汽車(chē)車(chē)身造型設(shè)計(jì)的方法分析

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摘要：汽車(chē)車(chē)身造型設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)師們從減小汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程中的氣動(dòng)阻力出發(fā)，考慮人體工程學(xué)的特點(diǎn)，并結(jié)合美學(xué)中人們對(duì)審美的要求，綜合性的設(shè)計(jì)汽車(chē)外形，確保汽車(chē)車(chē)身造型具有較強(qiáng)的實(shí)用性、安全性和舒適性，同時(shí)帶給人們更多的精神和視覺(jué)享受。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)造型；空氣動(dòng)力學(xué)；人體工程學(xué)；美學(xué)

1汽車(chē)車(chē)身造型發(fā)展歷程

自1886年第一輛汽車(chē)誕生以來(lái)，汽車(chē)車(chē)身造型經(jīng)歷了一百多年的發(fā)展歷程。汽車(chē)車(chē)身造型從其成型開(kāi)始，大致經(jīng)歷了一下七個(gè)發(fā)展階段：馬車(chē)型汽車(chē)、箱型汽車(chē)、甲殼蟲(chóng)型汽車(chē)、船型汽車(chē)、魚(yú)型汽車(chē)、楔型汽車(chē)和流線型汽車(chē)。在每一個(gè)發(fā)展階段，設(shè)計(jì)師們從機(jī)械工程學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)、人體工程學(xué)、美學(xué)等各個(gè)方面著手設(shè)計(jì)汽車(chē)車(chē)身外形，力求從汽車(chē)造型過(guò)程中對(duì)汽車(chē)的實(shí)用性、安全性、經(jīng)濟(jì)性等方面得到改觀，盡可能多地滿(mǎn)足更多的人的需求。本文從空氣動(dòng)力學(xué)、人體工程學(xué)和美學(xué)三個(gè)方面簡(jiǎn)要闡述了汽車(chē)造型設(shè)計(jì)方法。

2汽車(chē)車(chē)身造型中的空氣動(dòng)力學(xué)

汽車(chē)行駛過(guò)程中，空氣與汽車(chē)車(chē)身處于相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，汽車(chē)車(chē)身將受到來(lái)自空氣的各個(gè)方向的作用力，這就要求工程師們?cè)谠O(shè)計(jì)汽車(chē)車(chē)身過(guò)程中，必須要考慮空氣動(dòng)力性能的影響，以保證汽車(chē)行駛過(guò)程中安全性、穩(wěn)定性，同時(shí)保證乘客及駕駛員的乘坐舒適性。

2．1汽車(chē)前端外形對(duì)空氣動(dòng)力特性的影響

原汽車(chē)外形的示意圖，在此基礎(chǔ)上，對(duì)汽車(chē)前端外形進(jìn)行改進(jìn)，汽車(chē)各改進(jìn)后的前端所受到的空氣阻力系數(shù)如圖1下所示。從圖中可以看出，車(chē)頭前端造型的不同，將影響汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程中受到的空氣阻力的大小。研究表明，汽車(chē)前端橫向邊角倒圓角，將減小汽車(chē)前部受到的氣動(dòng)阻力；從整體上看，車(chē)頭前端整體為流線型形狀的汽車(chē)要比車(chē)頭前端局部倒圓角的汽車(chē)受到的氣動(dòng)阻力小；在設(shè)計(jì)汽車(chē)前端為流線型結(jié)構(gòu)過(guò)程中，降低圖中的傾角，可以有效減低汽車(chē)前端受到的氣動(dòng)阻力系數(shù)，但是該傾角一般不低于，當(dāng)其值低于時(shí)，繼續(xù)降低該傾角，對(duì)汽車(chē)前端受到的氣動(dòng)阻力的影響變化不大。

2．2汽車(chē)頂部形狀對(duì)空氣動(dòng)力特性的影響

汽車(chē)頂部形狀的不同，其受到的氣動(dòng)阻力將發(fā)生相應(yīng)的變化。汽車(chē)頂部設(shè)計(jì)過(guò)程中，與汽車(chē)前端擋風(fēng)玻璃以及后端車(chē)窗玻璃處形成平滑過(guò)渡，同時(shí)，頂部具有一定的曲面造型，可以使得汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，有利于氣流平滑地通過(guò)汽車(chē)頂部，從而降低汽車(chē)頂部所受到的空氣阻力。在頂部曲面設(shè)計(jì)過(guò)程中，其正面投影增大，這反而會(huì)使得空氣阻力增大，所以，在設(shè)計(jì)過(guò)程中要同時(shí)考慮這兩方面因素的影響。圖2展示了汽車(chē)上撓系數(shù)與氣動(dòng)阻力之間的關(guān)系，從圖中可以看出，隨著上撓系數(shù)的增大，正投影面積引起的阻力逐漸增大，而實(shí)際車(chē)頂所受到的阻力隨著上撓系數(shù)的增大先減小后增大。所以，在設(shè)計(jì)汽車(chē)車(chē)頂時(shí)，要綜合考慮汽車(chē)車(chē)頂上鼓程度及相應(yīng)的正投影面積，盡可能地降低車(chē)頂部所受到的空氣阻力。

2．3汽車(chē)側(cè)面形狀對(duì)空氣動(dòng)力特性的影響

汽車(chē)側(cè)面外形形狀的不同，其受到的氣動(dòng)阻力也會(huì)發(fā)生變化。研究表明，氣動(dòng)阻力大小與側(cè)面外形形狀的正面投影成正比，同時(shí)，汽車(chē)側(cè)面流線型可以降低氣動(dòng)阻力。圖3展示了汽車(chē)俯視外輪廓線與氣動(dòng)阻力及正面投影之間的關(guān)系。從圖中可以看出，側(cè)面流線型外形在一定程度下有利于降低氣動(dòng)阻力，但由于曲面彎曲越大，對(duì)應(yīng)的正面投影面積增大，反而增大了氣動(dòng)阻力，因此，在汽車(chē)外形設(shè)計(jì)過(guò)程中要綜合考慮這兩方面的因素，盡可能平衡兩種因素帶來(lái)的正面和負(fù)面效果，選擇出最佳的氣動(dòng)外形。

2．4汽車(chē)尾部形狀對(duì)空氣動(dòng)力特性的影響

汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，氣流流經(jīng)氣流前端后，通過(guò)汽車(chē)頂部后會(huì)在汽車(chē)尾部形成混合氣流，從而在汽車(chē)尾部形成尾渦。根據(jù)汽車(chē)尾部形狀的不同，大體可分為四種類(lèi)型，分別是階梯背式、斜背式、短背式、直背式。對(duì)階梯背式而言，氣流流經(jīng)階梯形狀的汽車(chē)尾部過(guò)程中，在階梯傾斜面，氣流流動(dòng)較為平緩，但在階梯交接處，汽車(chē)流動(dòng)出現(xiàn)了分離現(xiàn)象；對(duì)斜背式而言，由于斜背式與車(chē)頂過(guò)渡較為平緩，氣流流經(jīng)斜背式車(chē)尾過(guò)程中，基本上能夠緊貼斜面流動(dòng)，而不出現(xiàn)分離，這種情況下，汽車(chē)尾部收到的空氣阻力相對(duì)較??；對(duì)短背式汽車(chē)而言，由于汽車(chē)尾部下端傾角增大，導(dǎo)致汽車(chē)底部氣流通道在該處增大，氣流流速減小，能量也降低，使其受到的阻力增大；對(duì)直背式汽車(chē)而言，氣流流經(jīng)頂部后，頂部與尾部過(guò)渡更大，這使得氣流在流經(jīng)尾部過(guò)程中出現(xiàn)了分離現(xiàn)象，在汽車(chē)尾部形成分離渦，導(dǎo)致氣動(dòng)阻力增加?？傊?，不論是汽車(chē)整體造型還是局部造型，不同的設(shè)計(jì)使其在行駛過(guò)程中受到的空氣阻力的影響不同，所以，在設(shè)計(jì)汽車(chē)外形過(guò)程中，要運(yùn)用空氣動(dòng)力學(xué)的原理，綜合性的設(shè)計(jì)具有最優(yōu)化的汽車(chē)造型。

3汽車(chē)車(chē)身造型中的人體工程學(xué)

人體工程學(xué)，是20世紀(jì)50年代初發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興學(xué)科，其主要內(nèi)涵是將人和機(jī)械有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，其目的在于研究和解決工程設(shè)計(jì)與人之間的關(guān)系。汽車(chē)作為人所應(yīng)用的交通工具之一，其設(shè)計(jì)過(guò)程中要考慮駕駛員的操作方便性、安全性、舒適性，同時(shí)還要考慮成員的乘坐舒適性、安全性等方面的因素，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，人性化的理念貫穿于汽車(chē)造型設(shè)計(jì)的始終。汽車(chē)發(fā)展過(guò)程中，人體工程學(xué)的設(shè)計(jì)理念最早體現(xiàn)在船型汽車(chē)的設(shè)計(jì)上，之后，在汽車(chē)設(shè)計(jì)過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)人為主題的設(shè)計(jì)思想。在汽車(chē)造型設(shè)計(jì)過(guò)程中，汽車(chē)整體尺寸的設(shè)計(jì)大小，綜合考慮了人的尺寸，這一應(yīng)用使得汽車(chē)設(shè)計(jì)過(guò)程中更為人性化，同時(shí)，也滿(mǎn)足了大多數(shù)人乘坐汽車(chē)的需求。在汽車(chē)設(shè)計(jì)過(guò)程中駕駛員視野設(shè)計(jì)過(guò)程中同樣也應(yīng)用了人體工程學(xué)。根據(jù)對(duì)人眼視覺(jué)特性、視野效果的研究、試驗(yàn)，確定汽車(chē)外觀造型件的設(shè)計(jì)滿(mǎn)足駕駛員視野要求的尺寸關(guān)系和位置關(guān)系，以保證駕駛員獲得正確的駕駛信息。

4汽車(chē)造型中的美學(xué)

汽車(chē)造型設(shè)計(jì)過(guò)程中的美學(xué)不僅僅指汽車(chē)造型上的美，而是具有雙重含義，一方面指汽車(chē)物體本身，另一方面是它的精神功能，在設(shè)計(jì)過(guò)程中與藝術(shù)相結(jié)合，帶給滿(mǎn)足不同群體對(duì)美的追求，成為汽車(chē)設(shè)計(jì)過(guò)程中追求的準(zhǔn)則。首先，在汽車(chē)造型設(shè)計(jì)過(guò)程中將科學(xué)與藝術(shù)相結(jié)合，將科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于汽車(chē)的技術(shù)生產(chǎn)，同時(shí)，結(jié)合時(shí)代審美觀念，將藝術(shù)應(yīng)用于汽車(chē)造型中。新科技、新材料、新技術(shù)的使用體現(xiàn)了汽車(chē)的物質(zhì)功能，造型設(shè)計(jì)和美學(xué)藝術(shù)相結(jié)合，體現(xiàn)了各個(gè)發(fā)展時(shí)代過(guò)程中人們對(duì)美的追求。其次，要體現(xiàn)功能美和時(shí)尚性。從功能上說(shuō)，汽車(chē)作為人類(lèi)的交通工具，它的使用是以人為載體，這就要求汽車(chē)在駕駛過(guò)程中具有安全性、穩(wěn)定性、可靠性；作為汽車(chē)內(nèi)的乘客，要求汽車(chē)具有乘坐舒適性、方便性和宜人性。從時(shí)尚性來(lái)說(shuō)，時(shí)代在發(fā)展，人類(lèi)發(fā)展的每一個(gè)階段，對(duì)審美的追求或多或少都有差別，這使得汽車(chē)在發(fā)展過(guò)程中，造型設(shè)計(jì)也要跟隨時(shí)展的要求，滿(mǎn)足當(dāng)代人們對(duì)審美的追求。如果汽車(chē)造型設(shè)計(jì)中的“形”“色”“質(zhì)”不再產(chǎn)生悅?cè)说男Ч?，就?huì)引起陳舊、單調(diào)和乏味，從而失去了心理上對(duì)美的追求，為了追求“形”“色”“質(zhì)”帶給人們的新穎，促使汽車(chē)造型設(shè)計(jì)發(fā)生演變。最后，要體現(xiàn)創(chuàng)造性和經(jīng)濟(jì)性。創(chuàng)新是事物發(fā)展的前提，汽車(chē)的發(fā)展也不例外。從最早的馬車(chē)型發(fā)展至現(xiàn)在的楔形汽車(chē)，都是在每一次的創(chuàng)新的基礎(chǔ)上有了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步。任何產(chǎn)品的暢銷(xiāo)，都是集實(shí)用性、美觀性、經(jīng)濟(jì)性于一體，汽車(chē)也不例外。汽車(chē)的實(shí)用性在于其性能、空間等適合于人們的要求；美觀性根據(jù)時(shí)展的特征，符合當(dāng)代人們的審美要求；經(jīng)濟(jì)性是從汽車(chē)生產(chǎn)制造過(guò)程中的材料、能源等各個(gè)方面降低成本，但同時(shí)要保證質(zhì)量，同時(shí)，在汽車(chē)使用過(guò)程中降低油耗，從而降低成本。在今天，汽車(chē)作為重要的交通工具之一，只有充分考慮經(jīng)濟(jì)性，才能在汽車(chē)行業(yè)中獲得競(jìng)爭(zhēng)力和生存力。綜上所述，汽車(chē)造型設(shè)計(jì)并不是憑空設(shè)想出來(lái)的，而是在造型設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)師門(mén)綜合考慮空氣動(dòng)力學(xué)、人體工程學(xué)、美學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)，設(shè)計(jì)出的汽車(chē)外形盡可能地降低氣動(dòng)阻力帶來(lái)的影響，同時(shí)保證駕駛員及乘客的乘坐舒適性、安全性。之后，從人們的精神層面出發(fā)，引入美學(xué)中的人們對(duì)審美的要求，讓設(shè)計(jì)出的汽車(chē)造型帶給人們更多的精神、視覺(jué)享受。

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作者:王瑞麗 單位:樂(lè)山職業(yè)技術(shù)學(xué)院