個(gè)性化需求下的汽車輪轂參數(shù)化形態(tài)設(shè)計(jì)研究

沙強(qiáng) 閆文麗

摘要：為獲取汽車輪轂參數(shù)化形態(tài)設(shè)計(jì)的步驟和方法，以期能為我國(guó)汽車輪轂設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)添磚加瓦。本文首先分析了汽車輪轂發(fā)展現(xiàn)狀，得出輪轂個(gè)性化定制和快速設(shè)計(jì)成為輪轂設(shè)計(jì)領(lǐng)域的未來發(fā)展趨勢(shì)之一;其次總結(jié)了個(gè)性化定制中存在的問題，以及個(gè)性化需求下汽車輪轂參數(shù)化形態(tài)設(shè)計(jì)的方法;之后結(jié)合實(shí)際情況，探討汽車輪轂參數(shù)化形態(tài)設(shè)計(jì)的步驟和方法。得到參數(shù)化形態(tài)設(shè)計(jì)在輪轂設(shè)計(jì)中應(yīng)用的方法步驟。該方法可為參數(shù)化形態(tài)設(shè)計(jì)在輪轂設(shè)計(jì)中的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：個(gè)性化需求;參數(shù)化設(shè)計(jì);汽車輪轂

中圖分類號(hào)：TB472

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-0069（2020）03-0036-04

引言

近幾年，中國(guó)汽車市場(chǎng)趨于成熟，國(guó)內(nèi)售后市場(chǎng)的發(fā)展?jié)摿﹂_始逐步釋放，配件業(yè)務(wù)在整車企業(yè)未來發(fā)展戰(zhàn)略中的地位也逐步提升，個(gè)性化需求影響下消費(fèi)者對(duì)造型設(shè)計(jì)要求提高，多樣、個(gè)性的輪轂造型設(shè)計(jì)也成為豐富汽車市場(chǎng)、增加市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的手段之一。在新能源、智能化技術(shù)的推動(dòng)下，汽車產(chǎn)業(yè)本身也經(jīng)歷著一場(chǎng)變革，不管是產(chǎn)品、技術(shù)還是模式都經(jīng)歷著一場(chǎng)徹底的改變。在當(dāng)前信息時(shí)代，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)廣泛地滲透到設(shè)計(jì)界的各個(gè)領(lǐng)域，而計(jì)算機(jī)技術(shù)中的參數(shù)化技術(shù)也逐漸發(fā)展成熟，為造型設(shè)計(jì)提供了很多新的方法和路徑，如今在眾多設(shè)計(jì)領(lǐng)域都有很多成功的應(yīng)用案例【1】。本文為使輪轂造型與汽車整體設(shè)計(jì)風(fēng)格一致，個(gè)性化設(shè)計(jì)采用的是客觀個(gè)性化定制方法，而非消費(fèi)者主觀定制。

一、參數(shù)化設(shè)計(jì)方法

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用廣泛而深刻地影響著制造與設(shè)計(jì)行業(yè)。參數(shù)化技術(shù)作為計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)分支，它的應(yīng)用給設(shè)計(jì)行業(yè)帶來了一次巨大的飛躍和更新，成為一次基于技術(shù)更新的設(shè)計(jì)革命。最初，參數(shù)化是作為參數(shù)化技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)流程中的數(shù)字化，隨著相關(guān)生產(chǎn)條件和數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，建筑設(shè)計(jì)行業(yè)率先將參數(shù)化技術(shù)應(yīng)用于設(shè)計(jì)過程，這是一次革命性的設(shè)計(jì)創(chuàng)新，形成了一種創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)方法，即參數(shù)化設(shè)計(jì)方法。參數(shù)化設(shè)計(jì)方法的核心是各個(gè)元素相互之間的關(guān)聯(lián)與邏輯，即形成一個(gè)各個(gè)元素都與設(shè)計(jì)結(jié)果相聯(lián)系的初始參數(shù)模型，這類參數(shù)模型便于操作，可不斷修改設(shè)計(jì)元素參數(shù)，能幫助設(shè)計(jì)師快速修改模型，形成多種不同設(shè)計(jì)方案。概括來說參數(shù)化設(shè)計(jì)方法是尋找設(shè)計(jì)元素的參數(shù)、設(shè)定單元形的變化規(guī)則和選擇哪款軟件建模的三個(gè)關(guān)鍵過程組成【2】。最近幾年參數(shù)化設(shè)計(jì)方法漸漸應(yīng)用到了汽車設(shè)計(jì)當(dāng)中，不論是車身外觀設(shè)計(jì)、內(nèi)飾設(shè)計(jì)還是輪轂設(shè)計(jì)中，都能看到參數(shù)化的身影，這對(duì)汽車設(shè)計(jì)的發(fā)展提供了很好的幫助，同時(shí)也帶來了新的挑戰(zhàn)。輪轂作為汽車設(shè)計(jì)中不可缺少的一部分，如何將參數(shù)化設(shè)計(jì)方法應(yīng)用到汽車輪轂設(shè)計(jì)中，并且與汽車整體設(shè)計(jì)風(fēng)格相匹配，是本文所要探討的問題。

二、個(gè)性化需求下汽車參數(shù)化設(shè)計(jì)應(yīng)用現(xiàn)狀

現(xiàn)代制造體系中的大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，已經(jīng)不能滿足人們對(duì)于精神、文化、情感、個(gè)性的需求。參數(shù)化設(shè)計(jì)作為個(gè)性化設(shè)計(jì)的一個(gè)設(shè)計(jì)方向，通過有規(guī)律的單元形變化形成獨(dú)特外觀，能成為產(chǎn)品獨(dú)一無二的特征。近幾年，參數(shù)化設(shè)計(jì)應(yīng)用于汽車設(shè)計(jì)中的案例越來越多，如2016年3月寶馬發(fā)布的概念車Vision;Next;100，是參數(shù)化設(shè)計(jì)方法在汽車設(shè)計(jì)中應(yīng)用的開端，車身部分形態(tài)和輪包周圍形態(tài)采用可運(yùn)動(dòng)的參數(shù)化結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)汽車設(shè)計(jì)模式形成鮮明的對(duì)比，車身科技感與未來感十足;2018年雷諾發(fā)布的概念車EZ-ULTIMO，腰線以上區(qū)域采用菱形參數(shù)化裝飾;2019年DS概念車XE-Tense，車身的不對(duì)稱設(shè)計(jì)，以及三角形鱗片狀參數(shù)化大燈極具設(shè)計(jì)感;2019年發(fā)布的奧迪概念車AI：ME以及起亞概念車Imagine;By;KIA，車身設(shè)計(jì)都加入?yún)?shù)化，增加其品牌辨識(shí)度。在參數(shù)化設(shè)計(jì)的思潮影響下，一部分設(shè)計(jì)師開始把參數(shù)化設(shè)計(jì)方法應(yīng)用到汽車輪轂設(shè)計(jì)中。參數(shù)化設(shè)計(jì)在汽車輪轂外觀設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，可以分為參數(shù)化工程設(shè)計(jì)方向應(yīng)用和參數(shù)化形態(tài)設(shè)計(jì)兩種類型，其中參數(shù)化工程設(shè)計(jì)方向很早就應(yīng)用于汽車設(shè)計(jì)中，發(fā)展較為成熟;對(duì)參數(shù)化形態(tài)的設(shè)計(jì)，近幾年才開始應(yīng)用于輪轂設(shè)計(jì)過程中，其主要是對(duì)輪轂形態(tài)的表皮進(jìn)行設(shè)計(jì)，在表皮上加入規(guī)律排布的單元形，形成獨(dú)特的紋理特征。

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外輪轂個(gè)性化定制渠道通常采用專業(yè)定制網(wǎng)站，消費(fèi)者只可以進(jìn)行材料、顏色和尺寸等方面的定制，但是不能進(jìn)行形態(tài)定制;消費(fèi)者直接參與的輪轂個(gè)性化形態(tài)定制方面，仍然沒有合適的途徑、方法和以理論為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)流程【3】。參數(shù)化設(shè)計(jì)方法在汽車輪轂形態(tài)設(shè)計(jì)中的融入需要設(shè)計(jì)界不斷地去探索，并逐步地調(diào)整方法以適應(yīng)輪轂形態(tài)設(shè)計(jì)的發(fā)展需要。

三、汽車輪轂參數(shù)化形態(tài)設(shè)計(jì)體系的提出

在對(duì)汽車輪轂形態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，參數(shù)化設(shè)計(jì)方法可以更好地提高輪轂形態(tài)設(shè)計(jì)效率，因此建立專業(yè)的輪轂參數(shù)化形態(tài)設(shè)計(jì)體系，使設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)輪轂時(shí)有據(jù)可循。在參數(shù)化設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)上，針對(duì)上中提出的輪轂定制中存在的問題，提出以輪轂結(jié)構(gòu)知識(shí)為基礎(chǔ)、結(jié)合輪轂單元形參數(shù)、以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)為核心的汽車輪轂參數(shù)化形態(tài)設(shè)計(jì)體系框架，以期促進(jìn)參數(shù)化設(shè)計(jì)在輪轂形態(tài)設(shè)計(jì)中更進(jìn)一步的應(yīng)用。汽車輪轂參數(shù)化形態(tài)設(shè)計(jì)流程如圖1所示：

四、汽車輪轂參數(shù)化形態(tài)設(shè)計(jì)的優(yōu)化對(duì)策

建立相應(yīng)的汽車輪轂參數(shù)化形態(tài)設(shè)計(jì)體系之后，將輪轂參數(shù)化形態(tài)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)內(nèi)容進(jìn)行強(qiáng)化，對(duì)單元形參數(shù)管理，使輪轂參數(shù)化形態(tài)與整車造型匹配，提高參數(shù)化設(shè)計(jì)在輪轂設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值。

（一）輪轂外觀形態(tài)參數(shù)

輪轂的結(jié)構(gòu)包括輪輞、偏距、胎圈座、輪緣、輪輻、氣門孔、槽底七部分，按造型形式分為輪輻式、盤狀式和網(wǎng)狀式三種。輪轂形態(tài)設(shè)計(jì)除標(biāo)準(zhǔn)件外，主要考慮正面片的輪輻布局、排列和側(cè)視輪輻曲線特征兩個(gè)方面。輪轂因其功能結(jié)構(gòu)限制必須呈同心圓中心對(duì)稱，輪輻呈發(fā)射狀造型。輪轂正面片形式對(duì)輪轂整體形態(tài)影響最大，研究應(yīng)首先從正面片的形式構(gòu)成及變化規(guī)律特征入手。因此輪轂形態(tài)主要以研究正面片的形式特征為主，側(cè)面輪輻曲線特征為輔。輪轂側(cè)面片形式特征主要有平面、內(nèi)凹和外凸三種形式。輪轂要承載一定的壓力并擁有一定的彈性和韌性，因此要選擇合適且受力好的結(jié)構(gòu)，內(nèi)凹和外凸形式因其受力結(jié)構(gòu)好應(yīng)用居多，而側(cè)面為直線形式因受力結(jié)構(gòu)不理想較少選擇。側(cè)面造型形式如圖2所示：

輪轂形態(tài)正面片設(shè)計(jì)需要用平面構(gòu)成中發(fā)射構(gòu)成的理論進(jìn)行研究。從發(fā)射構(gòu)成的角度研究輪轂形態(tài)，即輪輻相當(dāng)于發(fā)射構(gòu)成中的基本型或者骨格;又因輪轂功能結(jié)構(gòu)限定，必須在同心圓內(nèi)且只有一個(gè)發(fā)射中心，故采用發(fā)射構(gòu)成中的離心式、向心式、同心式發(fā)射。之后建立起發(fā)射構(gòu)成的變化形式與輪轂形態(tài)之間的映射關(guān)系，從理論上解析輪轂形態(tài)設(shè)計(jì)，理性的探討輪轂形態(tài)設(shè)計(jì)方法。以下為輪轂三種構(gòu)成形式的結(jié)構(gòu)圖，如圖3所示：

合理組合點(diǎn)、線、面與基本形、骨骼線，不僅可以使輪轂的結(jié)構(gòu)與形態(tài)達(dá)到協(xié)調(diào)統(tǒng)一，還可保證輪轂形態(tài)符合標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)合理【4】。

（二）參數(shù)化圖形參數(shù)

在輪轂形態(tài)設(shè)計(jì)中加入?yún)?shù)化設(shè)計(jì)方法，運(yùn)用參數(shù)及邏輯的調(diào)整獲得多種設(shè)計(jì)結(jié)果，能有效激發(fā)設(shè)計(jì)師靈感，得到滿意的設(shè)計(jì)初概念，再將其深化得到最終的產(chǎn)品形態(tài)。在選取參數(shù)化單元形時(shí)，由功能和形態(tài)出發(fā)，從自然和生活中提取靈感，形成獨(dú)特的輪轂參數(shù)化形態(tài)設(shè)計(jì)風(fēng)格。參數(shù)化單元形態(tài)來源有兩個(gè)方面，一種是由點(diǎn)、線、面等基本元素構(gòu)成的幾何形態(tài)，根據(jù)構(gòu)成原則排列、組合得到新的圖形，即歐氏幾何圖形;另一種是不圖形基本屬性，圖形的大小和形狀都可以發(fā)生改變，所有幾何元素都可以變形且屬性不變的拓?fù)鋷缀螆D形。單元形的構(gòu)成形式分為二維狀態(tài)、三維狀態(tài)，不同形態(tài)特征可以給人們的視覺和心理帶來不同的感受。本文中參數(shù)化單元形的構(gòu)成方式采用規(guī)則式構(gòu)成、韻律式構(gòu)成、動(dòng)態(tài)式構(gòu)成。由此可總結(jié)構(gòu)成方式為二維規(guī)則式構(gòu)成、二維韻律式構(gòu)成、二維動(dòng)態(tài)式構(gòu)成、三維規(guī)則式構(gòu)成、三維韻律式構(gòu)成、三維動(dòng)態(tài)式構(gòu)成6種構(gòu)成方式。

參數(shù)化軟件平臺(tái)，包括3大類軟件，分別為：數(shù)據(jù)可視化軟件;數(shù)據(jù)、形態(tài)和結(jié)構(gòu)分析軟件;造型軟件，及其對(duì)應(yīng)的程序語(yǔ)言。參數(shù)化設(shè)計(jì)平臺(tái)軟件如表1所示：

（三）在輪輻中的應(yīng)用方式

參數(shù)化輪轂形態(tài)設(shè)計(jì)在不同風(fēng)格和車型應(yīng)用中，分為輪幅整體為基本形應(yīng)用和輪幅局部基本形應(yīng)用。不同的應(yīng)用方式，帶來的視覺效果是不同的。下表為局部應(yīng)用與整體應(yīng)用對(duì)比如表2所示：

（四）規(guī)則矩陣法

輪轂各個(gè)組成要素之間具有相對(duì)獨(dú)立性和關(guān)聯(lián)性，因而采用“規(guī)則矩陣”的方法，把輪轂形態(tài)設(shè)計(jì)中的參數(shù)要素與參數(shù)化要素依照一定的規(guī)則結(jié)合，用縱橫兩個(gè)方向的規(guī)則矩陣表，直觀地表達(dá)各個(gè)影響因素之間的邏輯關(guān)系。具體排布如下表，其中表中A為歐氏幾何圖形，B為拓?fù)鋷缀螆D形，1為二維規(guī)則式構(gòu)成、2為二維韻律式構(gòu)成、3為二維動(dòng)態(tài)式構(gòu)成、4為三維規(guī)則式構(gòu)成、5為三維韻律式構(gòu)成、6為三維動(dòng)態(tài)式構(gòu)成如表3所示：

（五）輪轂參數(shù)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用舉例

參數(shù)化設(shè)計(jì)方法影響下的輪轂形態(tài)的設(shè)計(jì)流程，包括根據(jù)車型特點(diǎn)選定輪轂參數(shù)、選定參數(shù)化圖形參數(shù)、選定應(yīng)用方式、生成形體、調(diào)整參數(shù)五大部分。本文案例輪轂外觀參數(shù)選擇內(nèi)凹型離心式造型，參數(shù)化圖形選定三維韻律式構(gòu)成與歐式基本幾何形結(jié)合，參數(shù)化圖形在輪轂中采用局部應(yīng)用，軟件選擇犀牛與插件Grasshopper，之后根據(jù)限定生成參數(shù)化輪轂?zāi)Ｐ?，?duì)模型中的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整、渲染、裝車。輪轂參數(shù)化形態(tài)設(shè)計(jì)具體流程如下：

1.車型選取及特點(diǎn)提取

本案例選定車型中，格柵構(gòu)成方式采用韻律式變化。為使參數(shù)化輪轂造型與車身整體風(fēng)格協(xié)調(diào)、匹配，提取格柵構(gòu)成方式特點(diǎn)，應(yīng)用于輪轂參數(shù)化形態(tài)設(shè)計(jì)過程之中，如圖4。

2.輪轂參數(shù)的選定

輪轂外觀參數(shù)的選定，輪轂側(cè)面片選用受力性能好的內(nèi)凹式，輪轂構(gòu)成方式采用離心式。輪轂外觀參數(shù)選定圖如圖5所示：

由此限定規(guī)則矩陣表中的區(qū)域如表4中灰色區(qū)域所示，通過規(guī)則矩陣限定區(qū)域，可以簡(jiǎn)化下一步參數(shù)選擇過程：

3.參數(shù)化圖形參數(shù)的選定

參數(shù)化圖形參數(shù)選定三維韻律式構(gòu)成（5）與歐式幾何形（A）結(jié)合。參數(shù)化圖形參數(shù)選定如圖6所示：

由此限定規(guī)則矩陣表中的區(qū)域如表5中黃色區(qū)域所示：

4.應(yīng)用方式

參數(shù)化圖形在輪轂形態(tài)設(shè)計(jì)中采用局部應(yīng)用方式。應(yīng)用方式如圖7所示：

由此限定隊(duì)則矩陣表中的區(qū)域如表6中紅色區(qū)域所示：

5.選擇軟件

當(dāng)輪轂參數(shù)、參數(shù)化圖形參數(shù)、結(jié)合方式選定之后，選擇應(yīng)用軟件，本文軟件選擇三維數(shù)字化軟件犀牛與其插件Grasshopper配合使用。軟件如圖8所示：

6.生成模型參數(shù)限定后，應(yīng)用建模軟件進(jìn)行參數(shù)化輪轂形態(tài)設(shè)計(jì)建模，生成模型如圖9所示：

7.調(diào)整參數(shù)

模型生成后，對(duì)控制參數(shù)的電池參數(shù)調(diào)整，使模型更符合設(shè)計(jì)要求，調(diào)整參數(shù)頁(yè)面如圖10所示：

8.最終模型

參數(shù)調(diào)整后，得到最終模型（圖11），之后對(duì)其渲染（圖12），裝車（圖13），設(shè)計(jì)完成。

通過建立相對(duì)應(yīng)的參數(shù)化設(shè)計(jì)體系，將輪轂參數(shù)化形態(tài)的不同設(shè)計(jì)內(nèi)容細(xì)致分類，對(duì)輪轂參數(shù)與參數(shù)化圖形參數(shù)進(jìn)行管理，通過規(guī)則矩陣表對(duì)參數(shù)限定，為下一步參數(shù)選定提供直觀參考，提高參數(shù)化設(shè)計(jì)在輪轂形態(tài)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值，促進(jìn)輪轂參數(shù)化的發(fā)展。以上步驟為參數(shù)化輪轂形態(tài)設(shè)計(jì)步驟，具體應(yīng)用時(shí)，應(yīng)注意提取車身形態(tài)中的特點(diǎn)進(jìn)行輪轂形態(tài)設(shè)計(jì)，使輪轂形態(tài)與實(shí)際車型搭配更加和諧。

結(jié)論

參數(shù)化設(shè)計(jì)方法有很多優(yōu)點(diǎn)，它不僅能將數(shù)據(jù)算法應(yīng)用于設(shè)計(jì)過程中，也能使感性的設(shè)計(jì)擁有理性的理論支持，使設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)效率得到提升，形成全新的設(shè)計(jì)方法與思路【1】。在消費(fèi)者不斷增加的個(gè)性化需求影響下，參數(shù)化設(shè)計(jì)方法打破批量生產(chǎn)造成的同質(zhì)化僵局，通過從車型中提取元素進(jìn)行參數(shù)化形態(tài)設(shè)計(jì)，不僅能滿足消費(fèi)者對(duì)輪轂形態(tài)獨(dú)一無二的要求，又能與汽車整體造型匹配。本文總結(jié)了汽車輪轂參數(shù)化設(shè)計(jì)應(yīng)用，初步探討了輪轂參數(shù)化形態(tài)設(shè)計(jì)體系。但輪轂作為汽車的一部分，隨著汽車的出現(xiàn)而誕生，汽車車型、風(fēng)格不同，與其匹配的輪轂形態(tài)、結(jié)構(gòu)也不盡相同，在裝車時(shí)要選用與車身風(fēng)格、造型、色彩、結(jié)構(gòu)搭配的輪轂，使其真正實(shí)現(xiàn)科學(xué)與技術(shù)的完美結(jié)合。但由于參數(shù)化輪轂設(shè)計(jì)具有多學(xué)科結(jié)合和實(shí)踐性極強(qiáng)的特點(diǎn)，本文提出的體系及結(jié)合方法仍需行業(yè)的實(shí)踐與驗(yàn)證，進(jìn)而對(duì)其調(diào)整和優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)

[1]宋健.個(gè)性化需求下的產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)計(jì)方法理論研究[J].家具與室內(nèi)裝飾，2018（05）：018-019.

[2]張琳.景觀參數(shù)化設(shè)計(jì)初探[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2015（22）：586-586.

[3]吳儉濤.基于象元的形態(tài)設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用研究[D].燕山大學(xué)，2016.

[4]劉真.基于整車形態(tài)的輪轂造型設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)分析[D].華北電力大學(xué)，2012.

[5]沙強(qiáng)，徐騫.以用戶認(rèn)知為導(dǎo)向的智能化汽車造型設(shè)計(jì)研究[J].設(shè)計(jì)，2018（02）：140-141.

[6]康泰，張世琪，楊磊.汽車輪轂造型設(shè)計(jì)方法分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2017（24）：106-107.

[7]楊曉君，王寧，王曉春等.車輛色彩設(shè)計(jì)技巧探討[J].設(shè)計(jì)，2016（02）：032-033.

[8]沙強(qiáng)，趙唐寅.以視覺心理學(xué)為導(dǎo)向的汽車側(cè)面造型探究[J].設(shè)計(jì).2019（09）：016-018.