袁博

摘 要：汽車外觀設(shè)計(jì)包括車身、外飾、輪胎、輪轂等肉眼可以直接觀察到的部分，是對汽車的第一直觀的視覺印象，汽車設(shè)計(jì)線條、質(zhì)感、層次、車身比例等方面影響甚至直接決定了消費(fèi)者的購買傾向，近年來隨著新能源汽車的快速普及，越來越多新的設(shè)計(jì)理念和技術(shù)被應(yīng)用到其外觀上，對提高汽車性能和美觀都起到了重要作用。

關(guān)鍵詞：新能源汽車 外觀設(shè)計(jì) 風(fēng)阻系數(shù)

Research on appearance design innovation of new energy vehicles

Yuan Bo

Abstract：Automobile appearance design includes the body， exterior decoration， tire， wheel hub and other parts that can be directly observed by eyes. It is the first intuitive visible impression of the car. Automobile design line， texture， level， body proportion and other aspects even directly determine the consumer's purchase tendency. In recent years， with the rapid popularization of new energy vehicles， more and more new design concepts and technologies have been applied to its appearance， which plays an important role in improving the performance and beauty of the car.

Key words：new energy vehicle， appearance design， drag coefficient

1 汽車外觀設(shè)計(jì)的歷史及現(xiàn)狀

汽車外觀設(shè)計(jì)主要包括車身外觀、外飾搭配、輪胎輪轂等可以直接觀察到的車輛組成部分，自1886年汽車誕生以來的100多年發(fā)展歷史中其外觀設(shè)計(jì)隨著技術(shù)的革新、工藝的提升和審美的改變同樣發(fā)生巨大的變化，最早期的汽車由于受限于當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)技術(shù)和工藝，外觀十分簡陋，只能被簡單地看作是與傳統(tǒng)馬車不同的交通工具，被稱為“馬車型車身”，19世紀(jì)末到20世紀(jì)初全球范圍內(nèi)相繼出現(xiàn)了一批汽車制造企業(yè)如美國福特公司、英國羅爾斯羅伊斯公司、法國標(biāo)致公司等，汽車工業(yè)開始出現(xiàn)市場競爭，制造技術(shù)和工藝開始快速發(fā)展，汽車外觀設(shè)計(jì)隨之發(fā)生重大變化，1915年福特汽車公司生產(chǎn)出一種新型福特T型車，外形像一個(gè)大箱子，上部裝有門窗，這類汽車稱為“箱型汽車”，其后又發(fā)展出兩廂和三廂造型的汽車，箱型汽車的設(shè)計(jì)一直沿用至今，成為目前最為普遍采用的汽車造型，但早期的箱型汽車外形過于方正，高速行駛的空氣阻力大，嚴(yán)重阻礙了汽車的加速，同時(shí)增加無畏的損耗，于是設(shè)計(jì)師開始降低車身高度以減少空氣阻力，1934年美國克萊斯勒公司生產(chǎn)的氣流牌汽車首先采用了流線型車身，將箱式汽車的擋風(fēng)玻璃以斜線平滑過渡到引擎蓋，取代了之前的垂直設(shè)計(jì)，大幅度降低了空氣阻力，同時(shí)使車輛外形更具動感，深受消費(fèi)者青睞。流線型車身的大量生產(chǎn)是從德國大眾公司的甲殼蟲汽車開始，該車型一經(jīng)市場推出便大受歡迎，取得了巨大成功，此后的汽車外觀基本沿用了其箱式流線型設(shè)計(jì)至今。除車前部外，汽車尾部設(shè)計(jì)也在發(fā)生變化，相繼出現(xiàn)了寬大的船型車身和溜背式魚形車身，已經(jīng)應(yīng)用到敞篷汽車和超級跑車等小眾車型，至此，汽車的造型設(shè)計(jì)格局基本形成。

進(jìn)入21世紀(jì)后，汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平和生產(chǎn)工藝的革新日新月異，出現(xiàn)了新能源汽車這一劃時(shí)代的汽車類型，同時(shí)傳統(tǒng)燃油車開始邁向智能化，早期的新能源汽車外形和燃油車基本一致，隨著新能源汽車對加速、續(xù)航等性能的要求逐漸提高，使得其外觀開始出現(xiàn)新的設(shè)計(jì)方向，2012年美國特斯拉公司發(fā)布的Model S純電動轎車首次采用半封閉式的進(jìn)氣格柵，由于純電動汽車沒有發(fā)動機(jī)，不需要空氣助燃，進(jìn)氣格柵的取消還使車前部的過渡更加平滑，進(jìn)一步減少空氣阻力，同時(shí)使新能源車輛極具辨識度，這一超前設(shè)計(jì)使后來的純電動車型競相模仿，新能源汽車的外觀設(shè)計(jì)無論是觀感和科技感都給消費(fèi)者耳目一新的感覺，燃油車客觀上無法效仿。

目前燃油車和新能源汽車的車輛外觀大體一致，但在車頭、車尾、車身比例細(xì)節(jié)方面有明顯區(qū)別，雙方在保持各自設(shè)計(jì)特色的同時(shí)互相借鑒對方的設(shè)計(jì)長處，在未來相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)會維持設(shè)計(jì)趨同又有顯著區(qū)別這一現(xiàn)狀。

2 外觀設(shè)計(jì)對新能源汽車性能的影響

汽車外觀設(shè)計(jì)是一項(xiàng)要兼顧多方面的錯(cuò)綜復(fù)雜的系統(tǒng)工程，影響因素眾多，其中概括起來主要有三大要素，即機(jī)械工程學(xué)、人體工程學(xué)和空氣動力學(xué)：機(jī)械工程學(xué)決定汽車的動力性、操控性、穩(wěn)定性等;人體工程學(xué)可以為駕乘人員提供足夠的活動空間和舒適的駕駛感受;空氣動力學(xué)要求車輛外形具備良好的流線型，以此減小空氣阻力，達(dá)到降低能耗和提高速度的目的。

新能源汽車由于內(nèi)部構(gòu)造與傳統(tǒng)燃油車區(qū)別較大，加之目前在續(xù)航里程和電池安全方面尚待提高，在諸多方面會影響其性能表現(xiàn)，現(xiàn)階段對外觀設(shè)計(jì)要求較高。

2.1 風(fēng)阻系數(shù)對加速、續(xù)航和能耗的影響

風(fēng)阻系數(shù)是通過風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和下滑實(shí)驗(yàn)所確定的一個(gè)數(shù)學(xué)參數(shù)，用它可以計(jì)算出汽車在行駛時(shí)的空氣阻力，風(fēng)阻系數(shù)的大小取決于汽車的外形。其表達(dá)公式為：

Fd=pv2·A·cd

其中Fd是空氣阻力，p是空氣密度，v是車輛的行駛速度，A是車輛的迎風(fēng)面積，Cd即風(fēng)阻系數(shù)，此公式中風(fēng)阻系數(shù)和速度與空氣阻力成正比，其他數(shù)值不變的前提下，風(fēng)阻系數(shù)越大則空氣阻力越大，同樣條件下速度v越高則空氣阻力越大?？諝庾枇χ苯佑绊戃囕v在能耗、加速方面的表現(xiàn)，據(jù)研究表明車速達(dá)到80km/h的時(shí)候，其中有60%的油耗都用在對抗風(fēng)阻上，在時(shí)速200km/h以上時(shí)，空氣阻力幾乎占所有行車阻力的85%，而降低10%的風(fēng)阻，就能節(jié)省7%的油耗。目前乘用車的風(fēng)阻系數(shù)普遍在0.3-0.5之間，超級跑車和賽車由于性能要求較高，風(fēng)阻系數(shù)一般在0.25以下，客車、貨車等商用車由于車身碰撞方面的考慮風(fēng)阻系數(shù)一般在0.6-0.7之間。

新能源汽車與傳統(tǒng)燃油車在外觀上相似，但由于目前動力電池技術(shù)不夠成熟、充換電設(shè)施不夠完善等因素制約導(dǎo)致其續(xù)航里程不甚理想，在目前短期內(nèi)無法迅速提升技術(shù)水平和配套設(shè)施現(xiàn)狀的情況下，相關(guān)汽車企業(yè)開始考慮從其他方面來提升續(xù)航里程，風(fēng)阻系數(shù)是短期內(nèi)相對有效和低成本的方法，理論上風(fēng)阻系數(shù)每降低0.01，續(xù)航里程可以比原來提升15-20公里，提升效果明顯，同時(shí)難度也非常大，目前各大新能源汽車都在積極研發(fā)低風(fēng)阻系數(shù)的產(chǎn)品。

2.2 車身比例對電池安全的影響

車身比例包括車輛前后配重、軸距長度、前后懸長度等方面，可以直觀地體現(xiàn)出車身側(cè)面和前后的協(xié)調(diào)程度，同時(shí)對車內(nèi)駕乘人員的舒適度產(chǎn)生直接影響，是車輛外觀設(shè)計(jì)的重要組成部分，傳統(tǒng)燃油車的車身比例主要與發(fā)動機(jī)在車輛中的布置有關(guān)，前置、中置、后置發(fā)動機(jī)會影響不同車輛的外觀設(shè)計(jì)，進(jìn)入到新能源汽車領(lǐng)域，包括混合動力汽車、純電動汽車、增程式電動汽車和燃料電池汽車等不同類型的汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)不盡相同，但共同點(diǎn)是都需要空間布置動力電池，目前動力電池布置地方式有四種：底盤布置、車尾布置、車側(cè)布置、車頂布置。部分換電池乘用車型會把動力電池布置在車輛后備箱和側(cè)面位置，少數(shù)混合動力客車把動力電池布置在車輛頂部，但后三種布置方式都有共同的明顯缺陷：一旦發(fā)生追尾、側(cè)面碰撞和側(cè)翻事故，動力電池極易受損，甚至出現(xiàn)自燃、爆炸等惡性事件，出于行駛安全和底盤穩(wěn)定性方面的考慮目前絕大部分新能源汽車的動力電池都以平鋪的方式布置在底盤，但同時(shí)會對車輛外觀設(shè)計(jì)產(chǎn)生一定的影響，如何制定車輛前后配重、側(cè)面線條、尾部結(jié)構(gòu)等部分，在維持車輛整體觀感的前提下保證動力電池安全和車身穩(wěn)定性是目前新能源汽車外觀設(shè)計(jì)面臨的新挑戰(zhàn)。

3 新能源汽車外觀設(shè)計(jì)創(chuàng)新

新能源汽車與燃油車內(nèi)部構(gòu)造的顯著區(qū)別決定了它在外觀設(shè)計(jì)上需要從自身客觀現(xiàn)狀出發(fā)，同時(shí)兼顧車輛觀感和實(shí)用性，并具有明顯區(qū)別于傳統(tǒng)燃油車的標(biāo)識性。早期的新能源汽車由于技術(shù)和理念不成熟，造成其外觀與燃油車基本一致，導(dǎo)致續(xù)航和安全等性能受到影響，甚至阻礙新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，近年來新能源汽車企業(yè)在原有的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上大膽創(chuàng)新，外觀設(shè)計(jì)開始呈現(xiàn)出自身的獨(dú)特性。

3.1 低風(fēng)阻系數(shù)車身漸成主流

風(fēng)阻系數(shù)對于車輛性能的影響顯而易見，由于流線型車身需要高額的設(shè)計(jì)費(fèi)用和成熟的生產(chǎn)工藝，同時(shí)燃油車的續(xù)航里程問題可以通過完善的加油設(shè)施來解決，只有專業(yè)賽車領(lǐng)域需要超低風(fēng)阻系數(shù)的流線型車身設(shè)計(jì)，因此傳統(tǒng)燃油車企業(yè)對于降低普通乘用車風(fēng)阻系數(shù)的整體積極性不高，但新能源汽車一直存在續(xù)航里程焦慮問題，而且按照目前的技術(shù)革新和配套設(shè)施完善進(jìn)度還需要較長時(shí)間才能徹底解決，因此相關(guān)企業(yè)一直在其他方面尋求解決方法，降低風(fēng)阻系數(shù)是目前短期內(nèi)最有效的途徑，近年來新能源汽車企業(yè)一直在不遺余力地投入資金和技術(shù)研發(fā)低風(fēng)阻系數(shù)的產(chǎn)品，2012年特斯拉公司發(fā)布的Model S中大型轎車一經(jīng)亮相便引起業(yè)界關(guān)注，除了超強(qiáng)的加速和續(xù)航能力外，其車身的風(fēng)阻系數(shù)達(dá)到了驚人的0.24Cd，已經(jīng)超越絕大多數(shù)乘用車，邁入低風(fēng)阻系數(shù)的優(yōu)秀行列，甚至接近專業(yè)賽車水平，是當(dāng)時(shí)全球風(fēng)阻系數(shù)最低的新能源量產(chǎn)車型，這一設(shè)計(jì)對汽車外觀和性能是立竿見影的，間接促進(jìn)了銷量。此后，無論是純新能源汽車企業(yè)還是轉(zhuǎn)型的燃油車企業(yè)都紛紛加入研發(fā)低風(fēng)阻系數(shù)車身的陣營，采用全新平臺設(shè)計(jì)車身，目前各大廠商的新能源汽車旗艦車型的風(fēng)阻系數(shù)普遍在0.2-0.3之間，最低的保時(shí)捷Taycan達(dá)到了0.22Cd，此外，比亞迪漢、小鵬P7、吉利幾何A為和廣汽新能源Aion S的風(fēng)阻系數(shù)分別為0.233Cd、0.236Cd、0.2375Cd、0.245Cd，四家中國品牌的新能源汽車風(fēng)阻系數(shù)都低于0.25Cd，中國新能源汽車的車身設(shè)計(jì)處于世界先進(jìn)水平。

除了車輛前方會直接受空氣阻力的影響，在后方空氣并未及時(shí)補(bǔ)充，因此會產(chǎn)生真空區(qū)域（伴有渦流），使車輛前后氣壓不同，出現(xiàn)氣壓差，形成新的空氣阻力，因此新能源汽車企業(yè)不僅要對車頭降低風(fēng)阻系數(shù)，還要考慮車尾外觀對風(fēng)阻系數(shù)的影響，目前普遍流行的解決方案是車尾同樣采用流線型即溜背式設(shè)計(jì)，保時(shí)捷Taycan、特斯拉Model 3、比亞迪漢、小鵬P7等車型都采用此設(shè)計(jì)，在其它車型方面，特斯拉Model X、廣汽新能源Aion LX、蔚來EC6等SUV也都紛紛采用后尾部的溜背式設(shè)計(jì)，不僅可以降低風(fēng)阻系數(shù)，同時(shí)流線型設(shè)計(jì)還使外觀普遍平庸的SUV更具動感，但由于車內(nèi)后排位置靠近車尾，溜背式設(shè)計(jì)不可避免地會擠占后排座位的上部空間，使乘坐者頭部空間略顯不足，這一劣勢在SUV車型上體現(xiàn)地尤為明顯，汽車企業(yè)下一步需要在外觀和空間方面需求平衡點(diǎn)，使車輛更好地兼顧觀賞性和實(shí)用性。

3.2 隱藏式和智能化外飾

汽車外飾是指除車輛除車身之外其他可觀測到的部分，主要包括進(jìn)氣格柵、前后保險(xiǎn)杠、后視鏡、車燈、天窗、雨刮、門把手、車身裙板、外側(cè)圍、前后風(fēng)擋玻璃、后排氣管等部分，相對于內(nèi)飾，外飾是可以直接觀看到的，雖然占外觀比例不高，但同樣是車輛外觀的重要組成部分，外飾的設(shè)計(jì)往往能影響車輛的風(fēng)阻系數(shù)、整體觀感和實(shí)用性，在燃油車時(shí)代外飾不如車身受設(shè)計(jì)師的重視，在某些細(xì)節(jié)上易被忽視，某些外飾部分甚至出現(xiàn)了車型設(shè)計(jì)趨同化，如幾乎所有廠商的后視鏡和側(cè)門把手外觀都基本一致，這一理念使外飾數(shù)十年間的變化不明顯，設(shè)計(jì)幾乎停滯不前。

進(jìn)入新能源汽車時(shí)代，這種情況發(fā)生了根本性改變，新能源汽車兼具節(jié)能性和智能化，需要考慮風(fēng)阻系數(shù)和內(nèi)部構(gòu)造的獨(dú)特性來重新設(shè)計(jì)外觀，車身部分可以借鑒和延續(xù)燃油車的設(shè)計(jì)路線，而外飾設(shè)計(jì)由于低成本和簡易性，可以采用更加新穎和激進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，2012年特斯拉公司推出的Model S轎車首次采用了半封閉式的進(jìn)氣格柵，引發(fā)業(yè)界關(guān)注，2016年4月發(fā)布的Model 3更進(jìn)一步，直接取消進(jìn)氣格柵，采用全封閉一體式前臉設(shè)計(jì)，成為全球首款完全取消進(jìn)氣格柵的車型，引起業(yè)界嘩然，隨后比亞迪、保時(shí)捷、吉利等車企開始競相效仿這一設(shè)計(jì)，同時(shí)車尾部的排氣管逐步取消、隱藏式側(cè)門把手開始運(yùn)用等車輛前后部和側(cè)面外飾的取消和隱藏可以使車身線條更加平滑，進(jìn)一步降低風(fēng)阻系數(shù)，燃油車由于發(fā)動機(jī)的存在客觀上無法實(shí)現(xiàn)這一設(shè)計(jì)。

除了隱藏式外飾，新能源汽車由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單、電子元件眾多，使其智能化水平更高，也是新能源汽車外飾的另一大發(fā)展方向，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于新能源汽車的外飾有智能化門把手即電動伸縮式門把手，可以自動感知駕駛者的到來進(jìn)行伸縮，比亞迪、特斯拉、吉利、榮威、蔚來、廣汽等主要汽車企業(yè)的新能源車型均采用此設(shè)計(jì);智能化車燈可以使駕駛者自己編排車燈設(shè)置，增加車輛的安全性和觀賞性，目前比亞迪已經(jīng)率先實(shí)現(xiàn)了新能源汽車的智能車燈功能。此外，流媒體后視鏡、智能雨刮等外飾陸續(xù)出現(xiàn)，但由于現(xiàn)階段技術(shù)水平和相關(guān)政策法規(guī)的限制還無法投入量產(chǎn)，相信不遠(yuǎn)的未來可以實(shí)現(xiàn)。

3.3 更易實(shí)現(xiàn)的理想車身比例

新能源汽車的動力電池和驅(qū)動電機(jī)普遍采用平鋪在底盤的方式，使其上部車身空間充裕，幾乎不受內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響，可以對車身比例進(jìn)行更加科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，如前后50：50配重是指在水平面上車輛中軸線的質(zhì)心與前后軸的距離相等，即靜置在平地時(shí)，汽車載荷均勻分布在四個(gè)車輪上，前軸和后軸的載荷相同，能夠大大提升整車的運(yùn)動屬性及彎道表現(xiàn)，展現(xiàn)出絕佳的操控體驗(yàn)，而視覺上會更加協(xié)調(diào)。由于大多數(shù)燃油轎車和SUV都采用前置發(fā)動機(jī)和前輪驅(qū)動，很難實(shí)現(xiàn)50：50配重，而純電動汽車沒有發(fā)動機(jī)，多采用四輪驅(qū)動，可以較為容易地實(shí)現(xiàn)，目前比亞迪e系列、長城wey新能源、江淮i系列車型已經(jīng)實(shí)現(xiàn)50：50配重，使其觀感和駕乘體驗(yàn)進(jìn)一步提升。

3.4 新材料在車輛外觀的應(yīng)用

燃油車車身一直以來主要采用鋼、鋁、鐵等金屬材料，新能源汽車的出現(xiàn)使材料的運(yùn)用更加多元化，如企業(yè)為了車輛的續(xù)航里程在車身上使用更多的全鋁合金、碳纖維等輕質(zhì)材料，輔助電子元件的大量使用促使太陽能板開始應(yīng)用到車輛頂部幫助獲取電量，這些新材料的應(yīng)用會部分改變車輛的外觀，一方面使新能源汽車外形更具科技感，更重要的是解決新能源汽車存在的實(shí)際問題。

4 結(jié)語

新能源汽車在外觀設(shè)計(jì)方面的創(chuàng)新為汽車長久以來相關(guān)固定的外形增添多樣性和實(shí)用功能，逐步在轉(zhuǎn)變消費(fèi)者對汽車外觀固有的刻板印象，就如同產(chǎn)品本身一樣，為汽車市場帶來新的活力和增長點(diǎn)，進(jìn)一步推動汽車產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展。

2020年度河南省社會科學(xué)院基本科研費(fèi)項(xiàng)目——河南戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展研究（20E37）

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