鄭賢喆

濟(jì)寧市第一中學(xué) 山東省濟(jì)寧市 272000

現(xiàn)代意義上的汽車(chē)最早是在1885年由德國(guó)工程師卡爾提出，隨后一百多年的時(shí)間里，汽車(chē)在動(dòng)力、驅(qū)動(dòng)方式以及外形等方面都有了很大的變化，汽車(chē)外形的改變也是人們最能直觀感受的改變內(nèi)容[1，2]。從最開(kāi)始的馬車(chē)形狀的車(chē)廂車(chē)型發(fā)展到現(xiàn)在階段的流線(xiàn)設(shè)計(jì)類(lèi)型，汽車(chē)的性能也有了大幅度的改變。汽車(chē)的外形對(duì)汽車(chē)的性能起到了非常重要的作用，現(xiàn)階段，在確定汽車(chē)外形的時(shí)候主要需要考慮人機(jī)工程、機(jī)械工程以及空氣動(dòng)力三個(gè)方面的因素[3]。人際工程旨在設(shè)計(jì)的產(chǎn)品中能夠讓駕駛者有一個(gè)舒適和穩(wěn)定的操作環(huán)境，機(jī)械工程旨在為汽車(chē)設(shè)計(jì)一個(gè)具有動(dòng)力性和操作穩(wěn)定性較好的汽車(chē)，而空氣動(dòng)力則是為汽車(chē)的運(yùn)行穩(wěn)定性和空氣行駛時(shí)的阻力提出了較高的要求[4]。

1 影響汽車(chē)外形的因素

在早年汽車(chē)外形設(shè)計(jì)時(shí)，機(jī)械工程和人機(jī)工程學(xué)因?yàn)閷?duì)汽車(chē)正常駕駛起到了決定性的作用，因此是設(shè)計(jì)者最先考慮的兩項(xiàng)內(nèi)容[5]。

滿(mǎn)足機(jī)械工程學(xué)是汽車(chē)功能繁多且耐用的前提，也是汽車(chē)正常使用必須要考慮的因素。汽車(chē)外形在機(jī)械工程方面需要進(jìn)行全方面的考慮，如安裝發(fā)動(dòng)機(jī)，安裝變速器等硬件上的要求。現(xiàn)代社會(huì)對(duì)汽車(chē)的需求加大，汽車(chē)往往采用大批量生產(chǎn)的形式，為了減少生產(chǎn)成本，車(chē)身鈑金件沖壓加工的簡(jiǎn)易化，同時(shí)兼顧到維修簡(jiǎn)便性，即使發(fā)生撞車(chē)事故后，車(chē)身要易于修復(fù)。

除了上述所說(shuō)的機(jī)械工程學(xué)因素之外，人機(jī)工程學(xué)在汽車(chē)外觀設(shè)計(jì)中也起到了重要的作用。汽車(chē)作為一種交通工具，在使用時(shí)是依靠人來(lái)實(shí)時(shí)地進(jìn)行操作，因此在操作的過(guò)程中要保證駕駛的安全性和舒適性，主要包括兩個(gè)方面：一是在設(shè)計(jì)時(shí)要計(jì)算好乘員車(chē)內(nèi)的空間，以實(shí)現(xiàn)駕駛安全方便、乘坐舒適的目的；二是要考慮上下車(chē)時(shí)的方便性以及車(chē)身行駛過(guò)程中的減震性能。這兩個(gè)方面都屬于人機(jī)工程學(xué)里的內(nèi)容，以上兩個(gè)要素確定了汽車(chē)的基本框架，從汽車(chē)內(nèi)部的角度來(lái)指導(dǎo)車(chē)身的設(shè)計(jì)。

汽車(chē)外部形狀很大程度上要受到外部條件空氣動(dòng)力學(xué)因素的制約，尤其是近幾年發(fā)動(dòng)機(jī)功率越來(lái)越大，道路條件也越來(lái)越好，汽車(chē)的行駛速度顯著提高。行駛中的汽車(chē)會(huì)受到空氣阻力的影響，并且阻力的大小和汽車(chē)行駛速度的平方是正相關(guān)。在速度一定的情況下，減少空氣阻力的大小能夠大大節(jié)省燃料，所以要對(duì)汽車(chē)的外形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)以減小空氣阻力。汽車(chē)行駛過(guò)程中受的空氣阻力可以分為迎風(fēng)阻力和形狀阻力兩種，前者是由汽車(chē)的橫截面積決定，后者是由汽車(chē)的外形決定的。和汽車(chē)外觀相關(guān)的問(wèn)題除了空氣阻力，還有升力和橫風(fēng)等車(chē)身穩(wěn)定問(wèn)題。

上述所講的三要素只是在汽車(chē)設(shè)計(jì)制造過(guò)程中重點(diǎn)考慮的因素，在實(shí)際的生產(chǎn)制造中還要考慮更多的因素，例如商品學(xué)因素。站在制造商的角度來(lái)看，汽車(chē)美觀的外形能夠吸引消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)汽車(chē)，提高銷(xiāo)售量，但是如果僅僅考慮汽車(chē)的外形美觀而不考慮性能和安全無(wú)異于飲鴆止渴，長(zhǎng)此以往必將被市場(chǎng)淘汰，必須要考慮前面提到的各個(gè)要素以及其他方面。每個(gè)國(guó)家和地區(qū)甚至同一國(guó)家的不同制造商因文化審美的差異都具有其特色的設(shè)計(jì)，這對(duì)汽車(chē)的外形設(shè)計(jì)也會(huì)產(chǎn)生潛移默化的影響。

綜合考慮各個(gè)要素是非常必要的，但是要將上面的三個(gè)要素完美地應(yīng)用在同一輛車(chē)上卻不簡(jiǎn)單。例如在只考慮汽車(chē)的駕駛性能時(shí)，按照機(jī)械工程要素的要求應(yīng)該把座位設(shè)計(jì)在發(fā)動(dòng)機(jī)上方，但是這對(duì)于駕駛員來(lái)說(shuō)駕駛的時(shí)候是極其不方便的；如果從舒適的角度出發(fā)，將汽車(chē)內(nèi)部設(shè)計(jì)得寬敞，必然會(huì)增加空氣阻力消耗更多的燃料，并且行駛速度不會(huì)很高；但是如果將汽車(chē)的外形設(shè)計(jì)成皮艇那樣的流水線(xiàn)外形，空氣阻力大大減小的同時(shí)使得發(fā)動(dòng)機(jī)等結(jié)構(gòu)無(wú)處安放。雖然自從汽車(chē)問(wèn)世以來(lái)在設(shè)計(jì)方面就存在很多難題，但是設(shè)計(jì)師們始終在朝著更加理想的方向不斷前進(jìn)。

2 流線(xiàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

流線(xiàn)型設(shè)計(jì)的靈感來(lái)源于生物界中鳥(niǎo)和魚(yú)在高速滑行和游走時(shí)身體的狀態(tài)，流線(xiàn)型設(shè)計(jì)在工業(yè)設(shè)計(jì)中起到了非常重要的作用，經(jīng)過(guò)工程師細(xì)心的研究開(kāi)發(fā)之后，流線(xiàn)型設(shè)計(jì)被運(yùn)用到汽車(chē)外形設(shè)計(jì)上，相較于之前的箱體汽車(chē)，流線(xiàn)型汽車(chē)更加美觀，更重要的是在減少汽車(chē)行駛阻力，提高汽車(chē)運(yùn)行平穩(wěn)性上面有著非常重要的作用。

流線(xiàn)型汽車(chē)在功能和美學(xué)性能上都有其獨(dú)一無(wú)二的優(yōu)勢(shì)，以下主要從這兩個(gè)方面展開(kāi)描述。

2.1 功能優(yōu)勢(shì)

汽車(chē)在行駛的過(guò)程中會(huì)受到外界阻力的影響，汽車(chē)行駛的速度越快，所受到的空氣阻力也就越大。空氣阻力以汽車(chē)重心為中心，空氣動(dòng)量沿縱向、側(cè)向以及垂直方向擴(kuò)散，汽車(chē)所受到的最大阻力來(lái)源于縱向受到的阻力，實(shí)驗(yàn)表明，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)所輸出的動(dòng)力在克服空氣阻力上起到需耗費(fèi)80%左右，因此，如何設(shè)計(jì)一個(gè)合理的汽車(chē)外形，減少汽車(chē)受到的阻力，提高汽車(chē)行駛速度和駕駛效率，對(duì)提高汽車(chē)經(jīng)濟(jì)性十分重要。

利用伯努利原理對(duì)汽車(chē)行駛時(shí)所受到的氣體阻力情況進(jìn)行分析，汽車(chē)車(chē)體表面氣流的壓強(qiáng)與表明氣流的留宿具有很大的關(guān)系，車(chē)體在行駛的過(guò)程中，正前方的的空氣氣流最小，越強(qiáng)大，汽車(chē)尾部的汽車(chē)氣流最大，流線(xiàn)型的汽車(chē)車(chē)體能夠加大汽車(chē)前面的氣流，減少汽車(chē)前方壓強(qiáng)，實(shí)際上就是減少汽車(chē)兩端的壓差和氣流差，從而起到減少汽車(chē)行駛阻力的作用。然而，流線(xiàn)型的設(shè)計(jì)來(lái)源于生物，而流線(xiàn)型汽車(chē)設(shè)計(jì)卻是仿照飛機(jī)機(jī)翼來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。在高速行駛時(shí)，流線(xiàn)型的車(chē)體會(huì)產(chǎn)生往上升的力量，這就對(duì)汽車(chē)行駛過(guò)程中的穩(wěn)定性提出了要求。未來(lái)的汽車(chē)外觀設(shè)計(jì)中還需考慮這方面的因素。

2.2 美學(xué)優(yōu)勢(shì)

一開(kāi)始的汽車(chē)多以箱體型汽車(chē)為主，后來(lái)設(shè)計(jì)師又開(kāi)發(fā)出了甲殼蟲(chóng)型汽車(chē)、船型汽車(chē)、魚(yú)型汽車(chē)以及楔形汽車(chē)等多種形式，這是一個(gè)汽車(chē)外形不斷進(jìn)化的過(guò)程。發(fā)展至今，汽車(chē)外形之間的轉(zhuǎn)移不必須要依據(jù)傳統(tǒng)的挺拔棱角來(lái)進(jìn)行連接，而是可以利用各種光滑的曲面來(lái)實(shí)現(xiàn)連接，使得汽車(chē)外形更加容易被接受。

流線(xiàn)型的汽車(chē)降低了汽車(chē)原本擁有的機(jī)器的味道，產(chǎn)品設(shè)計(jì)更加美觀大方，整車(chē)更加自然協(xié)調(diào)，汽車(chē)本身更加的華麗，更加具有美感。此外，流線(xiàn)型的汽車(chē)還可以根據(jù)不同顧客的要求對(duì)汽車(chē)外形進(jìn)行改進(jìn)，添加一些更加具有意義的元素，展現(xiàn)不同品牌和不同企業(yè)對(duì)汽車(chē)的理解，滿(mǎn)足消費(fèi)者的需求。

3 結(jié)語(yǔ)

流線(xiàn)型設(shè)計(jì)是工業(yè)設(shè)計(jì)中一個(gè)十分重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容，汽車(chē)車(chē)體流線(xiàn)型的設(shè)計(jì)減少了汽車(chē)在行駛中所受到的阻力，提高了汽車(chē)的性能，時(shí)尚美觀的設(shè)外形設(shè)計(jì)也更符合現(xiàn)代人們的審美，綜合來(lái)看，汽車(chē)流線(xiàn)型的設(shè)計(jì)是現(xiàn)代汽車(chē)設(shè)計(jì)的最優(yōu)選擇。當(dāng)然，流線(xiàn)型的車(chē)身也有其存在的問(wèn)題，以后還會(huì)有更多的進(jìn)步和發(fā)展。