23 汽车造型设计及及技术与方法

1、、汽车造型技术与方法 汽车造型必需遵循的法则(1) 汽车用户需求用户就是上帝一直是各行各业服务的宗旨。同时不同民族具有其独特的文化背景。英国人比较保守、怀旧，法国人浪漫、幽雅，德国人稳重、敬业，意大利人热情、奔放。中国人喜欢传统与创新的结合.因此不同国家的汽车品牌具有自己的特色。此外，汽车车身的发展经历了几个时代的变迁。从粗糙的“马车”到火柴盒般的箱形汽车，再到很卡通的甲壳虫汽车，还有船型、鱼型、楔型，汽车的身材越来越好看，线条越来越代美。这就说明汽车造型和汽车设计必需满足用户的需求和民族文化。(2) 法规需求为保证汽车的安全形式和实用，各国汽车组织和政府颁布相关法规规定汽车的设计强制性标准、

2、实用功能，确保汽车能满足各种形势下的需要。通常相关法规有汽车安全法规、汽车排放、汽车报废、质量认证和强制性检验法规等。与造型有关的是视野,前后保险杠,灯具,牌照尺寸和碰撞安全性等(3) 技术进步过去(1990年前)，新型轿车从构思到试产一般要经历四至五年，1995年后,尤其现在运用了计算机，仅需要二年或更少的时间。这就说明了现代新技术的进步是汽车设计的有力支持和强劲的手段。CAD/CAE/CAM/PDM软件的出现和使用使汽车的造型和设计进入一个新的历史时期。汽车设计手段不仅更加快捷和方便，也使原来不可能的设计方法成为可能。虚拟现实的设计技术模拟汽车的视觉效果以及汽车的操纵环境，大大降低了汽车设

3、计过程中试制的费用，同时提高了汽车的设计质量和水平。CAD曲面光顺软件使汽车曲面质量有了质的提高,达到了A级曲面水平.由于技术进步,造型设计可以通过数字化曲面构造,然后数控加工模型,在数控模型上少量修改便定型是未来汽车开发的主要形式,因为可以大大缩短开发时间,和提高开发质量. 汽车造型设计方法与步骤(1) 造型设计内容与流程造型设计的主要工作内容如表所示表 造型设计的主要工作内容与步逐No.外部造型设计工作No.内部造型设计工作1造型设计资料收集1造型设计资料收集2产品分析报告造型设计任务书2产品分析报告造型设计任务书3A评审3A评审4外部构思草图4内部构思草图5B评审5B评审6设计效果图6设

4、计效果图7C评审7C评审8小比例胶带图及模型制作(或数字化构造造型面)8全尺寸胶带图9D评审9全尺寸内饰油泥模型制作(或数字化构造造型面)10模型数字化定义(扫面与光顺)10内饰模型装饰设计11全尺寸胶带图11D评审模型冻结12全尺寸油泥模型(或数字化构造造型面)12模型测量13模型装饰设计13内模型数字化定义14E评审14E评审造型冻结151:1模型测量扫面15造型硬点文件发布16外模型数字化定义17F评审造型冻结18造型硬点文件发布 轿车的车身造型设计是整个设计工作最重要的内容，作为现代化的大批量流水生产的产品，汽车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

5、会在批量生产中造成严重的后果。传统的汽车造型设计和现代先进的造型都基本采用以下的步骤进行设计, 如图所示。T11:T11: 草图 T12: 评审 T130 :效果图准备T13: 效果图 T14: 评审 T15: 油泥模型 T150 : 油泥模型准备 IM11: 输入产品任务书，请求概念设计OM1: 输出草图设计结果OM12: 输出评审后的选用结果OM13: 输出效果图结果OM14: 输出评审结果OM15: 输出油泥模型结果T11IM11T12OM11T12OM11T130OM12T13T130OM12T13OM13T14OM13T14T150OM15OM14T15T150OM15OM14T15

6、图 汽车造型并行设计流程图图 汽车造型并行设计流程图 由于技术的发展,现在的设计,已经越来越依赖计算机二维三维设计软件,甚至有些设计手工模型都不作了,直接三维计算机曲面造型后, 数控加工油泥或可加工塑料内外模型, 然后在此模型上局部修改时采用油泥局部修改. 有些设计只完成1:5油泥模型,测量光顺后数控加工1:1塑料主模型. 地板和发动机舱模型也可以用三维总体装配来免掉. 但有时传统的方法也不同程度的应用,甚至与先进方法并行使用, 在一段时间里, 传统的造型设计方法及先进与传统混合的方法也将会在不同项目中有所应用.局部改型设计最好在原车基础上作油泥模型(省时省力并保留不改部分特征),但测得的造型

7、面和边界要与不变的面和特征整体光顺和边界分割.以便保证二阶连续.(2) 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”。新型车的开发必需经过广泛的调查，汇集各地不同人群对汽车的需求信息，才着手进行图纸设计。 “信息反馈”是厂家开发新产品的依据。(3) 获得造型设计的基本硬点-控制线图汽车的长、宽、高、轴距是影响乘坐空间的四要素，但这只是基础，要在尺寸不大的车身上设计出空间充裕的座舱，还必须精心设计车厢轮廓。这就

8、是所谓的“利用率”问题，而它又与全车的整体布局息息相关。并且要保证设计的人机工程学要求.通过总布置可以获得造型设计的依据和基准,将这些造型硬点,基准和依据绘制成控制线表达成几个主要视图称为控制线图.造型油泥模型或通过三维软件直接生成造型面时必须满足控制线图,造型效果图完成后根据效果图制作的胶带图也必须符合控制线图要求.a 汽车造型与总布置的关系汽车布置是指如何安排一部汽车的各个组成部分在整车中所处的相对位置，即全车的总体布置。布置方案一般是由总工程师决定的，但对于车身造型设计师，很好地理解甚至具备确定总体布置的能力也十分重要，这是因为与其他工业产品相比，汽车构造的复杂多变性要大得多。汽车的内部

9、结构复杂，使用功能的要求很严格（如乘员/载货的空间、人体工程学的要求等），这些构成了很多在造型设计过程中必须遵循的条件。因此，汽车造型设计师必须具备很清晰明确的布置观念，才能设计出具有优秀功能性的汽车外型。 一般与造型设计有关的汽车的布置设计内容包括发动机、传动系统、座舱、行李舱等。同时也要考虑人体模型和人机工程学布置, 一个优秀的布置方案应该在使各部件工作良好的基础上满足应有的使用功能（如载人、运货、越野等）。总布置硬点绘制控制线图用于指导造型设计, 总布置为造型提供如下设计硬点: b 获得造型硬点与控制线图提供总布置设计发动机舱布置最小上控制边界控制线和控制面及面夹角,作为造型效果图设计及

10、油泥模型设计的硬点和基础.面夹角主要考虑总布置的视野指标,即前玻璃下边缘高度与人体位置的关系保证视野要求.提供整车设计主要尺寸参数(轴距,轮距,总长,总宽,总高,裙边最小离地间隙,前悬,后悬等)驾驶舱人机工程布置,按照前后座位头廓包络体加上30150mm间隙而获得的驾驶舱最小包络体为造型设计提供设计硬点.确定行李箱布置边界面,方法是以满足造型设计为主,兼顾货箱布置,一般货箱上平面高出侧窗边线10120mm(小车稍高一些,造型好看些).顶盖宽度与整车宽度的关系的确定可作为造型的设计硬点,高级轿车(C级轿车)总宽为18001900mm,总长46006000(大多数在5000附近), 总高14301

11、600mm(跑车一般为11001250mm),顶盖(不包括侧围上边梁宽5070mm)最小宽度一般为10001200mm,车门侧弧度弧高约为230300mm; 中级轿车(B级轿车)总宽为16801798mm,总长42004600mm, 总高14001450mm,顶盖(不包括侧围上边梁宽4060mm)最小宽度一般为9001100mm,车门侧弧度弧高约为180250mm. 微型轿车(A级轿车)总宽为15001660mm,总长32004200mm,总高13501420mm,顶盖(不包括侧围上边梁宽4060mm)最小宽度一般为8001100mm,车门侧弧度弧高约为150220mm. 面包车总宽为1500

12、1800mm,总长35005500mm,总高16001900mm,顶盖(不包括侧围上边梁宽5070mm)最小宽度(在长度中间处或顶盖最高处)一般为10001300mm,车门侧弧度弧高约为60150mm.一般由于顶盖有弧度在顶盖前后风挡处顶盖属最宽区域,一般宽出3060mm,即高级轿车顶最宽处约为10301260mm.前玻璃夹角,一般轿车前玻璃与水平夹角为4050度,面包车和箱式车为5070度,客车6085度左右.后玻璃与水平夹角为: 一般轿车后玻璃与水平夹角为3045度(个别大轿车为5570度),面包车和箱式车为7085度,客车8588度左右.裙边离地面距离一般为150300mm(跑车低一些1

13、00150mm,面包车高一些250350mm,轿车一般160220mm)后行李箱盖侧向弧高一般为2040mm,平均约2530mm.前发动机舱外板侧向弧高为3060mm,平均约3540mm.后行李箱盖前后高度落差约为2040mm,平均约为2530mm,有些车甚至为负或很大.c 对于局部改型车设计的设计硬点与控制线图不改动的区域和曲面及其曲面光顺过渡面或线可成为造型设计精确硬点及控制线图,由于这些设计硬点是精确设计硬点,因此可以作为如下所述的造型设计的特征描述的胶带图.并可直接用于指导油泥或数控模型制作.在精确设计硬点基础上的新增设计特征的造型设计.（4）造型构思草图汽车造型的设计也要有效果图，将

14、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，特征,色彩，材料质感及反光效果等，作为开发人员表述造型的构思和初步选型的参考。可用手绘或计算机手绘笔绘制.(5) 造型彩色效果图 a 造型效果图的设计方法一-按照轴侧图设计法: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、MARK笔、彩铅或者素描等方式绘制。也可以用计算机来完成效果图. 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，一般有前后轴侧图,正前,正后,正侧图共5张图.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和特征。车身内饰的效果图主要表现出仪表

15、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。效果图一般有多种方案供选择，换句话讲要有许多幅效果图供选择(一般5套方案)，边修改边完善。绘制内外造型多种方案，彩色效果图绘制（轴侧图）,用二维软件PHOTOSHOP等做造型时，要注意的问题是, 如果轴侧不对的话，作的效果图，看起来图很漂亮，但做出来的模型却是两个，面目全非。模型做出来拍的照片，不论从哪个角度看，和画的效果图都不一致。造成画的效果图不能驱动模型制作，这种效果图就没有意义。所以效果图原意就是说，要作轴侧图，但是也可以作其它几个方向的视图，比如说各个方向的角度，

16、你可以看它的效果，但必须考虑轴侧的尺寸比例关系，不能失真，因为不同角度看东西的比例是不一样的. 越来越多的采用三维造型软件如ALIAS, 3DMAX, UG/AUTOSTUDIO等软件,可以旋转和定量尺寸关系.造型效果设计就是做彩色效果图，效果图的轴方向X轴、Y轴、 Z 轴必须按画法几何的轴侧方向，先把坐标轴选了，选了以后再把总体设计确定的总长总宽总高等用方框定下来，就是长方体，方框定了以后，就是定了基本控制尺寸，宽度、总长、总高，然后在这基础上去造型，基本按投影方向做了，这有什么好处呢当作模型时, 就可以近似的量尺寸了，比如在轴二侧图，两个方向上是1：1的，1个方向是1:2的。用尺量图上尺寸

17、，再乘以2，在模型上做了，所以你整个尺寸比例将都是对的，在按轴侧方向做效果图，这是在做效果图设计时的一个规范。要确定轴侧方向，主要是为了指导模型的制作，做出的结果会一致。 b造型效果图设计方法二-任意轴线方向法当然,如果确定造型效果图的轴线方向比较困难时,也可以不按照轴侧方向. 可以按照各个方向任意比例法, 但三个轴方向要单独的量尺寸算在图中各自轴车长与图形长度的比例关系(百分比),当汽车处于任意投影和入射角时,图形在每个方向上都有不同而且任意的比例关系, 只要知道各个方向比例关系,就可以将设计特征在每个轴方向进行换算,来获得特征在每个轴方向的三维坐标或尺寸, 以便通过效果图便能获得胶带图,通

18、过胶带图又可获得油泥模型,而且油泥模型完全可以反映效果图的信息.在作模型时将比例乘以模型在各自方向的最大尺寸,这种情况多数是在某一车的图片基础上进行绘制效果图,而必须知道参考车的长宽高尺寸,而被设计的车型尺寸必须接近该参考车尺寸,这样才能保证设计的效果图尺寸与你要设计的车型尺寸信息一致性,才有价值.当然,也可用三维软件设计一个长宽高与要设计的车型相同的长方体,然后转到一个任意位置投影成平面图片,然后在平面图中量出三个轴方向的图片长宽高,除以长方体实际长宽高而得到比例分别为Rx,Ry,Rz.然后绘制效果图和造型特征,制作胶带图或模型时,在效果图上直接量出特征位置坐标到基准坐标的距离或特征长度乘以

19、相应轴的比例,便获得在模型上的坐标或尺寸.当在某一现有车型基础上改进设计时,最好采用该方法,因为原车拍照不可能使入射角十分正确,可以采用该任意轴侧方向方法.在设计正侧正前正后视图时也必需采用如上两种方法得到每个视图的特征信息的一致性.（6）胶带图当造型效果图设计确定后, 按照投影关系和画法几何方法,就可将造型的轮廓曲线或特征放大至1:1或用1:5等缩比尺寸，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图纸或图板上，粘贴上模型轮廓和特征的曲线和线条，将汽车整个轮廓、与造型有关的布置尺寸都可以显示出来。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

20、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。控制线图是指导模型粗制作的基础,而胶带图是指导模型精确制作的基础,胶带图必须符合控制线图和造型效果图,要反映所有造型效果图真实特征信息.（7）油泥模型制作或数字化构造模型-三维数字化过程a 手工缩比模型制作从“纸上谈兵”到实物实体的第一步，就是将设计构思实物化，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1:3、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

21、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个环节工作。但随着技术的发展, 手工模型作的越来越少,取而代之的是数控加工可加工塑料模型.尤其在小模型基础上光顺后数控加工1:1模型进行决策层评审和在此基础上少量的局部更改设计.一般效果图给客户或决策层后，要经过几轮确认，从多种方案里选择几种方案，选择几种方案后再提出修改方案，或者把几种优点放一起，再搞几种合并方案，合并方案后再去修改设计，最后确定。确定以后，根据评选的几种效果图，要做1：4或1：5的外模型，然后再做1：1的外模型。作完1：4 或1

22、：5的外模型，然后要评审，做模型的材料可用木头或金属，把车轮也装上去，做木头车轮或买橡胶车轮装上去，然后都仿真成象真的一样。里面到外面放2030mm的面材料余量。，比如油泥材料，油泥可修来修去，但外面不能太厚，厚要变形的，容易掉而且价格贵，油泥放在烤箱中, 一般控制在4555度温度保温2个小时后使用, 硬了还可以加热重用. 温度太高容易改变材料物理性能. 木头很便宜，油泥很贵，国产油泥也约2万元一立方，进口的还要贵几倍，然后可在上面修，按效果图来修，修好以后再贴一些薄模，贴一些分界线做装饰，看起来就象一辆真车，包括后风窗和倒车镜，都做出来装上去，让它尽可能真实。b 全尺寸油泥模型全尺寸是指1:

23、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(或用贴膜)，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

24、。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。手工模型作的越来越少, 取而代之的是CAD/CAM一体化数控加工可加工塑料模型. 然后在此基础上采用油泥进行模型修改. (8) 数控加工模型a数控内外模型在缩比模型确定后,可以手工制作1:1油泥模型,一般建议数控加工1：1模型或数控缩比模型，一般指外模型，内模型不太好加工，因为仪表板模型很难加工。外模型就是外形造型。1：1数控模型一般都用木头骨架或型钢、角铁焊成一个骨架，外面贴上木材或胶合板等，或在此基础上再加上部分高密度泡沫,外面再粘上3050mm厚的可加工塑料，类似如面粉一样可以做成面团粘粘在模

25、型表面上过几个小时变硬了后，就可加工. 当然也可以用一种高密度的泡沫塑料。可加工塑料加上以后，轮胎用真实的轮胎装上去，对于1：1的模型, 要把选中的真实轮胎装上去。因为真实轮胎装上去以后可以推来推去，真实的轮胎装上去主要是为了看效果，一般要做一个金属骨架或木头骨架，要装一个车轴和轴承. 精度要求不高，能把车轮中心定位，能转动就行，数控加工以后，表面还要贴一些薄膜或者光滑处理，可以喷漆，看看1：1的模型和真的车是不是一样，如果做出来的效果和真车一样，如果决策人提出修改意见就统统提出来，然后直接在模型上改，改完后再喷上漆，然后再请领导看，并征求领导意见，领导说OK，就冻结模型, 进行三维测量，再对

26、CAD数模进行光顺。 这里有几种做法，就是有几种做的途径：未来的世界，也就是五年, 十年，二十年能看得到的，未来的趋势是手工模型将慢慢被取代掉，因为可节约时间，节约成本。在造型效果图时，用大型软件，象AUTOSTUDIO和ALIAS等软件做效果图以后，把ALIAS中的一些控制线，控制面取出来，取出后再转到三维CAD软件中，在CAD里做面的光顺，再用大型五轴铣，直接铣出塑料1:5或1：1模型给领导或决策人看效果，如果不满意，再在上面改，当然还有好多技术，比如虚拟设计。如美国通用公司有一个大的虚拟设计室，就是为方案评审用的，做几十种造型效果图，由领导来给评审方案，在1：1环境 ，戴上头灰立体虚拟环

27、境，看看效果如何，转动转动，你觉得OK，就用这种方案，然后再铣一个1：1的模型，再看实物，这个趋势是不可能逆转的，手工制作模型的趋势被取消掉不可逆转，但到目前为止还没摆脱手工模型制作，但1:1手工模型作得越来越少，大多数1：1的手工模型停掉了，不做了，只做到1：4或1：5的模型，模型做出来，然后就到三坐标仪上去测量，实际同济同捷开发的几个车型也是手工仅仅做到1：5模型，1：1 模型在数控基础上手工完善。细微特征必须到数控加工模型上去改。在先前造型从艺术角度上去刮行。因为要花23个月时间去做1：1 手工模型，这样太化费时间。1：1手工模型用数控模型油泥局部改就省时间了。目前全世界所有设计公司及汽

28、车厂都在采用以上的方法。 数控铣的面的质量可以保证。面也平整，但是手工做能够把细微特征做得细，数据能测得出，数据做得细，所以CAD技术将来的发展趋势，它的目标是尽可能地减少手工制作的时间，缩短开发周期，但无任如何目前全球在手工做模型，或者局部做，或者全部做模型，开发进度周期看低于22个月很难做下来，现在在压缩开发周期。1：1外模型手工模型全部特征形状都要做出来，1：1的数控加工模型用来看样请领导或决策人最后决定，如果有条件的话，可以做一下风洞实验，没条件可以做一下流体计算，计算一下哪一类表面压强大，哪一面压强不合理，玻璃会不会碎。由空气阻力计算出空气阻力系数，做一些流体计算，有些玻璃夹角和造型

29、可以修改。 b 已被三维数模代替的传统的发动机舱与地板模型 1：1内饰模型的制作, 有时也需要制作1：1发动机舱模型, 但目前多用三维CAD模型替代. 此模型的主要目的是:1：1发动机舱模型布置设计与模型制作发动机舱焊接总成发动机系统布置方案设计悬架系统布置方案设计 有时也需要制作1:1地板模型及地板的反模型也就是地板下边，地板的正反模型可以做一个，反模型也可正过来作, 把零件摆在上边，也可以架空做一个，东西可以挂上去，比如说要装配油箱，什么东西都可以摆上去。那么反模型要考虑到下边，当然也可以正反一起做，纵粱也可以按尺寸做，横粱位置可以按实际尺寸做，反模型也就是底盘的零部件要装上去，把真实的油

30、箱拿来装上去，排气管，还有别的零件，桥、悬梁，拿来装上去，检查一下正确的位置。然后把这个测绘下来，成为图纸，再成为产品。也就是说他是反做出来的，不是正向设计来的，做出来样品后，把样品反测量，做成三维数摸，再做模具，做二维图纸，这称为逆向工程，在造型设计方面目前不同程度摆脱不了逆向设计方法. 但最终逆向工程方法会越来用的越少. 已经被实践检验一遍了，这样做没有任何风险，当然很多工作可以用三维CAD模型代替. 但作为补充检验也有用. 材料都是用木板来做的，用木板做好后，油箱都用螺栓固定上去，固定方式和将来的批量生产方式一样.现在几乎百分百使用三维设计软件精确装配数模代替传统的发动机舱及地板模型.(9) 测量与曲面光顺-数字化模型做好以后，在1：5或1:1模型上就用三坐标仪测量，测量以后，曲面光顺， 曲面光顺以后，转到UGII里,PROE或CATIA等三维CAD软件里做曲面和结构，用Surface做反求软件，外表面一定采用逆向软件整体光顺,再把面转到UG里，再做CAD结构设计和光顺，用CAD光顺以后，再去驱动数控机床，来加工1：1或1：5缩比模型。也可进行结构设计，都是按坐标线测量的，都是测很密的线，一般是几毫米测一点，或十几毫米