汽 车 外 形

当人们注目马路上南来北往的汽车时，看到的是它的外形;当我们欣赏展览会上风格各异的轿车时，注意的是它的造型。汽车(尤其是轿车)，以其外形向人们炫耀着 自己的身份与地位，暗示着自己的性能与价格……当然，最主要的还是向世人展示自己的美学属性。    评价一辆汽车造型的美学价值，应该排除个人的主观认识，以机能上的理想外形(即能够高度发挥汽车机能的完全合理的造型)作为评价的主要依据。    

确定汽车的外形需要考虑三个因素，即机械工程学、人体工程学和流体力学。首先，从机械工程学的角度来说，由于对汽车最主要的要求是能够行驶和坚固耐用，所以，必须在车架上安装发动机、散热器、离合器、变速箱、车轮、制动器等，这些装置安装在汽车的哪个部位，需要设计人员认真研究，而各装置所在的位置大体上就决定了汽车的基本骨架;另外，为了加工方便和万一撞车后易于修复，也需要考虑车身的结构，所有这一切都属于机械工程学研究的范畴。其次，汽车是由人来驾驶的，作为轿车和客车，除驾驶员以外，还要乘坐旅客，必须给他们留出足够的乘坐空间并且保证驾驶容易、上下车方便、乘坐舒适以及减少振动等，这从另一个方面决定了汽车的基本骨架，这些属于人体工程学研究的范畴。最后一个制约汽车外形的主要因素是空气动力学方面的问题，我们知道，当骑自行车前行时，人会感到迎面吹来的风比步行时要大，而且骑行速度越快，风的速度和阻力也就越大，同理，汽车高速行驶时也会受到空气的阻力，空气阻力的大小取决于汽车横截面面积、车身外形以及车速三个方面。   

汽车设计师在决定采用何种汽车造型时，必须将机械工程学、人体工程学和空气动力学三个方面的因素加以综合考虑，只有这样，才能使造出的汽车既可正常运行，又能方便驾驶和乘坐。当然，除了以上三方面的因素以外，各汽车制造厂在设计自己的汽车外形时，表现手法上还会有所不同。这主要是为了突出自己的特色并刺激顾客的购买欲望，不是决定汽车外形的根本因素。    

从汽车诞生的那一天起，世界各国的工程师们就在反复地尝试着设计从汽车机能方面来讲最为理想的造型。纵观百余年来的发展历程，汽车外形大体上可划分为马车型、箱型、甲壳虫型、船型、鱼型、楔型、子弹头型等七种类型。马 车 型 汽 车    1886年诞生的世界第一辆汽车，其外形相似于一辆马车。在那以后的近 30年时间里，虽然世界上相继出现了许多家汽车制造公司，但几乎所有的公司在设计汽车时都把主要精力放在了汽车的机械工程学方面，即只要能让汽车开动就行。至于汽车车身，基本上沿用了马车的造型，甚至英国生产过一种汽车，在车前右侧专门设计了一个相当于马车上挂马鞭用的钩子。难怪当时的人们将汽车称作“无马的马车”。    

当然，原始的汽车没有车篷也是有其原因的:首先，当时的人们看惯了没有车篷的马车，谁会无中生有地想出给汽车加上个篷子呢?大家感到能有一辆不用马拉的“马车”已经是很不错 了。其次，早期的汽车发动机功率非常有限(只有 3千瓦左右)，一般只能坐2--3人，如果再给它装上一个笨重的车篷和车门的话，恐怕连自身也无法拉动。再次，早期的汽车车速有限(世界第一辆汽车的速度为15千米/小时)，迎面风对驾乘人员的吹袭作用不是太明显，因而车篷的作用不是太大。    

基于以上原因，汽车的无车篷阶段持续了相当长的时间。    

不过，作为一种交通工具，人们总希望它能跑得更快，所以，车速往往是评价一辆汽车性能的重要指标。人们的这种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迎面吹来的风使驾乘人员难以忍受(例如，当汽车以 50千米/小时的速度前进时，坐在车上 的人所承受到的风速是 14米/秒— 相 当于 7级大风)，甚至无法睁开眼睛。这直接影响到行车的安全。    

1903年出产的“Ford一A型”车将车头部分做成倾斜的面，虽然这块倾斜的挡风板面积很小，但却可以使迎面吹来的风流向上方，大大减少了直接吹在乘员身上的风力。1905年生产的“Ford一C型”车开始采用挡风玻璃— 类似于今天一些年轻父母冬季在 自行车前装一块有机玻璃，以便减轻寒风对孩子的吹袭一样。    

1908年，福特汽车公司生产了著名的“Ford一T型”车(图 11)，这是一种带布篷的可乘坐 4人的小客车。尽管车篷的前端需要驾驶员用皮带扎在身上才能避免被风吹走，但它还是以其质 量好、价格低、易驾驶等 优点而 备受用 户欢迎。

"Ford - T型”车开创了人类的汽车时代，其 自身也成为马车型汽车的典型代表。类似 于马车型汽车的造型今 天仍可看到，这就 是吉普车马车型的汽车造型，作为汽车技术尚未成熟时代的产物，被持续采用了相当长的一段时间。在这个时期，汽车设计师们还没有引进空气动力学的原理。

箱 型 汽 车    

由于带有敞篷或活动布篷的马车型汽车很难抵挡风雨的侵袭，因此，福特汽车公 司于 1915年 又生产 出了一种新型 的"T型”车。这种车的车室很像一只倒扣着的大箱子，并且装有车门和车窗，所以人们将这辆汽车以及后来生产的类似汽车称作为“箱”型汽车(彩图 3)。从那以后，汽车的基本造型就算基本确定了。    

毫无疑问，人们坐在带有车篷的汽车里外出兜风，要比坐敞篷车舒服多了。因此，这种汽车一问世，就受到了公众的喜爱，人们纷纷掏钱购买。消费的刺激使得汽车产量迅速增加，马路上跑着的汽车越来越多，加快了人类的生活节奏，促进了社会的发展。    

但是，箱型汽车也存在着一个问题，那就是它的速度达不到人们希望的那么快。工程师们想尽种种办法来提高车速，如改进轮胎结构，以便减小车轮与地面之间的滚动阻力;加大发动机功率使汽车更加有劲;降低车身高等以减小迎风面积……虽然这些措施都取得了一定的效果，但却仍然不能令人满意。    

原因何在呢?研究证实，当汽车以不变的速度在平坦路面上前进时，所受到的阻力有轮胎与地面的滚动阻力和空气阻力两项。其 中滚动阻力数值不是很大，而且随着车速的变化其变化值也不大。但空气阻力就不一样了，它随着车速的提高明显加大。当车速超过 100千米/小时时，发动机所输出的功率大部分都消耗在空气阻力上了。由于早期的箱型汽车有较大的迎风面积和形状阻力，所以箱形结构不太适合于时速超过 100干米的汽车。    

当然，箱型汽车也有它的优点，由于这种汽车的内部空间比较大，因而有活动房屋的美称，非常适合于家庭用车。即使在今天，它仍然具有很大的实用价值，只是今天的箱型汽车与以前相比棱角部分过渡得比较 圆滑了，前窗玻璃略为有些倾斜了，车身高度也有所降低了。之所以这种型式的汽车还有用武之地，原因就在于作为家庭用车主要用于市区之内短距离的客货运输，对车速的要求不是太高。甲 壳 虫 型 汽 车    1934年，克莱斯勒汽车公司生产出的“气流”牌小轿车首先采用了流线型的结构，这种具有划时代意义的卓越造型，给汽车工业的发展作出了不可磨灭的贡献。但是，在销售方面它却遭到了惨败，究其原因是这一造型超越了时代的欣赏能力。    

1937年，德国大众公司的保时捷博士设计的一种轿车较好地解决了减小汽车前进时空气阻力的问题。人们根据这种汽车的形体，将其称之为“甲壳虫”型汽车(彩图4)0    

为什么甲壳虫型汽车能较大地减小空气阻力呢?这要从空气涡流说起。    

生活中我们注意到:当一辆汽车从身边经过时，地上的尘土、纸片、树叶等较轻的东西会紧跟在车后旋转、飞扬，这就是汽车前进所造成的空气涡流引起的现象，龙卷风就是空气涡流的一个典型实例。由于涡流具有一定的能量，而汽车前进所造成的空气涡流能量只能是来源于汽车能量的消耗，所以说，空气涡流因其能量消耗会阻碍汽车的前进。    

德国科学家保尔·亚莱在 1920年的实验研究结果证明:一件物体所受到的空气阻力大小与物体的形状、迎风面积和前进速度有关，物体的迎风面积越大，前进速度越快，空气阻力就越大;前端呈方形的物体比前圆后尖的物体前进时所遇到的空气阻力大。自然界里，鸟、鱼和雨滴的形状阻力是最小的。    

由于汽车在使用过程中不能为减小空气阻力而牺牲前进速度，因此，要想减小空气阻力只能从减小迎风面积和形状阻力两个方面入手。    

轿车的平均高度在 1900年时为 2.7米左右，以后逐渐降低，今天的小轿车只剩下 1.3---1.4米高了，这种变化的目的就在于减小迎风面积。    

为了减小空气阻力，许多汽车厂家都在探索、试制新的汽车外形。甲壳虫外形的汽车造型仿照了自然界经过无数代淘汰而生存下来，既可以在地上爬行，也能在空中飞行的甲壳虫的外形，所以形状阻力很小。该车投产以后马上受到人们的喜爱，成为同类车中的佼佼者，它所保持的单一型号 2 000多万辆产量的世界纪录至今无人能够打破。    

但是，甲壳虫型汽车也有其致命的缺点，这就是当车速超过 100千米/小时时，如果遇上较强的侧向风作用，汽车会被风吹着偏离原来的行驶路线，从而发生撞车甚至翻车事故。因此，几乎所有的驾驶员在驾驶这种汽车高速行驶时都会感到特别费力。除此以外，甲壳虫型汽车的造型决定了它的内部空间较小，特别是后排座位的乘客，头顶上面几乎没有空间，使人产生较重的压抑感。                

船 型 汽 车    

福特汽车公司于 1949年生产出了具有历史意义的新车型— "Ford-V8型”汽车。它将前翼子板和发动机罩制成了一体，后翼子板和行李舱罩制成了一体，大灯和散热器罩也制成了一体，车身两侧形成一个平滑的面，车室位于车的中间。从外形看，整个汽车就像一只小船，所以人们将其称作“船”型汽车。    

这种汽车设计时充分利用了在“二战”期间发展起来的人体工程学理论，虽没像 以前设计汽车那样奉行性能优先的原则，但却考虑到了驾驶员的操作简单性问题和乘客乘坐舒适性问题，从而使驾驶员感到汽车非常容易操纵，乘客也感到特别舒服，极大地提高了行车安全性，很受消费者的欢迎。    

在以往的汽车设计中，设计者往往脱离发动机 、悬挂装置等机械部分的工作原理，单凭艺术上的美感来设计汽车的外形。而福特汽车公司在设计“Ford一V8型”汽车时，则强调以人为主体的设计思想，也就是让设计师置身于驾驶员和乘客的角度去设计一辆便于操作、乘坐舒适的汽车。另外，设计过程中还首次从理论上解决 了两轮之间的乘坐位置的颠簸程度最小，以及车室的前后空间过大不利于驾驶 员向后观察等问题。最后设计定型的汽车取消了乘车踏板等附属物，使得该车在宽度、长度不变的前提下，扩大了车身内部的空间。它的两个侧面从前到后都制成了平滑的面，减小了形状阻力，提高了车速 。由于后边的行李舱加大了，侧面风吹过 来时就不再是单纯地作用在车的前部，增加 了抗侧向风吹袭的能力。因此，即使高速行驶时遇到较强的侧向风，也不会发生摇头摆尾的现象。    

这种型式的汽车造型被普遍应用于大 型车 、中型车和小型车，从它问世的 50年代开始一直都在生产(彩图 13)。我国自行研制的红旗牌高级轿车就采用了船型造型。    

船型汽车存在的问题是由于后尾过分地向后伸出，形成了阶梯状，高速行驶时会产生比较强的涡流，影响了车速的大幅度提高。                

鱼 型 汽 车    

为了克服“船型”汽车因采用阶梯式后尾而造成的涡流现象，人们又将船型汽车的后窗玻璃制作成倾斜式，由于倾斜式的后窗玻璃类似于鱼的脊背，所以这类汽车被称为“鱼”型汽车(彩图 14)。最早的鱼型汽车是美国于 1952年生产的“别克”牌小轿车。    

如果单从汽车的背部来看，鱼型汽车和甲壳虫型汽车非常相似，但若仔细比较，就可看出两者之间所存在的具体差别:首先，甲壳虫型汽车是由箱型汽车进化而来的，车身较高，迎风面积大，前后翼子板和两侧脚踏板都暴露在车身之外，空气涡流较大;而鱼型汽车则是由船型汽车进化而来的，它吸收了船型汽车的优点，车身较低，宽度不大，所以迎风面积小，前后翼子板、脚踏板、大灯罩等都隐蔽在车身之内，再加上车尾较长，围绕车身的气流平顺，不会产生太强的涡流，因而，鱼型汽车比甲壳虫型汽车的空气阻力小得多。其次，鱼型汽车后排座 比较靠前，行车时后排座乘员的摇摆感较轻，加之车身较低，即使急转弯，乘员也不会摔倒。再次，如果鱼型汽车和甲壳虫型汽车宽度相等的话，那么鱼型汽车的车室要宽敞得多，这是因为后者的前后翼子板、两侧脚踏板都占据了一定的空间，而前者由于车身两侧平滑，车身宽度几乎等于车室宽度。另外，鱼型汽车的后行李舱容积也比甲壳虫型大得多，为车主随车带货提供了更大的方便。由此可见，鱼型汽车在许多方面都优于甲壳虫型汽车。但是，它也并非完美无缺，在解决了旧的不足之后，又带来了新的矛盾。    

由于鱼型汽车后窗玻璃倾斜过甚，如果其尺寸与船型汽车一样大小的话，那么驾驶员倒车时将无法看清后面的路况。为了倒车安全，只好加大玻璃尺寸。但玻璃尺寸加大以后，一是容易破碎，二是太阳光大面积射入车内，导致夏天车内闷热不堪。    

另外，鱼型汽车还存在着遇横风而不稳的问题。不过，鱼型车的遇横风而不稳不同于甲壳虫型汽车的遇横风而不稳，甲壳虫型汽车重心偏后，横风风压中心靠前，高速时只要遇上横风车轮就会发飘。而鱼型车的重心和风压中心基本位于同一位置，为什么还会产生遇横风不稳的间题呢?这主要是因为其造型的关系。这种车身横截面近似于飞机机翼断面的造型，使它在高速行驶时会产生一种升力，从而减小了车轮与地面之间的附着力，无法抵挡横风的吹袭。如果前轮的附着力减小，方向盘会不可思议地变轻，即使转动方向盘，也不会如实地按要求方向前进，使驾驶员感到发飘。楔 型 汽 车    

为了从根本上解决因采用鱼型结构而带来的升力间题，人们进行了反复的探索，最后终于找到了楔形造型。也就是让车身前部呈尖形且向前下方倾斜，车身后部像刀切一样平直，这种造型可以有效地克服升力问题(彩图5)0    当然，作为实用的轿车，不能像赛车那样以牺牲乘客的乘坐舒适性为代价来换取升力问题的解决 ，必须统筹考虑两者的关系。最早按“楔型”设计的小轿车是 1963年出产的“司蒂倍克·阿本提”，尽管它的造型获得了专家们的高度评价，但在市场销售中却一败涂地，公司不得不宣布破产。原因是它生不逢时，在船型车盛行的年代，人们无法接受与之形成尖锐对比的楔型车。    

不过，真正优秀的东西不会总被埋没的，“司蒂倍克·阿本提”的楔型设计于 1966年和 1968年分别被“奥兹莫比尔”和“卡迪拉克”所采纳、继承、发展。从那以后，楔型成为了轿车的首选造型。今夭的新型轿车大多采用了这种结构，一般将散热器罩做成竖窄横宽，发动机罩呈前倾式，行李舱高度加高。个别车型的尾部甚至采用了“鸭尾式”造型(有利于使沿车顶流动的空气在鸭尾部产生向下的作用力，增大后轮的附着力。   

研究楔型的结构可以发现，车身前部呈尖形且向下倾斜，高速行驶时的空气流可在前轮产生向下的压力，防止前轮发飘。车身尾部如同刀切一样平直，可减小车顶以后部分的负压，防止后轮飘起。这种造型最大限度地解决 了升力问题。

子 弹 头 型 汽 车    

按说，汽车外形发展到楔型以后，升力问题基本上得到了圆满的解决。但人类追求至善至美的心态是永不满足的，当轿车的升力问题基本解决以后，人们又从改变轿车的基本概念上做起 了文章，于是，一种新型 的轿车— 多用途轿车(Multi Purpose Vehicle即 MPV，或 All Purpose Vehicle即APV，我国称之为“子弹头型”)问世了。   

进入80年代以后，克莱斯勒汽车公司道奇分部和顺风分部先后推出了“商队”(Caravan)和“航海家”(Voyager)两种新型汽车。尽管这两种汽车仍以轿车外型为原型，但其车身造型却一改轿车传统的二厢或三厢式结构概念，在小型客车(面包车)车型概念的基础上进一步延伸发展 ，使之成为既有轿车的造型风格、操纵性能和乘坐感觉等特性，又具小客车的多乘客和大空间的优点，成为集商务、家用和旅游休闲等功能为一体的多用途车。这种车一问世，马上引起了消费者的极大兴趣，销售形势非常乐观。后来，为了商业竞争的需要，通用、福特、丰田、雷诺、戴姆勒一奔驰等汽车公司先后推出了自己的MPV，使这种类型的汽车形成了一股强大的势力，占据了一定的市场份额。由于这种车的造型酷似子弹头，因此，在我国，人们将其俗称为“子弹头型”汽车，而在国外，消费者则将其称为“蛋形造型”。    

MPV不仅在外形设计上集流线型与楔型的优点于一身，而且在制造加工上引进了当今航空航天的先进技术。两种不同风格的交叉结合，表现出了流线型从以往的短曲线发展成为了长弧曲线。这种造型表现出了未来主义的艺术倾向，线条流畅，色调柔和，动感性强，具有鲜明的时代气息和时尚风格。    

由于 MPV的前风挡玻璃倾斜度很大，外形圆滑，因此风阻系数很小(小于 0,3)，非常有利于车速的提高。    

综观汽车外形的发展，可以看出它一直是在围绕着“高速、安全、舒适地行驶”这一主题进行发展的。一部汽车外形的发展史，就是人类追求汽车性能不断提高的奋斗史。    

无论是 1915年“Ford一T'’以后的箱型,1934年“克莱斯勒·气流”以后的甲壳虫型、1949年“Ford一V8”以后的船型，还是 1952年“别克”以后的鱼型、1963年“司蒂倍克·阿本提”以后的楔型,80年代克莱斯勒以后的子弹头型，每个时期都在不断地开拓着汽车造型的新纪元，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。与此同时，作为判断汽车美学价值的基准— 性能美的观念，也在人类的美学意识中扎下了根。