汽車車身造型設計的方法分析

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摘要：汽車車身造型設計過程中，設計師們從減小汽車運行過程中的氣動阻力出發(fā)，考慮人體工程學的特點，并結合美學中人們對審美的要求，綜合性的設計汽車外形，確保汽車車身造型具有較強的實用性、安全性和舒適性，同時帶給人們更多的精神和視覺享受。

關鍵詞：汽車造型；空氣動力學；人體工程學；美學

1汽車車身造型發(fā)展歷程

自1886年第一輛汽車誕生以來，汽車車身造型經(jīng)歷了一百多年的發(fā)展歷程。汽車車身造型從其成型開始，大致經(jīng)歷了一下七個發(fā)展階段：馬車型汽車、箱型汽車、甲殼蟲型汽車、船型汽車、魚型汽車、楔型汽車和流線型汽車。在每一個發(fā)展階段，設計師們從機械工程學、空氣動力學、流體力學、人體工程學、美學等各個方面著手設計汽車車身外形，力求從汽車造型過程中對汽車的實用性、安全性、經(jīng)濟性等方面得到改觀，盡可能多地滿足更多的人的需求。本文從空氣動力學、人體工程學和美學三個方面簡要闡述了汽車造型設計方法。

2汽車車身造型中的空氣動力學

汽車行駛過程中，空氣與汽車車身處于相對運動狀態(tài)，汽車車身將受到來自空氣的各個方向的作用力，這就要求工程師們在設計汽車車身過程中，必須要考慮空氣動力性能的影響，以保證汽車行駛過程中安全性、穩(wěn)定性，同時保證乘客及駕駛員的乘坐舒適性。

2．1汽車前端外形對空氣動力特性的影響

原汽車外形的示意圖，在此基礎上，對汽車前端外形進行改進，汽車各改進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，車頭前端造型的不同，將影響汽車運行過程中受到的空氣阻力的大小。研究表明，汽車前端橫向邊角倒圓角，將減小汽車前部受到的氣動阻力；從整體上看，車頭前端整體為流線型形狀的汽車要比車頭前端局部倒圓角的汽車受到的氣動阻力??；在設計汽車前端為流線型結構過程中，降低圖中的傾角，可以有效減低汽車前端受到的氣動阻力系數(shù)，但是該傾角一般不低于，當其值低于時，繼續(xù)降低該傾角，對汽車前端受到的氣動阻力的影響變化不大。

2．2汽車頂部形狀對空氣動力特性的影響

汽車頂部形狀的不同，其受到的氣動阻力將發(fā)生相應的變化。汽車頂部設計過程中，與汽車前端擋風玻璃以及后端車窗玻璃處形成平滑過渡，同時，頂部具有一定的曲面造型，可以使得汽車運行過程中，有利于氣流平滑地通過汽車頂部，從而降低汽車頂部所受到的空氣阻力。在頂部曲面設計過程中，其正面投影增大，這反而會使得空氣阻力增大，所以，在設計過程中要同時考慮這兩方面因素的影響。圖2展示了汽車上撓系數(shù)與氣動阻力之間的關系，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，而實際車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，在設計汽車車頂時，要綜合考慮汽車車頂上鼓程度及相應的正投影面積，盡可能地降低車頂部所受到的空氣阻力。

2．3汽車側面形狀對空氣動力特性的影響

汽車側面外形形狀的不同，其受到的氣動阻力也會發(fā)生變化。研究表明，氣動阻力大小與側面外形形狀的正面投影成正比，同時，汽車側面流線型可以降低氣動阻力。圖3展示了汽車俯視外輪廓線與氣動阻力及正面投影之間的關系。從圖中可以看出，側面流線型外形在一定程度下有利于降低氣動阻力，但由于曲面彎曲越大，對應的正面投影面積增大，反而增大了氣動阻力，因此，在汽車外形設計過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的正面和負面效果，選擇出最佳的氣動外形。

2．4汽車尾部形狀對空氣動力特性的影響

汽車運行過程中，氣流流經(jīng)氣流前端后，通過汽車頂部后會在汽車尾部形成混合氣流，從而在汽車尾部形成尾渦。根據(jù)汽車尾部形狀的不同，大體可分為四種類型，分別是階梯背式、斜背式、短背式、直背式。對階梯背式而言，氣流流經(jīng)階梯形狀的汽車尾部過程中，在階梯傾斜面，氣流流動較為平緩，但在階梯交接處，汽車流動出現(xiàn)了分離現(xiàn)象；對斜背式而言，由于斜背式與車頂過渡較為平緩，氣流流經(jīng)斜背式車尾過程中，基本上能夠緊貼斜面流動，而不出現(xiàn)分離，這種情況下，汽車尾部收到的空氣阻力相對較?。粚Χ瘫呈狡嚩?，由于汽車尾部下端傾角增大，導致汽車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；對直背式汽車而言，氣流流經(jīng)頂部后，頂部與尾部過渡更大，這使得氣流在流經(jīng)尾部過程中出現(xiàn)了分離現(xiàn)象，在汽車尾部形成分離渦，導致氣動阻力增加?？傊?，不論是汽車整體造型還是局部造型，不同的設計使其在行駛過程中受到的空氣阻力的影響不同，所以，在設計汽車外形過程中，要運用空氣動力學的原理，綜合性的設計具有最優(yōu)化的汽車造型。

3汽車車身造型中的人體工程學

人體工程學，是20世紀50年代初發(fā)展起來的一門新興學科，其主要內涵是將人和機械有機地結合起來，其目的在于研究和解決工程設計與人之間的關系。汽車作為人所應用的交通工具之一，其設計過程中要考慮駕駛員的操作方便性、安全性、舒適性，同時還要考慮成員的乘坐舒適性、安全性等方面的因素，在設計過程中，人性化的理念貫穿于汽車造型設計的始終。汽車發(fā)展過程中，人體工程學的設計理念最早體現(xiàn)在船型汽車的設計上，之后，在汽車設計過程中，強調人為主題的設計思想。在汽車造型設計過程中，汽車整體尺寸的設計大小，綜合考慮了人的尺寸，這一應用使得汽車設計過程中更為人性化，同時，也滿足了大多數(shù)人乘坐汽車的需求。在汽車設計過程中駕駛員視野設計過程中同樣也應用了人體工程學。根據(jù)對人眼視覺特性、視野效果的研究、試驗，確定汽車外觀造型件的設計滿足駕駛員視野要求的尺寸關系和位置關系，以保證駕駛員獲得正確的駕駛信息。

4汽車造型中的美學

汽車造型設計過程中的美學不僅僅指汽車造型上的美，而是具有雙重含義，一方面指汽車物體本身，另一方面是它的精神功能，在設計過程中與藝術相結合，帶給滿足不同群體對美的追求，成為汽車設計過程中追求的準則。首先，在汽車造型設計過程中將科學與藝術相結合，將科學技術應用于汽車的技術生產，同時，結合時代審美觀念，將藝術應用于汽車造型中。新科技、新材料、新技術的使用體現(xiàn)了汽車的物質功能，造型設計和美學藝術相結合，體現(xiàn)了各個發(fā)展時代過程中人們對美的追求。其次，要體現(xiàn)功能美和時尚性。從功能上說，汽車作為人類的交通工具，它的使用是以人為載體，這就要求汽車在駕駛過程中具有安全性、穩(wěn)定性、可靠性；作為汽車內的乘客，要求汽車具有乘坐舒適性、方便性和宜人性。從時尚性來說，時代在發(fā)展，人類發(fā)展的每一個階段，對審美的追求或多或少都有差別，這使得汽車在發(fā)展過程中，造型設計也要跟隨時展的要求，滿足當代人們對審美的追求。如果汽車造型設計中的“形”“色”“質”不再產生悅人的效果，就會引起陳舊、單調和乏味，從而失去了心理上對美的追求，為了追求“形”“色”“質”帶給人們的新穎，促使汽車造型設計發(fā)生演變。最后，要體現(xiàn)創(chuàng)造性和經(jīng)濟性。創(chuàng)新是事物發(fā)展的前提，汽車的發(fā)展也不例外。從最早的馬車型發(fā)展至現(xiàn)在的楔形汽車，都是在每一次的創(chuàng)新的基礎上有了突飛猛進的進步。任何產品的暢銷，都是集實用性、美觀性、經(jīng)濟性于一體，汽車也不例外。汽車的實用性在于其性能、空間等適合于人們的要求；美觀性根據(jù)時展的特征，符合當代人們的審美要求；經(jīng)濟性是從汽車生產制造過程中的材料、能源等各個方面降低成本，但同時要保證質量，同時，在汽車使用過程中降低油耗，從而降低成本。在今天，汽車作為重要的交通工具之一，只有充分考慮經(jīng)濟性，才能在汽車行業(yè)中獲得競爭力和生存力。綜上所述，汽車造型設計并不是憑空設想出來的，而是在造型設計過程中，設計師門綜合考慮空氣動力學、人體工程學、美學等各個領域的知識，設計出的汽車外形盡可能地降低氣動阻力帶來的影響，同時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)，引入美學中的人們對審美的要求，讓設計出的汽車造型帶給人們更多的精神、視覺享受。

參考文獻

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作者:王瑞麗 單位:樂山職業(yè)技術學院