汽车概论07（第3版） 汽车外形和汽车色彩

第七章汽车外形和汽车色彩第一节汽车空气动力学知识第二节汽车外形的演变第三节汽车的色彩第一节汽车空气动力学知识一、空气阻力与汽车外形二、空气升力与汽车外形三、侧向风对汽车行驶稳定性的影响一、空气阻力与汽车外形

当汽车以不变的速度在平坦的路面上行驶时，所受到的阻力有轮胎与地面的滚动阻力和空气阻力两种。其中滚动阻力的数值不大，而且随车速变化其数值的变化也不大。空气阻力与车速的平方成正比，当车速较低时，空气阻力很小，随着车速的提高空气阻力明显增大。1．空气阻力和空气阻力系数

减少迎风面积，可以减小空气阻力。早期的汽车车轮尺寸大，车体高，迎风面积大，空气阻力也大。现代汽车的车身高度已显著降低，降低车身高度可有效减小空气阻力，提高行车速度。

空气阻力中除了有迎风阻力之外，还包括形状阻力。所谓形状阻力，是由汽车外部形状引起的空气涡流所造成的阻力。当汽车行驶时，在汽车前风窗玻璃、车顶，特别是汽车后部，将产生很强的空气涡流。这些涡流起着阻碍汽车前进的作用。1920年，德国人亚莱教授用风洞对飞艇进行了空气阻力的研究，得出正面形状和侧面形状对空气阻力的影响都很大。

科研人员通过试验发现，一块正方形薄板和一个典型的轴对称流线型体的空气阻力系数相差高达32倍。轴对称流线型体具有很小的空气阻力系数，这是在自由大气中的一个理想形体。

科学家经过空气动力学试验，得到一种在接近地面运动时具有很小空气阻力系数的几何形体——鲸状形体，它的空气阻力系数CD为0.07。

美国密歇根大学的雷依教授于1934年采用风洞和模型汽车，测量了各种车身的空气阻力系数。大客车车头倒圆和流线型化设计对空气阻力系数的影响。2．轿车外形对空气阻力的影响

轿车驾驶室的风窗玻璃与发动机罩形成一夹角，即风窗玻璃下边有一个突然的转折，使得发动机罩上的气流受阻，流速急剧下降，形成涡流，产生一定的空气阻力。在汽车行李箱的阶背处和汽车尾部也会形成涡流，产生空气阻力。对于发动机前置的汽车，发动机罩的倾斜受到安装发动机所需空间的限制。因此，很多运动车和赛车采用发动机后置或中置的驱动方式，其优点之一就是可以将汽车前部做成楔形，减小前风窗对气流的阻扰，从而降低空气阻力系数。

轿车车身后背有多种形式，直背式的车身后背与水平面的夹角小于20°；斜背式的夹角一般在20°～50°之间；方背式的夹角大于50°；而阶背式是在斜背式或方背式的基础上向后伸出一段作为行李箱。

不同的汽车后背倾角，使得汽车后背有不同的空气阻力系数，后背与水平面的夹角接近及小于20°时，具有较小的空气阻力系数；夹角接近及大于60°以后，空气阻力系数则变化很小。

有些运动型轿车在汽车前端设置有阻风板（又称为前扰流板），阻风板安装在汽车前端的保险杠下方，可以减少从汽车前端进入车身底部的空气量，从而减小车底气流阻塞造成的紊流和涡流，使空气阻力下降。

图示为各类汽车和摩托车的空气阻力系数，其中纵向数值代表空气阻力系数。二、空气升力与汽车外形

汽车的流线体外形有效地减小了空气阻力系数，使得汽车的行驶速度得以提高。但是具有流线体外形的汽车在行驶时会产生空气升力，空气升力使得车轮与地面间的正压力减小，直接影响汽车的动力性、制动性和操纵稳定性。车速越高，这种影响就越大。1．空气升力和空气升力系数

飞机翼型上表面的轮廓向上弯曲，下表面的轮廓则比较平直。根据流体力学知识，翼型上表面的空气压力小于下表面的空气压力。翼型上下表面的空气压力之差就形成了对机翼向上的推力，这就是空气升力。靠这个力可以让比空气重的物体飞上天。

翼型的前缘点与后缘点的连线称为翼型的弦线。弦线与气流方向的夹角称为迎角。空气升力的大小与翼型轮廓形状有关，还与翼型在气流中的迎角大小有关。在一定的角度范围内，迎角越大，空气升力系数CL越大。

汽车前后端形心的连线就是弦线。同样的，要使汽车的空气升力小，就应该使汽车“翼型”的迎角尽量小，现代汽车的造型都使汽车的弦线前低后高，迎角为负值。2．轿车外形对空气升力的影响方背式轿车后端的形心位置比直背式和斜背式轿车的高，具有较大的负迎角，因此，它的空气升力系数也比直背式和斜背式轿车的小。现代轿车的楔形车身造型都具有较大的负迎角，可有效降低空气升力。汽车前风窗与发动机罩之间的夹角使发动机罩上面的气流受阻形成涡流，在前风窗的局部区域里形成一个高压区，对汽车有方向朝下的作用力，使汽车空气升力减小，但同时也使汽车的空气阻力增加。前风窗的后倾角越大，空气阻力越小，空气升力则越大。因此，在前风窗倾斜角的选取上应兼顾各方面的性能要求。

汽车后背倾斜角的大小不同，其后背上的气流所引起的空气升力也不同。当倾斜角ψ从零开始增大时，后背上的空气升力系数相应增加。当ψ增至某一值后，空气升力系数将随ψ的增加而下降。

由此可知，直背式车尾有较小的空气升力系数，而方背式车尾的空气升力系数最小。

阶背式轿车的车身后背气流在后窗与行李箱盖之间的转角处形成一个涡流区，使空气升力减小。一种形状似鸭尾的轿车，车尾后端上翘的部分对车顶冲下来的气流产生阻扰，使其在该区域形成向下的作用力，有效地减小了空气升力。

现在很多轿车的后端上沿或后背上都设有后扰流器。和“鸭尾”式车尾的原理一样，扰流器的作用也是使气流受阻而减速增压，以减小空气升力。

后扰流器能有效地减小空气升力，并且结构简单，安装方便，因此在轿车上，特别是在车速较高的运动型轿车上得到广泛采用。

负升力翼就像一个前倾的倒机翼，在汽车行驶时产生向下的压力，从而减小汽车的空气升力，提高汽车高速行驶时的动力性和安全性。这种结构通常用在赛车和运动型轿车上。三、侧向风对汽车行驶稳定性的影响

当风的方向与汽车纵向轴线平行时，相当于增大或减小了汽车与周围空气的的相对速度，对汽车的行驶稳定性影响不大。当风的方向与汽车行驶方向有夹角τ时，汽车的行驶将受到侧向风的影响，τ称为风的侧偏角。侧向风力的侧偏角τ越大，汽车受到的侧向风力越大。当汽车的风压中心与汽车的质心不重合时，侧向风将使汽车受到横摆力矩Mz的作用。横摆力矩Mz使汽车偏离原有的行驶方向，直接影响汽车的安全行驶。如果侧向风稳定地一直作用在汽车上，驾驶人可以通过对转向盘的操纵来调整汽车的行驶路线，消除侧向风的干扰。但是，汽车在高速行驶时突然受到剧烈的侧向风的吹袭，就有偏离原行驶路线而发生事故的危险。这种情况通常发生在高速行驶的汽车受到阵风的吹袭，或汽车高速地从避风处驶入受风处的一瞬间，如从森林、山谷驶入开阔地带，从高大建筑物之间的风巷通过等。

如果汽车的风压中心CP在汽车质心Cg的前面，横摆力矩Mz将使汽车有沿顺时针方向偏转的趋势，从而使汽车偏离原行驶路线。如果汽车的风压中心CP在汽车质心Cg的后面，侧向风力使汽车偏离原行驶路线，同时横摆力矩Mz使汽车沿逆时针方向偏转，汽车又可回到原行驶路线。由此可见，在车身造型设计时，应该使风压中心CP位于汽车质心Cg之后，并适当增大两者之间的距离，以提高汽车的空气动力稳定性。方背式轿车的后部侧视面积比直背式、斜背式、以及阶背式轿车的大，因此方背式轿车在侧向风作用下的行驶稳定性比较好。第二节汽车外形的演变

1．马车形汽车1900年，德国人波尔舍设计了带球面挡风板的汽车，1903年，德国戴姆勒公司梅赛德斯汽车开始采用风窗玻璃。1908年，福特汽车公司生产了一种带布篷的小客车。这些汽车都是马车形汽车的代表。2．箱形汽车1915年福特汽车公司生产出一种T型车，人们将这种T型车作为箱形汽车的代表。这是汽车车身的第一次飞跃，箱形汽车可以说是真正意义上汽车造型的初期阶段。3．甲壳虫形汽车1934年，美国克莱斯勒汽车公司的气流牌轿车首先采用流线形车身，是流线形汽车的先锋。

1937年，德国大众汽车公司的波尔舍设计了一种甲壳虫形汽车。1939年，第一批甲壳虫形汽车问世，直到二战后才开始大批量生产。但甲壳虫形汽车也有两个缺点：

一是暴露在外的轮罩占据了一定的车宽，使车内空间变小，两个人同坐一排座位便感到拥挤。

二是抵抗侧向风的能力差，5级侧向风就能影响它的行驶方向。这是因为甲壳虫形汽车的发动机位于汽车后部，因此汽车质心位置偏后，使得汽车的侧向风压中心位于汽车质心前面所造成的。4．船形汽车

第二次世界大战结束后，福特汽车公司于1949年研制出福特V8型轿车，它是船形汽车的代表。从外形上看，整车就像在河道中行驶的机动船，所以称为船形汽车。

船形汽车加宽了车体，扩大了乘坐室空间，轮罩与车体融为一体。整个车身分成前、中、后三个空间，这种车形称为“三厢式”。三厢式船形汽车的发动机位于汽车的前部，汽车质心位置偏前，位于侧向风压中心的前面，因此汽车抵抗侧向风的能力加强了，车内空间也扩大了。自20世纪60年代以来，一直是民用轿车外形的主流。船形汽车存在的问题是，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，因此影响了车速的进一步提高。5．鱼形汽车

为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，所以称为为鱼形汽车。

鱼形汽车的流线形造型使空气阻力大为减小，最高车速比船型汽车有了进一步提高。由于鱼形汽车的侧视形状类似于飞机翼型，汽车高速行驶时将产生很大的升力。升力使汽车与地面的附着力减小，使汽车的行驶稳定性和操纵稳定性降低。

鱼形汽车带来的问题，使人们开始致力于既减小空气阻力又减小空气升力的空气动力性研究。

在鱼形汽车设计上将车尾截去一部分，成为鱼形短尾式；或将鱼形汽车的尾部安上只微翘的鸭尾，成为鱼形鸭尾式。这些作法对减小汽车后部产生的升力有一定的效果。6．楔形汽车

为了较好地解决鱼形汽车的升力问题，人们找到了楔形造型，就是将车身前部向下方倾斜，使车尾更短、车顶较平，即所谓的楔形汽车。

楔形汽车的前端低矮，减少了进入汽车低部的气流量，有利于降低空气阻力和空气升力；楔形造型使发动机罩与前风窗间的转折趋于平滑，减小了此处的空气阻力；楔形汽车的侧视形状具有较大的负迎角，因此空气升力较小；楔形汽车的侧向风压中心后移，有效地提高了汽车的空气动力稳定性。这种以船形汽车为基础的楔形汽车是轿车较为理想的造型，它较好地协调了乘坐空间、空气阻力和空气升力的关系，使汽车造型实用性与空气动力性较好地结合起来。7．多用途汽车1984年，克莱斯勒汽车公司推出第一代多用途汽车，这是世界汽车史上具有转折意义的产品之一，它宣告一个以强调实用性、多用途、家庭化和休闲娱乐为特征的汽车消费新时代的到来。第三节汽车的色彩

一、色彩概述二、色彩的心理感觉三、色彩的社会特性一、色彩概述1．光与色彩

光是以电磁波的形式存在的，人眼可见的光只是所有波长中极小的一部分。当白色的光经过三棱镜时，由于不同波长的光的折射系数不同，就会形成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的彩色光谱。2．色彩的属性

色彩视觉是人辨别不同波长的光波的能力。色彩的种类很多，色相、明度和纯度是用以描写和鉴别色彩的三个基本属性。

（1）色相色相是色彩类别的名称。不同色相的色彩，其光波具有不同的波长。例如，红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等色相，它们的光波波长是不同的。每一种色相又可细分，例如，绿色的波长是500～570nm，在这个波长范围内，还可以细分为各种不同的绿色，波长较大的草绿色(偏黄)、波长较小的翠绿色(偏蓝)等。（2）明度明度是指色彩的明暗程度。有些色彩(如黄色、橙色)看起来比较亮，具有较高的明度。而另一些色彩(如蓝色、紫色)看起来比较暗，具有较低的明度。同一色相加进白色则明度增大，反之，加进黑色则明度减小。（3