汽車車身設(shè)計(jì)新方法與關(guān)鍵技術(shù)研究

劉新奇 葉明禮

摘 要：車身設(shè)計(jì)造型涉及諸如空氣動(dòng)力學(xué)，人體工程學(xué)、制造工藝學(xué)、美學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、結(jié)構(gòu)學(xué)、材料學(xué)等等學(xué)科，它是一種技術(shù)和勞動(dòng)密集型相結(jié)合的產(chǎn)品，車身設(shè)計(jì)成本占整車總設(shè)計(jì)比重最大，所以車身設(shè)計(jì)成為制約著汽車制造和新車型開發(fā)的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：汽車；車身設(shè)計(jì)；技術(shù)

車身是汽車的四大總成之一，隨著汽車服務(wù)領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大和需求日益多樣化、個(gè)性化，車身設(shè)計(jì)已后來居上逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，客車、轎車和多數(shù)專用汽車的車身質(zhì)量約占整車質(zhì)量的40%～60%；貨車車身質(zhì)量約占整車質(zhì)量的16%～30%；而各車型車身的制造成本占整車的百分比甚至還略高于上述給出的上限值。從節(jié)能、節(jié)材等幾個(gè)方面來看，車身設(shè)計(jì)的潛力則更大。

1.車身的作用及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

車身的主要作用是載運(yùn)乘客或貨物，相當(dāng)于臨時(shí)住所或流動(dòng)倉庫，是一個(gè)受到質(zhì)量和空間限制的活動(dòng)建筑物，其詳細(xì)作用因車而異。就轎車車身而言其作用概括起來有以下5點(diǎn)：（1）實(shí)現(xiàn)整車功能；（2）為乘客提供舒適的乘坐環(huán)境；（3）為乘客提供安全保護(hù)；（4）減少空氣阻力；（5）增強(qiáng)轎車的美觀性。

車身的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在車身的涉及面廣、車身材料種類多、車身造型發(fā)展迅速等幾個(gè)方面。車身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要在于組成車身外形的各個(gè)零部件（即所謂的車身覆蓋件）的材料薄、尺寸大、形狀復(fù)雜且多為自由曲面。

2 .對(duì)車身設(shè)計(jì)的要求與特點(diǎn)分析

車身設(shè)計(jì)包括對(duì)車身各項(xiàng)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，其總體要求是在實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能的前提下力求造型美觀，性能良好、具有良好的空氣動(dòng)力特性制造容易、維護(hù)裝拆方便。

在外形和結(jié)構(gòu)上，車身殼體（特別是轎車車身殼體）是由許多具有空間曲面外形的大型覆蓋件組成。對(duì)整車外形來說，既要求其整體協(xié)調(diào)給人以美感，又必須保證必要的流線型。在設(shè)計(jì)這些大型覆蓋件時(shí)，對(duì)互換性和裝配準(zhǔn)確度也有較嚴(yán)格的要求，必須保證其工藝性要求。因此，要求車身表面上的各點(diǎn)（空間坐標(biāo)）連成的曲線必須在縱向和橫向2個(gè)截面上反復(fù)協(xié)調(diào)以使之光順。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法就不得不規(guī)定車身圖樣必須采用坐標(biāo)網(wǎng)格來表示，但即使如此，也無法單純依靠圖紙準(zhǔn)確完整地將其表達(dá)出來，而必須輔以實(shí)體模型。也就是說，對(duì)車身這樣復(fù)雜的空間曲面外形需采取一整套特殊的實(shí)物（如外形樣板和主模型等）模擬和“移形”（模擬量傳遞）的辦法來表達(dá)。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)準(zhǔn)備和投產(chǎn)等階段中，實(shí)物可以補(bǔ)充圖樣的不足，保證成套工藝裝備（模具和裝焊夾具等）之間乃至零部件之間的協(xié)調(diào)驗(yàn)證。以上這些特點(diǎn)決定了車身設(shè)計(jì)有別于汽車上的其他總成而自成一套體系的工作方法，這種方法及其思想也成為逆向工程的起源，迄今為止，車身設(shè)計(jì)也是逆向工程應(yīng)用最多、最成熟的領(lǐng)域之一。

3. 汽車車身的內(nèi)部設(shè)計(jì)

車身內(nèi)部設(shè)計(jì)要力求精致、考究、裝備齊全，近年來，內(nèi)飾設(shè)計(jì)從強(qiáng)調(diào)舒適到重視駕乘的愉快與享受是車身內(nèi)部設(shè)計(jì)的一個(gè)特點(diǎn)。

大量采用柔性的內(nèi)飾設(shè)計(jì)。內(nèi)飾裝備和覆蓋物的造型都比較圓滑，恰好與外形發(fā)展的趨勢相呼應(yīng)。面料和座椅軟墊一體化成型的座椅，整體模塑成型的儀表板和復(fù)合材料飾板給人以精致、明快的感覺，而內(nèi)飾面料觸感柔軟則給人以和諧、舒坦的視覺效果?？傊?，軟化的內(nèi)飾不僅是舒適的需要，而且也是安全的需要。

座椅可說是保證乘員舒適性的最重要的裝備。座椅的設(shè)計(jì)和布置首先要保證乘客的坐姿符合人體工程學(xué)。然而，一個(gè)座椅要滿足各種體形的人，就得能夠?qū)ψ螐母鱾€(gè)方位進(jìn)行調(diào)節(jié)。愈是講究的座椅，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)就愈復(fù)雜。為了使座椅適合各種身材的人，就要按照人體工程學(xué)和數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理對(duì)座椅的調(diào)節(jié)方式和調(diào)節(jié)范圍進(jìn)行精確的計(jì)算并設(shè)計(jì)，同時(shí)保證車身內(nèi)部空間的尺寸盡可能緊湊。

現(xiàn)代車身內(nèi)部設(shè)計(jì)更加追求愉快感。在車身內(nèi)部所采用的音響設(shè)備、電視、無線電話以及小型冰箱等設(shè)備就是明證。隨著旅游的興旺發(fā)達(dá)，“娛樂型”汽車的概念應(yīng)運(yùn)而生。顯然，消費(fèi)者已不只滿足于“舒適”地坐在汽車內(nèi)，他們希望所購的汽車不但能容納長度較大的滑雪板，而且還可作為“移動(dòng)的野營帳篷”等等。消費(fèi)者的意愿給車身設(shè)計(jì)師們提供了一個(gè)廣闊的設(shè)計(jì)想象。

4. 汽車車身的外部造型設(shè)計(jì)

20世紀(jì)末，轎車車身外部造型設(shè)計(jì)的主流是柔性與剛性的特點(diǎn)相呼應(yīng)，構(gòu)成棱角分明的外形。車身多采用淡雅的色彩，造型顯得樸實(shí)含蓄、線條明晰優(yōu)美。這種外形具有易于零件分塊，易于沖壓和分總成拼焊等特點(diǎn)。因此，曾被廣為采用。由于空氣動(dòng)力學(xué)是影響車身造型的最重要因素，根據(jù)節(jié)約能源、減小風(fēng)阻系數(shù)和提高空氣動(dòng)力性能等原理而推出的楔形造型，后來也一度十分盛行。

近年來，因?yàn)槔饨欠置鞯耐庑魏茈y大幅度地降低風(fēng)阻系數(shù)，故汽車外部造型逐步突破棱角分明而趨向圓滑，尤其重視完美的局部造型以及加裝各種導(dǎo)流板。事實(shí)上，這種圓滑、飄逸型的造型風(fēng)格已博得廣大消費(fèi)者的理解和喜愛，并成為今天的車身造型主流。當(dāng)然，某些高級(jí)轎車依然保持較穩(wěn)重的造型風(fēng)格，如維持傳統(tǒng)式樣的散熱器面罩，但為了進(jìn)一步降低空氣阻力，其外部造型也逐漸趨向圓滑、明快。

今天的車身外部造型設(shè)計(jì)，在國外專業(yè)人員中被稱作“流線形設(shè)計(jì)”。按照造型師們的新理念，汽車外形的連續(xù)完整性不應(yīng)再依靠挺拔的棱角去表現(xiàn)，而是要由各種曲面光滑的連接以及微妙的光學(xué)效果與視覺效果顯示出來。眾所周知：普通汽車在換檔行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和燃料大部分都消耗在克服空氣阻力上（約占汽車總阻力 65%），而具有“連續(xù)流動(dòng)”曲面光滑的外部造型的轎車就可采用功率較小的發(fā)動(dòng)機(jī)而達(dá)到較高的行駛速度，從而節(jié)約燃油消耗。這種車身造型設(shè)計(jì)的最大特點(diǎn)就是彎曲的大弧面，其模型制作要用玻璃纖維或碳纖維。

5. 汽車仿生設(shè)計(jì)

第一種，形態(tài)的仿生。汽車形態(tài)的仿生設(shè)計(jì)在很多情況下都是尋找一種優(yōu)美且合理的形態(tài)來進(jìn)行模仿。很多設(shè)計(jì)師都從大自然的形態(tài)中激發(fā)出了豐富的靈感，通過充分發(fā)揮人類的智慧，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中充分體現(xiàn)了大自然的美和生命的本質(zhì)。這里的形態(tài)所指的是它們自身的物理構(gòu)成和集幾何結(jié)構(gòu)，并不只是符號(hào)上的區(qū)別，關(guān)注的重點(diǎn)是生物形態(tài)具備的物理屬性。

第二種，意義的仿生。這種仿生設(shè)計(jì)關(guān)注的重點(diǎn)是生物的神態(tài)特點(diǎn)和被賦予的象征意義，通過高度的概括和分析，提煉出生物的形態(tài)特征。正是因?yàn)檫@種仿生設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)對(duì)形態(tài)美感和神韻特點(diǎn)的提取和模仿，所以它采用的是隱喻的方法，讓人們對(duì)語意的隱藏含義進(jìn)行想象，將比較熟知的視覺美感和象征意義賦予汽車，讓人們能在使用的過程中感受到不同的屬性，得到精神和情感上的滿足。

第三種，形態(tài)和意義仿生的融合。簡單來說，這種仿生設(shè)計(jì)的對(duì)象同時(shí)包含了上述兩個(gè)方面的內(nèi)容，既隱藏了一定的符號(hào)意義，也能體現(xiàn)出生物的物理屬性；既關(guān)注生物的形態(tài)，也強(qiáng)調(diào)其神韻，致力于讓汽車達(dá)到神形合一，以形傳神的境界。

結(jié)語

現(xiàn)代汽車車身要求具有很高的防撞抗沖擊能力，以及高度的清潔性、舒適性和智能性，還要給人以更美的藝術(shù)感受?？傊?，汽車車身是設(shè)計(jì)師的語言和藝術(shù)品，也是汽車設(shè)計(jì)的精髓所在。

參考文獻(xiàn)：

[1]范子杰，桂良進(jìn)，蘇瑞意.汽車輕量化技術(shù)的研究與進(jìn)展[J].汽車安全與節(jié)能學(xué)報(bào)，2014，01：1-16.

[2]方方，關(guān)惠元，邵斐等.文化仿生在汽車造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)，2014，03（11）：114-117.