汽车车身设计新方法与关键技术研究

刘新奇 叶明礼

摘 要：车身设计造型涉及诸如空气动力学，人体工程学、制造工艺学、美学、计算机图形学、结构学、材料学等等学科，它是一种技术和劳动密集型相结合的产品，车身设计成本占整车总设计比重最大，所以车身设计成为制约着汽车制造和新车型开发的关键。

关键词：汽车；车身设计；技术

车身是汽车的四大总成之一，随着汽车服务领域的不断扩大和需求日益多样化、个性化，车身设计已后来居上逐渐占据主导地位。据统计，客车、轿车和多数专用汽车的车身质量约占整车质量的40%～60%；货车车身质量约占整车质量的16%～30%；而各车型车身的制造成本占整车的百分比甚至还略高于上述给出的上限值。从节能、节材等几个方面来看，车身设计的潜力则更大。

1.车身的作用及结构特点

车身的主要作用是载运乘客或货物，相当于临时住所或流动仓库，是一个受到质量和空间限制的活动建筑物，其详细作用因车而异。就轿车车身而言其作用概括起来有以下5点：（1）实现整车功能；（2）为乘客提供舒适的乘坐环境；（3）为乘客提供安全保护；（4）减少空气阻力；（5）增强轿车的美观性。

车身的特点主要体现在车身的涉及面广、车身材料种类多、车身造型发展迅速等几个方面。车身的结构特点主要在于组成车身外形的各个零部件（即所谓的车身覆盖件）的材料薄、尺寸大、形状复杂且多为自由曲面。

2 .对车身设计的要求与特点分析

车身设计包括对车身各项内容的设计，其总体要求是在实现相应功能的前提下力求造型美观，性能良好、具有良好的空气动力特性制造容易、维护装拆方便。

在外形和结构上，车身壳体（特别是轿车车身壳体）是由许多具有空间曲面外形的大型覆盖件组成。对整车外形来说，既要求其整体协调给人以美感，又必须保证必要的流线型。在设计这些大型覆盖件时，对互换性和装配准确度也有较严格的要求，必须保证其工艺性要求。因此，要求车身表面上的各点（空间坐标）连成的曲线必须在纵向和横向2个截面上反复协调以使之光顺。传统的设计方法就不得不规定车身图样必须采用坐标网格来表示，但即使如此，也无法单纯依靠图纸准确完整地将其表達出来，而必须辅以实体模型。也就是说，对车身这样复杂的空间曲面外形需采取一整套特殊的实物（如外形样板和主模型等）模拟和“移形”（模拟量传递）的办法来表达。在产品设计、生产准备和投产等阶段中，实物可以补充图样的不足，保证成套工艺装备（模具和装焊夹具等）之间乃至零部件之间的协调验证。以上这些特点决定了车身设计有别于汽车上的其他总成而自成一套体系的工作方法，这种方法及其思想也成为逆向工程的起源，迄今为止，车身设计也是逆向工程应用最多、最成熟的领域之一。

3. 汽车车身的内部设计

车身内部设计要力求精致、考究、装备齐全，近年来，内饰设计从强调舒适到重视驾乘的愉快与享受是车身内部设计的一个特点。

大量采用柔性的内饰设计。内饰装备和覆盖物的造型都比较圆滑，恰好与外形发展的趋势相呼应。面料和座椅软垫一体化成型的座椅，整体模塑成型的仪表板和复合材料饰板给人以精致、明快的感觉，而内饰面料触感柔软则给人以和谐、舒坦的视觉效果。总之，软化的内饰不仅是舒适的需要，而且也是安全的需要。

座椅可说是保证乘员舒适性的最重要的装备。座椅的设计和布置首先要保证乘客的坐姿符合人体工程学。然而，一个座椅要满足各种体形的人，就得能够对座椅从各个方位进行调节。愈是讲究的座椅，调节机构就愈复杂。为了使座椅适合各种身材的人，就要按照人体工程学和数理统计原理对座椅的调节方式和调节范围进行精确的计算并设计，同时保证车身内部空间的尺寸尽可能紧凑。

现代车身内部设计更加追求愉快感。在车身内部所采用的音响设备、电视、无线电话以及小型冰箱等设备就是明证。随着旅游的兴旺发达，“娱乐型”汽车的概念应运而生。显然，消费者已不只满足于“舒适”地坐在汽车内，他们希望所购的汽车不但能容纳长度较大的滑雪板，而且还可作为“移动的野营帐篷”等等。消费者的意愿给车身设计师们提供了一个广阔的设计想象。

4. 汽车车身的外部造型设计

20世纪末，轿车车身外部造型设计的主流是柔性与刚性的特点相呼应，构成棱角分明的外形。车身多采用淡雅的色彩，造型显得朴实含蓄、线条明晰优美。这种外形具有易于零件分块，易于冲压和分总成拼焊等特点。因此，曾被广为采用。由于空气动力学是影响车身造型的最重要因素，根据节约能源、减小风阻系数和提高空气动力性能等原理而推出的楔形造型，后来也一度十分盛行。

近年来，因为棱角分明的外形很难大幅度地降低风阻系数，故汽车外部造型逐步突破棱角分明而趋向圆滑，尤其重视完美的局部造型以及加装各种导流板。事实上，这种圆滑、飘逸型的造型风格已博得广大消费者的理解和喜爱，并成为今天的车身造型主流。当然，某些高级轿车依然保持较稳重的造型风格，如维持传统式样的散热器面罩，但为了进一步降低空气阻力，其外部造型也逐渐趋向圆滑、明快。

今天的车身外部造型设计，在国外专业人员中被称作“流线形设计”。按照造型师们的新理念，汽车外形的连续完整性不应再依靠挺拔的棱角去表现，而是要由各种曲面光滑的连接以及微妙的光学效果与视觉效果显示出来。众所周知：普通汽车在换档行驶时，发动机的功率和燃料大部分都消耗在克服空气阻力上（约占汽车总阻力 65%），而具有“连续流动”曲面光滑的外部造型的轿车就可采用功率较小的发动机而达到较高的行驶速度，从而节约燃油消耗。这种车身造型设计的最大特点就是弯曲的大弧面，其模型制作要用玻璃纤维或碳纤维。

5. 汽车仿生设计

第一种，形态的仿生。汽车形态的仿生设计在很多情况下都是寻找一种优美且合理的形态来进行模仿。很多设计师都从大自然的形态中激发出了丰富的灵感，通过充分发挥人类的智慧，在产品的设计中充分体现了大自然的美和生命的本质。这里的形态所指的是它们自身的物理构成和集几何结构，并不只是符号上的区别，关注的重点是生物形态具备的物理属性。

第二种，意义的仿生。这种仿生设计关注的重点是生物的神态特点和被赋予的象征意义，通过高度的概括和分析，提炼出生物的形态特征。正是因为这种仿生设计强调对形态美感和神韵特点的提取和模仿，所以它采用的是隐喻的方法，让人们对语意的隐藏含义进行想象，将比较熟知的视觉美感和象征意义赋予汽车，让人们能在使用的过程中感受到不同的属性，得到精神和情感上的满足。

第三种，形态和意义仿生的融合。简单来说，这种仿生设计的对象同时包含了上述两个方面的内容，既隐藏了一定的符号意义，也能体现出生物的物理属性；既关注生物的形态，也强调其神韵，致力于让汽车达到神形合一，以形传神的境界。

结语

现代汽车车身要求具有很高的防撞抗冲击能力，以及高度的清洁性、舒适性和智能性，还要给人以更美的艺术感受。总之，汽车车身是设计师的语言和艺术品，也是汽车设计的精髓所在。

参考文献：

[1]范子杰，桂良进，苏瑞意.汽车轻量化技术的研究与进展[J].汽车安全与节能学报，2014，01：1-16.

[2]方方，关惠元，邵斐等.文化仿生在汽车造型设计中的应用研究[J].机械设计，2014，03（11）：114-117.