（光学工程专业论文）电动汽车造型设计研究.pdfVIP

独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 签名：拯盏盏日期：型 ：查：芝! 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生c 签名) 触精导师c 签名， 日期矽，岁；口 武汉理工大学硕士学位论文 摘要 汽车在给社会带来便利的同时也带来了很多问题，在当今能源紧张、环境恶 劣的背景下，发展电动汽车是解决这些问题的有效措施和必然方向。电动汽车造 型设计阶段是产品方案选择的决策性阶段，是决定产品命运的关键阶段。随着人 们对汽车外观造型要求的提高，深入研究电动汽车的造型设计对推广电动汽车有 重要意义。 计算机辅助造型设计技术的快速发展使汽车造型设计方法发生很大改变，基 于数字化技术的汽车造型设计流程应用越来越越广泛。计算机辅助汽车造型设计 可以大大提高设计的效率、增强设计的准确性和可靠性。 本文对国内外电动汽车及其造型发展的现状进行综述；通过对传统汽车造型 以及电动汽车造型发展历程的分析，从国家政策与市场需求、传承与创新、人机 工程与人性化以及新材料与新技术四个方面探讨了电动汽车造型设计的影响因 素。研究计算机辅助几何设计理论，提出a 级曲面的建立原则、评价方法以及复 杂区域的创建方法。研究基于实物模型和基于数字模型的的汽车造型设计流程， 提出以a l i a s 和s h o w c a s e 软件为核心平台的数字与数模相结合的现代汽车造型设 计流程，有效解决了传统汽车造型设计流程存在的不足。以某概念电动轮汽车为 研究对象，从市场调研、设计方案确定、概念设计、c a s 模型创建、渲染设计、 初期评审、数模完善等方面研究电动汽车造型设计方法，研究结果表明基于a l i a s 和s h o w c a s e 软件的数字化造型设计流程能够完全满足现代汽车造型设计的高质 量、高效率、短周期、低成本要求。 关键词：电动汽车，造型，设计流程，计算机辅助设计，a 级曲面 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ec a r sh a v eb r o u g h tc o n v e n i e n c et ot h ew o r l dw h i l ea l s o b r o u g h tal o to f p r o b l e m s i nt h eb a c k g r o u n do fe n e r g yc r i s i sa n de n v i r o n m e n td e t e r i o r a t i o n ，d e v e l o p i n g e l e c t r i cv e h i c l ei se f f e c t i v em e a s u r ea n di n e v i t a b l ed i r e c t i o nt os o l v et h e s ep r o b l e m s e l e c t r i cv e h i c l es t y l i n gd e s i g ni s p r o d u c td e c i s i o n m a k i n gs t a g ew h i c hi st h ek e yt o d e c i d et h ef a t eo fp r o d u c t a st h er a i s eo fr e q u i r e m e n to fc a r s s t y l i n g ，i ti sv e r y s i g n i f i c a n tf o re x p a n d i n ge l e c t r i cv e h i c l et os t u d ys t y l i n gd e s i g no ft h e m a sq u i c kd e v e l o p m e n to fc o m p u t e ra i d e ds t y l i n g ，g r e a tc h a n g ea r i s eo nt h em e t h o d o fc a rs t y l i n g t h ea p p l i c a t i o no fs t y l i n gd e s i g nf l o wb e i n gb a s e do nd i g i t a lt e c h n o l o g y b e c o m em o r ea n dm o r ew i d e r c o m p u t e ra i d e ds t y l i n gc a ni n c r e a s ee f f i c i e n c yg r e a t l y a n de n h a n c et h ea c c u r a c ya n dr e l i a b i l i t yo f d e s i g n i nt h i sp a p e r , t h ed e v e l o p m e n to fd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a le l e c t r i cv e h i c l ea n di t s s t y l i n gw e r ed i s c u s s e d t h ed e v e l o p m e n tp r o c e s so ft r a d i t i o n a lv e h i c l e s t y l i n ga n d e l e c t r i cv e h i c l es t y l i n gw a sa n a l y s e d ，a n dt h e ni n f l u e n c i n gf a c t o r so fe l e c t r i cv e h i c l e s t y l i n gd e s i g nw e r ed i s c u s s e df r o mf o u ra s p e c t sw h i c ha r en a t i o n a lp o l i c ya n dm a r k e t d e m a n d ，i n h e r i t a n c ea n di n n o v a t i o n ，e r g o n o m i c sa n dh u m a n i z a t i o n ，n e wm a t e r i a la n d n e wt e c h n o l o g y t h et h e o r yo fc o m p u t e ra i d e dg e o m e t r yd e s i g nw a ss t u d i e d ，a n dt h e m o d e l i n gp r i n c i p l eo fc l a s s as u r f a c e ，e v a l u a t i o nm e t h o d o l o g ya n db u i l d i n gm e t h o do f c o m p l e xa r e aw e r ep r e s e n t e d t h es t y l i n gd e s i g nf l o w so ft r a d i t i o n a lw a yw h i c hi s b a s e do np h y s i c a lm o d e la n dm o d e mw a yw h i c hi sb a s e do nd i g i t i z i n gm o d e lw e r e a n a l y s e d ，a n dt h e nt h eb e t t e rd e s i g nf l o ww h i c hi sb a s e do na i i a sa n ds h o w c a s e c o m b i n i n gp h y s i c a lm o d e la n dd i g i t i z i n gm o d e lw a sp r e s e n t e d i nt h i sa r t i c l et h eo b j e c t o fs t u d yw a sa ne l e c t r i cw h e e lv e h i c l e ss t y l i n gd e s i g n f r o ma s p e c t so fm a r k e ts t u d y , m a k i n gd e s i g np l a n ，c o n c e p td e s i g n ，b u i l d i n gc a sm o d e l ，r e n d e rd e s i g n ，i n i t i a lr e v i e w a n dr e f i n i n gm o d e l ，t h ed e s i g nm e t h o do fe l e c t r i cv e h i c l e s t y l i n gw a ss t u d i e d t h e r e s e a r c hr e s u l ti n d i c a t e dt h a tt h ed i g i t i z e ds t y l i n gd e s i g nf l o wb e i n gb a s e do na l i a sa n d s h o w c a s ec a l lc o m p l e t e l yf u l f i l lh i g hq u a l i t y , h i g he f f i c i e n c y , s h o tc y c l ea n dl o wc o s t r e q u i r e m e n t so fm o d e mc a rs t y l i n gd e s i g n k e yw o r d s ：e l e c t r i cv e h i c l e ，s t y l i n g ，d e s i g nf l o w , c o m p u t e ra i d e dd e s i g n , c l a s s as u r f a c e i i 武汉理工大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第一章绪论l 1 1 课题背景1 1 2 研究的目的与意义l 1 3 国内外发展现状2 1 3 1 国外发展现状2 1 3 2 国内发展现状3 1 4 课题研究内容与方法4 第二章电动汽车造型设计的影响因素研究6 2 1 汽车造型设计的发展6 2 2 电动汽车造型设计的发展8 2 3 电动汽车造型设计的因素1 3 第三章现代汽车造型设计方法研究。2 l 3 1 计算机辅助几何设计理论2 1 3 2a 级曲面2 5 3 2 1a 级曲面的概念和建立原则2 5 3 2 2a 级曲面的评价方法2 7 3 2 3 复杂区域a 面的建立方法3 2 3 3 数字化汽车造型设计流程研究3 7 3 4a l i a s 在数字化汽车造型设计中的应用4 l 3 4 1 计算机辅助汽车造型设计的相关软件4 1 3 4 2a l i a s 软件概述4 3 3 4 3a l i a sa u t os t u d i o 在车身造型设计中的优势4 4 3 5s h o w c a s e 在车身造型设计中的应用4 6 第四章某概念电动轮汽车造型设计案例4 8 4 1 市场调研及设计方案的确定4 8 4 2 概念设计5 0 4 3c a s 模型的建立5 2 i i i 武汉理工大学硕士学位论文 4 4 渲染设计及初期评审5 5 4 5 数模的修改和完善5 8 4 6 最终设计方案展示6 0 第五章总结与展望6 3 5 1 总结6 3 5 2 展望6 4 参考文献6 5 致谢6 9 附录：攻读硕士学位期间发表的论文7 0 i v 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 汽车工业的快速发展，无疑给人们带来了方便，对人类的发展和进步起到 了巨大的推动作用。然而，随着汽车生产量和保有量的急剧增加，汽车对人类 社会的负面作用也越来越明显。一方面，汽车工业消耗了过多的自然资源，尤 其是不可再生能源。国际能源机构的统计数据显示，目前汽车用油约占全球用 油的4 6 ，预计2 0 2 0 年交通用油将占全球用油总消耗的6 2 以上，而以目前 的用油速度，全球石油储备量仅够再用5 0 年，能源紧张成为全球面临的重大问 题。另一方面，汽车保有量的急剧增加加剧了环境污染。据统计，每年汽车尾 气约排放2 亿吨有害气体，占大气污染总量6 0 以上，汽车的尾气排放成为大 气污染的主要来源。 在全球能源、资源、环境问题日益凸显的今天，汽车在造型、结构、功能、 材料、能源动力、道路交通模式的选择上，都将面临前所未有的变革。全球汽 车工业界都已清楚认识到，要发展可持续发展战略，节省资源和减少环境污染 是迫切需要解决的问题。发展新能源汽车是解决以上两大问题的有效和必然途 径。近年来人们也越来越倾向于绿色、环保、低能耗的健康消费方式。电动汽 车符合人们的这种要求，符合可持续发展的需要，是未来汽车发展的必然趋势。 1 2 研究目的与意义 电动汽车具有零排放、能源来源广、噪声小等优点，研发电动汽车对解决 全球环境污染、能源危机问题有重要意义。电动汽车是2 l 世纪全球汽车行业竞 争的焦点，具有巨大的发展潜力，同时也是汽车发展的必然方向。目前，世界 各国在电动汽车技术、产业化方面的差距并不很大，基本处于同一起跑线，这 对我国发展电动汽车来讲既是机遇又是挑战，同时也是我国汽车行业跻身全球 前列的良好契机。 汽车造型是汽车设计的重要组成部分，也是电动汽车研发的亮点之一。从 汽车造型形态艺术范畴来讲，过去电动汽车的开发往往以改型为主，这最容易 武汉理工大学硕士学位论文 导致消费者进入的视觉误区，这种视觉的误导会使得新型的电动汽车出来后被 人们混同于传统车型，既不能体现其新时代特点，使得其独创和革新的光彩大 大受损，又常常受到传统车型的限制，影响其技术、功能、结构的完善。从汽 车造型设计技术层面来讲，由于传统的车身是立足于内燃机及其传动机构的几 何尺寸来设计的，已经不能满足电动汽车其特殊结构要求，沿用传统的先研制 发动机和其他相关底盘系统再解决车身设计的设计流程必将会使电动汽车设计 走一些弯路。因此，对电动汽车造型设计的研究是电动汽车研发的重要组成部 分，对发展新能源汽车的可持续发展战略十分有意义。 1 3 国内外发展现状 1 3 1 国外发展现状 近2 0 多年来，电动汽车的研究与开发一直被国外汽车工业发达国家看作是 解决环境和能源问题的有效手段，各国政府在经济和政策上也给予了大力支持。 例如：美国政府十分支持汽车厂商和相关厂商进行电动汽车技术的研究与开发， 迄今为止已投资了数百亿美元。而德国、日本、法国等国家也分别向各自汽车 公司投入了巨资以研究开发高性能电池【6 引。 在美国、日本及欧洲等发达国家，纯电动汽车已经开始步入实用化阶段。 例如，美国的福特r a n g a 两座皮卡、通用e v - 1 两座轿车、通用s 1 0 两座皮卡， 日本的本田p l u s 四座轿车、丰田凡舭4 五座轿车、日产l u n n e t 五座轿车、大 发h i - j e t 微型面包、法国的标志雪铁龙p 1 0 6 四座轿车等都投入了商业运行。 至2 0 0 0 年，已有1 0 0 0 多辆纯电动汽车行驶在日本公路上，有6 0 0 0 辆纯电动汽 车在美国投入到商业化运行，欧共同体的主要城市基本上也都有了试运行的电 动公交车6 4 1 。 对于混合动力汽车的研发，日本在世界范围内居于领先地位【6 5 1 。日本丰田 汽车公司于1 9 9 7 年研发了混合动力汽车p r i u s ，于1 2 月份首先在日本市场推 出，p r i u s 也成为世界上第一款批量生产的混合动力轿车。2 0 0 0 年7 月，丰田 公司开始将p r i u s 投向北美市场，同年9 月开始向欧洲出口。至今，p r i u s 已 经在全球2 0 多个国家上市销售 6 6 j 。继p r i u s 混合动力汽车之后，日本丰田汽 车公司还相继推出了e s t i m a 混合动力汽车和搭载软混合动力系统的c r o w n 2 武汉理工大学硕士学位论文 轿车【5 】。另外，日本的本田汽车公司开发了i n s i g h t 混合动力汽车和c i v i c 混合 动力汽车，现已投放市场【6 j 。 对于燃料电池电动汽车的研发方面，国外的汽车企业纷纷采取强强联合的 措施，通过组成跨国联盟达到优势互补的目的。例如：美国国际燃料电池公司 与日本东芝公司，意大利d en o r a 公司及法国雷诺汽车公司，美国通用汽车公 司与日本丰田汽车公司，德国宝马汽车公司与西门子公司等分别组成联盟进行 燃料电池电动汽车的研发。这些跨国联盟中，最具有代表性的是“加拿大巴拉 德一德国戴姆勒一美国福特一克莱斯勒联盟”，该联盟投资1 0 亿加元用以开发 燃料电池动力系统。此外，日本本田汽车公司单独已投资数亿美元研发燃料电 池电动汽车。在这一时期，几乎所有的国外大型汽车公司都参与到燃料电池汽 车的研发工作中，总投资金额额达近1 0 亿美元1 7 。然而，由于燃料电池的成本 高和寿命短的原因，使得燃料电池汽车的发展遇到了较大困难。 早期对电动汽车的研发主要集中在电动汽车的电池、电机以及电控等底盘 技术上，对于电动汽车的设计很少有整体性和全新性的概念。随着电动汽车关 键技术的成熟和完善，一些汽车公司已开始用全新的设计理念设计未来的电动 汽车，更多的对电动汽车全新的理解和对未来的向往慢慢融入进去。例如近期 的上海国际车展上：马自达的s h i n a r i ，将“魂动一s o u lo fm o t i o n 成为全新 的主题；宝马的v i s i o nc o n n e c t e dd r i v e 概念车，在向我们展示电动汽车应具有 驾驶信息显示系统；雷诺的d e z i r ，贯穿雷诺品牌始终的“以人为本 的精神 下向我们展示“人生阶段”；福特的v e r t r e k ，用更多功能性和容量，更丰富的 信息娱乐系统诠释未来电动汽车。这些最新的设计方案不再是传统汽车的“衍 生品 ，而将外形与环保节能完美融合在一起，从这些全新理念的设计可以看出， 绚丽的电动汽车时代已不再遥远。 1 3 2 国内发展现状 我国对于电动汽车的探索始于2 0 世纪的6 0 - 7 0 年代，而系统的研发却起 步于“九五”时期，比美国、日本、欧盟等汽车行业较发达国家晚2 0 多年的时 间【8 】。1 9 9 1 年，我国将电动汽车的研发项目列为“八五”重点科技攻关项目【9 1 。 1 9 9 6 年，我国将电动汽车列为“九五 及跨世纪国家重大科技产业工程【1 0 】。2 0 o o 年，我国将电动汽车的产业化列为“十五 科技工作重大项目【l l 】。2 0 0 1 年， 3 武汉理工大学硕士学位论文 我国正式启动实施“8 6 3 电动汽车重大专项。2 0 0 6 年，我国颁布的国家中 长期科学和技术发展规划纲要( 2 0 0 6 - - 2 0 2 0 年) 分别将“氢燃料电池技术 和“低能耗与新能源汽车列入前沿技术和优先主题【1 2 】。2 0 0 7 年，我国政府发 布实施了新能源汽车生产准入管理规则，将电动汽车正式纳入国家汽车新产 品公告管理1 1 3 j 。2 0 0 8 年，北京奥运会首次应用了5 0 0 余辆我国自主研发的电动 汽车，发挥了大规模的示范作用【1 4 1 。2 0 0 9 年，国务院通过汽车产业调整和振 兴规划，明确了实施新能源汽车战略，推动纯电动汽车、充电式混合动力汽车 及其关键零部件的产业化，提出了“三年内形成5 0 万辆纯电动、充电式混合动 力和普通型混合动力等新能源汽车产能，新能源汽车销量占乘用车销售总量的 5 左右 的目标5 。今年我国刚刚出台的新能源汽车产业发展规划也提出： 2 0 2 0 年中国新能源汽车销量规模要达全球第一；新能源汽车要以纯电动为主要 技术路线；未来1 0 年政府财政投入1 0 0 0 亿元，打造新能源汽车的产业链。在 近1 0 年里，通过国家政府的大力支持，我国的电动汽车行业不论是在行业创新 体系方面，或者在动力系统技术平台构建、关键零部件和新技术开发方面，还 是在整车产品上市方面取得了快速的发展，不仅攻克了一系列关键核心技术， 而且一些自主研发的电动汽车整车产品已实现小批量进入市场，在一些领域已 实现了与美日欧等国的同步发展。 对于电动汽车的研发，我国在电动车的电机、电池和电控系统等关键技术 取得了一定的发展，但是在电动汽车造型设计的方面的研究还尚存欠缺。当下， 在中国市场上已经能够量产上市的有：上海大众朗逸电动车及途锐混合动力、 江淮同悦纯电动汽车、哈佛纯电动m 3 、东风雪铁龙c z e r o 电动车、沃尔沃电 动版c 3 0 、比亚迪e 6 电动汽车、长安电动汽车g r e e n i 、广汽集团传祺纯电动 车、海马纯电动普力马等。在这些电动车型中，相当一部分为合资企业生产的 成熟车型的电动改版，包括一些自主品牌推出的电动汽车也都是在之前推出的 传统汽车基础上进行研发的，而在汽车造型方面的研发力度还远远不够。 1 4 研究内容 本文主要研究内容为： ( 1 ) 电动汽车造型设计的影响因素 研究传统汽车及电动汽车造型的发展历程，了解电动汽车造型设计背景和 4 武汉理工大学硕士学位论文 发展现状，在此基础上研究电动汽车造型设计的影响因素。 ( 2 ) 现代汽车造型设计方法 研究计算机辅助几何设计理论，研究各种曲线、曲面方法及其优缺点；研 究a 级曲面的建立原则、评价方法以及复杂区域a 级曲面的建立方法；介绍 a l i a s 及s h o w c a s e 软件在车身造型设计中的应用及优势。 ( 3 ) 某概念电动轮汽车造型设计 以某概念电动轮汽车的造型设计为例，依次从市场调研及方案确定、概念 设计、c a s 数模的创建、渲染设计及初期评审、数模的修改及完善、最终设计 方案展示六个方面具体介绍电动汽车造型设计的方法。 5 武汉理工大学硕士学位论文 第二章电动汽车造型设计的影响因素研究 2 1 汽车造型设计的发展 汽车车身造型的发展随着其汽车的诞生已经经历了一百二十余年，主要体 现在外观造型、车身结构形式、车身材料等方面，而这些方面的发展不是独立 的，而是相互影响、相互制约的。汽车的造型发展主要经历了马车型、厢型、 “甲壳虫”型、船型、鱼型、楔型等阶段，如图2 1 所示。 鱼型车 图2 - 1 汽车造型发展过程 ( 1 ) 马车型汽车 1 8 8 6 年，人类的第一辆汽车奔驰l 号诞生。这时汽车制造者卡尔奔驰 的主要精力还集中在对汽车动力及传动范畴的研究上，对于车身还无暇顾及， 由于奔驰1 号的外形与当时的马车无显著区别，所以被称为“无马的马车”【l 叫。 随着科技的发展和对汽车研究的深入，汽车外观、结构和材料也有所进步。1 8 8 9 年，戴姆勒研制的汽车初次以钢轮代替了原始的木轮；1 8 9 5 年，充气轮胎被应 用到汽车上；1 9 0 0 年，波尔舍设计了一种带有球面挡风板的汽车【l7 1 ，有效地克 服了迎面来风对驾驶员和乘客的侵袭；1 9 0 5 年，挡风玻璃在福特c 型车开始被 应用【l 引。“无马的马车型”汽车时代是汽车发展的初期阶段，这个时期还没有专 门的车身设计人员【1 9 】，因此汽车的造型设计还处于萌芽阶段。 6 武汉理工大学硕士学位论文 ( 2 ) 厢型汽车 为了适应风雨等恶劣的天气，汽车开始封闭起来，产生了四方型的厢型汽 车，这时的汽车已具有了车篷和车门。福特汽车厂生产的t 型车是厢型汽车最 具典型的代表，它也是厢型车的开端【2 0 l 。福特的t 型车有着可靠性强、质量轻、 底盘高、尺寸小、易修理、价格低等优点，是经济实用的百姓汽车【2 1 1 。在福特 t 型车的推动下，汽车成为社会的宠儿【2 2 1 。但是厢型汽车的形状阻力太大，车 速难以大幅度提高，另外人们开始对汽车造型的要求开始增加，而这时的汽车 造型学还未形成系统，厢型汽车已经不能满足汽车发展的要求。 ( 3 ) 甲壳虫型汽车 厢型汽车后期人们开始研究汽车造型和空气动力学，并做了很多风动试验， 这为流线型汽车的产生打下了根基。1 9 3 4 年，克莱斯勒气流牌小轿车首先采用 流线型，随后欧洲汽车厂逐步扩大应用【2 3 1 。1 9 3 7 年德国大众生产出酷似“甲壳 虫”的汽车，成为最具有代表性、产量最大、影响力最大的流线型汽车。甲壳 虫不论是从外观造型、制造工艺，还是传动系统布置上都有很大突破，特别是 造型方面，成为汽车仿生学的开端。甲壳虫的不足方面是室内空间较小，且不 能承受横向风力。 ( 4 ) 船型汽车 二战结束后，福特公司发明了船型汽车福特v 8 ，解决了遇横向风不稳定的 问题。这时的设计已经将人机工程学考虑进去，设计师从驾驶员和乘客的角度 出发，使汽车便于操作，乘坐舒适。2 0 世纪5 0 年代，船型车的前后挡风玻璃 的倾斜角度设计增大，这种设计在不影响舒适性和不牺牲乘坐空间的前提下， 大大减少了空气阻力。6 0 年代的船型车后部装饰有动感的尾翼，在造型方面已 经越来越注重审美效果，但后来尾翼越来越大，丧失了实际意义。具有最佳空 气动力性的船型车代表是奥迪1 0 0 。 ( 5 ) 鱼型汽车 船型车的车尾过于向后伸出形成阶梯型，这会导致汽车高速行驶时产生空 气涡流。为了克服船型车的这一缺点，设计师们把后挡风玻璃设计得一直倾斜 到汽车尾部，这就是当时的鱼型船【2 4 l 。由船型演变而来的斜背式鱼型汽车，车 身较低且尾部较长，后挡风玻璃角度平缓，再加上前后翼子板与车身几乎成为 一体，因此汽车行驶时的气流较为平顺，不会产生涡流。 7 武汉理工大学硕士学位论文 ( 6 ) 楔型汽车 鱼型车在行驶时虽然不会产生涡流但是容易产生很大的升力，致使行驶的 稳定性和操作性较差。为了解决这一问题，设计师们把车身设计得整体向前下 方倾斜，这样车身的后部变得平直，整个车身犹如一个楔块，这就是楔型车。 楔型车的造型简练、动感j 比较符合现代人的审美，可以说是接近于理想的造 型。但楔型车也存在缺点，车后方视野不好，实用性不强【2 5 】。由于楔型车的空 气动力性非常好，因此广泛应用在对速度要求很高的跑车和赛车上。 发展到现在，汽车的造型已经丰富多彩、不拘一格：有的流线、飘逸到极 致动感、优雅，有的规则、浑厚稳重、大气；有的棱角分明、锋芒毕 露霸气、张扬，有的小巧、简约可爱、时尚，如图2 2 所示。 图2 2 现代丰富多彩的汽车造型 2 2 电动汽车造型设计的发展 电动汽车虽然是未来汽车发展的归宿，但是电动汽车的历史却非常悠久， 对电动汽车的研究甚至早于传统的内燃机汽车。电动汽车的历史可追溯到1 9 世 纪3 0 年代，1 8 3 4 年，世界上第一辆电动三轮车诞生，它是由t h o m a sd a v e n p o r t 制造的由一组不可充电的干电池驱动的电动。1 8 8 1 年，法国工程师g u s t a v e t r o u v e 在法国巴黎制造了一辆铅酸电池电动三轮车，如图2 3 所示，这是世界 上第一辆可充电的电动汽车 2 6 1 。1 8 8 2 年，英国阿顿和培理教授也制成一辆三轮 电动车，如图2 4 所示，它在外观上同1 8 8 5 年卡尔奔驰的第一辆内燃机汽车非 常相似。 8 武汉理工大学硕士学位论文 图2 31 8 8 1 年的第一辆可充电电动车 图2 - 41 8 8 2 年三轮电动车 1 8 8 6 年，r a n k s d r a g u e 设计制造了有轨电车，从此电动汽车开始流行起来。 有轨电车在当时的交通运输中发挥了重要作用，也成为当时金融巨头的代步工 具及财富的象征。最早的电动车厂是由s a l o m 和m o r r i s 成立的电动客车及货车 公司【2 7 1 ，图2 5 所示的是该公司生产电动汽车，该电动汽车的车身是由马车改 装而来。 图2 5 马车改装而成的电动汽车图2 - 61 8 8 9 年的电动公共汽车 1 8 8 9 年，英国人r a d c l i f f ew a r d 制造的电动公共汽车在伦敦街上运行，驾 驶员站在车头操纵汽车，该电动汽车采用了涡轮机构转向系统以及踏板式的制 动器，如图2 - 6 所示。1 8 9 0 年，安德鲁克里为美国研制出第一辆三轮电动车， 如图2 7 所示，4 个蓄电池安装在车座位的后面箱子里，该车的质量较小，只有 6 8 k g ，在良好的路况下上时速可达1 2 8 k m ，续驶里程可达4 8 k m 。l8 9 1 年，莫 里森研制出了美国的第一辆四轮电动汽车【2 引，如图2 8 所示，这是电动汽车向 实用化方向迈出重要一步。 9 武汉理工大学硕士学位论文 图2 71 8 9 1 年美国的第一辆电动车图2 - 81 8 9 1 年美国第一辆四轮电动车 1 8 9 1 年，法国人德格拉菲尼设计的电动三轮车采用了链传动的传动方式， 车轮采用滚动轴承支撑以减少摩擦阻力，配有三种速度档位并可实现倒车。从 此以后，法国出现了各式各样的电动汽车，被广泛地用作私人轿车、出租车、 和公共汽车，如图2 - 9 所示。 釜。o 。螽适 图2 - 9 法国形形色色的电动汽车图2 1 0c a m i l l ej e n a t z 的电动赛车 世界上第一辆速度超过lo o k m h 的汽车并不是内燃机汽车而是电动汽车， 它是由比利时工程师c a m i l l ej e n a t z 设计的l aj a m a i sc o n t e n t e 。该车采用了铝制 车身，是一辆造型酷似子弹头的电动赛车，在1 8 9 9 年5 月创下时速l l o k m 的 记录【2 9 1 ，现保存在法国贡批尼博物馆中，如图2 1 0 所示。 到了2 0 世纪初始年代，世界的科技进步很快。随着铅酸电池的不断改进， 充气轮胎的出现，方向盘及转向杆的发明，手动和脚动制动器问世，以及电驱 动系统的充电器，控制和牵引电机的技术改善，都为电动车的技术进步，注入 活力，加速了电动汽车的发展。电动汽车开始进入商业化发展阶段，此时的电 动汽车已经装备有弹簧座椅、充气轮胎、辐条车轮以及豪华的内装饰【3 0 1 。1 9 0 3 年，纽约汽车时代杂志统计，在美国4 2 0 0 辆各种机动车中，蒸气汽车占 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 4 0 ，电动汽车占3 8 ，内燃机汽车占2 2 3 l l 。到1 9 1 2 年，美国注册的电动汽 车有3 4 0 0 0 辆，在世界各大城市，如纽约、伦敦、巴黎街头，满街都跑着电动 汽车，有出租的、运货的、旅游的以及家用的，电动汽车已经进入一个商业运 用阶段，这是早期电动汽车的黄金年代。 以上这些早期的电动车在汽车车身上的关注还很少，从最初的三轮车、马 车的改装到四轮厢型车地出现，汽车的车身都扮演着“附属品的角色。然而， 电动汽车没能持续的发展下去，1 9 1 1 年，k e t t e r i n g 发明了汽车发动机起动机， 打破了电动汽车在市场的主导地位。后来福特t 型车市场变得越来越广阔，实 现了大规模生产，成本大大降低，加速了电动汽车的消失。另外，在续驶里程 方面，当时的内燃机汽车是电动汽车的2 3 倍。1 9 世纪5 0 年代，随着内燃机汽 车在动力性能、汽车质量、行驶里程、操纵性和机动性方面越来越优于电动汽 车，电动汽车基本在市场消失，电动汽车进入了一个低迷的时期【3 2 】。 2 0 世纪7 0 年代，全球石油能源危机使得电动汽车获得重新发展的希望。 2 0 世纪7 0 年代初期，世界上许多发达国家如美国、日本、德国、法国、意大 利等都开始发展电动汽车，世界上许多国家和地区又慢慢开始生产电动汽车。 但不久后，随着石油价格的下跌，能源危机问题得到缓解，电动汽车的发展又 受到阻碍。到2 0 世纪8 0 年代，汽车带来的环境破坏愈加恶劣，随着人们环保 意识的增强，电动汽车又再次获得生机【3 3 】。 全球的汽车厂商慢慢看到了发展电动汽车的重要性，日本、美国以及欧洲 等发达国家的许多知名汽车生产商开始着手将电动汽车推向商业化进程。美国 方面，通用、福特、克莱斯勒和美国电动汽车等公司为了响应加州的法规，在 电动汽车的发展中起着很重要的作用【3 训。在日本，汽车企业也纷纷制定了各自 的商业化电动汽车的发展规划。欧洲的很多国家，特别是法国、德国、意大利 和英国等都制定了关于扩大电动汽车市场的规划和措施。另外，一些汽车研究 机构和高校也都在不断研究电动汽车技术。近三十年，通用汽车公司在电动汽 车的研发方面做了大量的工作：2 0 世纪6 0 年代，通用公司投巨资1 5 0 0 万美元， 制造了两辆电动车辆，一辆是电动轿车，另一辆是电动面包车。随后福特公司 和通用电气公司共同研制了e 1 一1 电动汽车【3 5 】。2 0 世纪7 0 年代特，钠一硫 电池得到应用，福特和通用电气公司又共同研制了采用钠一硫电池的e t x 一2 电动汽车【3 6 1 。 1 9 9 0 年美国通用汽车公司就开发出使用传统铅酸电池的i m p a c t 电动汽车， 武汉理工大学硕士学位论文 如图2 1 1 所示。该车是车身空气动力和造型设计的典范，其空气阻力系数c d 值降到了o 1 9 ，最高车速可达达到了2 0 0 k m h 。i m p a c t 将赛车技术应用到车身 设计上，流线形的外形给人以轻盈、华美、舒畅的感觉【3 7 】。 图2 - 111 9 9 0 年通用的i m p a c t 电动汽车图2 1 22 0 0 2 年通用的a u t o n o m y 在2 0 0 2 年北美国际车展上，通用汽车具有革命性意义的燃料电池概念车 “自主魔力”( a u t o n o m y ) 石破天惊般登场，如图2 1 2 所示。该车史无前例地将燃 料电池推进系统与“线控”技术合而为一，成功地实现了燃料电池系统、氢储藏 罐和电机的小型化，将整套系统均放置在厚度仅为七英寸的底盘上，而在这种 新型底盘上，通用汽车公司的工程师们可以生产各种各样的跑车、多功能休闲 车、厢型车和轿车等衍生车型，为扩大电动汽车的阵容提供了客观条件，也使 大批量生产成为可能【3 引。这一革命性变化将会为用户提供客户化的车身和更加 个性化的风格，用户甚至可以根据自己的需求租用多种车身，自主随意地变换 使用【3 9 】。 在a u t o n o m y 的基础上研发的h y w i r e 概念车同年在巴黎汽车展上亮相， 如图2 1 3 所示。车上没有离合器，没有方向盘，也没有仪表板，所有控制装置 都集中在一个手动控制把手上，如同飞机驾驶舱一般。h y w h 的车身造型设 计线条简洁、充满动感，又不失优雅。车身前后的镶板都采用透明玻璃制作， 改善了驾驶员对路况的视觉感受。纤维玻璃和钢制乘客舱地板完全是平的，这 很容易就为每个座位留出大量放置双腿的空剐4 0 1 。 1 2 图2 - 1 3h y w i r e 概念电动汽车 我们可以看到，在汽车工业的早期，汽车的造型设计，基本上是无足轻重 的，通常要等到完成了当时最重要的汽车工程和机械方面的工作后，才构想出 车身和内饰来。对于作为新生代的电动汽车，由于传统内燃机汽车的车身开发 已经较为成熟，故其造型设计更容易被忽略。而在当今人们对汽车外观要求不 断提高的背景下，电动汽车的造型对于推广电动汽车有着重要作用。 2 3 电动汽车造型设计的影响因素 ( 1 ) 国家政策及市场需求 国家关于汽车产业的总体规划以及政策法规是对于一个国家汽车产业的全 局把握，是决定一个国家汽车的发展方向的硬性主导力量，而市场需求是汽车 发展的根本动力，是汽车发展方向的软性主导力量，两者相辅相成，互相影响， 共同引导汽车产业的发展。 对于汽车的车身造型设计，在很早国家相关部门根据汽车车身形式对汽车 进行了分类，同时对汽车的外形尺寸参数做出明确限制规定，这些规定会对汽 车车身的设计产生关联性的影响而且这种影响是持续的也是变化的。根据全球 和国内形势的变化，政府也会出台引导汽车产业良性发展的发展规划及政策法 规。近些年来，由于全球能源紧张、环境恶劣，国家极力推行对新能源汽车的 研究，也相继出台了支持新能源汽车的政策法规。例如：2 0 0 9 年，国家出台了 汽车产业振兴规划 4 1 1 ，提出了“以新能源汽车为突破口，加强自主创新， 1 3 武汉理工大学硕士学位论文 培育自主品牌”的指导思想以及鼓励发展小排量汽车和形成电动汽车产销规模 的任务。而今年，我国也刚刚出台了第一份针对新能源汽车产业的行业发展规 划新能源汽车产业发展规划，规划指出：2 0 2 0 年，中国新能源汽车销 量规模要达全球第一，新能源汽车要以纯电动为主要技术路线。这些政策法规 对汽车产业的发展会有决定性的影响，而电动汽车的造型设计是电动汽车设计 中的重要一部分，国家的发展规划势必会影响到汽车造型的发展。另外，我国 政府要求大力发展汽车自主品牌，而汽车造型是自主品牌的一重要体现，很多 中国元素和独特风格的融入会直接影响到汽车造型的设计理念。 汽车产品的市场需求主要体现在汽车的性能和汽车的外观上，其中汽车的 造型往往在汽车消费中占主导因素，这时市场需求的因素就体现在了消费体的 审美观上。随着社会的发展和人类文明的不断进步，人的审美观也在发展。电 动汽车的时代即将到来，人们对电动汽车造型的外观要求成为电动汽车设计研 究的关键因素。 ( 2 ) 传承与创新 汽车造型的设计者是汽车造型理念、方案的实现者，大众的审美观通过一 小部分人群的设计的最终具体体现。当然这里所讲的- - d 部分人群不单单指汽 车造型设计师，还包括汽车企业。汽车也是一种文化载体，而一个汽车品牌的 往往有自己的独特的造型风格。这些风格不会随着时代的进步而消失，而是一 代一代的传承下去。 图2 1 4 各典特色的汽车进气格栅 例如汽车的进气格栅，不同的汽车品牌都各具特色，如图2 1 4 所示。宝马 的永恒的“双肾”、奔驰尊贵的“百叶窗 、吉普自我的“矩形窗”、奥迪豪放的 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 “大口 、沃尔沃舒适的“安全带、阿尔法罗密欧甜蜜的“心形 ，这些独树一 帜的格气栅造型成为每个汽车品牌的象征和符号。 传承并非一成不变，传承中蕴含着创新。汽车的某款车型通常会逐代更新， 每代之间都蕴含着传承和创新。设计师将汽车造型特征提取出来，有的可能是 抽象的一个神韵，有的可能是具体的一个线条，将这些具有个性化特征同新时 代审美观及需求结合起来就具体表现在了新车型上。例如：德国大众汽车公司 的甲壳虫【4 2 j 是一款经典车型，之所以经典是因为它不仅创造了奇迹而且没有因 时间而褪色，其造型的演变如图2 1 5 所示。最初的甲壳虫在1 9 3 7 年诞生，简 洁的设计、朴实的风格、实用的装备成为当时最流行的汽车。1 9 8 1 年5 月1 5 日，第2 0 0 0 万辆甲壳虫下线创造了汽车工业史上的一个奇迹，同时也创造了一 个新的世界纪录。1 9 9 8 年，大众公司推出了新款甲壳虫，其外形设计仍颇具当 年甲壳虫的风采，同时拥有靓丽的色彩和动感的线条，整体造型还是秉承半个 世纪前的款式，但是加入了更多现代化的设计元素。今年，大众公司又即将推 出全新的甲壳虫，新甲壳虫挡风玻璃的角度将不再那么极