汽車車身設計新方法與關鍵技術研究

劉新奇 葉明禮

摘 要：車身設計造型涉及諸如空氣動力學，人體工程學、制造工藝學、美學、計算機圖形學、結構學、材料學等等學科，它是一種技術和勞動密集型相結合的產品，車身設計成本占整車總設計比重最大，所以車身設計成為制約著汽車制造和新車型開發的關鍵。

關鍵詞：汽車；車身設計；技術

車身是汽車的四大總成之一，隨著汽車服務領域的不斷擴大和需求日益多樣化、個性化，車身設計已后來居上逐漸占據主導地位。據統計，客車、轎車和多數專用汽車的車身質量約占整車質量的40%～60%；貨車車身質量約占整車質量的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。從節能、節材等幾個方面來看，車身設計的潛力則更大。

1.車身的作用及結構特點

車身的主要作用是載運乘客或貨物，相當于臨時住所或流動倉庫，是一個受到質量和空間限制的活動建筑物，其詳細作用因車而異。就轎車車身而言其作用概括起來有以下5點：（1）實現整車功能；（2）為乘客提供舒適的乘坐環境；（3）為乘客提供安全保護；（4）減少空氣阻力；（5）增強轎車的美觀性。

車身的特點主要體現在車身的涉及面廣、車身材料種類多、車身造型發展迅速等幾個方面。車身的結構特點主要在于組成車身外形的各個零部件（即所謂的車身覆蓋件）的材料薄、尺寸大、形狀復雜且多為自由曲面。

2 .對車身設計的要求與特點分析

車身設計包括對車身各項內容的設計，其總體要求是在實現相應功能的前提下力求造型美觀，性能良好、具有良好的空氣動力特性制造容易、維護裝拆方便。

在外形和結構上，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。對整車外形來說，既要求其整體協調給人以美感，又必須保證必要的流線型。在設計這些大型覆蓋件時，對互換性和裝配準確度也有較嚴格的要求，必須保證其工藝性要求。因此，要求車身表面上的各點（空間坐標）連成的曲線必須在縱向和橫向2個截面上反復協調以使之光順。傳統的設計方法就不得不規定車身圖樣必須采用坐標網格來表示，但即使如此，也無法單純依靠圖紙準確完整地將其表達出來，而必須輔以實體模型。也就是說，對車身這樣復雜的空間曲面外形需采取一整套特殊的實物（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。在產品設計、生產準備和投產等階段中，實物可以補充圖樣的不足，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調驗證。以上這些特點決定了車身設計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，車身設計也是逆向工程應用最多、最成熟的領域之一。

3. 汽車車身的內部設計

車身內部設計要力求精致、考究、裝備齊全，近年來，內飾設計從強調舒適到重視駕乘的愉快與享受是車身內部設計的一個特點。

大量采用柔性的內飾設計。內飾裝備和覆蓋物的造型都比較圓滑，恰好與外形發展的趨勢相呼應。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合材料飾板給人以精致、明快的感覺，而內飾面料觸感柔軟則給人以和諧、舒坦的視覺效果。總之，軟化的內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。座椅的設計和布置首先要保證乘客的坐姿符合人體工程學。然而，一個座椅要滿足各種體形的人，就得能夠對座椅從各個方位進行調節。愈是講究的座椅，調節機構就愈復雜。為了使座椅適合各種身材的人，就要按照人體工程學和數理統計原理對座椅的調節方式和調節范圍進行精確的計算并設計，同時保證車身內部空間的尺寸盡可能緊湊。

現代車身內部設計更加追求愉快感。在車身內部所采用的音響設備、電視、無線電話以及小型冰箱等設備就是明證。隨著旅游的興旺發達，“娛樂型”汽車的概念應運而生。顯然，消費者已不只滿足于“舒適”地坐在汽車內，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“移動的野營帳篷”等等。消費者的意愿給車身設計師們提供了一個廣闊的設計想象。

4. 汽車車身的外部造型設計

20世紀末，轎車車身外部造型設計的主流是柔性與剛性的特點相呼應，構成棱角分明的外形。車身多采用淡雅的色彩，造型顯得樸實含蓄、線條明晰優美。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。因此，曾被廣為采用。由于空氣動力學是影響車身造型的最重要因素，根據節約能源、減小風阻系數和提高空氣動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，因為棱角分明的外形很難大幅度地降低風阻系數，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流板。事實上，這種圓滑、飄逸型的造型風格已博得廣大消費者的理解和喜愛，并成為今天的車身造型主流。當然，某些高級轎車依然保持較穩重的造型風格，如維持傳統式樣的散熱器面罩，但為了進一步降低空氣阻力，其外部造型也逐漸趨向圓滑、明快。

今天的車身外部造型設計，在國外專業人員中被稱作“流線形設計”。按照造型師們的新理念，汽車外形的連續完整性不應再依靠挺拔的棱角去表現，而是要由各種曲面光滑的連接以及微妙的光學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，發動機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“連續流動”曲面光滑的外部造型的轎車就可采用功率較小的發動機而達到較高的行駛速度，從而節約燃油消耗。這種車身造型設計的最大特點就是彎曲的大弧面，其模型制作要用玻璃纖維或碳纖維。

5. 汽車仿生設計

第一種，形態的仿生。汽車形態的仿生設計在很多情況下都是尋找一種優美且合理的形態來進行模仿。很多設計師都從大自然的形態中激發出了豐富的靈感，通過充分發揮人類的智慧，在產品的設計中充分體現了大自然的美和生命的本質。這里的形態所指的是它們自身的物理構成和集幾何結構，并不只是符號上的區別，關注的重點是生物形態具備的物理屬性。

第二種，意義的仿生。這種仿生設計關注的重點是生物的神態特點和被賦予的象征意義，通過高度的概括和分析，提煉出生物的形態特征。正是因為這種仿生設計強調對形態美感和神韻特點的提取和模仿，所以它采用的是隱喻的方法，讓人們對語意的隱藏含義進行想象，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，形態和意義仿生的融合。簡單來說，這種仿生設計的對象同時包含了上述兩個方面的內容，既隱藏了一定的符號意義，也能體現出生物的物理屬性；既關注生物的形態，也強調其神韻，致力于讓汽車達到神形合一，以形傳神的境界。

結語

現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感受。總之，汽車車身是設計師的語言和藝術品，也是汽車設計的精髓所在。

參考文獻：

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