基于技術驅動下的微型電動汽車造型設計研究

鄧昭 朱慶彬

關鍵詞：交通擁堵 電動技術 汽車設計 馬斯洛需求 微型汽車

引言

由于全球性的能源危機和生態環境問題越來越嚴重，在交通運輸領域，研究與開發綠色環保、節能低碳減排的新一代電動汽車已經成為解決這一問題的重要途徑之一。同時在城市里交通擁堵、停車難等問題的出現使人們開始更多的青睞小型或微型汽車，微型電動汽車開始大范圍的推廣，因其體積小、易操作、能耗低、靈活便捷、可以在滿足人們日常出行代步的基礎上有效地緩解交通擁堵和停車難的問題，由于微型電動汽車的驅動方式和車輛布置有別于傳統的燃油汽車，不必須復雜的傳動結構，因此在車輛造型設計方面還有很大的空間。

目前，湖南大學趙丹華[1]認為汽車的車身本質上就是一個由美學、結構力學、空氣動力學這些多學科共同制約束的綜合設計結果。廣州美術學院李勇[2]認為新能源汽車的優點在于它的車身和結構得到了很大的簡化，使純電動汽車產品外飾造型更具有感性和自由，純電動汽車將其與傳統的燃油車相比，展現出更加多元化的外觀和造型設計;西南交通大學秦凱琦[3]認為，微型電動汽車因其具有體積小、容易操縱、無污染、低能源、靈活便捷，能有效地緩解交通擁擠和停車困難的問題。故此針對電動汽車的技術特征及用戶需求，對比市面現有微型電動汽車案例，結合用戶使用情景，設計出一款城市微型電動汽車，并對其進行造型設計。

一、國內微型電動汽車發展現狀

我國作為目前世界上汽車保有量最大的國家，其幅員遼闊，交通發達，城鎮化發展迅速，汽車作為城市里主要的交通工具，其優勢在于點對點的運輸方式，提高了工作效率，城市的發展與生態環境的矛盾逐漸增加，城市交通擁堵導致交通壓力增大，人們對微型電動交通工具的需求也逐漸增加，當下年輕人逐漸成為汽車消費的主力軍。

據了解，從100萬輛電動汽車發展到200萬輛電動汽車使用了5年，從200萬輛電動汽車發展到300萬輛僅使用了兩年半的時間。然而車位建造的速度遠小于汽車需求的增長。目前在我國的電動汽車市場上，政府出臺了許多新能源汽車相關政策，我國新能源汽車市場生產量和數量逐年上漲，如見表1。

2020年微型電動汽車保有量達到30萬輛，在純電動汽車市場比例占40%，成為新能源乘用車市場的支柱。

微型汽車特指的是A00級緊湊車型，其軸距一般為2米～2.2米之間，發動機的總排量一般規定為甚至小于或超過等于1升。微型電動汽車整體造型重點組成不部分如：前臉造型、尾部造型、前后翼子板組合、散熱器格柵、尾燈組合、a柱、擋泥板、車身標志及裙板。汽車是復雜產品，由很多的器件組成，但從外觀上看，前臉造型、側面造型和尾部造型等設計將對整車造型產生非常重要的影響，本文主要針對車身的正面造型、側面造型、尾部造型三個方面確認車身的造型風格。

二、技術對微型電動汽車造型設計的影響分析

（一）驅動技術對汽車造型的影響

不同汽車驅動系統和內部布置會直接影響軸距、總長度和前后車輪懸掛等產生改變，從而直接影響和關系到汽車的整車車身比例和整體造型。電動汽車的電機驅動布置方式主要有：傳統的中央電機驅動布置方式、輪轂發電機驅動分散式驅動控制系統等。

1.中央電機驅動技術：由于電機主要由電動引擎和傳動系統組成，電機的布置可以是前置或后置，因此可以給車內空間提供更多的空間，這就為外造型設計提供了更大的設計方向，所以電動汽車的外形設計也會更豐富。

2.輪轂電機驅動技術：輪轂電機驅動主要原理是把四臺輪轂電機集中放置到四個角的車輪上，這種設備的控制方式普遍應用在四角式的電動汽車上，通過驅動引擎和車輪導線系統來自動控制四個驅動機和車輪的垂直轉動和反向行駛，操作控制靈活簡便。

3.電池分布技術：電池的形狀也會對其車身造型造成影響，電池的形狀也是有大有小的，它們可以按照不同的車體進行多樣化的布置。靈活多變的蓄電池設備安置給電動車輛創造了一個更加寬敞的內部和外部空間，如圖1。

（二）人機工程學對微型電動汽車造型的影響分析

在電動汽車的造型設計中，人機工程學作為一門研究駕駛者與汽車之間相互關系的學科，為改善乘坐環境，提供良好的乘坐條件和體驗，保證人身健康安全，研究了人、車、環境之間的關系，優化整車的舒適性。從人機工程這一角度出發，對操縱系統、駕駛視野、兩個方面進行分析。

1.操縱系統中的人機工程分析：操縱系統是一種機械系統，如對方向盤、腳踏、杠桿、扭力的操作，這些都是駕駛者在使用中觸摸的東西。操作裝置必須為駕駛者提供方便和安全。在對電動汽車進行設計時，必須充分考慮對于人體尺度、心智和生理能力的影響。由于微型電動汽車的體積較小，操作系統也會受到影響。需要準確掌握身體的尺寸、舒適駕駛姿態下的生理和運動角度、上下肢的活動區域，并且要充分地考慮到最大，最小的運動區域和角度，如圖2、3。

2.駕駛視野中的人機工程分析：良好的駕駛視野能夠提供給司機準確的道路信息輔助司機安全駕駛，駕駛視野標準是由前美國電動汽車工程師協會（sae）規定的百分之五十分位的雙目在眼球中橢圓點的位置，用來幫助確定電動車輛的最佳駕駛視野以及駕駛相關零配件的具體尺寸，確定最佳駕駛雙目的眼球中橢圓點的位置，在此前本標準的規定基礎上對電動車輛車身進行了造型的優化設計，可以給汽車駕駛者提供能夠充分提供開闊的汽車駕駛感覺視野與良好的乘坐視覺感受，如圖4。

三、微型電動汽車造型設計發展趨勢

（一）現有微型電動汽車造型樣本分析

本文選取八組微型電動汽車樣本作為研究對象，主要以車輛造型的線性來加以剖析，如圖5

（二）微電動汽車車身整體造型設計分析

根據現代汽車車身造型的整體結構形態及車身零部件整體結構可以將其劃分為前圍、側圍、后圍及頂，即三圍一頂。

1.前臉造型設計分析：前臉的整體造型風格設計在小型純電動汽車的車身造型和設計風格中起到了重要角色，汽車作為影響人們的情緒和思想載體，是設計師通過對人或者動物情緒給予其前臉造型的變化，如表3中所示，我們根據前臉主要造型風格來提取“Keydesign line”進行分析和對比。

從表格中分析，在前臉的設計中應該把握以下幾點：

（1）前臉的造型風格需與車身整體造型風格相一致。

（2）在前臉的造型設計中多采用擬人化設計，線條上采用幾何造型，使整體風格簡潔，或具有運動激進感，或展現圓潤飽滿感，這樣可以使得整體造型更生動，設計元素更加前衛。

2.側圍造型設計分析：側圍造型的設計對整車的外觀設計尤為重要，其側圍造型與特征線可以充分體現出電動車的整體風格設計特點與外觀體量，見表3中所示的是純電動汽車側圍的主要設計類型與路線，如圖6。

微型電動汽車的側圍造型設計主要以車窗輪廓線和腰線為主，由上表可以看出車窗輪廓線基本分為兩種：一種是連貫的車窗輪廓線一種是在C柱做部分的熏黑處理達到懸浮式車頂的視覺效果。

而汽車的腰線設計則表達的是整車給人的第一視覺感受，根據上表的對比分析微型電動汽車的腰線基本分為三種：（1）前高后低的側身腰線造成了整車造型具有前進的視覺感受，也符合汽車作為快速移動產品的產品語義。（2）柔和的腰線會使整車側身造型顯得更加圓潤，比較適合造型可愛的電動汽車。（3）具有明顯轉折的腰線可以顯得整車造型更加具有運動感，使整個側圍顯得層次分明。

3.尾部造型設計分析：尾部造型從后備箱大小、開啟方式、形態等出發，影響著整輛汽車的實際使用功能和空間，而且也會對于整輛汽車的造型樣式及其特點起到決策作用。

微型純電動車尾部造型的設計原則主要有兩點：（1）充分考慮到與整個汽車尾部造型樣式的協調統一（2）尾部可以選擇多種后備箱敞篷門打開的方式，增加了車內空間的利用;如圖6所示MINIclubman采用了對開的開門方式，在保持后備箱的功能空間上增加了便捷性，同時尾部的特征線也應該與側面特征線有呼應關系，如圖7。

四、馬斯洛需求分析

在對需求的基礎進行理論探索和研究，美國著名的心理學家馬斯洛把人的需求劃分為五個維度，分別稱之為：生理性需求、安全性需求、社會性需求、自我發展性需求和自我實現性需求。用戶選擇微型電動汽車，是首先必須滿足基本的出行要求，電動汽車應該被視為安全、快速的出行代步方式，給廣大用戶提供了更多的生活和工作便捷。并且，在日常出行的過程中，年輕人們往往都會對于電動汽車有不同的需求，比如說對于功能性的使用都會帶來良好的感受，對于汽車整體外形的別致新鮮需求;對于乘坐安全舒適性的要求等，如表4所示為用戶的各個方面需求進行了分析，如圖8。

五、用戶調研及車型參數分析

1.用戶調研：本人設計了一份關于微型智能電動汽車意向調查問卷，經過對調查問卷結果的匯總分析，可以得出以下結論：（1）在調研人群中，21-30歲的人群占比92%，這一人群為當代社會中的年輕人群體，這一類人群也作為本文設計實踐的主要用戶群體。（2）被調研的人群有72%對新能源汽車持開放態度，并且對新能源汽車的購買欲望也十分強這說明電動汽車比較受用戶的歡迎。（3）對被調查者駕駛電動汽車的出行及用途研究調研得出，出行時間小于0.5h的占40%，上下班通行、購物的人數較多，占總人數的56%，說明用戶的出行距離一般為短途出行，出行范圍大概為市內和城市周邊的衛星城。（4）為了了解用戶對與微型電動汽車的造型需求，設立了外觀造型風格傾向性調研分析，其中科技占比70%，其次是靈動與運動感，這也為后期設計時間提供了相關參考，以更好地滿足用戶需求。（5）為了確定用戶對微型電動汽車外觀顏色的選擇，專門對用戶顏色偏好進行了調研，其中青色、白色和橙色占比較高分別為52%、40%和48%，這為后面車身色彩選擇上確立了方向。

根據對收集的微型電動汽車樣品分析，將各個樣品中符合年輕人需求的特征元素組合起來，得出符合年輕化的微型電動汽車造型設計意向版，為本文的設計方案提供一定的指導意義，這在進行汽車設計的過程中也是不可缺的一環，可以高效地尋找出符合用戶審美的造型方案，如圖9。

2.車型參數分析：在進行車輛造型設計時，針對車輛的整體規模、功能和空間布局等各個因素特點來確定。本次設計的車是一種四輪驅動和四角電動的單排微型純電動車。采用電動輪轂式發電機和中央電動機進行驅動，電池被直接自動安放安裝在了每位乘客的前后座椅下，可以充分利用前后駕駛艙，使車內可以存儲的動力空間充分發揮，達到了其最大化，package車的結構設計如圖10所示。

六、設計實例

微型電動汽車造型設計是一個復雜的過程，根據前文對影響汽車造型技術的分析，結合搜集的不同微型電動汽車實例以及對意向圖的搜集和提取得出符合當下年輕用戶的意向造型，并進行用戶調研，將搜集到的用戶數據整理得出意向詞匯，并根據意向詞匯搜集意向圖片，根據意向圖進行前期草圖設計、二維效果圖設計、三維模型設計、用戶場景渲染，最終得出設計方案再對方案進行設計驗證。

（一）首先根據對20-30歲主要用戶群體調研數據分析尋找對應意向圖，再根據意向圖進行設計推演和頭腦風暴，將這些一項圖片進行抽象化處理，提取符合意向圖的設計特征，提取的一向詞匯有：科技、自由、圓潤、可愛，如圖11。

（二）其次，根據搜集的意向圖進行頭腦風暴以及前期草圖的繪制得出初步造型方案，如圖12。

（三）然后，通過二維渲染軟件Photoshop對方案進行進一步細化，得出前45，后5以及頂視圖的細化方案，并對車身顏色及部件進行設計探索，如圖13。

（四）最后，根據確定的方案三視圖及具體細節圖開始三維建模，使用Aliase專業汽車建模軟件對方案的外飾與內飾進行三維建模，并且用Keyshot渲染軟件對方案進行三維虛擬化渲染得出以下效果圖和人機交互圖，如圖14～16。

（五）設計方案驗證首先，通過產品設計方案的展現，使用調查問卷的形式，對概念設計方案進行用戶滿意度調研，搜集用戶對此方案的造型，功能，顏色，交互方式的滿意度。

最后，通過收集問卷的調查結果顯示，超過75%的受訪者對該產品的造型、功能表示滿意或非常滿意，超過85%的受訪者對該方案的色彩材質表示滿意或非常滿意，該方案目前為概念階段，還存在待完善之處，僅為未來城市微型電動汽車設計提供參考。

結論

本文在對比分析了技術對汽車造型的影響，結合收集分析了國內外相關微型電動汽車的圖片及文字資料，總結了微型電動汽車造型的特征元素，結合馬斯洛需求分析，對年輕人的出行需求和情感化需求進行了總結，將用戶調研搜集的意向詞匯轉化為意向圖進行方案設計，結合設計軟件進行方案深化，最終得出適用于年輕人的微型電動汽車造型設計方案，為未來微型電動汽車造型設計提供參考。