汽车车身造型设计的方法分析

摘要：汽车车身造型设计过程中，设计师们从减小汽车运行过程中的气动阻力出发，考虑人体工程学的特点，并结合美学中人们对审美的要求，综合性的设计汽车外形，确保汽车车身造型具有较强的实用性、安全性和舒适性，同时带给人们更多的精神和视觉享受。

关键词：汽车造型；空气动力学；人体工程学；美学

1汽车车身造型发展历程

自1886年第一辆汽车诞生以来，汽车车身造型经历了一百多年的发展历程。汽车车身造型从其成型开始，大致经历了一下七个发展阶段：马车型汽车、箱型汽车、甲壳虫型汽车、船型汽车、鱼型汽车、楔型汽车和流线型汽车。在每一个发展阶段，设计师们从机械工程学、空气动力学、流体力学、人体工程学、美学等各个方面着手设计汽车车身外形，力求从汽车造型过程中对汽车的实用性、安全性、经济性等方面得到改观，尽可能多地满足更多的人的需求。本文从空气动力学、人体工程学和美学三个方面简要阐述了汽车造型设计方法。

2汽车车身造型中的空气动力学

汽车行驶过程中，空气与汽车车身处于相对运动状态，汽车车身将受到来自空气的各个方向的作用力，这就要求工程师们在设计汽车车身过程中，必须要考虑空气动力性能的影响，以保证汽车行驶过程中安全性、稳定性，同时保证乘客及驾驶员的乘坐舒适性。

2．1汽车前端外形对空气动力特性的影响

原汽车外形的示意图，在此基础上，对汽车前端外形进行改进，汽车各改进后的前端所受到的空气阻力系数如图1下所示。从图中可以看出，车头前端造型的不同，将影响汽车运行过程中受到的空气阻力的大小。研究表明，汽车前端横向边角倒圆角，将减小汽车前部受到的气动阻力；从整体上看，车头前端整体为流线型形状的汽车要比车头前端局部倒圆角的汽车受到的气动阻力小；在设计汽车前端为流线型结构过程中，降低图中的倾角，可以有效减低汽车前端受到的气动阻力系数，但是该倾角一般不低于，当其值低于时，继续降低该倾角，对汽车前端受到的气动阻力的影响变化不大。

2．2汽车顶部形状对空气动力特性的影响

汽车顶部形状的不同，其受到的气动阻力将发生相应的变化。汽车顶部设计过程中，与汽车前端挡风玻璃以及后端车窗玻璃处形成平滑过渡，同时，顶部具有一定的曲面造型，可以使得汽车运行过程中，有利于气流平滑地通过汽车顶部，从而降低汽车顶部所受到的空气阻力。在顶部曲面设计过程中，其正面投影增大，这反而会使得空气阻力增大，所以，在设计过程中要同时考虑这两方面因素的影响。图2展示了汽车上挠系数与气动阻力之间的关系，从图中可以看出，随着上挠系数的增大，正投影面积引起的阻力逐渐增大，而实际车顶所受到的阻力随着上挠系数的增大先减小后增大。所以，在设计汽车车顶时，要综合考虑汽车车顶上鼓程度及相应的正投影面积，尽可能地降低车顶部所受到的空气阻力。

2．3汽车侧面形状对空气动力特性的影响

汽车侧面外形形状的不同，其受到的气动阻力也会发生变化。研究表明，气动阻力大小与侧面外形形状的正面投影成正比，同时，汽车侧面流线型可以降低气动阻力。图3展示了汽车俯视外轮廓线与气动阻力及正面投影之间的关系。从图中可以看出，侧面流线型外形在一定程度下有利于降低气动阻力，但由于曲面弯曲越大，对应的正面投影面积增大，反而增大了气动阻力，因此，在汽车外形设计过程中要综合考虑这两方面的因素，尽可能平衡两种因素带来的正面和负面效果，选择出最佳的气动外形。

2．4汽车尾部形状对空气动力特性的影响

汽车运行过程中，气流流经气流前端后，通过汽车顶部后会在汽车尾部形成混合气流，从而在汽车尾部形成尾涡。根据汽车尾部形状的不同，大体可分为四种类型，分别是阶梯背式、斜背式、短背式、直背式。对阶梯背式而言，气流流经阶梯形状的汽车尾部过程中，在阶梯倾斜面，气流流动较为平缓，但在阶梯交接处，汽车流动出现了分离现象；对斜背式而言，由于斜背式与车顶过渡较为平缓，气流流经斜背式车尾过程中，基本上能够紧贴斜面流动，而不出现分离，这种情况下，汽车尾部收到的空气阻力相对较小；对短背式汽车而言，由于汽车尾部下端倾角增大，导致汽车底部气流通道在该处增大，气流流速减小，能量也降低，使其受到的阻力增大；对直背式汽车而言，气流流经顶部后，顶部与尾部过渡更大，这使得气流在流经尾部过程中出现了分离现象，在汽车尾部形成分离涡，导致气动阻力增加。总之，不论是汽车整体造型还是局部造型，不同的设计使其在行驶过程中受到的空气阻力的影响不同，所以，在设计汽车外形过程中，要运用空气动力学的原理，综合性的设计具有最优化的汽车造型。

3汽车车身造型中的人体工程学

人体工程学，是20世纪50年代初发展起来的一门新兴学科，其主要内涵是将人和机械有机地结合起来，其目的在于研究和解决工程设计与人之间的关系。汽车作为人所应用的交通工具之一，其设计过程中要考虑驾驶员的操作方便性、安全性、舒适性，同时还要考虑成员的乘坐舒适性、安全性等方面的因素，在设计过程中，人性化的理念贯穿于汽车造型设计的始终。汽车发展过程中，人体工程学的设计理念最早体现在船型汽车的设计上，之后，在汽车设计过程中，强调人为主题的设计思想。在汽车造型设计过程中，汽车整体尺寸的设计大小，综合考虑了人的尺寸，这一应用使得汽车设计过程中更为人性化，同时，也满足了大多数人乘坐汽车的需求。在汽车设计过程中驾驶员视野设计过程中同样也应用了人体工程学。根据对人眼视觉特性、视野效果的研究、试验，确定汽车外观造型件的设计满足驾驶员视野要求的尺寸关系和位置关系，以保证驾驶员获得正确的驾驶信息。

4汽车造型中的美学

汽车造型设计过程中的美学不仅仅指汽车造型上的美，而是具有双重含义，一方面指汽车物体本身，另一方面是它的精神功能，在设计过程中与艺术相结合，带给满足不同群体对美的追求，成为汽车设计过程中追求的准则。首先，在汽车造型设计过程中将科学与艺术相结合，将科学技术应用于汽车的技术生产，同时，结合时代审美观念，将艺术应用于汽车造型中。新科技、新材料、新技术的使用体现了汽车的物质功能，造型设计和美学艺术相结合，体现了各个发展时代过程中人们对美的追求。其次，要体现功能美和时尚性。从功能上说，汽车作为人类的交通工具，它的使用是以人为载体，这就要求汽车在驾驶过程中具有安全性、稳定性、可靠性；作为汽车内的乘客，要求汽车具有乘坐舒适性、方便性和宜人性。从时尚性来说，时代在发展，人类发展的每一个阶段，对审美的追求或多或少都有差别，这使得汽车在发展过程中，造型设计也要跟随时展的要求，满足当代人们对审美的追求。如果汽车造型设计中的“形”“色”“质”不再产生悦人的效果，就会引起陈旧、单调和乏味，从而失去了心理上对美的追求，为了追求“形”“色”“质”带给人们的新颖，促使汽车造型设计发生演变。最后，要体现创造性和经济性。创新是事物发展的前提，汽车的发展也不例外。从最早的马车型发展至现在的楔形汽车，都是在每一次的创新的基础上有了突飞猛进的进步。任何产品的畅销，都是集实用性、美观性、经济性于一体，汽车也不例外。汽车的实用性在于其性能、空间等适合于人们的要求；美观性根据时展的特征，符合当代人们的审美要求；经济性是从汽车生产制造过程中的材料、能源等各个方面降低成本，但同时要保证质量，同时，在汽车使用过程中降低油耗，从而降低成本。在今天，汽车作为重要的交通工具之一，只有充分考虑经济性，才能在汽车行业中获得竞争力和生存力。综上所述，汽车造型设计并不是凭空设想出来的，而是在造型设计过程中，设计师门综合考虑空气动力学、人体工程学、美学等各个领域的知识，设计出的汽车外形尽可能地降低气动阻力带来的影响，同时保证驾驶员及乘客的乘坐舒适性、安全性。之后，从人们的精神层面出发，引入美学中的人们对审美的要求，让设计出的汽车造型带给人们更多的精神、视觉享受。

参考文献

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作者:王瑞丽 单位:乐山职业技术学院