基于技术驱动下的微型电动汽车造型设计研究

邓昭 朱庆彬

关键词：交通拥堵 电动技术 汽车设计 马斯洛需求 微型汽车

引言

由于全球性的能源危机和生态环境问题越来越严重，在交通运输领域，研究与开发绿色环保、节能低碳减排的新一代电动汽车已经成为解决这一问题的重要途径之一。同时在城市里交通拥堵、停车难等问题的出现使人们开始更多的青睐小型或微型汽车，微型电动汽车开始大范围的推广，因其体积小、易操作、能耗低、灵活便捷、可以在满足人们日常出行代步的基础上有效地缓解交通拥堵和停车难的问题，由于微型电动汽车的驱动方式和车辆布置有别于传统的燃油汽车，不必须复杂的传动结构，因此在车辆造型设计方面还有很大的空间。

目前，湖南大学赵丹华[1]认为汽车的车身本质上就是一个由美学、结构力学、空气动力学这些多学科共同制约束的综合设计结果。广州美术学院李勇[2]认为新能源汽车的优点在于它的车身和结构得到了很大的简化，使纯电动汽车产品外饰造型更具有感性和自由，纯电动汽车将其与传统的燃油车相比，展现出更加多元化的外观和造型设计;西南交通大学秦凯琦[3]认为，微型电动汽车因其具有体积小、容易操纵、无污染、低能源、灵活便捷，能有效地缓解交通拥挤和停车困难的问题。故此针对电动汽车的技术特征及用户需求，对比市面现有微型电动汽车案例，结合用户使用情景，设计出一款城市微型电动汽车，并对其进行造型设计。

一、国内微型电动汽车发展现状

我国作为目前世界上汽车保有量最大的国家，其幅员辽阔，交通发达，城镇化发展迅速，汽车作为城市里主要的交通工具，其优势在于点对点的运输方式，提高了工作效率，城市的发展与生态环境的矛盾逐渐增加，城市交通拥堵导致交通压力增大，人们对微型电动交通工具的需求也逐渐增加，当下年轻人逐渐成为汽车消费的主力军。

据了解，从100万辆电动汽车发展到200万辆电动汽车使用了5年，从200万辆电动汽车发展到300万辆仅使用了两年半的时间。然而车位建造的速度远小于汽车需求的增长。目前在我国的电动汽车市场上，政府出台了许多新能源汽车相关政策，我国新能源汽车市场生产量和数量逐年上涨，如见表1。

2020年微型电动汽车保有量达到30万辆，在纯电动汽车市场比例占40%，成为新能源乘用车市场的支柱。

微型汽车特指的是A00级紧凑车型，其轴距一般为2米～2.2米之间，发动机的总排量一般规定为甚至小于或超过等于1升。微型电动汽车整体造型重点组成不部分如：前脸造型、尾部造型、前后翼子板组合、散热器格栅、尾灯组合、a柱、挡泥板、车身标志及裙板。汽车是复杂产品，由很多的器件组成，但从外观上看，前脸造型、侧面造型和尾部造型等设计将对整车造型产生非常重要的影响，本文主要针对车身的正面造型、侧面造型、尾部造型三个方面确认车身的造型风格。

二、技术对微型电动汽车造型设计的影响分析

（一）驱动技術对汽车造型的影响

不同汽车驱动系统和内部布置会直接影响轴距、总长度和前后车轮悬挂等产生改变，从而直接影响和关系到汽车的整车车身比例和整体造型。电动汽车的电机驱动布置方式主要有：传统的中央电机驱动布置方式、轮毂发电机驱动分散式驱动控制系统等。

1.中央电机驱动技术：由于电机主要由电动引擎和传动系统组成，电机的布置可以是前置或后置，因此可以给车内空间提供更多的空间，这就为外造型设计提供了更大的设计方向，所以电动汽车的外形设计也会更丰富。

2.轮毂电机驱动技术：轮毂电机驱动主要原理是把四台轮毂电机集中放置到四个角的车轮上，这种设备的控制方式普遍应用在四角式的电动汽车上，通过驱动引擎和车轮导线系统来自动控制四个驱动机和车轮的垂直转动和反向行驶，操作控制灵活简便。

3.电池分布技术：电池的形状也会对其车身造型造成影响，电池的形状也是有大有小的，它们可以按照不同的车体进行多样化的布置。灵活多变的蓄电池设备安置给电动车辆创造了一个更加宽敞的内部和外部空间，如图1。

（二）人机工程学对微型电动汽车造型的影响分析

在电动汽车的造型设计中，人机工程学作为一门研究驾驶者与汽车之间相互关系的学科，为改善乘坐环境，提供良好的乘坐条件和体验，保证人身健康安全，研究了人、车、环境之间的关系，优化整车的舒适性。从人机工程这一角度出发，对操纵系统、驾驶视野、两个方面进行分析。

1.操纵系统中的人机工程分析：操纵系统是一种机械系统，如对方向盘、脚踏、杠杆、扭力的操作，这些都是驾驶者在使用中触摸的东西。操作装置必须为驾驶者提供方便和安全。在对电动汽车进行设计时，必须充分考虑对于人体尺度、心智和生理能力的影响。由于微型电动汽车的体积较小，操作系统也会受到影响。需要准确掌握身体的尺寸、舒适驾驶姿态下的生理和运动角度、上下肢的活动区域，并且要充分地考虑到最大，最小的运动区域和角度，如图2、3。

2.驾驶视野中的人机工程分析：良好的驾驶视野能够提供给司机准确的道路信息辅助司机安全驾驶，驾驶视野标准是由前美国电动汽车工程师协会（sae）规定的百分之五十分位的双目在眼球中椭圆点的位置，用来帮助确定电动车辆的最佳驾驶视野以及驾驶相关零配件的具体尺寸，确定最佳驾驶双目的眼球中椭圆点的位置，在此前本标准的规定基础上对电动车辆车身进行了造型的优化设计，可以给汽车驾驶者提供能够充分提供开阔的汽车驾驶感觉视野与良好的乘坐视觉感受，如图4。

三、微型电动汽车造型设计发展趋势

（一）现有微型电动汽车造型样本分析

本文选取八组微型电动汽车样本作为研究对象，主要以车辆造型的线性来加以剖析，如图5

（二）微电动汽车车身整体造型设计分析

根据现代汽车车身造型的整体结构形态及车身零部件整体结构可以将其划分为前围、侧围、后围及顶，即三围一顶。

1.前脸造型设计分析：前脸的整体造型风格设计在小型纯电动汽车的车身造型和设计风格中起到了重要角色，汽车作为影响人们的情绪和思想载体，是设计师通过对人或者动物情绪给予其前脸造型的变化，如表3中所示，我们根据前脸主要造型风格来提取“Keydesign line”进行分析和对比。

从表格中分析，在前脸的设计中应该把握以下几点：

（1）前脸的造型风格需与车身整体造型风格相一致。

（2）在前脸的造型设计中多采用拟人化设计，线条上采用几何造型，使整体风格简洁，或具有运动激进感，或展现圆润饱满感，这样可以使得整体造型更生动，设计元素更加前卫。

2.侧围造型设计分析：侧围造型的设计对整车的外观设计尤为重要，其侧围造型与特征线可以充分体现出电动车的整体风格设计特点与外观体量，见表3中所示的是纯电动汽车侧围的主要设计类型与路线，如图6。

微型電动汽车的侧围造型设计主要以车窗轮廓线和腰线为主，由上表可以看出车窗轮廓线基本分为两种：一种是连贯的车窗轮廓线一种是在C柱做部分的熏黑处理达到悬浮式车顶的视觉效果。

而汽车的腰线设计则表达的是整车给人的第一视觉感受，根据上表的对比分析微型电动汽车的腰线基本分为三种：（1）前高后低的侧身腰线造成了整车造型具有前进的视觉感受，也符合汽车作为快速移动产品的产品语义。（2）柔和的腰线会使整车侧身造型显得更加圆润，比较适合造型可爱的电动汽车。（3）具有明显转折的腰线可以显得整车造型更加具有运动感，使整个侧围显得层次分明。

3.尾部造型设计分析：尾部造型从后备箱大小、开启方式、形态等出发，影响着整辆汽车的实际使用功能和空间，而且也会对于整辆汽车的造型样式及其特点起到决策作用。

微型纯电动车尾部造型的设计原则主要有两点：（1）充分考虑到与整个汽车尾部造型样式的协调统一（2）尾部可以选择多种后备箱敞篷门打开的方式，增加了车内空间的利用;如图6所示MINIclubman采用了对开的开门方式，在保持后备箱的功能空间上增加了便捷性，同时尾部的特征线也应该与侧面特征线有呼应关系，如图7。

四、马斯洛需求分析

在对需求的基础进行理论探索和研究，美国著名的心理学家马斯洛把人的需求划分为五个维度，分别称之为：生理性需求、安全性需求、社会性需求、自我发展性需求和自我实现性需求。用户选择微型电动汽车，是首先必须满足基本的出行要求，电动汽车应该被视为安全、快速的出行代步方式，给广大用户提供了更多的生活和工作便捷。并且，在日常出行的过程中，年轻人们往往都会对于电动汽车有不同的需求，比如说对于功能性的使用都会带来良好的感受，对于汽车整体外形的别致新鲜需求;对于乘坐安全舒适性的要求等，如表4所示为用户的各个方面需求进行了分析，如图8。

五、用户调研及车型参数分析

1.用户调研：本人设计了一份关于微型智能电动汽车意向调查问卷，经过对调查问卷结果的汇总分析，可以得出以下结论：（1）在调研人群中，21-30岁的人群占比92%，这一人群为当代社会中的年轻人群体，这一类人群也作为本文设计实践的主要用户群体。（2）被调研的人群有72%对新能源汽车持开放态度，并且对新能源汽车的购买欲望也十分强这说明电动汽车比较受用户的欢迎。（3）对被调查者驾驶电动汽车的出行及用途研究调研得出，出行时间小于0.5h的占40%，上下班通行、购物的人数较多，占总人数的56%，说明用户的出行距离一般为短途出行，出行范围大概为市内和城市周边的卫星城。（4）为了了解用户对与微型电动汽车的造型需求，设立了外观造型风格倾向性调研分析，其中科技占比70%，其次是灵动与运动感，这也为后期设计时间提供了相关参考，以更好地满足用户需求。（5）为了确定用户对微型电动汽车外观颜色的选择，专门对用户颜色偏好进行了调研，其中青色、白色和橙色占比较高分别为52%、40%和48%，这为后面车身色彩选择上确立了方向。

根据对收集的微型电动汽车样品分析，将各个样品中符合年轻人需求的特征元素组合起来，得出符合年轻化的微型电动汽车造型设计意向版，为本文的设计方案提供一定的指导意义，这在进行汽车设计的过程中也是不可缺的一环，可以高效地寻找出符合用户审美的造型方案，如图9。

2.车型参数分析：在进行车辆造型设计时，针对车辆的整体规模、功能和空间布局等各个因素特点来确定。本次设计的车是一种四轮驱动和四角电动的单排微型纯电动车。采用电动轮毂式发电机和中央电动机进行驱动，电池被直接自动安放安装在了每位乘客的前后座椅下，可以充分利用前后驾驶舱，使车内可以存储的动力空间充分发挥，达到了其最大化，package车的结构设计如图10所示。

六、设计实例

微型电动汽车造型设计是一个复杂的过程，根据前文对影响汽车造型技术的分析，结合搜集的不同微型电动汽车实例以及对意向图的搜集和提取得出符合当下年轻用户的意向造型，并进行用户调研，将搜集到的用户数据整理得出意向词汇，并根据意向词汇搜集意向图片，根据意向图进行前期草图设计、二维效果图设计、三维模型设计、用户场景渲染，最终得出设计方案再对方案进行设计验证。

（一）首先根据对20-30岁主要用户群体调研数据分析寻找对应意向图，再根据意向图进行设计推演和头脑风暴，将这些一项图片进行抽象化处理，提取符合意向图的设计特征，提取的一向词汇有：科技、自由、圆润、可爱，如图11。

（二）其次，根据搜集的意向图进行头脑风暴以及前期草图的绘制得出初步造型方案，如图12。

（三）然后，通过二维渲染软件Photoshop对方案进行进一步细化，得出前45，后5以及顶视图的细化方案，并对车身颜色及部件进行设计探索，如图13。

（四）最后，根据确定的方案三视图及具体细节图开始三维建模，使用Aliase专业汽车建模软件对方案的外饰与内饰进行三维建模，并且用Keyshot渲染软件对方案进行三维虚拟化渲染得出以下效果图和人机交互图，如图14～16。

（五）设计方案验证首先，通过产品设计方案的展现，使用调查问卷的形式，对概念设计方案进行用户满意度调研，搜集用户对此方案的造型，功能，颜色，交互方式的满意度。

最后，通过收集问卷的调查结果显示，超过75%的受访者对该产品的造型、功能表示满意或非常满意，超过85%的受访者对该方案的色彩材质表示满意或非常满意，该方案目前为概念阶段，还存在待完善之处，仅为未来城市微型电动汽车设计提供参考。

结论

本文在对比分析了技术对汽车造型的影响，结合收集分析了国内外相关微型电动汽车的图片及文字资料，总结了微型电动汽车造型的特征元素，结合马斯洛需求分析，对年轻人的出行需求和情感化需求进行了总结，将用户调研搜集的意向词汇转化为意向图进行方案设计，结合设计软件进行方案深化，最终得出适用于年轻人的微型电动汽车造型设计方案，为未来微型电动汽车造型设计提供参考。