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1、 湖南大学毕业设计（论文） 第 1 页 1 绪论1.1 课题背景汽车作为人类最伟大的发明之一，其意义已经完全超越了普通的代步工具，逐步演变成为当今人类文明的重要标志。汽车已经形成一种文化，深深的影响着我们的生活。1898 年在法国，一场从巴黎到波尔多行程 1200 公里的汽车大赛轰轰烈烈展开，这是全世界第一次汽车大赛，从那一刻开始，速度，成为了汽车制造的终极追求。一百多年过去了，无论汽车工业如何发展，人们对于汽车速度的迷恋从来没有减弱，这点集中体现在人们对 F1 的痴迷以及对拉力赛的关注。生活中，人们对于速度的渴望又聚拢到了另一个焦点上跑车。类型化的名字简单又容易理解，可对于全世界的车迷们来说
2、，正是这个名字，已经成为汽车工业在技术上前进与发展的图腾。如果仅仅从造型来区分，最早将空气动力学和汽车外型设计结合的品牌是克莱斯勒（Chrysler） ，它在 1934 年造就了世界上第一辆流线型轿车“气流” ，这个创举第一次在设计模式上将跑车与传统汽车区别开来1。二次世界大战阻碍了汽车经济的发展，但从图 1.1 第一辆四轮汽车“戴姆勒 1 号” 图 1.2 第一辆流线型轿车:克莱司勒“气流”客观上来看，战争时期军备竞赛所带来的机械技术进步，变相为今后跑车作为独立的车型模式登上世界汽车制造舞台打下了坚实的基础。而飞机设计水平在战争中的提高，更是造就了一大批空气动力学专家级人物，他们是战后将空气
3、动力学大范围应用在跑车设计上的中坚分子。这其中，最具有代表意义的品牌就是宝马（BMW） 。60 到 70 年湖南大学毕业设计（论文） 第 2 页 代，西方自由主义思潮的兴起，为是培育跑车文化提供了最好的温床。人们很容易将速度与自由精神联系到一起，再加上跑车其本身流线型的多变款式，成为了希望摆脱束缚的一代人的物质宣言。跑车代表的是一种满怀希望的前进精神。无论是兰博基尼（Lamborghini） 、法拉利（Ferrari）还是宝马、奔驰（Benz） ，设计理念都大胆而前卫。1980 年代，随着日本跑车兴起，跑车市场呈现出群雄逐鹿的格局。20 世纪末电子技术的蓬勃发展，改变了传统跑车设计的思路。更多
4、的电子元素被结合进跑车设计中，速度性能与外型体验这两项跑车传统的设计追求被渐渐弱化了。更多仅仅是为了用于享受的设备被融入其中。跑车从一种纯粹追求速度的收藏变成了个人享受的工具。正是随着这种性质化的改变，使得跑车制造也进一步扩大了自己的消费群体。而时尚成为当今跑车除开速度外的终极追求。跑车（Sports Car 或 Sporty Car） ，属于轿车（Car）类。Road&Track 的汽车字典是这样定义跑车的：“他们是 2 座和 22 开放设计的，兼具低且流线型车体，拥有与轿车类似设计的汽车。 ”车身一般为双门式，双座或 22 座（两个后座特别狭窄） 。发动机功率强大，加速性好，车速较高。注重
5、操纵性，而舒适性和通过性相对要差一些。越高级的跑车，此特点越明显。跑车的共同特点是动力强劲，外观新潮，造型优美。双门双座敞篷跑车（Roadster）同时隶属跑车和开篷车(Convertible)，其特征是车顶为篷布或金属硬顶，可折叠或移动。它结合了双门轿车和双座轿车的特色，是硬顶车型的衍生车种。1989 年，马自达（Mazda）公司出品了 Mx-5 Roadster（图 1.3） ，这款划时代的产品开创了一个新的车型双座敞篷小跑车，取得了极大的成功。各大厂商纷纷推出同类产品，例如奔驰 SLK、保时捷（Porsche）Boxster（图 1.4） 、宝马 Z系列、奥迪（Audi）TT Roads
6、ter、克莱斯勒 Crossfire Roadster 等等。区别于通常意义上的超级跑车，这种车型车长较短，动力性能相对有限，定位于中端市场，售价合理，个性张扬，在市场上占有重要地位。近年来这一系列的车型炙手可热。湖南大学毕业设计（论文） 第 3 页 图1.3 马自达 Mx-5 图 1.4 保时捷 Boxster S1.2 国内外研究现状国外汽车经过百年发展，众多跑车品牌闻名遐迩，诸如法拉利、保时捷、玛纱拉蒂（Maserati） 、兰博基尼等等。由于跑车对高性能的追求和高端的市场定位，各种最新科技多在跑车身上最先运用，跑车已经成为当今汽车科技的卓越代表。其开发设计手段更是代表着汽车研发的最高水
7、平。国内汽车工业由于各种原因和世界先进水平仍然有很大的差距，尤其在汽车研发这一块。近二十年的合资企业和所谓“市场换技术”的策略，虽然造就了相当的制造能力，却没有提升国内汽车开发水平。反之，跨国企业为了其利益不断扼杀国内自主研发能力，造成其严重落后的现状。目前国内车身设计绝大多数只能做逆向工程。可喜的是，这个问题已经逐步得到改观， “自主研发”已成为目前业界最热的话题。在刚刚结束的 2005 上海国际汽车展上，各自主品牌纷纷推出自己的新作，尽管当中许多还是国外设计力量的作品，但它代表了一种声音，国内自主研发力量正在努力追赶世界水平。在跑车领域，国内几乎是零。迄今只有寥寥数款作品，例如吉利美人豹和
8、奇瑞M14，而前者由于动力性能很弱几乎不能算是跑车，后者甚至没有量产。国产跑车市场现在还处于前期预热期，量产的车型用来试水的成分更大，还得经过一段时间的孕育。不过，我们有理由相信，随着市场的细化和各厂商的努力开拓，今后国产跑车将有很大的发展空间。1.3 课题研究方法湖南大学毕业设计（论文） 第 4 页 在汽车 100 多年的历史中，车身设计经历了数个发展时期，各具风格和特点。传统设计方法分为初步设计和技术设计。初步设计采用缩小的比例，需要绘制车身布置图，彩色效果图和雕塑 1:5 的油泥模型。技术设计阶段多采用 1:1 比例，需要绘制线性图，雕塑 1:1 油泥模型，制作内部模型，绘制车身主图版，
9、绘制内外覆盖件图，制作车身主模型，取样板等步骤。现代设计方法分为概念设计和工程设计两阶段进行。国外车身设计是以三维模型为基础的。随着科学技术的进步，特别是近年来计算机辅助技术（CAD/CAM）迅猛发展，如今的车身设计已经完全有用全新的面貌。该技术将计算机超高速的计算性能、准确的处理信息的特点与人类的创造思维能里及推理判断能力结合起来，为车身设计提供了全新的理想手段，大大提高了车身造型设计的效率，缩短了车型开发周期。1.4 论文构成及设计过程在本次设计中，我们也顺应时代潮流，大胆采用 CAD 技术，全程使用计算机完成设计。在决定整车基本参数后，使用 AutoCAD 软件完成车身总布置设计，绘制对
10、应二维工程图，然后使用 UG NX 软件进行三维建模并渲染输出。最后撰写设计说明书。湖南大学毕业设计（论文） 第 5 页 2 跑车车身造型设计汽车造型设计是指汽车基本参数确定后，进一步使汽车获得具体形状和艺术面貌的过程，它包括外形设计和室内造型设计。汽车造型设计是汽车设计过程中一个重要的组成部分，应使汽车具有完美的艺术形象，良好的空气动力学性能，良好的工艺性，良好的适用性，并考虑材料的装饰效果2。2.1 美学的运用美学主要研究美的存在、美的认识和美的创造。具有美感的汽车车身造型应该是符合由人类长期时间总结出来的美学基本原则，是外在形式美和内在科技美的统一。一个优秀的汽车车身造型师也应该是在把握
11、美学基本原则基础上，针对不同消费群体来进行设计，而且其特别吸引人的设计思想，往往会推动实现其目标的技术手段的新发展3。跑车往往个性张扬，灵动的曲线勾勒出矫健的车身，强烈的运动特性在外型上特别突出。由于本设计做的是工程设计，不涉及汽车造型设计，于是通过大胆借鉴宝马Z4，确定了本次造型风格。和许多通身圆润的跑车不同，该车在流线型的车身表面捏出很多折线，棱角分明，锋芒毕露。旨在通过这种前卫风格的外观，表现一种力量与自信，让车在静止状态就诱惑人们有驾驶的欲望。这既是一款传统意义上的 Roadster，同时又是一辆具有超凡魅力的汽车。前端的流线型设计、长长的轴距，以及比较低的驾驶座设计方式都证明这是一款
12、完全意义上湖南大学毕业设计（论文） 第 6 页 的跑车。长长的发动机罩和短小精悍的尾部相对照，驾驶员位置相当靠后。这种设计不但提供了良好的操控感，也提供了完美的 50:50 的轴荷分布。偏低的腰线，配合上置在前轮拱后的激突斜线及高高的肩线，打造出了非凡的立体效果。这种利用突出线条刻画出来的立体感，从肩线一直延伸至车身尾部，浑然天成。车身尾部除了造型突出的灯组设计外，大致可分为上下两部分。从上而下首先是整个行李箱盖的设计，由曲线营造出来的立体感极为突出，被连在一起的扰流翼似乎就是当中的重点所在。车尾下方则是一体式的保险杠，虽然线条明显较车身来得简单，但硬朗的线条仍然很认真地刻画出来，可谓彻头彻尾
13、。设计的特别之处还不止这些，它同样可以提供感官方面的美妙体验。车体上的凸起部分与凹陷部分与光线交相辉映，强烈的直线与柔和的曲线互相补充，光滑的钢铁质感为汽车的每一个细微部位都带来了豪华的感觉。图 2.1 本次车身造型设计效果图（一）湖南大学毕业设计（论文） 第 7 页 图 2.2 本次车身造型设计效果图（二）区别于原车型，本次设计前进气栅舍弃了宝马的双肾造型，一体化设计更显霸气，配合犀利的组合前灯，隐约间流露出一股阿斯顿马丁的气质。新设计的车标灵动洒脱，符合整车的线条感。相对车身硬朗的线条，圆润风格的后视镜及防滚架为整车张扬的性格添加了几分收敛，视觉上更显平衡。2.2 空气动力学的应用汽车问世
14、以来，经过 100 多年的努力，结构和性能均有了质的变革和发展，越来越深入地体现着机械工程学、人体工程学和空气动力学等诸学科研究的成果。在当今汽车上，机械工程学和人体工程学要素，已达到了相当高的发展阶段，而空气动力学要素还具有更大的发展余地。随着汽车车速的不断提高，以及在高速行驶时保证汽车的动力性、经济性、操纵稳定性和冷却通风、降低风噪等的需要，汽车的空气动力性能越来越为人们所认识，已成为研究汽车车身设计中的基础学科之一，亦是评价汽车车身水平的重要依据。为了减少空气阻力系数，现代轿车的外形一般用圆滑流畅的曲线去消隐车身上的湖南大学毕业设计（论文） 第 8 页 转折线。前围与侧围、前围、侧围与发
15、动机罩，后围与侧围等地方均采用圆滑过渡，发动机罩向前下倾，车尾后箱盖短而高翘，后翼子板向后收缩，挡风玻璃采用大曲面玻璃，且与车顶园滑过渡，侧窗与车身相平，前后灯具、门手把嵌入车体内，车身表面尽量光洁平滑，车底用平整的盖板盖住，降低整车高度等等，这些措施有助于减少风阻系数。跑车独特的运动特性，对空气动力性能提出了更高的要求。纵观现今跑车设计，流线型车身，圆润的曲线，丰富的扰流件设计，无不体现优异的空气动力学性能。举几 图 2.3 法拉利 F50 图 2.4 兰博基尼 S 概念车个有代表性的例子，法拉利 F50 车身尾部，标志性的扰流部件，水平翼和垂直翼一体化设计，为这辆跑车提供了卓越的高速行驶稳
16、定性。最新的兰博基尼 S 概念车，突破性地将座舱一分为二，添加了贯穿车身的导气槽以引导气流，实属神来之笔。仔细观察保时捷 Carrera GT、法拉利 Enzo、福特 GT 这三款超级跑车，低而宽的车身，微小湖南大学毕业设计（论文） 第 9 页 的离地间隙，众多的扰流部件构成的怪异外型从中能够看到当今汽车空气动力学的最高成就F1 赛车的影子。图 2.5 本次设计侧面造型在本次设计中，车身前部保持着圆润的线条，低平的发动机罩提供了较低的气动阻力。短平的车尾，减少了从车顶向后部作用的负气压，有效防止后轮飘浮。前端底部扰流板，可减少进入底部的气流量，还能使底部气流顺利地向尾部或侧面流动，并保持一定流速，使气动升力系数下降。和行李箱盖连在一起的
