精致工藝在汽車設(shè)計中的應(yīng)用

劉二敏 江宇 崔振悅

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心；河北省汽車工程技術(shù)研究中心）

隨著汽車不斷普及，汽車已經(jīng)走入普通家庭，由于外資品牌的不斷涌入和自主品牌的大量擴建，汽車廠家在銷售市場競爭也越來越激烈。如何在激烈的市場競爭中快速推出吸引客戶眼球的新產(chǎn)品，贏得更多客戶，已經(jīng)成為各汽車廠家亟待解決的問題。客戶在購買汽車時不僅會關(guān)注安全和油耗，而且會親自到實體店真實地體驗實車的外觀、乘坐舒適性及操控性，甚至是氣味、產(chǎn)品質(zhì)感及室內(nèi)噪聲等方面的表現(xiàn)，因此通過汽車精致工藝設(shè)計提升汽車產(chǎn)品外觀、舒適性、空間及操控，給客戶良好的第一印象是非常重要的[1]。近些年，國內(nèi)各汽車廠也都開始重視汽車精致工藝方面的工作，并取得了一定的市場成果。文章通過對汽車精致工藝4個方面的詳細論述，揭示了精致工藝的重要性，明確了其在汽車設(shè)計中的具體應(yīng)用。

1 汽車精致工藝

精致工藝是指通過人的視覺、觸覺、嗅覺和聽覺可以直接體驗到的感官質(zhì)量，對于一輛汽車來說，外觀顏色讓人看上去很協(xié)調(diào)，產(chǎn)品配合均勻一致，坐在車里感覺很舒服，沒有異味，各種功能操作容易識別，沒有異響，給人感覺是一輛高端的車，便是汽車精致工藝設(shè)計目的所在。

1.1 視覺

一輛新車給客戶最直接的第一印象是視覺感受，視覺感受可以從造型和工藝兩方面開展精致工藝的設(shè)計。

1.1.1 造型設(shè)計

1）外觀造型。隨著汽車技術(shù)發(fā)展越來越成熟，各大汽車廠在車輛外觀造型方面耗費心血吸引客戶眼球，尤其是汽車前后部家族臉譜造型，其設(shè)計不但大大節(jié)省了設(shè)計周期及成本，更主要的是提升了設(shè)計質(zhì)量，延續(xù)了企業(yè)品牌特征，讓人第一眼看到就能識別出這是哪一個品牌的汽車。這種造型特質(zhì)最明顯的當屬老牌車企寶馬的雙腎格柵及天使眼前燈，別克的直瀑布式中網(wǎng)，也不乏起亞虎嘯式前臉這樣的新起之秀[2]。最近幾年，起亞在K2，K3，K4及K5等新車型上對家族臉譜的運用，極大地提升了產(chǎn)品精致性，收獲了良好的經(jīng)濟效益，起亞虎嘯式前臉造型設(shè)計，如圖1所示。

圖1 起亞虎嘯式前臉造型設(shè)計示意圖

2）色彩搭配。如果說一輛車的外觀造型代表著汽車企業(yè)的品牌特征，那么一輛車的外觀色彩搭配，則體現(xiàn)了客戶對汽車的情感訴求。中國早期的汽車，車身外觀都是單一的黑色，因為那時候汽車是專屬于政府官員和富人階層，而黑色正好代表了這一客戶群體所需要展現(xiàn)的高貴和神秘。現(xiàn)在隨著汽車產(chǎn)品的普及，不同人群對汽車顏色的需求也越來越多樣化，除了主流的黑色、銀色及白色，還有紅色、藍色、灰色、綠色及粉色等。除了單一的外觀顏色，還逐漸引入了百搭的概念，路虎極光及哈弗H2的內(nèi)外飾顏色百搭運用便是很成功的例子。汽車色彩設(shè)計涉及到色彩學(xué)、造型美學(xué)、材料與工藝及民俗歷史等多方面知識，因此進行色彩設(shè)計時，要充分考慮配色的規(guī)律與美學(xué)法則，考慮工藝技術(shù)條件，考慮消費者的喜好和市場流行趨勢，以及產(chǎn)品功能、使用條件及產(chǎn)品定位等諸多因素，組成統(tǒng)一協(xié)調(diào)的效果，經(jīng)過反復(fù)的評審、驗證及修改，最終創(chuàng)造出符合客戶需求的汽車色彩。

3）表面紋理。汽車表面紋理主要運用在內(nèi)飾產(chǎn)品上，是產(chǎn)品設(shè)計的重要組成部分之一。表面紋理的設(shè)計對汽車內(nèi)飾的外觀效果有很大的影響。內(nèi)飾紋理的主要作用是通過在產(chǎn)品表面增加一定效果的紋理，消除產(chǎn)品表面機械加工的痕跡，讓塑料件或是人造皮革表面看上去更像是真實的動物皮或是天然織物，以提升產(chǎn)品表面質(zhì)感。當然對于不同的車型定位，紋理也會有所不同，越野SUV車型一般多選用較粗曠特征的紋理，比如寶馬X系列的鱷魚皮紋理；而定位高端、穩(wěn)重的奧迪轎車系列，則選用比較規(guī)矩細膩的牛皮紋理。近幾年，也出現(xiàn)了越來越多的A，B柱上護板采用與頂棚織物面料相同的紋理，讓塑料件看上去像是織物包覆一樣，在成本不變的情況下提升內(nèi)飾檔次。圖2示出A柱上護板仿織物紋理設(shè)計。

圖2 A柱上護板仿織物紋理設(shè)計示意圖

1.1.2 工藝設(shè)計

1）產(chǎn)品分塊。產(chǎn)品分塊對系統(tǒng)表面質(zhì)量影響巨大，合理的分塊會降低設(shè)計及工藝難度，同時帶來較好的外觀效果；不合理的分塊會增加設(shè)計及匹配難度，增加系統(tǒng)成本，且降低系統(tǒng)質(zhì)量。

產(chǎn)品分塊主要遵循3個原則：a.避免多零件對碰，消除“老鼠洞”。產(chǎn)品分塊需避免“老鼠洞”的出現(xiàn)，不合適的產(chǎn)品分塊會造成3個甚至4個零件之間的對接配合，由于對接點需要倒圓角處理，“老鼠洞”也隨之形成。比較好的做法是錯開多個零件的分縫線，避免對接產(chǎn)生孔洞；b.減少分塊數(shù)量。需減少多個零件同時配合的情況，由于受工藝、材料及環(huán)境等因素影響，每個零件尺寸都會有公差，而零件疊加配合，會造成公差的累積放大，使尺寸精度難以控制。因此，在分塊的時候，最好能夠選擇一個基體，其余零件與基體配合，減少誤差累積，提升外觀配合質(zhì)量；c.分塊線盡量平滑。對于產(chǎn)品加工精度，直線輪廓的精度無疑是最容易保證的，所以從制造工藝方面考慮，兩個產(chǎn)品配合分縫，最理想的就是直線分縫。從尺寸公差保證方面，直線分縫對配合產(chǎn)品只有單一方向的直線度要求，而增加拐角，就會相應(yīng)增加其垂直方向的尺寸公差要求，所以產(chǎn)品之間分縫直線最好。當然實際設(shè)計中，由于造型原因，產(chǎn)品配合分縫很少是直線，但要盡量的平滑，減少拐角，將配合尺寸偏差控制在單一方向，以達到最優(yōu)的外觀配合質(zhì)量，圖3示出組合開關(guān)面罩分縫示例。圖3a分縫在曲面上，為曲線，分縫間隙和面差難以匹配；圖3b為改善后的效果，是將原來在曲面上一段較大的弧線分縫調(diào)整為兩條直線分縫，中間在平緩位置用一小段拐角過渡，降低了模具的加工難度，使產(chǎn)品間隙和面差更容易匹配。

圖3 組合開關(guān)面罩分縫示意圖

2）配合尺寸定義。配合尺寸主要涉及2個項目，即間隙和面差。在能夠保證工程設(shè)計的情況下，間隙面差值越小越好，這樣才能顯出整體的一致性。產(chǎn)品配合間隙面差值主要是根據(jù)產(chǎn)品的自身尺寸公差和產(chǎn)品之間的定位系統(tǒng)偏差，并結(jié)合一定的美學(xué)原則來定義，同時還要考慮產(chǎn)品后續(xù)工藝處理（電鍍和噴漆等）對間隙面差的影響。例如：儀表板雜物箱與儀表板本體間隙，通過尺寸公差計算，兩者間隙公差為±0.5 mm，但間隙基準值一般定義為2 mm，也就是兩者間隙在1.5～2.5 mm之間變化，視覺上間隙差不會太明顯，最大間隙值2.5 mm也可以接受。但如果將間隙基準值設(shè)計為1 mm，則實際間隙值在0.5～1.5 mm之間變化，最大間隙比最小間隙值大3倍，視覺上太明顯，不能被接受。另外，對于雜物箱與周邊件面差的定義，一般也是根據(jù)尺寸公差，定義雜物箱比周邊低0.5～1 mm，保證實際裝配時雜物箱比周邊件低，給人的感覺是雜物箱嵌到里面，若是雜物箱高出周邊件，則會誤以為沒有關(guān)閉到位。

3）間隙隱藏。由于工藝及造型原因，產(chǎn)品之間分塊不可避免，既然有分塊則必然有間隙，有間隙則必然有公差，間隙外露和間隙不均都會給人造成不舒服的感覺，但通過合理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，對間隙隱藏處理，使客戶在正常乘坐位置看不到產(chǎn)品配合間隙，合理地規(guī)避了由于產(chǎn)品分塊造成的缺陷。間隙隱藏主要有2個原則：a.視線遮擋：通過適當?shù)脑煨吞卣骰蚴钦{(diào)整間隙方向，將間隙隱藏到乘員正常乘坐位置看不到的角度，圖4示出組合儀表罩與儀表板上本體間隙視線遮擋示例，圖4a為兩者間隙正對乘員視線，圖4b為通過修改分塊，將間隙隱藏；b.結(jié)構(gòu)遮蔽：通過對配合產(chǎn)品增加翻邊，遮蔽內(nèi)部間隙，避免“看穿”現(xiàn)象，圖5示出產(chǎn)品間隙翻邊結(jié)構(gòu)遮蔽示例，圖5a示出通過2個產(chǎn)品間隙可以看到背部；圖5b示出通過翻邊處理規(guī)避了“看穿”現(xiàn)象。

圖4 組合儀表罩與儀表板上本體間隙視線遮擋示意圖

圖5 產(chǎn)品間隙翻邊結(jié)構(gòu)遮蔽示意圖

4）產(chǎn)品遮蔽。由于許多運動件運動間隙及操作空間的需要，產(chǎn)品表面要設(shè)計較大的孔洞，不可避免的造成內(nèi)部部件外露，影響外觀視覺，所以需要對內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外露的缺陷進行有效的遮蔽處理。例如從轉(zhuǎn)向管柱護罩與儀表板之間可以看到內(nèi)部管梁、線束等部件；制動踏板位置能看到內(nèi)部棉氈。這都會使汽車看起來非常不美觀，給客戶不舒服的感覺，因此要在相應(yīng)位置設(shè)計遮擋內(nèi)部結(jié)構(gòu)的覆蓋件，圖6示出制動踏板位置遮蔽示例。圖6a遮蔽性較差，使前圍隔熱層吸音棉外露，給人低檔車的感覺；圖6b則通過優(yōu)化設(shè)計對內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行有效遮蔽，使車輛看起來非常整齊協(xié)調(diào)，提升產(chǎn)品的檔次。

圖6 制動踏板位置遮蔽示意圖

5）工藝缺陷處理。工藝缺陷主要是指在制作過程中注塑產(chǎn)品的分模線、熔接痕及縮痕等造成的缺陷，可以通過設(shè)計結(jié)構(gòu)的合理優(yōu)化進行規(guī)避，將缺陷降到最低。

a.產(chǎn)品分模線設(shè)計。避免產(chǎn)品分模線出現(xiàn)在視線范圍內(nèi)的A面上，尤其對處于可視區(qū)域的零件，在設(shè)計中要堅決避免。對由于結(jié)構(gòu)及造型原因造成分模線必須在表面的產(chǎn)品，如B柱內(nèi)護板，分模線要盡量設(shè)計在比較平滑的表面，以利于后續(xù)加工及匹配。同時用密封條包邊，盡量遮蔽分模線。

b.熔接痕。產(chǎn)品有大的孔洞造型，2股膠料圍繞孔洞融合時，由于溫度偏低不能完全融合，產(chǎn)生痕跡，所以在設(shè)計時應(yīng)避免大的孔洞造型。若造型實在無法避免，則要根據(jù)模具工程師的分析結(jié)果，在模具設(shè)計時合理布置澆口，將熔接痕設(shè)計在最不明顯的位置。

c.縮痕?？s痕是由于產(chǎn)品壁厚不均，冷卻時間不一致而產(chǎn)生的。一般是由于塑料件背面加強筋、卡扣座、翻邊及固定柱等結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理造成的。這些結(jié)構(gòu)在設(shè)計時要通過“狗窩”、“偷膠”及“火山口”等結(jié)構(gòu)進行規(guī)避；若無法從結(jié)構(gòu)上規(guī)避（比如加強筋去掉會造成強度不足），則要通過更換材料或是增加加強部件來彌補。

6）功能標識。現(xiàn)在汽車功能越來越多，除了油門、制動及換擋這些標準功能外，還有儀表、燈光、音響、座椅、空調(diào)與電話接口、出風(fēng)口及小雜物盒等功能，每輛車的這些功能的標識都會有差異。對于首次接觸這些功能的客戶，簡單易懂的標識尤為重要。首先，這些標識圖形符號要盡量大眾化和形象化，讓人一眼就能夠看懂其代表的功能含義；另外，要有好的視野，讓乘員在正常操作姿態(tài)能夠方便的看到。標識文字要清晰，字體得當，再配上相應(yīng)的背景光，晚上也易識別，同時也對整車內(nèi)飾燈光布置起到點綴美化的作用。圖7示出方向盤按鍵標識。圖7a示出改善前方向盤按鍵上的標識很難理解，而圖7b示出改善后很大眾化，易于識別。

圖7 方向盤按鍵標識示意圖

1.2 嗅覺

隨著人們生活質(zhì)量的提高，環(huán)保意識逐漸增強，車內(nèi)空氣質(zhì)量越來越引起人們的重視，2012年中國出臺了GB/T 27630《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評價指南》，對車內(nèi)有毒有害氣體濃度作出具體限制要求。

車內(nèi)空氣質(zhì)量污染源主要來自汽車內(nèi)部和汽車外部[3]。汽車內(nèi)部污染主要來自駕駛艙內(nèi)飾各種非金屬部件，如地毯、頂棚、儀表板、門護板、座椅及隔熱層的原材料，以及這些零件在生產(chǎn)過程中所使用的油漆、粘膠劑及海綿條等產(chǎn)生的揮發(fā)物；汽車外部污染主要來自發(fā)動機運行過程中排放的尾氣及空調(diào)運行所帶來的外界灰塵和細菌等。這些污染輕者使乘員聞到不舒服的氣味，重者使乘員頭暈、惡心，甚至對人體造成更嚴重的傷害。

提升車內(nèi)空氣質(zhì)量，主要從以下幾個方面入手：1）控制產(chǎn)品原材料質(zhì)量，比如對內(nèi)飾件塑料粒子、地毯毛坯、發(fā)泡膠及包覆織物面料所含的有機物制定限值要求；2）對產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程所用的輔料，如膠水和油漆的質(zhì)量進行控制，選用環(huán)保型產(chǎn)品；3）產(chǎn)品按尺寸進行分類，根據(jù)不同尺寸的產(chǎn)品定義不同有機物的揮發(fā)限值；4）對空調(diào)進氣口周邊進行良好的密封隔斷處理，與發(fā)動機室隔離開，確保進入駕駛室內(nèi)的是新鮮空氣。

此外，近年也出現(xiàn)了在車內(nèi)配置空氣凈化器的車型，對車內(nèi)空氣質(zhì)量進行主動控制，如奧迪A6、索納塔八代的負離子發(fā)生器凈化系統(tǒng)，沃爾沃S60的AQS空氣質(zhì)量控制系統(tǒng)，新凱美瑞的光觸媒凈化和納米負離子發(fā)生器系統(tǒng)，都是專門為提升駕駛室內(nèi)空氣質(zhì)量設(shè)計的。

1.3 觸覺

觸覺即駕乘人員在駕駛或乘坐汽車時，對所有可能觸及部位的感覺，主要包含以下幾方面。

1）直接接觸部位的造型要符合人機工程，如方向盤、車門拉手及各種操作按鍵表面，在造型設(shè)計時要考慮便于人手接觸，在方向盤手指接觸部位做與手指隨形的凹槽設(shè)計，如圖8所示。拉手的大小要正好能讓人握住，斷面造型要圓滑，避免尖角硌手。按鍵操作表面一般設(shè)計為小凹陷，防止誤操作。

圖8 方向盤手指隨形凹槽設(shè)計

2）各種操作功能件的操作順手，即在駕乘人員正常坐姿下能夠正常操作。一般會根據(jù)操作功能和頻度確定是在全手伸及、三指伸及或單指伸及界面內(nèi)。比如全手操縱桿件，包括方向盤、換擋手柄、手制動手柄及組合開關(guān)等，都必須在駕駛員全手伸及界面內(nèi)；空調(diào)旋鈕、音響旋鈕及燈光調(diào)節(jié)開關(guān)等需要三指操作的，應(yīng)在三指操作伸及界面內(nèi)；儀表板上其它可以進行單指操作的按鈕，如空調(diào)出風(fēng)口調(diào)節(jié)按鈕（副駕駛側(cè)不包括）必須在駕駛員單指伸及界面內(nèi)。

3）各操作件操作力、行程及平順性、產(chǎn)品表面軟硬、冷暖及粗糙度等設(shè)計要符合人機工程。比如空調(diào)出風(fēng)口撥輪的操作力一般設(shè)計為2～3N，門板肘枕采用發(fā)泡工藝使表面有軟質(zhì)效果；增加阻尼以平順雜物箱開啟關(guān)閉。

4）人體直接接觸部位的表面，其軟硬和粗糙度的處理會讓人有舒服的感覺，如座椅和儀表板門護板等內(nèi)飾件表面由發(fā)泡或包覆等軟質(zhì)材料制成，一些電器按鍵表面進行軟觸漆噴漆，給人舒服的感覺。

1.4 聽覺

聽覺即駕乘人員在對車輛正常駕駛及操作過程中所能感知到的聲音，好聽的聲音能夠給人舒適愉快的感覺，而不好聽的聲音則使人煩躁不安，對車輛的駕駛感覺也大打折扣。

汽車聲音的來源很多，主要分為3類：1）車輛正常運行所產(chǎn)生但需要盡量減小的聲音，如來自發(fā)動機艙內(nèi)發(fā)動機及底盤各部件運轉(zhuǎn)的噪聲；車輛行駛中外界的風(fēng)噪。這一類聲音主要是通過隔斷處理減弱聲音，比如在車身前圍及地板增加隔音層；2）車內(nèi)各功能部件和按鈕在正常操作時所產(chǎn)生的聲音，這些聲音需要通過不斷的優(yōu)化和試驗，使聲音聽起來讓人感覺舒服，如各電器開關(guān)按鍵和旋鈕操作聲音，儲物盒和煙灰缸開啟關(guān)閉聲音等。這一類聲音一般要通過選用特殊材料、增加潤滑劑及阻尼等方法讓聲音聽起來更有質(zhì)感；3）各零部件之間由于互相接觸和摩擦而產(chǎn)生的不該有的聲音。如塑料件與塑料件、塑料件與鈑金件之間，在設(shè)計時若是間隙不合理或有接觸，當車輛運行在顛簸路或是受外力時都會產(chǎn)生由于相互運動造成的異響。這一類聲音都是屬于不正常的聲音，客戶是絕對不允許的。設(shè)計時首先要考慮相鄰件之間預(yù)留足夠的間隙，并保證自身強度，防止受外力后產(chǎn)生碰撞異響。對于必須要互相接觸的部件，要設(shè)計足夠的固定點，并且增加毛氈或泡棉，消除部件互相接觸而產(chǎn)生的異響。

2 結(jié)論

根據(jù)多年汽車行業(yè)設(shè)計經(jīng)驗，通過對視覺、觸覺、嗅覺及聽覺4方面的汽車精致工藝的設(shè)計方法及具體應(yīng)用的論述，揭示了精致工藝的重要性。并且通過在各車型內(nèi)外飾設(shè)計中的運用發(fā)現(xiàn)，在同樣成本及工藝下，整車內(nèi)飾外觀質(zhì)量有了明顯提升，顧客感知度提高，說明精致性設(shè)計對提高汽車的整體質(zhì)量和行業(yè)競爭力有很大的幫助。隨著顧客對汽車產(chǎn)品要求的不斷提高，精致工藝在汽車設(shè)計中將會越來越重要，也將成為廣大設(shè)計人員追求的目標。