精致工艺在汽车设计中的应用

刘二敏 江宇 崔振悦

（长城汽车股份有限公司技术中心；河北省汽车工程技术研究中心）

随着汽车不断普及，汽车已经走入普通家庭，由于外资品牌的不断涌入和自主品牌的大量扩建，汽车厂家在销售市场竞争也越来越激烈。如何在激烈的市场竞争中快速推出吸引客户眼球的新产品，赢得更多客户，已经成为各汽车厂家亟待解决的问题。客户在购买汽车时不仅会关注安全和油耗，而且会亲自到实体店真实地体验实车的外观、乘坐舒适性及操控性，甚至是气味、产品质感及室内噪声等方面的表现，因此通过汽车精致工艺设计提升汽车产品外观、舒适性、空间及操控，给客户良好的第一印象是非常重要的[1]。近些年，国内各汽车厂也都开始重视汽车精致工艺方面的工作，并取得了一定的市场成果。文章通过对汽车精致工艺4个方面的详细论述，揭示了精致工艺的重要性，明确了其在汽车设计中的具体应用。

1 汽车精致工艺

精致工艺是指通过人的视觉、触觉、嗅觉和听觉可以直接体验到的感官质量，对于一辆汽车来说，外观颜色让人看上去很协调，产品配合均匀一致，坐在车里感觉很舒服，没有异味，各种功能操作容易识别，没有异响，给人感觉是一辆高端的车，便是汽车精致工艺设计目的所在。

1.1 视觉

一辆新车给客户最直接的第一印象是视觉感受，视觉感受可以从造型和工艺两方面开展精致工艺的设计。

1.1.1 造型设计

1）外观造型。随着汽车技术发展越来越成熟，各大汽车厂在车辆外观造型方面耗费心血吸引客户眼球，尤其是汽车前后部家族脸谱造型，其设计不但大大节省了设计周期及成本，更主要的是提升了设计质量，延续了企业品牌特征，让人第一眼看到就能识别出这是哪一个品牌的汽车。这种造型特质最明显的当属老牌车企宝马的双肾格栅及天使眼前灯，别克的直瀑布式中网，也不乏起亚虎啸式前脸这样的新起之秀[2]。最近几年，起亚在K2，K3，K4及K5等新车型上对家族脸谱的运用，极大地提升了产品精致性，收获了良好的经济效益，起亚虎啸式前脸造型设计，如图1所示。

图1 起亚虎啸式前脸造型设计示意图

2）色彩搭配。如果说一辆车的外观造型代表着汽车企业的品牌特征，那么一辆车的外观色彩搭配，则体现了客户对汽车的情感诉求。中国早期的汽车，车身外观都是单一的黑色，因为那时候汽车是专属于政府官员和富人阶层，而黑色正好代表了这一客户群体所需要展现的高贵和神秘。现在随着汽车产品的普及，不同人群对汽车颜色的需求也越来越多样化，除了主流的黑色、银色及白色，还有红色、蓝色、灰色、绿色及粉色等。除了单一的外观颜色，还逐渐引入了百搭的概念，路虎极光及哈弗H2的内外饰颜色百搭运用便是很成功的例子。汽车色彩设计涉及到色彩学、造型美学、材料与工艺及民俗历史等多方面知识，因此进行色彩设计时，要充分考虑配色的规律与美学法则，考虑工艺技术条件，考虑消费者的喜好和市场流行趋势，以及产品功能、使用条件及产品定位等诸多因素，组成统一协调的效果，经过反复的评审、验证及修改，最终创造出符合客户需求的汽车色彩。

3）表面纹理。汽车表面纹理主要运用在内饰产品上，是产品设计的重要组成部分之一。表面纹理的设计对汽车内饰的外观效果有很大的影响。内饰纹理的主要作用是通过在产品表面增加一定效果的纹理，消除产品表面机械加工的痕迹，让塑料件或是人造皮革表面看上去更像是真实的动物皮或是天然织物，以提升产品表面质感。当然对于不同的车型定位，纹理也会有所不同，越野SUV车型一般多选用较粗旷特征的纹理，比如宝马X系列的鳄鱼皮纹理；而定位高端、稳重的奥迪轿车系列，则选用比较规矩细腻的牛皮纹理。近几年，也出现了越来越多的A，B柱上护板采用与顶棚织物面料相同的纹理，让塑料件看上去像是织物包覆一样，在成本不变的情况下提升内饰档次。图2示出A柱上护板仿织物纹理设计。

图2 A柱上护板仿织物纹理设计示意图

1.1.2 工艺设计

1）产品分块。产品分块对系统表面质量影响巨大，合理的分块会降低设计及工艺难度，同时带来较好的外观效果；不合理的分块会增加设计及匹配难度，增加系统成本，且降低系统质量。

产品分块主要遵循3个原则：a.避免多零件对碰，消除“老鼠洞”。产品分块需避免“老鼠洞”的出现，不合适的产品分块会造成3个甚至4个零件之间的对接配合，由于对接点需要倒圆角处理，“老鼠洞”也随之形成。比较好的做法是错开多个零件的分缝线，避免对接产生孔洞；b.减少分块数量。需减少多个零件同时配合的情况，由于受工艺、材料及环境等因素影响，每个零件尺寸都会有公差，而零件叠加配合，会造成公差的累积放大，使尺寸精度难以控制。因此，在分块的时候，最好能够选择一个基体，其余零件与基体配合，减少误差累积，提升外观配合质量；c.分块线尽量平滑。对于产品加工精度，直线轮廓的精度无疑是最容易保证的，所以从制造工艺方面考虑，两个产品配合分缝，最理想的就是直线分缝。从尺寸公差保证方面，直线分缝对配合产品只有单一方向的直线度要求，而增加拐角，就会相应增加其垂直方向的尺寸公差要求，所以产品之间分缝直线最好。当然实际设计中，由于造型原因，产品配合分缝很少是直线，但要尽量的平滑，减少拐角，将配合尺寸偏差控制在单一方向，以达到最优的外观配合质量，图3示出组合开关面罩分缝示例。图3a分缝在曲面上，为曲线，分缝间隙和面差难以匹配；图3b为改善后的效果，是将原来在曲面上一段较大的弧线分缝调整为两条直线分缝，中间在平缓位置用一小段拐角过渡，降低了模具的加工难度，使产品间隙和面差更容易匹配。

图3 组合开关面罩分缝示意图

2）配合尺寸定义。配合尺寸主要涉及2个项目，即间隙和面差。在能够保证工程设计的情况下，间隙面差值越小越好，这样才能显出整体的一致性。产品配合间隙面差值主要是根据产品的自身尺寸公差和产品之间的定位系统偏差，并结合一定的美学原则来定义，同时还要考虑产品后续工艺处理（电镀和喷漆等）对间隙面差的影响。例如：仪表板杂物箱与仪表板本体间隙，通过尺寸公差计算，两者间隙公差为±0.5 mm，但间隙基准值一般定义为2 mm，也就是两者间隙在1.5～2.5 mm之间变化，视觉上间隙差不会太明显，最大间隙值2.5 mm也可以接受。但如果将间隙基准值设计为1 mm，则实际间隙值在0.5～1.5 mm之间变化，最大间隙比最小间隙值大3倍，视觉上太明显，不能被接受。另外，对于杂物箱与周边件面差的定义，一般也是根据尺寸公差，定义杂物箱比周边低0.5～1 mm，保证实际装配时杂物箱比周边件低，给人的感觉是杂物箱嵌到里面，若是杂物箱高出周边件，则会误以为没有关闭到位。

3）间隙隐藏。由于工艺及造型原因，产品之间分块不可避免，既然有分块则必然有间隙，有间隙则必然有公差，间隙外露和间隙不均都会给人造成不舒服的感觉，但通过合理的结构优化设计，对间隙隐藏处理，使客户在正常乘坐位置看不到产品配合间隙，合理地规避了由于产品分块造成的缺陷。间隙隐藏主要有2个原则：a.视线遮挡：通过适当的造型特征或是调整间隙方向，将间隙隐藏到乘员正常乘坐位置看不到的角度，图4示出组合仪表罩与仪表板上本体间隙视线遮挡示例，图4a为两者间隙正对乘员视线，图4b为通过修改分块，将间隙隐藏；b.结构遮蔽：通过对配合产品增加翻边，遮蔽内部间隙，避免“看穿”现象，图5示出产品间隙翻边结构遮蔽示例，图5a示出通过2个产品间隙可以看到背部；图5b示出通过翻边处理规避了“看穿”现象。

图4 组合仪表罩与仪表板上本体间隙视线遮挡示意图

图5 产品间隙翻边结构遮蔽示意图

4）产品遮蔽。由于许多运动件运动间隙及操作空间的需要，产品表面要设计较大的孔洞，不可避免的造成内部部件外露，影响外观视觉，所以需要对内部结构及外露的缺陷进行有效的遮蔽处理。例如从转向管柱护罩与仪表板之间可以看到内部管梁、线束等部件；制动踏板位置能看到内部棉毡。这都会使汽车看起来非常不美观，给客户不舒服的感觉，因此要在相应位置设计遮挡内部结构的覆盖件，图6示出制动踏板位置遮蔽示例。图6a遮蔽性较差，使前围隔热层吸音棉外露，给人低档车的感觉；图6b则通过优化设计对内部结构进行有效遮蔽，使车辆看起来非常整齐协调，提升产品的档次。

图6 制动踏板位置遮蔽示意图

5）工艺缺陷处理。工艺缺陷主要是指在制作过程中注塑产品的分模线、熔接痕及缩痕等造成的缺陷，可以通过设计结构的合理优化进行规避，将缺陷降到最低。

a.产品分模线设计。避免产品分模线出现在视线范围内的A面上，尤其对处于可视区域的零件，在设计中要坚决避免。对由于结构及造型原因造成分模线必须在表面的产品，如B柱内护板，分模线要尽量设计在比较平滑的表面，以利于后续加工及匹配。同时用密封条包边，尽量遮蔽分模线。

b.熔接痕。产品有大的孔洞造型，2股胶料围绕孔洞融合时，由于温度偏低不能完全融合，产生痕迹，所以在设计时应避免大的孔洞造型。若造型实在无法避免，则要根据模具工程师的分析结果，在模具设计时合理布置浇口，将熔接痕设计在最不明显的位置。

c.缩痕。缩痕是由于产品壁厚不均，冷却时间不一致而产生的。一般是由于塑料件背面加强筋、卡扣座、翻边及固定柱等结构设计不合理造成的。这些结构在设计时要通过“狗窝”、“偷胶”及“火山口”等结构进行规避；若无法从结构上规避（比如加强筋去掉会造成强度不足），则要通过更换材料或是增加加强部件来弥补。

6）功能标识。现在汽车功能越来越多，除了油门、制动及换挡这些标准功能外，还有仪表、灯光、音响、座椅、空调与电话接口、出风口及小杂物盒等功能，每辆车的这些功能的标识都会有差异。对于首次接触这些功能的客户，简单易懂的标识尤为重要。首先，这些标识图形符号要尽量大众化和形象化，让人一眼就能够看懂其代表的功能含义；另外，要有好的视野，让乘员在正常操作姿态能够方便的看到。标识文字要清晰，字体得当，再配上相应的背景光，晚上也易识别，同时也对整车内饰灯光布置起到点缀美化的作用。图7示出方向盘按键标识。图7a示出改善前方向盘按键上的标识很难理解，而图7b示出改善后很大众化，易于识别。

图7 方向盘按键标识示意图

1.2 嗅觉

随着人们生活质量的提高，环保意识逐渐增强，车内空气质量越来越引起人们的重视，2012年中国出台了GB/T 27630《乘用车内空气质量评价指南》，对车内有毒有害气体浓度作出具体限制要求。

车内空气质量污染源主要来自汽车内部和汽车外部[3]。汽车内部污染主要来自驾驶舱内饰各种非金属部件，如地毯、顶棚、仪表板、门护板、座椅及隔热层的原材料，以及这些零件在生产过程中所使用的油漆、粘胶剂及海绵条等产生的挥发物；汽车外部污染主要来自发动机运行过程中排放的尾气及空调运行所带来的外界灰尘和细菌等。这些污染轻者使乘员闻到不舒服的气味，重者使乘员头晕、恶心，甚至对人体造成更严重的伤害。

提升车内空气质量，主要从以下几个方面入手：1）控制产品原材料质量，比如对内饰件塑料粒子、地毯毛坯、发泡胶及包覆织物面料所含的有机物制定限值要求；2）对产品生产制造过程所用的辅料，如胶水和油漆的质量进行控制，选用环保型产品；3）产品按尺寸进行分类，根据不同尺寸的产品定义不同有机物的挥发限值；4）对空调进气口周边进行良好的密封隔断处理，与发动机室隔离开，确保进入驾驶室内的是新鲜空气。

此外，近年也出现了在车内配置空气净化器的车型，对车内空气质量进行主动控制，如奥迪A6、索纳塔八代的负离子发生器净化系统，沃尔沃S60的AQS空气质量控制系统，新凯美瑞的光触媒净化和纳米负离子发生器系统，都是专门为提升驾驶室内空气质量设计的。

1.3 触觉

触觉即驾乘人员在驾驶或乘坐汽车时，对所有可能触及部位的感觉，主要包含以下几方面。

1）直接接触部位的造型要符合人机工程，如方向盘、车门拉手及各种操作按键表面，在造型设计时要考虑便于人手接触，在方向盘手指接触部位做与手指随形的凹槽设计，如图8所示。拉手的大小要正好能让人握住，断面造型要圆滑，避免尖角硌手。按键操作表面一般设计为小凹陷，防止误操作。

图8 方向盘手指随形凹槽设计

2）各种操作功能件的操作顺手，即在驾乘人员正常坐姿下能够正常操作。一般会根据操作功能和频度确定是在全手伸及、三指伸及或单指伸及界面内。比如全手操纵杆件，包括方向盘、换挡手柄、手制动手柄及组合开关等，都必须在驾驶员全手伸及界面内；空调旋钮、音响旋钮及灯光调节开关等需要三指操作的，应在三指操作伸及界面内；仪表板上其它可以进行单指操作的按钮，如空调出风口调节按钮（副驾驶侧不包括）必须在驾驶员单指伸及界面内。

3）各操作件操作力、行程及平顺性、产品表面软硬、冷暖及粗糙度等设计要符合人机工程。比如空调出风口拨轮的操作力一般设计为2～3N，门板肘枕采用发泡工艺使表面有软质效果；增加阻尼以平顺杂物箱开启关闭。

4）人体直接接触部位的表面，其软硬和粗糙度的处理会让人有舒服的感觉，如座椅和仪表板门护板等内饰件表面由发泡或包覆等软质材料制成，一些电器按键表面进行软触漆喷漆，给人舒服的感觉。

1.4 听觉

听觉即驾乘人员在对车辆正常驾驶及操作过程中所能感知到的声音，好听的声音能够给人舒适愉快的感觉，而不好听的声音则使人烦躁不安，对车辆的驾驶感觉也大打折扣。

汽车声音的来源很多，主要分为3类：1）车辆正常运行所产生但需要尽量减小的声音，如来自发动机舱内发动机及底盘各部件运转的噪声；车辆行驶中外界的风噪。这一类声音主要是通过隔断处理减弱声音，比如在车身前围及地板增加隔音层；2）车内各功能部件和按钮在正常操作时所产生的声音，这些声音需要通过不断的优化和试验，使声音听起来让人感觉舒服，如各电器开关按键和旋钮操作声音，储物盒和烟灰缸开启关闭声音等。这一类声音一般要通过选用特殊材料、增加润滑剂及阻尼等方法让声音听起来更有质感；3）各零部件之间由于互相接触和摩擦而产生的不该有的声音。如塑料件与塑料件、塑料件与钣金件之间，在设计时若是间隙不合理或有接触，当车辆运行在颠簸路或是受外力时都会产生由于相互运动造成的异响。这一类声音都是属于不正常的声音，客户是绝对不允许的。设计时首先要考虑相邻件之间预留足够的间隙，并保证自身强度，防止受外力后产生碰撞异响。对于必须要互相接触的部件，要设计足够的固定点，并且增加毛毡或泡棉，消除部件互相接触而产生的异响。

2 结论

根据多年汽车行业设计经验，通过对视觉、触觉、嗅觉及听觉4方面的汽车精致工艺的设计方法及具体应用的论述，揭示了精致工艺的重要性。并且通过在各车型内外饰设计中的运用发现，在同样成本及工艺下，整车内饰外观质量有了明显提升，顾客感知度提高，说明精致性设计对提高汽车的整体质量和行业竞争力有很大的帮助。随着顾客对汽车产品要求的不断提高，精致工艺在汽车设计中将会越来越重要，也将成为广大设计人员追求的目标。