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空气动力主导变化 车身简史之车身外形

    马车车身/箱型车身纵观世界汽车发展史,我们可以看到现代汽车车身形式的发展是沿着车厢、箱体、流线型、船型、鱼型和楔形车身一步步发展起来的。这个发展过程很大程度上取决于当时的科技水平和物质条件,也正是通过空空气动力学研究,汽车车身才发展成 展开全文

马车车身/箱型车身

纵观世界汽车发展史,我们可以看到现代汽车车身形式的发展是沿着车厢、箱体、流线型、船型、鱼型和楔形车身一步步发展起来的。这个发展过程很大程度上取决于当时的科技水平和物质条件,也正是通过空空气动力学研究,汽车车身才发展成今天的样子。先来看看以空空气动力学为主攻方向的车身简史。

●1886-1914年:车厢体时代

1886年1月29日,随着卡尔·本茨获得第一个汽车专利证书的喜悦,汽车诞生在地球上。相信大部分人都知道,这款三轮汽车叫做“奔驰一号”,是卡尔·本茨在马车上搭载了0.85马力发动机而获得的。不久后,一辆四轮马车配备了1.1马力的发动机,成为世界上第一辆四轮车。当时汽车几乎没有车身,因为当时的工程师把所有的经验都集中在新的动力系统、传动系统和机械控制上。

1902-1908年,此时的车身基本上还是沿用马车的车身结构,但随着汽车最大速度的增加,越来越多的迎面而来的风让乘客难以忍受,于是给汽车增加了前挡风玻璃,同时为了防晒防雨的需要,还在汽车上安装了可拆卸的引擎盖。

● 1915 ~ 1933:箱体时代

1915年,一种新型福特T型车在美国上市。因为方形车身看起来像一个大盒子,所以福特T型车被称为盒子车。这种车身形式被福特命名为轿车,真正确立了完整车身的概念。新的T型列车有一个完全封闭的驾驶舱,驾驶舱内安装有窗户和门,车身面板也由钢板冲压成型钢板制成。

后来,雪佛兰在散热器盖、发动机通风口和轮毂盖上做了豪华的装饰,使得箱式车越来越漂亮。1924年,通用汽车首次在车身上采用了Duco色漆,改变了汽车只有单一黑色的局面。在大型豪华车领域,为了打破盒子的单调和死板,颜色、图案和装饰成为了造型的重点。1927年,美国通用汽车公司成立了“色彩与艺术”部门,由哈里·厄尔担任主管,标志着专业车身设计师进入汽车行业。

然而,随着技术的发展和人们对速度的要求,箱式汽车已经不能满足人们的需求。由于厢式货车的空空气阻力大,只有两种提高速度的方法:降低座舱高度和增加发动机功率。然而,降低驾驶舱高度让乘客和驾驶员感到非常沮丧,所有工程师都从增加发动机功率开始。在此期间,发动机从单缸发展到直列四缸、六缸、八缸,于是出现了像捷豹这样的奇怪造型。

棚车在旧时代仍然受到交通工具的影响,但是由于科学的不发达,人们在发明汽车的同时并没有关注汽车的其他需求,只是单纯的追求汽车的运输能力,对车身造型并没有做出多大的贡献。

流线形车身/船型车身

● 1934 ~ 1948年:流线型身体年龄

流线型设计风格起源于20世纪20年代末至50年代,在整个设计领域流行了二十多年。从最初的飞机到火车和汽车,从冰箱到吸尘器,从口红到饮料瓶,流线型的风格成为推动销量的最典型因素。

1934年,克莱斯勒气流车上市,这是世界上最早的流线型汽车。然而,当时消费者的审美意识还停留在箱型车时代。因此,花费大量资金开发的气流汽车销售非常失败,甚至差点导致克莱斯勒破产。1936年,林肯在流线型汽车的设计上更进了一步。精心设计的外观,再加上之前气流的铺垫,让鹤峰汽车相当成功。

然而,1935年发明的大众甲壳虫被认为是真正降低阻力系数的流线型车身最具代表性的车型。也可以说甲壳虫车身是标准的流线型车身。费迪南德·保时捷在希特勒宣布打造国产车的号召后,开始考虑一款耐用且经济的车型。他发现瓢虫的身体结构非常光滑,风阻系数极小。在瓢虫的启发下,甲虫的模样诞生了。

甲壳虫的车身充分利用了瓢虫的优势。全身钣金冲压,轻巧结实,工艺性好,设计完美。流线型汽车的量产从大众甲壳虫开始,流线型车身成为当时社会所追求的时尚风格。

然而流线型车身的缺点也很明显。内饰空舱相比于箱式车身明显更小,尤其是后排空舱,头顶几乎没有空舱。而且,在20世纪40年代,汽车的实际最大速度只有60-70公里/小时,在这个速度范围内,流线型车身对降低风阻的作用不大。

流线型汽车的另一个致命缺点是侧风的不稳定性。流线型机身的侧线正好类似于飞机机翼的平滑结构,上面有凸起,下面有平滑结构。当侧风吹起时,流线型车会产生升力,削弱轮胎迎风面的抓地力而上浮,有脱离原赛道的危险。此外,流线型的车看起来像瓢虫,车身上有很多过渡面。当时的金属技术没有现在发达,所以车身面板的质量很差。所以流线型的身体生命力不强。如今的甲壳虫其实只有当时流线型车身的外观特征,并不是真正的流线型车身。

●1949年至今:船型汽车时代

二战后,欧洲汽车工业不景气,几乎停滞不前。但是美国的汽车工业正在蓬勃发展。福特开始强调以人为本的设计理念。设计师亲身体验了驾乘人员的感受,构思出一款操作简单、乘坐舒适的汽车。1949年推出的V8汽车是第一款采用这一理念设计的汽车。V8轿车采用了将整个驾驶室置于前后轮之间的设计,发动机舱在驾驶室前方,行李舱在驾驶室后方。这种设计非常接近船的形状,所以被称为船车。

因为有行李厢,车的后部是阶梯式的。虽然与流线型车身相比有些涡流,但不是空空气动力学的落后,而是在车辆性能、内饰空与空气动力学之间找到了一个和谐的平衡点。当时,中国的第一辆红旗车是根据克莱斯勒帝国制造的,它采用了船形车身。车身宽大宏伟,还融入了中国特色。此外,上海牌汽车的车身也是应用的舟形车身。

20世纪60年代,由于受到太空热度的影响,美国汽车在汽车上加入了很多火箭元素,过于注重华丽的外观和豪华的内饰。凯迪拉克最早推出的所谓飞行梦想风格,灵感来源于飞机、火箭等飞行器。车尾增加尾翼,车棚从车头平滑向后扫,尾翼从车身突出,形成喷气嘴的形状,成为喷气时代高速的象征。比如凯迪拉克的多拉多就配备了尾翼、竖翼、横翼等。在汽车的两侧和尾部,而汽车的前部模仿鱼雷和火箭。

这些噱头注定是短暂的,完全没有功能意义。为了保证内空舱和行李舱空舱,船体的后挡风玻璃曾经向后延伸,但这种设计在高速行驶时会产生很强的涡流和风噪。由于上世纪70年代的石油危机,这种巨大而沉重的船体被废弃了。但是在今天的车身设计中,我们还是可以看到船形车身的应用,比如雪佛兰科迈罗、道奇Challenger等车型,但是在现代技术的支持下,我们修正了当时的空气动力学缺点空。

鱼型车身/楔形车身/当今的车身

●1960年至今:鱼身时代,为了降低风阻,提高速度和燃油经济性,箱式车成为流线型车。为了提高内饰空和舒适性,船体诞生了。但是艇体还是存在很多问题,所以设计师把艇尾设计成向艇尾倾斜,也就是鱼型体。鱼形身体是流线型的,但绝不是流线型身体的复兴,而是经过更深层次科学研究的新一代流线型身体。

由船形体演化而来的鱼形体很低,没有明显的台阶状。前后翼子板与车身融为一体,斜背角度相对平缓,尾部较长,车身周围气流相对顺畅,无涡流。鱼形身体比流线型身体更低、更长、更漂亮。它的截面积小,所以迎风阻力小,车身阻力也小。其次,鱼形车身后排座椅在后轮轴前面,后排座椅轻微摆动。因为后排座椅低,后视比舰体好。

随着时间的推移,欧洲汽车工业发展迅速。同时,也有对世界影响很大的汽车设计大师,如乔治亚罗、博通等。鱼型车身的代表作是乔治亚罗设计的大众热风轿跑车。这款鱼形车模代表了意大利车身行业所倡导的简约、简洁、精致、流畅的实用风格。

但是鱼形的身体也不是没有缺点。因为尾巴太下垂,鱼形身体的侧面形状非常接近翅膀的形状。根据风洞试验结果,与静止时的汽车相比,车速为100公里/小时时,汽车附着力会降低1/8,车速为150公里/小时时,附着力会降低1/4,高速行驶时,车尾没有足够的下压力,导致汽车行驶状态极不稳定。因此,设计师在鱼尾形车身尾部安装了鸭尾形尾翼,以获得高速下压力。因为这个形状是由Cam教授发现的,所以也叫Cam Tail。保时捷911 Carrera RS就是这种鱼形鸭尾车身最典型的车型。

●1963年至今:楔形体时代

如前所述,车身的造型已经从箱体发展到鱼尾,而这些变化都是为了克服空气的阻力,解决操控和舒适性。然而,为了解决车底压力的问题,设计师们想了各种方法,但没有一个能很好地解决。后来设计师想到了将整个身体向前向下倾斜,有效克服升力,于是就出现了能很好抑制升力的楔形体。

楔形车身时代是汽车行业追求速度的高潮期。楔形车身功能和造型完美,适合高速安全驾驶,充满动感和气势。第一个楔形体是由图贝克·阿本蒂在1963年设计的。遗憾的是,第一个楔形体诞生于船形体时代,并未被人们所接受。可见该车的造型设计合理实用,如果脱离周围环境很难让人接受。

70-80年代是楔形体的全盛时期。这一时期的特点是前进气格栅设计为上宽下窄,发动机盖向前倾斜。这个时代诞生了一大批经典车型,比如高尔夫、帕萨特、奥迪100等等。到目前为止,楔形车身仍然是汽车外观的趋势,但各大厂商在设计汽车时弱化了楔形车身的特点,增加了各个品牌的外观特点。

●今天的身体

如今的车身设计已经非常成熟,但归根结底,如今的车身仍然属于楔形车身,但除了楔形特征之外,车身造型也变得更加复杂多样。除此之外,如今的车身已经能够通过上千次的风洞试验来解决车身的升力问题,在车空房中的应用也已经被设计师巧妙地操控。

此外,如今的车身设计也刮起了浓浓的复古风,当年的经典车身形式也被各大厂商完美再现,如停产的PT漫步者、新换代的大众甲壳虫、即将上市的电影主角雪佛兰科迈罗、奥迪A7,都重新诠释了箱体、流线型车身、艇身、鱼身的外观特征。

大众这样的新家族式也是对楔形车身时代的致敬。新亮相的全新宝马3系,车头快速下垂,将楔形车身展现得淋漓尽致。有些车型到目前为止还没有改变。比如经典的保时捷911系列就是当年鱼形车身的延续。

宝马X6等跨界车型完美结合了车身造型、使用和空空气动力学。

摘要

这就是车身形态发展史介绍的结尾。可以看出,车身从汽车诞生到现在的每一次变化,都是围绕空空气动力学展开的。未来随着空空气动力学的进一步发展,人们对车身的要求会进一步提高,相信会有更多更好的车身形态出现。让我们拭目以待。

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