图2-9 Rinspeed Splash水陆空三栖汽车
不仅如此,电脑被广泛地运用在汽车上,也将是未来汽车的重要标志。将来的汽车装上电脑指挥系统。可以把驾驶员的意志和外界行驶条件结合起来转化成电信号,然后集中输送到微处理器,经过分析计算后,向车辆的各个部分发出指令。使汽车更为安全可靠。甚至可以出现无人驾驶的“智能”汽车。
将来还会出现更多造型奇特、性能卓越的汽车。例如,履带式气垫车,用充气的橡胶履带来代替汽车的轮子,可以在泥泞道路或沼泽地自由行走。无轮步行式汽车,是仿照动物行走的特征制造的,装有四条腿,下坑洼、涉泥泞都非常灵活。总之未来汽车比我们现在想象要丰富得多。
5.车辆造型的手法和技巧;
采用平行、垂直、放射、曲率相等、曲率相似等线型将车身有机地组织起来。
除了希望汽车具有活动外形感外,还希望外形美观、协调和丰富多彩。
??巧妙的比例划分车身艺术效果靠???线型组织??? 实现 ?一、在汽车上采用重复的形样和线条——普遍采用
采用一些重复的零件(如窗及窗框等),能使汽车各部分更加协调和统一。
缺点:这种标准零件的重复,多为精确的重复,容易给人单调之
感,且动感也差。
二、采用有组织的线条
?放射式的,相互平行的?汽车线型组织多采用?相互垂直的,曲率相等??几何形状相似的??,??的,?线条
??——既使车身的线条丰富多采,又能构成生动形象的形体。如汽车前围、前后风窗、侧窗的比例划分,相互平行的曲线也屡见不鲜。
一、 例曲线的应用
在车身上采用比例曲线,对美化汽车的艺术形象有很大作用。
① 采用“车身制表面”工作,在同一零件的曲面上将会有很多比例曲线→使零件更为完整。
② 汽车各个部分可以用比例曲线进行呼应。
图a)是轿车前翼子板切口的侧面形状。为使后翼子板切口形状与之呼应,可用改变Y座标的比例的方法来获得一条比例曲线(图b)。——前后两翼子板切口曲线达到了既有重复,又有变化的效果。
③ 线型的组织应使整车协调,力求避免某个局部出现线型紊乱和不协调现象。
注意:艺术设计时,对汽车的侧面及前后视图的表面划分和线型组织,应进行反复、仔细的推敲,并且要绘出若干方案进行比较,以求得最好的艺术效果,决对不可草率行事。
6.车辆造型与空气动力学;
一、空气动力学的基本概念
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,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。二、汽车外形的演变与空气动力学的关系
走近汽车,首先会被它的外貌吸引。神采各异的面孔是怎样演变过来的?
最初生产的汽车是篷体的,像马车,只不过车的动力由马匹改为内燃机。后来篷体改为厢体,厢体是矩形的,人们称它为箱型。早在20世纪初大规模生产的福特T型汽车就是一种箱型汽车,它奠定了以后汽车的基本造型。
随着汽车速度的增加,风阻问题提到了设计日程上来,尤其是讲究速度的小型汽车。 1.空气阻力的五个组成部分
平常说的风阻大都是指汽车的外部与气流作用产生的阻力。实际上,流经汽车内部的气流也对汽车的行驶构成阻力。研究表明,作用在汽车上的阻力是由5个部分组成的。 a、外型阻力,指汽车前部的正压力和车身后部的负压力之差形成的阻力,约占整个空气阻力的58%;
b、干扰阻力,指汽车表面突出的零件,如保险杠、后视镜、前牌照、排水槽、底盘传动机构等引起气流互相干扰产生的阻力,约占整个空气阻力的14%;
c、内部阻力,指汽车内部通风气流、冷却发动机的气流等造成的阻力,约占整个空气阻力的12%;
d、由高速行驶产生的升力所造成的阻力,约占整个空气阻力的7%; e、空气相对车身流动的摩擦力,约占整个空气阻力的9%; 2. 降低风阻的主要方法
降低风阻有两个主要的办法,减少迎风面积和采用流线形状。降低车厢高度可以有效
地减少迎风面积,例如人们所称的\船型\车身形状,分有发动机舱、乘员舱和行李舱,象驾驶舱建在甲板上的船,增加长度,降低高度,有效减少迎风面积。我们知道,作为乘载工具,迎风面积的减少是有限的,一种称为\楔型\的高速汽车在减少迎风面积方面可谓是登峰造极,但是楔形的运载空间很小,多作为赛车。
而流线型则可以减少空气流经车身时产生的涡流,从而减少阻力。例如甲壳虫形状的汽车,就具有比较明显的流线形状,典型代表是德国大众汽车厂生产的\甲壳虫\车。人们寄希望于流线型,但是,流线型同样不是汽车的理想外型。人们常用的是流线型的各种变形,如斜背式、鱼形、滴水形??或者是它们的某种组合。
所以说,流线型不是特定的车型。流线型是指空气流过不产生旋涡的理想形状,流线型应用的最高境界是飞机的机翼。上述的甲虫型、鱼型、楔型、滴水型都具有不同程度的流线型特征,但是作为以运载为主要目的的陆路运输工具,绝对的流线型是不现实的。流线型也有它的弊病,就是高速行驶时会产生升力,影响驾驶稳定性。为了克服这个弊病,设计师还要在车身上安装导流板和扰流板。
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之间。
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术语之一,成为人们十分关注的一种参数了 三、导流板与扰流板
现代轿车的经常时速已达100公里左右,最高时速更达200公里以上,因此轿车的车身设计既要服从空气动力学,要有尽量低的空阻系数,又要采取措施,在车身的前后端安装导流板和扰流板,以保证轿车的行驶安全。
在空气动力学上,有法国物理学家贝尔努依证明的一条理论:空气流速的速度与压力成反比。也就是说,空气流速越快,压力越小;空气流速越慢,压力越大。例如飞机的机翼是上面呈正抛物形,气流较快;下面平滑,气流较慢,形成了机翼下压力大于上压力,产生了升力。如果轿车外型与机翼横截面形状相似,在高速行驶中由于车身上下两面的气流压力不同,下面大上面小,这种压力差必然会产生一种上升力,车速越快压力差越大,上升力也就越大。这种上升力也是空气阻力的一种,汽车工程界称为诱导阻力,约占整车空气阻力的7%,虽然比例较小,但危害很大。其它空气阻力只是消耗轿车的动力,这个阻力不但消耗动力,还会产生承托力危害轿车的行驶安全。因为当轿车时速达到一定的数值时,升力就会克服车重而将车子向上托起,减少了车轮与地面的附着力,使车子发飘,造成行驶稳定性变差。
为了减少轿车在高速行驶时所产生的升力,汽车设计师除了在轿车外型方面做了改进,
将车身整体向前下方倾斜而在前轮上产生向下的压力,将车尾改为短平,减少从车顶向后部作用的负气压而防止后轮飘浮外,还在轿车前端的保险杠下方装上向下倾斜的连接板。连接板与车身前裙板联成一体,中间开有合适的进风口加大气流度,减低车底气压,这种连接板称为导流板。在轿车行李箱盖上后端做成象鸭尾似的突出物,将从车顶冲下来的气流阻滞一下形成向下的作用力,这种突出物称为扰流板。
还有一种扰流板是人们受到飞机机翼的启发而产生的,就是在轿车的尾端上安装一个与水平方向呈一定角度的平行板,这个平行板的横截面与机翼的横截面相同,只是反过来安装,平滑面在上,抛物面在下,这样车子在行驶中会产生与升力同样性质的作用力,只是方向相反,利用这个向下的力来抵消车身上的升力,从而保障了行车的安全。这种扰流板一般安装在时速比较高的轿跑车上(参阅图示轿车)。目前不少轿车都装有导流板和扰流板,藉以提高轿车的性能。
四、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