一、汽车设计
（一）汽车概念设计
汽车概念设计包括下面四个阶段。
1.市场调研
汽车设计的第一步是市场调研，是决定新车型成败的关键，是指导后面设计工作的方向和原则，它直接决定你要设计一款什么样的车、所设计车型的定位是什么。一款汽车必须满足以下三个方面的要求，才拥有存在的价值。
（1）满足一部分人的物质和情感需求，这部分人就是车辆的目标客户。因此，应了解你的目标客户群的行为习惯、情感诉求和消费方式等。
（2）满足制造商的要求，要适合制造商的制造能力和技术水平，符合制造商的品牌文化等。
（3）满足市场环境的要求，如当地市场经济水平、法律要求、文化倾向、税务政策和保险政策等。
2.市场定位
市场调研后必须明确要设计一款什么样的车型，也就是给要设计的新车型进行定位，确定它属于什么类型、什么级别及具有什么突出的特点等。
3.概念草图
概念草图绘制阶段是个自由奔放、头脑风暴的阶段。汽车设计师们可以将各种大胆的设想和创作灵感，用铅笔或彩笔以线条草图的形式表现出来，而且表达的创意要清晰明了，如图3-1-1所示。
图3-1-1 概念草图（观致）
造型设计师根据市场调查和车型定位，将最初的灵感绘在纸上，经过不断修改，再把它展示给主设计师和其他设计人员讨论。以奥迪汽车设计为例，在每个设计项目开始阶段，有5～10名设计师分别绘制草图，每个设计师都设计构想大约4个模型，针对每款车型的设计草图有30～50张。在此阶段，设计师们最关注的并不是造型设计的细节，而是整体形象的视觉化效果。
绘制草图的阶段是个不可逆的初始阶段，在进入后面的实质设计工作后，不能再回头重新寻找设计灵感，更不能重新绘制草图。因此，绘制草图阶段也是汽车灵魂和风格确立的阶段，后面的设计都要以草图为基础进行细化和技术实现。
4.造型效果图
造型效果图比草图更细致，不仅局部细节更逼真，而且立体感更强，如图3-1-2所示。为了让人们看清各部位的细节，造型效果图一般是彩色的。造型效果图包括外观、内饰及色彩三大部分，通常由不同的专业设计师分别进行设计和绘制。汽车的外观和内饰设计风格要求统一，甚至车灯和车身外观的造型风格也要保持一致。
图3-1-2 造型效果图（观致）
（二）车身设计
对车身设计须注意以下十个要素。
1.车身大小
在设计车身时，首先要考虑车身大小。汽车的级别定位往往会影响车身的大小。另外，汽车所承载人数的多少，也直接影响着车身大小，比如7座的MPV或SUV，往往要比5座的同级别车型的车身长一截。总体来讲，现在汽车越造越大，每换代一次，车身都要变得更长、更宽。
2.造型平衡
造型平衡主要是指视觉平衡。车身造型风格不仅前后要统一协调，内外也要统一，这样看着才会自然和谐，也就是达到所谓的平衡。比如新款迷你，它的车身线条充满圆角，前照灯为圆形，内饰仪表等的设计更是“一圆到底”，如图3-1-3所示。
图3-1-3 迷你造型
3.车身比例
车身比例主要受三大因素影响：一是驾乘室空间；二是行李舱空间；三是发动机位置安排。另外，最小离地间隙、前后保险杠设计和空气动力学特性，也会对车身比例产生较大影响。
黄金分割法在汽车造型设计上应用得十分广泛，通常是指轴距与车身长度之比——1∶1.618，如图3-1-4所示。但随着汽车造型设计风格的不断演变，现在的汽车外形往往比以前更加修长，1∶1.71这一比例在当下也被人们称为黄金比例，深受消费者的喜爱。这些符合美学原理的设计元素不仅使整个车身很协调，还增加了车身整体的辨识度。
图3-1-4 黄金分割法在汽车上的应用
4.车轮尺寸与轴距和轮距
根据车型定位及级别划分、车身总质量、驱动方式等，可以先将驱动轮位置和车轮规格确定下来，然后根据驱动方式、驾乘空间的安排以及前后质量分配等，再把非驱动轮（或四驱车的另一对驱动轮）的位置确定下来，即确定轴距长短，如图3-1-5所示。
图3-1-5 轮距、轴距的确定
A—总长；B—总宽（不含后视镜）；C—总高（空载时）；D—轴距；E—轮距；α—接近角；β—离去角
轮距的大小主要受车身宽度限制。如果对车辆的运动性有较高要求，那么轮距相对要宽一些。一些后轮驱动的跑车还采用前轮距小、后轮距大的设计方式。
5.H点的确定
在车身内部空间设计中，驾乘人员的位置确定最为重要。因此，设计师用H点来定位座椅在车中的位置。H点是指人体躯干与大腿的连接点，相当于人体的髋关节，因此也将其称为胯点或臀点。在确定车内布局时，设计师常以此点为基点，然后再布局设计其他位置。当H点确定后，车内空间布局基本就确定了，如图3-1-6所示。
图3-1-6 H点的确定
6.计算机效果图
计算机技术在汽车设计中的应用极为重要，借助计算机辅助设计技术，利用绘图软件可在计算机上绘制出非常逼真的三维数据模型。这种三维数据模型的数据可以直接输入五轴铣削加工中心，直接铣削出油泥模型。
7.油泥模型
传统汽车油泥模型要全部由手工操作，制作一个车身油泥模型大概需要3个月。而现在基本采用五轴铣削中心来进行先期制作，制作一个车身油泥模型的工期只有1个月左右。一般先制作一个1∶5比例的小模型，将小模型放置于风洞中进行测试，测量其风阻系数等空气动力学数据。经过不断修改确认后，才能制作1∶1比例的油泥模型，如图3-1-7所示。
图3-1-7 制作油泥模型
8.胶带图
用胶带按1∶1的比例将新车的轮廓影像在墙壁或展板上展现出来，或用大型屏幕将新车造型展现在设计人员面前。这样做的目的是让设计人员更形象地体会全尺寸的车身外观造型线条，检查每个线条是否足够合理和优美，直到满意后再将其还原到油泥模型塑造上，如图3-1-8所示。
图3-1-8 胶带图
9.风洞测试
在风洞中主要测试油泥模型的风阻系数以及空气流过车身时产生的效应，观察哪里会产生紊流、哪个部位的设计会影响风阻系数等。这个阶段是造型设计师与空气动力学专家合作的阶段，他们共同探讨所遇到的车身造型设计问题，共同改进车身造型，使之既符合造型设计师的审美要求，又能达到空气动力学的高要求。
10.数模构建与工艺设计
油泥模型完成后，便要用三维测量仪器对油泥模型进行测量，测量后生成的数据称为点云（Point Cloud），每一个点均包含三维坐标，工程师根据点云使用曲线软件就可以在计算机上构建汽车外形曲面。
汽车外形数据确立后，即可根据安全性设计的需要，如车前部及后部的吸能结构、车侧面的防撞结构、车顶纵梁和横梁的设计等，使用三维数模软件构建车身部件数模，并进行材料选择、工艺性分析、焊接设计和装配设计等。
（三）车身安全设计
车身的安全设计主要包括以下三项。
1.车身鸟笼设计
汽车在发生碰撞时，要想最大限度地保护驾乘人员的生命安全，最有效的办法就是避免驾乘室变形。因此，现在的轿车车身都采用类似鸟笼一样的高强度钢材保护，这样不仅不易变形，还可以按设计要求分散并减小传递到驾乘室内的撞击力。
2.车身吸能设计
为了保护驾乘室在碰撞中不变形，在驾乘室之外的车身结构都可以通过牺牲自己而保护驾乘室，也就是利用自己的溃缩来吸收一部分碰撞能量，从而减少传递到驾乘室中的冲击力。因此，车身前部和后部可采用强度不是很高的钢材，并通过优化结构使其能够及时吸收碰撞能量。
3.轻量化车身设计
汽车质量不能太大，否则会影响汽车的燃油经济性、操控性、动力性和安全性。
实现车身轻量化设计的主要途径包括：
（1）对强度要求不高的车身部位，可采用质量较轻的薄钢板。
（2）对强度要求较高的车身部位，可采用质量较轻的高强度钢板。
（3）车身上一些不影响安全性的部位，如发动机舱盖、翼子板等，可采用质量较轻的铝材甚至是复合材料。
（4）优化车身钢板内部构造，如仿鸟骨设计，在不降低强度的前提下减轻质量。
（四）动力系统设计
如果把不同的发动机与变速器组合起来，动力系统至少有4～6种组合。动力系统设计师们要做的主要工作就是怎样让同一种车身形式适应不同动力系统组合的搭配，让不同动力组合在同一种车型上都能得到最佳性能的发挥。
选择什么样的发动机，要根据车型定位要求。比如，对牵引力和承载能力要求较高的车型，要选择低转速、大转矩的汽油发动机或柴油发动机；对最高车速和加速能力要求较高的车型，要选择高转速、大功率和大转矩的汽油发动机；对豪华舒适性要求较高的车型，要选择发动机噪声低、加速平顺性好的发动机；而对油耗要求较高的家用经济型汽车，要选择排量较小的发动机。
（五）底盘设计
1.车轮和轮胎的选择
车轮和轮胎的选择必须尽早确定，因为它的外圈直径和宽度直接会影响到车身比例和内部空间。车轮和轮胎的选择一定要考虑车型定位和性能要求两大因素。比如，轻型货车和大型SUV，最好选择高扁平比的轮胎（轮胎侧壁较高），以保证车辆的承载量；而运动型车辆如跑车等，最好选择宽而扁的轮胎，以增加路感和操控性能。
2.悬架形式的选择
悬架系统设计中主要有两大诉求：一是保证驾乘人员的乘坐舒适性；二是保证汽车拥有较佳的操控稳定性。但这两方面往往是矛盾的，因此，无论使用哪种悬架，都是根据车型定位选出的妥协方案。
悬架系统设计主要考虑五大因素：承载量、操控性、舒适性、制造成本和空间限制。
不同的车型要选用不同形式的悬架。比如，以载重为主的货车等，往往要采用非独立悬架，左、右车轮以刚性轴连接，以保证底盘的刚性能够承担重物；而强调运动性的跑车等，则要选用左、右车轮能独立运动的多连杆式独立悬架，车辆在快速过弯时能让每个轮胎都紧贴路面，使轮胎与地面的接触面积尽可能大，以保证车辆的动力性和操控性。
3.转向系统的选择
转向系统是汽车上最重要的安全系统之一，它的性能不仅会影响汽车的操控性，更会影响汽车行驶的稳定性。如果转向系统失灵，那将造成比制动失灵更严重的灾难。转向系统要根据车型定位来进行选择和设计，比如，越野车可能要在坎坷路面上行驶，前轮颠簸非常厉害，为了防止转向盘的振动伤及驾驶员，往往都会选择使用路感比较柔和、模糊的循环球式转向机构；而普通轿车和运动型汽车，则要选择转向力传递直接、路感反馈比较清晰的齿轮齿条式转向机构。
4.制动系统的选择
制动系统的设计主要受车型性能要求和制造成本的限制。相对而言，盘式制动比鼓式制动性能更好，而且制动盘的直径越大，其制动性能越好。由于通风式或划道式制动盘散热快，性能更好，因此，速度较快的跑车，或质量较大的豪华轿车等，大多采用大直径的通风制动盘作为制动器。但是，制动性能越好的制动系统，其制造成本也越高，因此，一些经济型小轿车的后轮制动系统往往采用鼓式制动器，毕竟这类小型车的速度不是非常快，自身质量也不大，采用鼓式制动器即可满足性能要求，而且制造成本较低。
随着电子技术的进步，现在制动系统上附加了越来越多的辅助功能，如防抱死制动系统、紧急制动辅助系统、加速防滑系统、车身稳定系统等。这些电子辅助系统可以帮助驾驶人更准确地控制车辆的行驶姿态，提高车辆的安全性能，但也会增加制造成本。因此，在设计制动系统时，要根据车型定位来决定是否采用这些主动安全辅助系统。
（六）内饰、人机工程学和电气设计
1.内饰布局
内饰设计（图3-1-9）的风格和色彩要与外观造型风格统一，要符合车型定位要求和特点。比如，运动型汽车的内饰往往采用纯黑色或深红色，突出质感，内饰造型也要有个性或力量感；而商务座驾的内饰则要庄重、大气、简约；家庭用车的内饰设计要实用，其色彩往往采用温馨的暖色调。内饰设计可分为七大部分，即内饰板、控制功能键和仪表盘、仪表板和中控台、音响和导航、座椅和安全带、加热通风和空调、地面铺设。
图3-1-9 内饰设计
2.人机工程学设计
人机工程学设计是指使机械装置更好地适应人体各种要求的设计。比如，怎样才能使各种操作杆或操作钮控制、调节得更方便，并且不易出现误操作；再如怎样让各种仪表或标示符号看起来更清楚；怎样让驾驶员轻松驾驶、让乘员舒舒服服地乘坐等。
3.用电设备与电气线路
汽车上的主要用电设备包括发动机点火系统、各种灯光、空调、影音、仪表和信号显示、风窗刮水器、风窗洗涤器、风窗除霜系统、电动车窗、电动后视镜、电动座椅、防盗装置、中控门锁、电动转向助力和电子主动安全系统等。
汽车上的电气线路主要分两种：一是供电线路，也就是从电源到用电设备的线路，负责为用电设备提供电力；二是电信号传递线路，包括传感器到控制模块之间的信号采集传输线路、控制模块和用电设备之间的控制指令传输线路。
（七）总布置设计
汽车总布置设计通过对整车设计的总体规划来确立车身、底盘、动力总成等系统之间的位置和连接关系，以保证最终设计的汽车能够满足最初的设计任务要求，如图3-1-10所示。
图3-1-10 汽车总布置设计
总布置设计师要对汽车的主要性能、整车轴荷分配和重心高度等数据进行初步计算和调整。其具体计算内容如下。
（1）轴荷分配和重心位置的计算。其中包括水平静止和行驶状态时的轴荷分配。
（2）稳定性计算。其中包括保证汽车转向不侧向翻倒的计算等。
（3）机动性计算。其主要包括最小转弯半径、爬坡度的计算等。
（4）动力性计算。其中包括最高车速、最大加速度的计算等。
（5）比功率和比转矩计算。它们分别是指汽车的最大功率、最大转矩与汽车总质量之比。
（6）制动性计算。包括制动距离和制动时间的计算。
（7）百公里油耗及经济车速的计算。
总布置尺寸在这里不仅指车辆及各部件的外形尺寸，还包括各个部件之间的位置数据等，主要内容如下。
（1）外形尺寸，如车身长度、宽度、高度、轴距、轮距、离地间隙、接近角、离去角等。
（2）驾乘室内部空间数据、行李舱容积。
（3）各部件的安装位置及其准确的外形数据。
（4）各部件之间的连接和安装方式。