.12)。
最早推出的多用途汽车是法国雷诺公司生产的“空间”牌汽车,但未能引起广泛的注意,直到克莱斯勒汽车公司将多用途汽车作为其一代“旗舰”产品加以推广后,才家喻户晓。1984年,克莱斯勒汽车公司推出第一代多用途汽车,道奇分部的产品为“大篷车”牌;顺风分部的产品为“航海家”牌。这是世界汽车工业史上划时代的产品之一,它不仅使当时处境危机的克莱斯勒汽车公司起死回生,而且宣告一个以强调实用性、多用途和家庭化、休闲娱乐为特征的汽车消费新时代的到来。
子弹头汽车以轿车为原型,为单厢式,接近于面包汽车的内部空间,汽车的前部采用后倾大斜面的造型,融入了流线型赛车的风格。汽车性能优良,装备齐全,有活动家庭之感。它在外形设计上集流线型的优点于一身,线条流畅,动感性强,具有鲜明的时代气息。
汽车外开演变的每个时期都在不断地开拓着汽车的新的造型,都在尽力满足机械工程学和人体工程学的前提下,最大限度地减小空气阻力和升力的影响,从而使汽车的性能得以提高。同时,汽车外形的演变也是汽车美学的发展。
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