淺談現(xiàn)代汽車設(shè)計方法和運(yùn)用

許志揚(yáng) 李念

摘 要：隨著現(xiàn)代汽車生產(chǎn)水平的不斷提高，人們對汽車的要求越來越高，汽車的設(shè)計與生產(chǎn)在方法和技術(shù)上都需要不斷更新和提升，只有這樣才能在行業(yè)中保持競爭力，現(xiàn)代的汽車設(shè)計不僅減少了生產(chǎn)周期，同時也提高了汽車生產(chǎn)技術(shù)水平和質(zhì)量;本文從汽車前期設(shè)計到后期的工程制造，對現(xiàn)代汽車設(shè)計方法進(jìn)行了分析和闡述，探討了現(xiàn)代汽車設(shè)計方法和現(xiàn)代技術(shù)在汽車設(shè)計中的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：汽車設(shè)計;方法;新技術(shù);趨勢

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，越來越多的先進(jìn)設(shè)計方法被應(yīng)用到汽車設(shè)計中，縮短了設(shè)計周期的同時提高了設(shè)計質(zhì)量。

1 開發(fā)規(guī)劃

在汽車開始研發(fā)設(shè)計之前，企業(yè)根據(jù)自身的需要，制定具體的開發(fā)規(guī)劃，確定研發(fā)車型，根據(jù)市場情況，市場調(diào)查，工藝分析，成本核算，預(yù)測產(chǎn)品是否符合需求，項目規(guī)劃和市場專員傳達(dá)設(shè)計要求給設(shè)計師。

2 前期總布置設(shè)計

將汽車各個總成及所載人員安排在最恰當(dāng)?shù)奈恢?，確定H點(diǎn)，保證各個總成都能實(shí)現(xiàn)其功能，確定各個尺寸之間的關(guān)系及各部件之間合理的位置和人機(jī)工程的要求。

3 前期創(chuàng)意設(shè)計

任何設(shè)計都不是無中生有的，都有一定的設(shè)計規(guī)律和邏輯，設(shè)計前期的市場調(diào)研，對用戶對象，用戶場景，用戶環(huán)境的研究，更加清晰地了解設(shè)計的對象，前期的設(shè)計策略包括了用戶的研究之外，還包括設(shè)計語言風(fēng)格的研究，設(shè)計語言風(fēng)格的研究直接影響了后期設(shè)計的創(chuàng)作，適合的設(shè)計語言可以為公司帶來全新的視覺感受，并形成家族具有標(biāo)志性的設(shè)計語言，例如像寶馬的雙腎格柵，標(biāo)志獅爪燈設(shè)計，前期的研究還包括對市場競品的分析和研究，配置，風(fēng)格，比例尺寸，同時對家族其它車型的研究，一整套完整的設(shè)計策略的前瞻性可以指導(dǎo)設(shè)計，讓設(shè)計不會偏離設(shè)計主題。

根據(jù)設(shè)計策略，設(shè)計師尋找創(chuàng)作的設(shè)計靈感圖，通過頭腦風(fēng)暴，分享和交流，更加明確設(shè)計的語言和方向，碰撞出更多的創(chuàng)意火花，快速手繪草圖，將頭腦里一瞬間的靈感快速記錄下來。草圖可以是非常雜亂，無緒的，簡單的線稿，也可以是一個不相關(guān)的形態(tài)型面。

將最初的創(chuàng)意草圖整理成可識別的設(shè)計效果圖，通過拍照掃描，將草稿轉(zhuǎn)入到計算機(jī)，同時借助計算機(jī)繪圖軟件來進(jìn)行進(jìn)一步的繪制，草稿繪圖軟件有SKETCHS， PHOTOSHOP，繪圖工具有手繪板和手繪屏，各大汽車設(shè)計工作室一般會選擇WACOM新帝手繪屏來作圖，結(jié)合軟件自帶的筆刷工具等將汽車的光影，形態(tài)，線條，色彩，材質(zhì)等表現(xiàn)出來，整車效果圖應(yīng)該展示完整的前45度，后45度，正側(cè)，正確表達(dá)各個角度不同透視的整車效果。各個零部件都有表現(xiàn)，在設(shè)計的過程中同時還要考慮工程制造的可行性，各個零部件描繪的越祥細(xì)，效果越逼真。細(xì)節(jié)效果圖可以單獨(dú)進(jìn)行繪制，繪制爆炸分解圖。方便后期工程解讀。

4 計算機(jī)輔助數(shù)據(jù)建模和管理

計算機(jī)輔助設(shè)計，是將設(shè)計師繪制的設(shè)計效果圖能過三維建模軟件，構(gòu)建可以同工程對接的加工數(shù)據(jù)。

運(yùn)用計算機(jī)建立數(shù)字化模型，進(jìn)行設(shè)計的分析和認(rèn)可驗(yàn)證，汽車數(shù)據(jù)基本都用 ALIAS三維曲面軟件來建模，ALIAS軟件可以非常直接地展現(xiàn)設(shè)計的想法，三維立體地旋轉(zhuǎn)模型，方便設(shè)計的對比，檢驗(yàn)，查看，修改。三維設(shè)計軟件不僅可以提供直觀的更改過程，通過數(shù)控銑床加工油泥驗(yàn)證設(shè)計的效果是否達(dá)到要求，優(yōu)化后的油泥模型可以通用逆向掃描工具，重新在機(jī)算機(jī)里用ALIAS軟件構(gòu)建新的數(shù)據(jù)。還可以模擬真實(shí)的汽車渲染效果，全方位地展示模型，同時修改后的數(shù)據(jù)，工程師常用三維設(shè)計軟件UG，設(shè)計師和工程師，數(shù)據(jù)師，都可以在數(shù)據(jù)里一起討論修改問題，快速高效。

數(shù)據(jù)有統(tǒng)一的管理平臺，TCAE數(shù)據(jù)管理，數(shù)據(jù)師將建好的模型轉(zhuǎn)成TCAE的數(shù)模號，整車只有一個數(shù)模號但可以有幾個版本，同時各個零部件也有單獨(dú)的數(shù)模號，在TCAE里，工程師可以看到造型的最新的數(shù)據(jù)數(shù)模號，設(shè)計師和數(shù)據(jù)師可以看到工程數(shù)據(jù)，工程輸入，工程要求，布置參數(shù)，截面，直觀的更改建議，提高設(shè)計的效率，減少設(shè)計開發(fā)的周期。

5 油泥模型制作

油泥模型一般直接制作全比例的1：1模型，并且只做一套方案，也就是一個外模型和一個內(nèi)模型，有時也會制作多個小比例，再從中選擇其中某一個進(jìn)行1：1模型的制作。

油泥模型的目的是讓設(shè)計最終得于真實(shí)的體量呈現(xiàn)給設(shè)計師，領(lǐng)導(dǎo)決策是否繼續(xù)開發(fā)，因?yàn)橛湍嗄Ｐ涂梢院芎玫剡€原了設(shè)計，以后量產(chǎn)車的樣子。

根據(jù)項目汽車的大小尺寸，制作模型的框架和泡沫，根據(jù)前期ALIAS建模的數(shù)據(jù)，輸入給銑削機(jī)進(jìn)行粗加工，在粗加工好的泡沫上，手工涂上油泥，在涂好的油泥模型上用五軸銑削機(jī)加工出油泥模型，這是機(jī)加工1：1的模型，加工出來的模型用來驗(yàn)證前期建模的數(shù)據(jù)，驗(yàn)證設(shè)計師的效果圖。

對比設(shè)計效果圖，設(shè)計師利用膠帶，貼出設(shè)計更改的線條，在油泥模型上進(jìn)行設(shè)計的更改，油泥模型師根據(jù)設(shè)計的要求，先粗括出基本的輪廓，確定設(shè)計的意圖，造型特征的位置，型面大小，與設(shè)計師一起商討特征在三維中的關(guān)系，在確定基本的三維關(guān)系，位置，大小，特征線趨勢，曲面關(guān)系后，進(jìn)行精刮處理，順面，倒R角，同時會貼錫紙來進(jìn)行高光的推敲和確認(rèn)，確保曲面的高精度要求，在模型確認(rèn)完后貼上噴有色彩的漆膜，各個細(xì)節(jié)都裝飾，例如車燈，把手，輪轂，后視鏡，行李架，格柵，讓油泥模型看上去更加真實(shí)。

6 逆向工程

逆向工程通過產(chǎn)品實(shí)物的數(shù)據(jù)采集，構(gòu)建模型，快速開發(fā)新的產(chǎn)品。運(yùn)用特定的測量設(shè)備和測量方法獲取實(shí)物模型表面離散點(diǎn)和坐標(biāo)數(shù)據(jù)，生成計算機(jī)可讀取的數(shù)據(jù)。

在汽車設(shè)計前期，基本上是正向設(shè)計，是在沒有模型可掃描的情況下，設(shè)計師做設(shè)計效果圖，數(shù)據(jù)師根據(jù)設(shè)計的效果圖構(gòu)建數(shù)據(jù)，親自建數(shù)據(jù)生成整車數(shù)據(jù)，工程師根據(jù)創(chuàng)意的數(shù)據(jù)生成工程數(shù)據(jù)。逆向工程是將現(xiàn)有的模型，利用掃描工具生成計算機(jī)軟件可讀取的數(shù)據(jù)，逆向工程在汽車開發(fā)設(shè)計前期，主要體現(xiàn)在第一版正向數(shù)據(jù)，加工油泥模型后的優(yōu)化更改，需要利用掃描儀，將手工更改的油泥造型，生成為逆向數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)師可以貼合逆向數(shù)據(jù)重新構(gòu)建線條和型面。誤差要求0.5以下，重新構(gòu)建的數(shù)據(jù)需要設(shè)計師重新確認(rèn)，吻合度是否在要求之內(nèi)。確保零誤差。逆向工程生成的逆向數(shù)據(jù)也可以提前輸入給工程師，工程師根據(jù)逆向數(shù)據(jù)提出工程制造問題反饋給設(shè)計優(yōu)化。減少反饋時間，提高反饋的效率。

在競品對標(biāo)的設(shè)計分析中，同樣也需要用到逆向工程，對競品車的整體掃描，對比整車的參數(shù)，曲面參考，特征R角的大小分析和研究，服務(wù)于設(shè)計。

7 工程制造

在設(shè)計單一主題確定后，工程師根據(jù)第一版逆向構(gòu)建的數(shù)據(jù)，提出造型的工程問題，車身扳金的沖壓問題，燈具的制作及亮度法規(guī)問題，車窗升降，窗框飾條大小，前后保塑料件的出模制作問題，后視鏡的法規(guī)制作問題，門把手的開啟大小問題，輪轂的制造問題，門縫線的轉(zhuǎn)折位置要求，工程需要不斷地優(yōu)化其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，同時因?yàn)橐恍┕こ虇栴}，設(shè)計需要不斷地調(diào)整設(shè)計的細(xì)節(jié)，在三次或是四次的相互反饋后，將所有工程問題解決掉，最終達(dá)成一致的要求，為了確保設(shè)計最后不被更改，設(shè)計與工程的各區(qū)域需要確認(rèn)整車的數(shù)模號，各個零部件的數(shù)模號凍結(jié)，填上電子確認(rèn)表。又稱VDR單，終結(jié)設(shè)計問題和工程問題。工程再根據(jù)凍結(jié)后的造型A面，完善設(shè)計結(jié)構(gòu)，制作軟模驗(yàn)證。

8 汽車試驗(yàn)

汽車硬質(zhì)模型驗(yàn)證，這是對之前設(shè)計的二維圖，三維數(shù)據(jù)，油泥模型的驗(yàn)證，所有車上的零部件都是硬質(zhì)模型，燈具也真實(shí)地還原了設(shè)計的初衷，可以點(diǎn)亮來觀察，所有的零部件都是單獨(dú)制作出來，噴成和真實(shí)一樣的漆色，組裝在整車上，這個階段的模型車不僅驗(yàn)證造型的外觀，同時設(shè)計質(zhì)量，感知質(zhì)量，DTS，都需要驗(yàn)證是否達(dá)到設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值，確認(rèn)整車R角值是否一樣，確認(rèn)各個零部件的材質(zhì)是否是設(shè)計狀態(tài)要求的。

軟模驗(yàn)證，這是最接近量產(chǎn)車的確認(rèn)了，軟模周時還會有其它包括整車試驗(yàn)、部件總成試驗(yàn)、零件試驗(yàn)、發(fā)動機(jī)性能試驗(yàn)、傳動系統(tǒng)性能試驗(yàn)、汽車動力性、制動性和燃料經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)。可靠性、耐久性試驗(yàn)，坡路試驗(yàn)，操縱性、穩(wěn)定性試驗(yàn)，側(cè)滑試驗(yàn)、易滑路試驗(yàn)，橫向風(fēng)路段試驗(yàn)涉水池試驗(yàn)，爆曬試驗(yàn)、碰撞試驗(yàn)。軟模驗(yàn)證時，整車與量產(chǎn)狀態(tài)差不多，零件也是真車的一樣，上市之前最后驗(yàn)證，確認(rèn)設(shè)計與量產(chǎn)的誤差，例如確認(rèn)車身是否有制造的缺陷，各個特征線R角是否與設(shè)計一致，是否有滑移線，有開裂，有起皺，材質(zhì)是否一樣，車漆顏色。

汽車風(fēng)洞試驗(yàn)，在新車造型設(shè)計階段，將汽車放在風(fēng)洞進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，根據(jù)風(fēng)阻報告，優(yōu)化整車的比例調(diào)整，細(xì)節(jié)位置，特征線更新優(yōu)化，后期限定一個風(fēng)阻系數(shù)，整車的風(fēng)阻系數(shù)不能超過限定值，其中車高，車輪廓，發(fā)罩，前保下格柵，后視鏡對風(fēng)阻的影響最為明顯，而下格柵增加導(dǎo)風(fēng)板，導(dǎo)風(fēng)槽，后擾流板，都是對降低風(fēng)阻有很大的幫助。

9 3D打印技術(shù)在汽車設(shè)計中的應(yīng)用

3D打印，快速成型技術(shù)，需要將ALIAS軟件數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成3D打印機(jī)可讀取的格式，運(yùn)用粉沫狀金屬或塑料等可粘合材料，通過遂層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。

3D打印技術(shù)可以運(yùn)用到汽車設(shè)計的前期造型評審，快速成型設(shè)計驗(yàn)證，復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零部件，工程輕量化結(jié)構(gòu)零件，售后個性換裝件點(diǎn)，整個汽車打印，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，提開開發(fā)可靠性，突破產(chǎn)品設(shè)計限制，降低產(chǎn)品開發(fā)費(fèi)用，無需制造模具和特定的生產(chǎn)線，更加多元化的汽車設(shè)計。但3D技術(shù)由于目前的技術(shù)條件還不完善，還需進(jìn)一步開發(fā)和優(yōu)化。

越來越多的新技術(shù)被運(yùn)用到汽車設(shè)計生產(chǎn)中，不僅提高了汽車設(shè)計的質(zhì)量，減少了汽車設(shè)計的周期，提高了汽車制造的水平，同時在前期設(shè)計還是后期生產(chǎn)制造，都提供了更多的創(chuàng)造性和無限的可能。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉芝鷺.汽車造型設(shè)計-流程實(shí)踐[M].清華大學(xué)出版社，2013-1-1.

[2]郭秀榮.汽車造型設(shè)計[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2013-1-1.

[3]姜斌，李軼南.汽車造型設(shè)計[M].湖南大學(xué)出版社，2012-4-1.

[4]巖倉信彌.精益制造018：本田的造型設(shè)計哲學(xué)[M].東方出版社，2013-7-1.