1、汽车车身整体外观设计初步摘 要随着汽车工业的发展，汽车更新换代越来越快，消费者对汽车的外形要求越来越多元化，这很大程度上是由车身技术的发展所决定的，所以汽车车身造型是整个汽车制造的重要组成部分。汽车造型设计师科学性和艺术性相结合的一项工作，它涉及到许多领域，包括空气动力学、美学的应用、人机工程学、计算机辅助技术等，对学科的交叉应用十分普遍。基于对车身造型的爱好，本次论文大体从两个方面来研究车身外形：（1）从理论上分析影响车身造型的因素。经过学习国内外汽车的发展概况，充分了解到，每种车型的出现都是一项新的技术的变革或创新；对于汽车车身现代技术的发展更需要充分研究影响车身造型的因素。本文概述了汽车
2、发动机的布置设计方案对车身外形设计的影响，发动机的布置形式及传动系和外形设计的关系，最后分析了空气动力学和美学在外形设计中的应用。（2）使用PROE软件对车身模型的模仿设计，主要通过学习三维模型的建立来对车身模型的绘制。在软件的使用中灵活使用各种建立空间曲线、空间曲面的方法以及空间曲面的过渡处理。最后形成三维渲染效果图，创造真实的效果。关键字：车身造型 空间曲面 渲染ABSTRACTWith the development of the automotive industry, automotive replacement faster and faster, shape requiremen
3、ts for automotive consumers increasingly diversified, which is largely determined by the development of the body, so car styling is an important part of the entire automobile manufacturing. Science and art of combining a car stylists work it relates to many areas, Including the application of aerody
4、namics, aesthetics, ergonomics, computer-aided technology, on cross-disciplinary applications are very common. Based on the love of styling, this paper generally from two aspects to study body shape. First, from the theoretical analysis of the factors that affect body shape. After learning the overv
5、iew of the development of domestic and foreign automobiles, fully understand the change of each model are a new technology or innovation; Need to fully study the factors affecting the styling for the development of the modern technology of the auto body ,This article provides an overview of the layo
6、ut design of the automobile engine body shape design, arrangement and the driveline and the relationship of the exterior design of the engine, Finally, the aerodynamic and aesthetic design in the shape. The second is to use PROE software to mimic the design of the body model, Mainly through the stud
7、y of 3D model to draw on the body model. Flexible in the use of the software using a variety of the establishment of the transitional treatment of the space curve, space, surface and space surface. The final form of the diagram of the 3D rendering, to create realistic effects.Keywords: Styling Space
8、 surface Rendering第一章 绪论1.1 课题背景汽车这一改变世界的机器，以其澎湃的动力将文明社会推入快速发展的轨道。它不仅在很大程度上影响着世界经济、文化，也改变着人们的生活方式以及时空和价值观念。它是当今高端科学技术集中反映的载体，闪耀着当代科学技术和艺术的光芒，它迸发出的文化意念，凝结着人类智慧的结晶，诠释着今日人类文明与骄傲。纵观世界各工业发达国家的历史，无一不是遵循通过汽车工业的发展从而带动其他相关行业的发展这么一条发展规律。汽车工业发展的水平不仅反映着一个国家的工业发展和人民生活的水平，而且也反映了一个国家科学技术和文明的水平。汽车车身是汽车的“上层建筑”，是整车的四
9、大组成部分之一，是目前世界汽车行业中研究最活跃且发展最迅速的一个领域，汽车的更新换代也很大程度上取决于汽车车身技术发展。汽车车身所涉及的领域十分广泛，包括美学、空气动力学、环境学、计算机、机械工程学、人机工程学、材料和化工等。车身设计技术朝着虚拟化、气动最优化、轻量化、个性化、人性化、绿色化和安全化方向发展。汽车车身是驾驶员及乘客的活动产所，其对于保障汽车的行驶安全有重要的作用，另外汽车车身的设计对于保证汽车高速行驶的动力性和经济性也有重要的影响，因此汽车车身的合理设计对于汽车的发展有着重要的影响。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究状况轿车车身被认为是一种科学和艺术相结合的的艺术品。现
10、代轿车车身设计越来越重视艺术造型，综合运用空气动力学、美学、人机工程学和汽车工程技术这四个要素，而且要更加重视提高乘客乘坐舒适性、车身安全性和道路行驶可靠性，以及改善车汽车的燃油经济性和操纵稳定性等几方面的要求。下面从外型、结构及内饰方面分析一下最近几年国外汽车车身发展变化状况。（1）外形轿车车身是个复杂、庞大的刚性体，由于先进的计算机技术的广泛运用而在外观设计上趋于更加科学合理，更符合安全性与轻量化相互协调的要求。车身造型中大量应用的计算机辅助设计、辅助制造和辅助造型即CAD、CAM和CAS等技术，使车身造型不断突破传统观念。形态各异的造型特点达到了艺术与功能的和谐统一。20世纪90年代以来
11、。国外轿车车身大多数是高流线型、大圆角的造型。在两厢式轿车或三厢式轿车的厢与厢之间，大多用光顺圆滑的曲面连接。此外发动机机罩与侧围、前围与侧围、前围与发动机罩也使用平滑的曲面过渡连接，使其具有流线型，这样的造型大大降低了空气阻力因数。目前有些车型的空气阻力因数(CD)己降至0.3以下。试验表明，空气阻力因数从0.5降到0.3，可节省燃油14%。有些车型采用了整体流线型与局部棱角型相结合的设计方法，这是一种新的发展趋势。（2）结构自石油危机以来，汽车节能减排工作备受人们的关注。为了达到降低燃油消耗率的目的，采取的方法是减小整车质量，车身结构也在不断改进和发展。最近几年来，汽车车身的主要变化表现在
12、，在不降低汽车碰撞能力的前提下，优化设计，减轻汽车质量。目前，减小质量的方法主要有两种：一是尽量减少零件数量，优化设计车身结构，使之为整体构造。二是大量采用轻质合金材料及新型复合材料。如铝、镁合金、钛合金等。据有关资料介绍，德国奥迪轿车A8系列的新车型采用全铝制车身后，减小质量15%，油耗随之降低5%-8%。目前，日本、美国、欧洲汽车的车身结构，主要的独立的钢质车体，钢模块化车体，钢和铝的立体类型的三维框架。分析结果表明，车体结构，在未来10年车身结构将进一步优化和改进。重点将是降低车身质量，提高效率和降低成本。在未来，小批量的生产模式，将主要利用钢和铝的三维立体框架，大批量生产的车型，将采用
13、模压钢架（3）内饰近年来，美国，欧洲和大公司在汽车内饰设计的过程中，不仅强调功能要求。更加注重内部布局和外观作为一个整体的内部协调和统一的风格，但最重要的仍然是舒适性，为了不断提高舒适性的车，20世纪90年代以来，日本，美国，欧洲，越来越重视研究人机工程学，主要更强调司机和乘客的心理，生理，为前提进行室内设计，更加注重内饰材料的颜色和质地，使之创造一个愉快的氛围和舒适的驾驶环境。可以看到，从过去两年各大公司推出的新车型的内部空间有所增加来看，装饰性，实用性和生活性功能也进一步改善。这主要反映了更完美的基本内饰。在近几年，装饰的仪表板和方向盘得到重视，日益一体化的仪表板和可调功能方向盘设计更强调
14、新颖，有吸引力的外观，在追求风格和色彩上要与整个内饰风格协调统一。此外，车顶内衬，内门板和地板在同时保持装饰统一的前提，隔热，隔音，阻燃，抗震动性能也已大大提高。在车上，座椅是与人体部位亲密接触的部分。其最基本的要求是乘坐的舒适性。近几年来，特别是计算机技术的广泛使用，汽车座椅的结构已经合理的改进，质量和性能会因不断改善人机工程学原理而不断提高。目前，能够适应多种人体尺寸，满足各种驾驶乘法姿势，久坐而不劳累的多功能座椅在汽车上广泛流行普及。操作方便，使用灵活的电动座椅，应用范围日益扩大。研究发现，今天的汽车座椅不仅乘坐舒适，而且设计精美。汽车座椅装饰已上升到与舒适性具有同等的重要性，这两者已成
15、为直接影响对消费者购买的关键因素。目前，在日本，美国，欧洲的汽车座椅向外形美观，悦目色彩，多样功能，灵活调整的方向发展。从最近几年上市的新车内饰设计可以看出，在原有内饰件继续得到改善同时，在车顶，仪表板，门内板，扶手，靠背和其他部分原有的内饰件部分出现了一些新的内饰件如一个小夹子，小盒子，和娱乐设备等。就整体状况而言。汽车内饰件，先阶段使用质地柔软，手感好，色泽优雅的在内饰材料作为装饰材料，塑料的使用数量仍然较大。内部“软化”是今天的主要趋势。目前，所有类型的车，特别是小型和中型轿车的内饰布局正向着高级豪华、使用便捷的方向发展。纵观日本、美国、欧洲车身的整体发展，可以看到与快速发展后，特别是计
16、算机技术的高速图形终端和工作站的出现，计算机几何处理技术已进一步完善，从2D，3D线框已经发展成为一个三维实体造型。已经形成了一个集成的CAD，CAM集成系统，所以，直接在电脑上的体形。模型加工精度大大提高了，车辆碰撞测试可以使用模拟的方式进行。有限元技术的使用，使车身结构设计的复杂变得简单，并且可以分析汽车车身结构的性能。事实已经证明，这些产品的开发，现代化的手段，有效地缩短汽车开发周期，而且大大提高车身设计质量。此外，先进的生产技术和高度自动化的加工设备，也同样出色的确保车身的制造质量。如今，汽车产品之间的竞争，从某种意义上讲，主要是在造型变化上，更新快，形状优美的模型产品在竞争中取胜奠定
17、了坚实的基础。为此，日本，美国，欧洲公司已经开发出自己的CAD，CAM身体外形和内饰的开发系统。充分利用现代车身设计车身开发工作。可以相信，现代的车身设计在不断更新和完善的开发工具发展的同时促进车身造型技术跃升到一个更高的水平。1.2.2 国内研究现状我国轿车车身设计和制造的历史始于我国第一辆轿车的诞生。1958年5月5日一汽试制出我国第一辆轿车东风CA71型(图1-1)，该车车身为流线形，银灰色车顶。紫红色车身，镀铬前后保险杠和轮辋;尾灯采用中国传统的宫灯造型，具有浓郁的民族特色;内饰选用中国名贵的织锦; 车身两侧镶嵌着毛泽东手书的“第一汽车制造厂”七个遒劲飘逸的镀金大字;装有冷热风空调，发
18、动机罩前上方有一条昂首腾跃的银色小龙徽标，象征着古老的中华民族;四缸顶置气门发动机最大功率52kW,最高车速128km/h,，每百公里10L。随后又开始试制“红旗”牌高级轿车，同时还试制过东风牌中级轿。20世纪50年代中末期，全国各地试制出许多轿车，如北京的东方红牌和井冈山牌轿车（图1-2），上海的海燕牌和凤凰牌轿车以及上海牌轿车，天津的天津牌轿车，武汉的长江牌车。掀起了我国第一次轿车热潮。事实上，许多轿车项目盲目上马，由于技术和质量上的问题，产品的可靠性经不起考验，配件也无法解决，随后又纷纷下马。 图1-1 东风CA71型 图1-2井冈山牌轿车 1958年8月3口，第一辆“红旗”牌CA72型
19、高级轿车试制成功(图1-3)，前后只用一个月时间。该轿车车身全长5.5m，通体黑色两排座位，造型庄重大方，有元首用车气派。红旗牌轿车完全是我国技术人员独立设计与制造的，尤其是车身，当时没有任何图样，一个星期就制作出1:1的油泥模型，车身直接从油泥模型上取得样板制成。采用了许多型结构和先进技术具有50年代世界轿车先进水平。因此，几十年来红旗牌轿车一直是国汽车工业技术进步的代表产品，在国际上有一定的影响，也是我国拥有自主知识产权的族品牌轿车代表作。 20世纪60年代初，我国开始进行国民经济调整，只保留了一汽红旗牌高级轿车和上海上海牌中级轿车两个基地和两个产品。由于我国将轿车定位在公务用车上，致使产
20、量低对成本高，因而使我国轿车技术与国外拉开了明显的距离。1983年4月11日，上海组装出第一辆桑塔纳(Santana)轿车(图1-4)，1984年上海与德国大众公司签订技术引进合同，并于1985年9月成立上海大众汽车公司。1991年，著名上海汽车厂(生产上海牌汽车)加入上海大众公司。1995年，更名为上海汽车工业(集团)总公司。经过重组，上汽汽车制造有限公司于2006年2月22日正式成立。2007年上市的荣威750(图1-5)采用只有顶级车才拥有的Cigar Shape雪茄形车身典雅动感的设计用科学比例、流畅的线条和雅致的曲面完美实现，并一举造就同级车中占据绝对优势的2849mm超长轴距车头饱
21、满而典雅，经典的盾形一体式格栅设计，配合底部大型进气罩口，格致美感不彰自现，名门尊崇气派一览无余。 图1-3 CA72型轿车 图1-4 桑塔纳(Santana)轿车1988年5月，第一汽车制造厂与德国大众公司签订奥迪100型轿车技术转让合同，2007年新推出的迈腾(图1-6)在传承大众品牌内涵的基础上，展示了一款B级轿车崭新的设计风格和设计理念:线条坚定而又不失张扬的雕塑式整体造型。而迈腾的内饰风格.简洁大气又不失豪华气派。 图1-5 荣威750 图1-6 大众 迈腾1992年5月18日，神龙汽车有限公司在武汉市成立。它是东风汽车公司和法国雪铁龙汽车公司合资兴建的大型轿车生产企业。2006年东
22、风雪铁龙凯旋轿车(图1-7)上市其全新的造型设计不仅传承了雪铁龙的造型风格，更融合了全新的造型理念。镀铬处理的饱满双齿轮标向两边延伸，并和散热隔栅融合在一起。前照灯向上挑起至翼子板处，晶莹剔透，炯炯有神。在前部造型方面还值得一提的是位于前车门上的旗帜形后视镜，配合向后延伸的镀铬车窗线条，凸现凯旋的流线形侧面造型，将凯旋的车身线条勾勒得更加生动。2008年1月6日第八代雅阁轿车(图1-8)上市，其刚劲有力的设计理念，体现了大气、高档、先进、尊贵的设方向，车头的设计更具英气，棱角形的前照灯和进气隔栅、外张的翼子板等，展现动感干练的气质。特别是车身侧面贯穿首尾的那条腰线，就像中国书法中的一撇，感实足
23、。首次采用了本田最新的“高级兼容性设计(ACE)”的车身结构技术，它借于崭新的折叠缓冲区结构，提高了在各种可能发生的碰撞事故中对撞击能量的缓冲效果。 图1-7 东风雪铁龙凯旋轿 图1-8 第八代雅阁轿车 目前我国各大轿车厂家在消化引进技术的基础之上，加大了轿车车身自主开发的力度。通过对自主知识产权品牌产品的自主开发、与国外进行联合开发以及引进先进技术等方式，瞄准世界先进车型，采用先进技术，普遍实现了产品的更新换代。轿车产品绩合技术水平有了很大的进步，主要产品性能指标大幅度提高。在轿车车身开发技术上也有较大突破，初步掌握了轿车车身造型、曲面光顺、三维实体设计、车身模型制作、人机工程、空气动力学和
24、车身安全性等技术以及车身模具、夹具设计和制造技术，同时还自主开发了一批小型、实用、适合国内特点的设计软件。奇瑞、中华、东南、吉利等止我国轿车自主品牌的开发作出了巨大的贡献。但站在国际大视野的角度来看，我国自主品牌轿车的研发水平和能力与世界各大著名汽车厂相比仍存在较大的差距，还有大量的工作要做。1.3 主要研究内容通过了解课题的研究背景，和国内外的研究现状，深刻体会到汽车车身对汽车整体造型的重要性，本次设计针对汽车的外形造型进行深刻的研究。（1）首先掌握影响汽车造型的技术因素。对汽车车身的概念，组成部分进行细致的了解，深入学习发动机和传动系对车身的总体布置的影响。还有现代汽车车身设计与空气动力学
25、、美学的关系。（2）对于汽车的外形造型，涉及到汽车的整体布局，汽车的形状设计，汽车的外形颜色。（3）本次设计借助PROE软件的辅助，参考的汽车参数进行车身三维模型的建立，绘制白车身。在其中学会灵活使用空间曲线和曲面的建立的方法。第二章 影响汽车造型的技术因素2.1 发动机的布置设计要求按照方案设计规定的参数与要求，以及汽车布置设计规定的空间和边界条件，决定发动机总成的具体结构，规划各零部件的形状和尺寸，把总成内部结构和外部附件布置具体化。布置设计上以燃烧室为核心协调处理汽缸盖和配气机构布置；以运动件为核心协调处理曲柄连杆机构的形状和尺寸以及机体的结构安排。集中考虑冷却系部件、润滑系部件、进排气
26、管和各附件的布置。在发动机外部布置上既要方便保养、加油、加水等作业，又要讲究外形紧凑美观。2.2 汽车发动机方案设计的内容（1）机种目前普遍采用最多的是往复活塞式汽油机和柴油机。在功率方面，柴油机的有效热效率比汽油机要高10%左右，且其部分负荷工况下的燃油济性好，使用油耗比汽油机低30%40%，特别适合载货汽车用。（2）冲程数目前，大多数汽车发动机的冲程数为是四冲程。冲程发动机的改良还处于实用研究开发阶段，其主要进展有：采用缸内直接喷射供油方式和专用压气机强制扫气取代曲轴箱扫气，将“混合气扫气”变为“空气扫气”。使低负荷断火、可燃混合气漏损、油雾问题等固有缺点引起的油耗高、排放差得到改良。汽车
27、造型设计师要及时跟进发动机技术的进步。（3）冷却方式当前绝大多数发动机是水冷式发动机。风冷式发动机的唯一优点是不用水，适于沙漠、缺水地区以及种军事用途。其冷却效果不如水冷式发动机，零件热负荷大、强化程度小、噪声较高。（4）气缸数及其排列发动机的气缸数主要取决于排量，小排量机用2缸4缸，中排量机用5缸8缸，大排量机用10缸12缸。在轿车上以单列四缸机居多，单列六缸机被v6取代;新近又展出小v夹角紧凑型v6发动机；v8汽油机趋向淘汰，其原因是受油耗法规限制而减少排量。在3.5t10t货车上单列六缸机仍占优势。单列式机制造简易，但机体较长；v型机适于缸数大于等于8的多缸机，机体较短，但制造设备较复杂
28、，且轴承的载荷较重。（5）缸径、行程 这是发动机的主要参数。汽油机适于较小缸径，例如70mm90mm，超过100mm时发动机容易发生爆震；柴油机适宜于较大缸径，例如100mm150mm，缸径过小难于组织直接喷射式燃烧，如采用涡流室式热效率将降低。汽车发动机经历过短冲程发展期，其优点是换气效率较好，曲轴主轴颈和连杆轴颈的重叠程度较大，适宜于高转速 。长冲程燃烧较完全，因而向降低转速采用略大于1的行程缸径比（S/D）转变。（6）系列化 发动机的系列化是指以基本结构参数（D和S），通过变化缸数及其排列形式、增压度、转速、燃料等方法来扩大功率覆盖面和发展变型品种，以满足交通系统不同用途的需要。新设计的
29、机型是基本型，系列化的发展要运筹得当，合乎市场需要，盲目贪大求全会使基本型设计背上包袱，生产设备投资加大。适当的照顾中远期发展需求，将使企业长期受益，应变能力增强。（7）主要指标 发动机的功率、扭矩、油耗、质量和外形尺寸是重要指标，在方案设计中应做有根据的估计，在提出目标值时稍留余地为好。主观过高的要求往往造成努力方向的错误走入迷途。例如，过分压缩发动机的尺寸和质量、提高转速，很可能实效不大而是发动机变得娇气，不能适应重负荷。（8）燃烧室 目前，汽油机实用的燃烧室有浴盆形、楔形、半球形、篷形，活塞顶凹坑型等几种。某一给定的汽缸容积汽油机用同一压缩比作燃烧室优化的模拟计算表明，楔型火花塞顶凹坑形
30、燃烧室对指示效率的影响差别甚小。活塞顶燃烧室燃烧最快，半球形双火花塞燃烧期显著缩短，较快的燃烧也导致较大的壁面热损失，而使燃烧室形状对不敏感。壁面的热损失几乎依上止点附近的燃烧室面容比（F/V）而定，所以燃烧室应取紧凑形状。柴油机多采用直喷式，活塞顶凹坑燃烧室的形状各式各样，如型、碗型、盆型等。燃烧室形状要求与燃料喷注相匹配，以使空间上燃料与空气充分混合。小型高速柴油机直喷化，要求用更高压力的燃料喷射系统。（9）新技术的应用 新技术本身在基本原理上是健全的。 新技术符合汽车使用的某种客观需要。 新技术经过必要的开发工作，臻于成熟。 新技术得到必要的人力、财力和时间来实现。 社会生产力的发展能为
31、其实现提供物质基础。2.3 车身总布置与整车总布置的关系（1）发动机和传动系以发动机的曲轴中心线、曲轴中心线与缸体前（后)端面的交点和缸体中心平面为基准，将其固定在整车坐标系中。在进行发动机和传动系布置时.要注意的主要问题有发动机与发动机舱的间隙,发动机允许倾角、传动轴夹角、发动机舱的空气流动性、轴荷分配及变形的方便性。目前，2L以下的轿车基本采用前横置前驱动(FF)。3L以上的轿车基本采用前纵置后驱动FR2L3L的轿车前驱动的比例在逐步增大，而后置后驱动已基本不用。四轮驱动一般用于轿车的变型车。各种布置形式的优劣比较如表2-1所列。表2-1各种布置形式的优劣对比布置形式FFFR MR RR适
32、用车型 轿车、轻型车 各类车型货车、客车 客车外形 前悬长，后悬短前悬长，后悬短前、后悬都短 前悬短，后悬长内部空间 室内空间易保证 比FF差 比FR还难保证 接近FF装载性能 车箱地板低 车箱地板高 车箱地板比FR还高 不易做货车 操纵稳顶性 直行稳定性高.不发飘 在极限范围的操纵稳定性比FF好 好 容易发飘 驱动性 差 较好 好 好振动、噪声 较好 好 较差后部成员位置较差（2）车身 驾驶区的布置一般以95%的人体模型为基准，通过调整座椅和方向盘的位置来适应5%的人体模型，以胯骨轴心和眼椭圆为基准。乘客区的布置要求视汽车的档次而异，一般普通型的乘用车和货车的乘客区可以比驾驶区的要求低一些.要想设计合适的座椅和驾驶空间。就要对人体尺寸有一个准确的把握，第一步就是人体尺寸的测量方法。 在设计中一般采用SAE标准的人体躯干模型，模型参数如表2-
