现代汽车的造型设.ppt
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1、现代汽车的造型设计现代汽车的造型设计 一、汽车外形的演变 1、马车型汽车 从19世纪末到20世纪初,世界上相继出现了一批汽车制造公司,除戴姆勒和奔驰各自成立了以自己名字命名的汽车公司外,还有美国的福特公司、英国的劳斯莱斯公司等。当时的汽车外形基本上沿用了马车的造型,因此被人们称为无马的“马车”。1892年的标致汽车 19011905年在美国最畅销的奥兹莫比尔弯挡板汽车1902年的梅赛德斯汽车2、箱型汽车 马车型汽车很难抵挡风雨的侵袭,美国福特汽车公司在1915年生产出一种新型的福特T型车,这种车的乘员舱很像一只大箱子,被称为“箱型汽车”。 为提高车速,人们开始降低车的高度减小空气阻力。但由于车
2、顶高度的降低影响前方视野,这种方法最终被放弃,转而通过提高功率的方法。这样一来,发动机由单缸变成4缸、6缸、8缸,汽缸一列排开,发动机罩也随之变长。典型的例子就是意大利1931年生产的阿尔法罗密欧牌汽车的外形。 作为高速车,箱型汽车并不够理想,因为它的阻力大大妨碍了汽车前进的速度,所以人们又开始研究一种新的车型流线型。福特T型车是典型的箱形汽车1928年的奥斯汀12型汽车1932年的杜森博格SJ高级轿车3、甲壳虫型汽车 1934年美国的克莱斯勒公司生产的气流牌轿车,首先采用了流线型的车身外形。1936年福特公司在“气流”的基础上,研制成功林肯和风牌流线型轿车。此车散热器罩很精练,颇具动感,俯视
3、整个车身呈纺锤形,很有特色。流线型车身的大量生产从德国“大众”开始。 1934年克莱斯勒气流牌轿车1933年德国的波尔舍博士设计了一种类似甲壳虫外形的汽车。波尔舍最大限度地发挥了甲壳虫外形的长处,使其成为同类车中之王,“甲壳虫”也成为该车的代名词。 1936年的宝马328型汽车1938年的凯迪拉克汽车1940年的林肯高级轿车1948年的别克轿车1948年的赫德森轿车4、三箱型(船型)汽车 美国福特公司经过几年的努力,于1949年推出具有历史意义的新型福特V8型汽车 这种车型改变了以往汽车造型的模式,使前翼子板和发动机罩,后翼子板和行李舱融于一体,大灯和散热器罩也形成一个平滑的面,乘员舱位于车的
4、中部,整个造型很像一只小船,所以人们把这类车称为“船型汽车”。 福特V8型汽车的成功,不仅在外形上有所突破,还首先把人体工程学应用在汽车的设计上,强调以人为主体来设计便于操纵、乘坐舒服的汽车。 从上世纪五十年代至今,船型已成为世界上数量最多的一种车型。1952年的福特轿车1952年的别克轿车1956年的雪佛兰轿车1959年的凯迪拉克轿车5、鱼型汽车 船型汽车尾部过分向后伸出,形成阶梯状,在高速时会产生较强的空气涡流。为了克服这一缺陷,人们把船型车的后窗玻璃逐渐倾斜,倾斜的极限即成为斜背式。这类车被称为“鱼型汽车”。 与甲壳虫型汽车相比,鱼型汽车的背部和地面的角度较小,尾部较长,围绕车身的气流也
5、比较平顺,涡流阻力较小。另外鱼型汽车基本上保留了船型汽车的长处,乘员舱宽大,视野开阔,舒适性也好,并增大了行李舱的容积。 最初的鱼型车是美国1952年生产的别克牌轿车。 1964年美国的克莱斯勒顺风牌和1965年的福特野马牌都采用了鱼型造型。自顺风牌以后,世界各国逐渐生产鱼型汽车。鱼型汽车由于鱼型车后窗玻璃倾斜太甚,面积增加两倍,强度下降,产生结构上的缺陷。 6、楔型汽车 为了从根本上解决因采用鱼型结构而带来的升力问题,人们进行了反复的探索,最后终于找到了楔形造型。也就是让车身前部呈尖形且向前下方倾斜,车身后部像刀切一样平直,这种造型可以有效地克服升力问题。1963年司蒂倍克阿本提第一次设计了
6、楔型轿车。尽管它的造型获得了专家们的高度评价,但在市场销售中却一败涂地,公司不得不宣布破产。 楔型对高速汽车来说,已接近理想造型。现在世界各大汽车生产国都已生产出带有楔型效果的小客车,这些汽车的外形清爽利落、简洁大方,极富现代气息。汽车发展到鱼型,关于空气阻力的问题已经基本解决,楔型继承了这一成果,并有效地克服了鱼型车的升力问题,使汽车的行驶稳定性有了显著的提高,当之无愧为目前高速汽车最为理想的车身造型。保时捷356型跑车保时捷911型跑车兰博基尼康塔什跑车法拉利521型跑车阿库拉NSX跑车1996年的莲花跑车 影响汽车外形的因素 确定汽车外形有三个基本要素,即机械工程学、人机工程学和空气动力
7、学。前两个要素在决定汽车构造的基本骨架上具有重要意义,特别在设计初期,受这两个要素的制约更大。 作为汽车,最主要的是能够行驶和耐用。以此为前提,首先必须考虑到机械工程学的要素,包括发动机、变速器内部结构设计。要使汽车具有行走功能,必须安装发动机、变速器、车轮、制动器、散热器等装置,而且要考虑把这些装置安装在车体的哪个部位才能使汽车更好地行驶。这些设计决定之后,可根据发动机、变速器的大小和驱动形式确定大致的车身骨架。如果是大量生产,则要强调降低成本,车身钣金件冲压加工的简易化,同时兼顾到维修简便性,即使发生撞车事故后,车身要易于修复。上述这些都属于机械工程学的范畴。 其次是人机工程学要素。因为汽
8、车是由人驾驶的,所以必须保证安全性和舒适性。首先应确保乘员的空间,保证乘坐舒适,驾驶方便,并尽量扩大驾驶员的视野。此外,还要考虑上下车方便并减少振动。这些都是设计车身外形时与人机工程学有关的内容。以上两个要素决定了汽车的基本骨架,也可以说是来自汽车内部对车身设计的制约。在确定汽车外形的时候,来自外部的制约条件即空气动力学要素则显得尤为重要,特别是近年来,由于发动机功率增大,道路条件改善,汽车的速度显著提高之后。 高速行驶的汽车,肯定会受到空气阻力。空气阻力的大小,大致与车速的平方成比例增加。因此,必须在车身外形上下工夫,尽量减少空气阻力。空气阻力分为由汽车横截面面积所决定的迎风阻力和由车身外形
9、所决定的形状阻力。除空气阻力外,还有升力问题和横风不稳定问题。这些都是与汽车造型密切相关的空气动力学问题。 当然,汽车并不仅仅是根据上述三要素制造的,还要考虑其他因素。例如,商品学要素对汽车的设计就有一定的影响。从制造厂商的角度出发,使汽车的外形能强烈刺激顾客的购买欲是最为有利的。但是无视或轻视前面所述的三个基本要素,单纯取媚于顾客的汽车造型是不长久的,终究要被淘汰。此外,一个国家,一个厂家,乃至一个外形设计者都有各自的特色,这对汽车造型也有不小的影响。比较美国和意大利的汽车外形,就能感受到两国风土人情和传统方面的差异。同一国家的不同厂家,也各具自己的风格。但这都不是决定汽车外形的根本因素,只
10、不过是表现方法上的微妙不同。 要将上述三要素完美地体现在一辆汽车上是相当困难的。比如,仅仅考虑使汽车能行驶,即机械工程学要素,就可能把坐席置于发动机上面,但驾驶员操作不便。如果把汽车设计得像一座住宅装上4个轮子,虽然宽敞、舒适,但空气阻力太大,不可能高速行驶。如果把汽车设计成皮艇那样的外形,空气阻力虽然很小,但发动机往哪里放人怎样驾驶尽管困难很多,但自汽车问世以来,人们就一直在追求满足功能要求的理想造型。现代汽车的造型设计过程现代汽车的造型设计过程 过去,新型轿车从构思到试产一般要经历45年,现在运用了计算机,仅需要2年或更少的时间。其中,轿车的车身造型设计是整个设计工作最重要的内容,越是现代
11、化的大批量流水生产的产品,对其设计的内容要求更严密,要经过一步步可靠的技术验证,否则设计中的错误或缺陷将会在批量生产中造成严重的后果。那么,轿车的外貌是怎样诞生出来呢?下面首先将传统的设计过程展示出来。一、收集资料信息形成造型设计概念 任何新型轿车的构思,都是建立在旧款车或者其它车辆的基础上借鉴、继承和改进而形成的,这里面包括消费者对汽车的意见和期望。每年在世界各地举办的汽车展览会、市场的信息反馈,都是设计开发部门资料信息来源的“源泉”。例如我国第一辆概念车“麒麟”,就从5个城市的汽车用户做过调查,汇集了各地不同人群对汽车的需求信息,才着手进行图纸设计。目前时兴的品牌轿车“四位一体”的专营销售
12、中,其中一项是“信息反馈”,作用之一就是做厂家开发新产品的依据。 1999年6月13日,由泛亚汽车设计出来的麒麟概念车在第8届上海国际汽车展上亮相。麒麟概念车是中国人设计的第一款概念车,非常适合中国国情,开创了中国人设计概念车的先河。该车型高底盘和车身的设计适合国情,后排座椅放倒后还可放置两辆自行车。麒麟开创的本土化设计方式,加快了上海通用车型被市场接受的进程。二、造型构思效果图 现在一些人请装修公司搞房屋装修,装修公司也会出一份效果图给客户评审。同样,汽车造型的设计也要有效果图,将设计师对新车形状的构思反映在图画上,这里面的内容有整车的形状,色彩,材料质感及反光效果等,作为开发人员表述造型的
13、构思和初步选型的参考。 效果图由具有工业造型技术能力的开发人员完成,采用水彩、彩铅或者素描等方式绘制。效果图分为车身造型效果图和车身内饰效果图两种,车身造型效果图要表现出车型前面、侧面和后面三者的关系,同时也要表现出车门拉手,倒后镜、刮水臂、车牌位置等结构细节。车身内饰的效果图主要表现出仪表板、中控台、门护板、座椅及相互之间的空间位置。由于车厢内部难以用一面图表达清楚,所以有些效果图是针对某些位置而单独绘制的。 效果图是“纸上谈兵”的操作,可以有多种方案供选择,换句话讲要有许多幅效果图供选择,边修改边完善。素描构思图用色彩加强构思图色彩效果图三、模型制作从“纸上谈兵”到实物实体的第一步,就是将
14、设计构思实物化,将纸面的东西用形体表现出来,让设计人员进行更细致和具体的探讨。第一步就是选择确定几幅效果图,依图做缩小比例的汽车油泥模型或石膏模型,比例为3:8(美、英等英制国)或者1:10、1:5等。小比例模型的好处就是可以反复修改,成本低廉,如果一开始就做全尺寸模型,并在大模型上反复修改,就会消耗大量的时间和人力。由于现代轿车生产的规模化,任何设计上的错误都会导致巨大的损失和浪费,因此设计师在缩小比例车模上进行研制是必不可少的一环工作。四、胶带图 当缩小比例车模的形状确定后,就将模型的轮廓曲线放大至1:1,用胶带图的形式表现出来。所谓胶带图是指用不同宽度和不同颜色的胶带在标有坐标网络的白色
15、图板上,粘贴上模型轮廓的曲线和线条,将汽车整个轮廓、布置尺寸、发动机位置、车架布置及人体样板都可以显示出来。胶带可以随时粘贴或撕下,因此胶带图也可以随时修改,十分方便。设计人员根据胶带图进行修改和调整后,轿车的轮廓曲线已经基本确立。 五、全尺寸油泥模型 全尺寸是指1:1比例,全尺寸油泥模型就是指与真车尺寸一样,模型的轮廓曲线和尺寸都是按照严格的要求制作出来,设计人员可以对车身表面的细节部分进行比较和修改,设计的检验已进入“模拟作战”阶段。全尺寸油泥模型分为外部模型和内部模型,是车身造型设计中最关键的阶段,要求以极其认真的细致的态度去工作,任何一项细部的造型都不能马虎,因为这个全尺寸油泥模型是今
16、后正式产品的依据。 全尺寸油泥模型是高仿真产物,例如车轮一般会用上真家伙真轮胎和真车圈,因为车轮对整个车型有十分重要的影响。车身附件,大灯小灯、刷水臂都会安置在各自的位置上,有些模型表面还喷涂油漆,与真车相似。因此,车厂对新产品的检测,也就从全尺寸油泥模型正式开始。检测中最重点的一项,就是车身外部模型进行风洞试验,试验的主要内容是模拟车速在100200公里小时的状态下,测试阻力、升力、侧向力、俯仰力矩、侧翻力矩和偏航力矩等数据,设计人员对车身模型的空气动力状态进行研究和分析,以取得对整个车身空气动力性能进行最优化的设计。 。 六、主图板 尺寸油泥模型完成之后,车身模型表面轮廓经过测量之后转化为
17、数据,然后将数据绘制成平面图形。主图板表示出整车的轮廓线及关键部位与部件之间的配合作用,使设计人员可以对主图板上的车身表面线条做光滑平顺的修改。至此,汽车的造型设计工作基本结束了。此后就会进入样车的制造与检验。七、样车 样车是一辆具有试制性质,能够驾驶运行的汽车。 样车试制仍是一个不断修改的过程,但这种修改是为今后正式投产做铺路的。在样车试制阶段,很多在造型设计过程中的不足之处会更真实地反映出来。例如在绘图或在模型上能够制造的东西,可能在实际生产中会有工艺上的困难;也可能会耗费过大,成本下不来;也可能在装配上会产生干涉,安装困难,等等。造型设计人员仍然要跟踪工作,对样车的造型设计进行全面的检查
18、,并根据设计要求进行修改。只有经过多次的反复修改,一辆经得起实际考验的造型方案才能实现,并作为今后生产的依据。 以上介绍的内容是传统的汽车造型设计,这种传统的造型设计过程的最大缺陷是车身曲线需要依靠人力经过绘画模型图板等多次反复测量反复修改才能确定,耗费大量的劳动和时间,而且设计精度也难以保证,因此,用计算机代替部分人的劳动,是必然的趋势。 从20世纪70年代起,计算机辅助设计已经进入了汽车外形设计这一领域,今天更是普遍应用,并已成为目前国内外车厂进行汽车造型设计的常规手段。现在常见的过程始于模型制作阶段,通过三坐标测量机测量,得到模型上离散的点集,将点集数据输入计算机,运用CAD将其连成光顺
19、的曲线,建立数字化模型,进行初步设计和可行性分析,即相当于胶带图效果;然后通过专门的CAD设计软件,用曲线建立起整个车身的表面数学模型,设计人员在电脑前可以进行任意的修改,再通过数控铣床制造1:1全尺寸模型,供设计人员进行修改和定型;然后再通过测量机对全尺寸模型进行测量,将数据输入计算机建立汽车外形数学模型,并用图形显示终端显示出来,模型的三维曲面视图可以旋转,在不同的角度观察不同地方,十分直观。在这里,CAD的运用不但使人从繁重的劳动解脱出来,缩短了设计周期,而且能够保证设计精度,降低了设计开发的成本。 相对而言,制作油泥模型的成本很高,因此通过三维数字模型表达设计方案的模拟效果就成为了现今
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