1、 包 装 工 程 第 38 卷 第 2 期 82 PACKAGING ENGINEERING 2017 年 1 月 收稿日期：2016-11-09 作者简介：周力辉（1967） ，男，河北人，硕士，清华大学副教授，主要研究方向为汽车造型设计。 装甲车辆车身造型研究与设计 周力辉，赵国伟 （清华大学 国家重点安全与节能实验室，北京 100084） 摘要： 目的 研究装甲车辆车身造型设计规律以及造型设计方法。 方法 对国内外装甲车辆造型设计现状进行调研，引入量化分析方法对装甲车辆车身造型特点进行定量分析，借鉴成熟的民用汽车造型设计手段和流程，结合装甲车辆造型特点，分别完成一款 4 4 和一款 6
2、6 装甲车辆造型设计开发工作，总结完善装甲车辆造型设计方法。结论 装甲车辆车身造型更加功能化和理性化，量化分析在造型分析与设计过程中具有一定作用，车身外观造型设计要充分考虑装甲钢板拼焊工艺的限制，需要按照一定的层次来完成造型设计开发工作。 关键词： 装甲车辆；造型研究；造型设计 中图分类号： TB472 文献标识码： A 文章编号： 1001-3563(2017)02-0082-05 Styling Analysis and Design of Armored Vehicles ZHOU Li-hui, ZHAO Guo-wei (State Key Laboratory of Automot
3、ive Safety and Energy, Tsinghua University, Beijing 100084, China) ABSTRACT: It aims to analyze the rules and methods of styling design of armored vehicles. It is based on qualitative and quantitative analysis of styling characteristics of global armored vehicles, drawing on the design methods and d
4、esign process of civilian cars, combined with characteristics of armored vehicles to complete the design projects and to improve the design methods and process of armored vehicles. The styling of armored vehicles is much more functional and ration-al; quantitative analysis has a certain significance
5、 in styling analysis and design; the restrictions of processing technology need to be taken into account in the design process for armored vehicles; a certain sequence needs to be followed to com-plete the design. KEY WORDS: armored vehicles; styling analysis; styling design 近年来，随着我国经济的快速发展，汽车工业也得到了
6、迅猛发展。装甲车身由于其车身加工便捷、开发周期短、改型容易等特点在特定领域得到了一定的应用。随着装甲车辆行业竞争的加剧，装甲车辆造型设计成为汽车厂商提高自身竞争力的重要途径。与民用汽车冲压成型的车身相比，装甲车身的造型设计具有不同的限制因素，设计过程中需要特殊考虑，然而装甲车身造型设计方面的资料比较匮乏，设计方法和流程有待完善13。1 装甲车身造型特点及限制因素分析 从特征线入手进行设计是当代汽车造型设计最常见的方法之一4。民用车多采用以流线型为主的曲面车身，设计师在设计过程中会格外关注特征线条的流畅性、光影的协调性以及视觉张力，着重研究主特征线的走势、比例关系以及曲面的凸凹变化。以平面为主的
7、装甲车身一般采用多边形钢板裁切和拼焊成型的加工制造方式，不需要冲压模具，简捷实用。虽然与民用车身上凹凸起伏、变化丰富的特征线不同，但平面拼焊而成的装甲车身也遵循了一定的造型设计规律。装甲车身有着独特的造型风格，其造型设计元素纯粹而强烈，造型同样需要有吸引力。造型设计团队最终挑选出了 7 个国家比较有代表性的 7 款六轮驱动车型和 10 款四轮驱动高机动性越野车车型作为研究对象，进行了造型设计研究和分析5。 【工业设计】 DOI:10.19554/ki.1001-3563.2017.02.021第 38 卷 第 2 期 周力辉等：装甲车辆车身造型研究与设计 83 1.1 造型元素与造型重点区域分
8、析 1）型。从整体造型来看，装甲车身轮廓线大多为直线，有时略有起伏变化；车头轮廓线形较为复杂，变化较多。上下轮廓线构成了楔形造型，整车外形多采用了大倾角车首，这样既可保证车辆的防护性能，又符合车辆空气动力学的要求。 66 正面投影基本接近六边形，双侧有楔形夹角，用以弹开炮弹攻击。 2）线。与民用车的曲线不同，轮式装甲车造型线只能是直线或直线的组合。看似简单的直线却可以通过不同的组合方式，创造出变化莫测的造型。通过分析和归纳不同车型造型线的使用，可以对装甲车的造型设计提供直接有效的参考，比如在装甲车中，腰线一般为首尾贯穿的平直线。线的分析见图 1。 图 1 线的分析 Fig.1 Lines an
9、alysis 3）面。面是装甲车身最直接最重要的造型元素，装甲车身侧面一般采用大平面，通常由多块相同的钢板拼焊连接而成，头部和尾部有较多细节，尤其是头部与侧面连接处，造型面较小，组合形式丰富，变化微妙，特点鲜明，是视觉上最有冲击力的部分。装甲车身的拼焊工艺决定了车身造型面为平面多边形： 三角形、四边形、五边形、六边形和超过六边的多边形，因此与民用车相比装甲车辆的造型更加理性化。多边形形式见图 2，由于造型元素的相似，因此不同车型的整车造型风格也比较相近。对各国代表性的 66 装甲车辆的多边形造型面数、造型总面数和正面阶数进行了统计，见表 1，试图通过量化分析找到一定造型规律6。统计发现：各种造
10、型面的使用，四边形最多，三角形最少，六边形较多；四边形和超过六边的多边形是造型所必需的。 统计还发现，中国的 66 装甲车，无论总造型面数还是正面阶数都明显小于这 7 个国家 66 装甲车的平均值，造型显得相对简单。 图 2 多边形形式 Fig.2 Polygons analysis 表 1 造型面数统计 Tab.1 Statistic of styling polygons 单位/ 个 三角形四边形五边 形六边 形 多边 形 总面数正面阶数中国 2 9 0 3 1 15 4 芬兰 0 12 2 0 1 15 5 瑞士 0 12 2 2 1 17 5 法国 0 9 4 2 1 16 4 日本
11、2 14 0 2 3 21 7 奥地利 0 9 0 2 2 13 4 德国 0 11 0 2 3 16 5 平均 0.57 10.86 1.14 1.86 1.71 16.14 4.86总计 4 76 8 13 12 113 34 4）点。点并不是装甲车身直接造型元素，但它却决定了线面的组合方式。装甲车辆车身上的点基本分为 3 种形式：三面相交、四面相交和五面相交。点的形式通过面的组合方式体现，点通常为被动造型元素，因此在绘制草图时，应该考虑到点在设计方案中的运用。 5）前转角。车体从前脸到侧围过渡的转角区域是整车造型最复杂也是最精彩的地方，同时也是设计时需要考虑最多的地方。前转角分析见图 3
12、，根据前转角的构成面数可以将其划分为：三面相交、四面相交和五面相交，其中五面相交最为常见。根据前转角从发动机罩到接近角面的侧围过渡面数可以将其分为：一面过渡、两面过渡和三面过渡，其中两面过渡最为常见。 图 3 前转角分析 Fig.3 Front corner analysis 6）前脸。汽车前脸最能体现汽车的个性化特征，是整车造型的精髓，汽车前脸造型对一款车型、一个系列甚至一个汽车品牌都至关重要。对装甲车辆的前脸设计应该筛选符合其设计定位且具有代表性和品84 包 装 工 程 2017 年 1 月 牌象征性的 “原型” ，前脸造型分析与归纳见图 4，而后运用到产品族当中78。图 4 前脸造型分析
13、与归纳 Fig.4 Front face styling analysis and summary 7）量化分析。可以通过对汽车造型特征进行量化，在量化数据的基础上进行分析，进而获得汽车造型特征的量化分析结论，获取更加准确的造型特征和车身关键比例关系，并通过图像、图标等可视化的方式将结论表达出来，可以对造型设计过程尤其是对数字设计阶段进行有力的指导。量化分析经过数据采集、数据处理、结论展示等环节，将汽车造型特征进行量化，并最终得出造型规律。越野车前脸量化分析见图 5， 为获得的越野车型前脸的格栅和车灯的热图。 图 5 越野车前脸量化分析 Fig.5 Quantitative analysis
14、of front face 1.2 造型新趋势 通过对最近在国际防务展上出现的几款新型44 和 66 轮式装甲车与传统车型之间的对比和分析，从中总结出一些轮式装甲车未来造型发展新趋势加以学习和借鉴，并合理运用到造型设计方案当中。造型新趋势分析见图 6， 通过车身整体对比可以发现，新型轮式装甲车造型总面数明显增加；通过造型细节对比可以发现很多新的造型处理方法。比如，英国捷豹 44 侧面主特征线出现转折，不再只是简单的一条直线；美国高机动性 LJTV44 前脸运用了结构非常复杂的格栅， 前挡由 3 块玻璃组成；土耳其 Otokar 66的新的 U 形槽焊接方式使车身上的结构更加灵活多变；南非 Mb
15、ombe 66 的前脸更加个性化，采用直瀑式格栅，呈现出与民用车类似的家族特征。 图 6 造型新趋势分析 Fig.6 Development trend of styling 1.3 其他限制因素 装甲车辆的造型设计除了要遵循造型本身的发展规律，还要考虑到很多其他方面的限制因素：整车布置形式、加工工艺、人机工程学、特殊功能要求以及使用人群和使用方式等。首先在满足上述各种设计限制条件的前提下，才能得到最优化的装甲车辆造型设计方案。 2 装甲车身造型设计 联合设计团队由清华大学与兵装集团国营一七厂组成，共同完成了两款警用特种车辆产品的整车开发研制，笔者负责车身造型设计工作。警用特种车辆种类繁杂，特
16、性各异，很难找到所有车辆造型的共同点，因此需要根据不同使用需求，对其进行有针对性的造型研究和设计910。 通过借鉴成熟的民用汽车造型设计方法和流程，结合装甲车辆自身特点，遵循美感和实用性相结合的原则，经历了从前期分析到绘造型特征密集区域造型特征空白区域 第 38 卷 第 2 期 周力辉等：装甲车辆车身造型研究与设计 85 制草图、建立数字模型，再到评审并修改完善，最终进行样车试制等过程，先后完成了一款 44 和一款66 警用装甲特种车辆的造型设计开发工作。 2.1 整车形态设计 设计之初根据造型设计定位首先确定整车造型要给人产生的形态联想，选择与车辆造型相关的形态意象作为参考，从中汲取造型风格
17、、主要特征、形态比例、 色彩材质等设计要素，应用于警用特种车辆上。造型设计过程见图 7，在绘制草图的过程中，充分考虑尺寸、布置形式等工程限制因素以及前期造型研究得到的规律：整车呈楔形，正面投影呈六边形，主特征线走势；造型面的运用上，多采用四边形和六边形少用三角形；点的运用，多采用三面到五面相交，尽量避免过多面相交于一点。 图 7 造型设计过程 Fig.7 Styling design process 2.2 重点区域设计 确定了整车轮廓和主要造型特征线的走势之后，需对造型重点区域进行设计。由于装甲板的加工工艺限制，设计时既要考虑造型的美感，又要考虑造型在空间中的可实现性。比如 66 车型的前转
18、角区域，为车体前侧和侧面重要的过渡区域，也是车门、悬架、车轮等功能件布置的集中区域。前转角设计见图 8，为了丰富车身侧面形态，在保证腰线为一条直线的基础上，通过在腰线与车门相交处将车门向前收紧，使得车门后边缘出现两条折线，为了车门与前脸能更好地衔接，继续用两条线将车门切分为 3 段，增加了衔接前脸的可能性。此时主特征线前端点出现了五面相交点， 前转角从上到下运用一个狭长的四边形实现了的 “三面过渡 ”，既丰富了整体造型，又满足了功能需求，同时很好的符合造型研究得到的前转角造型规律。最终 66 前转角处，选择运用了上述构思方案，总造型面数 26 个，其中四边形最多，六边形次多，三角形最少，非常符
19、合之前分析的整体造型面数运用规律。造型面总数超过传统型，造型变得更加丰富。 图 8 前转角设计 Fig.8 Design of front corner 前脸设计可通过运用仿生设计的手法来进行车前部表情的塑造。通过借鉴蛇前脸关键特征，如嘴与眼的形态、位置关系、比例关系、倾斜角度等特征，给平整简约的装甲板车身增添了灵性。同样可以运用量化分析结论对造型设计进行指导，尤其在数字设计阶段，可参考根据量化分析结论中一些关键比例、形态特征、位置关系等进行数字化建模，使前期较为感性的造型设计变得更加理性化，前脸设计见图 9。 图 9 前脸设计 Fig.9 Design of front face 2.3 局
20、部细节设计 在完成整车形态和重点区域设计之后，需要根据评审意见以及工程校核做一定调整，除此之外还应对局部细节进行设计，比如车灯的具体形式、格栅的形式、车灯与格栅的搭接关系、门窗的形状和位置等，全车做整体设计，确保整车造型风格一致性和完整性。 44 和 66 实车照片见图 10。 86 包 装 工 程 2017 年 1 月 a b 图 10 44 和 66 实车照片 Fig.10 Photos of 44 and 66 3 结语 通过对装甲车辆车身造型研究分析以及两款警用装甲车辆的造型设计开发工作，得出平面拼接类的装甲车身造型设计工作应按照以下层次进行。第 1步，根据设计要求确定整体造型风格和车
21、身整体比例关系， 先确定整车轮廓和主要造型特征线的走势或者造型特征面的位置等。第 2 步，在保证整体形态和功能要求的基础上，重点进行面的形状、数量以及面与面搭接关系的探讨，尤其在车身造型的重点区域，必须确保造型在空间中能够成立。第 3 步，定义各个面的功能，并对设计方案做初步调整，比如窗、门的形状和位置。第 4 步，进行车身造型细节设计和车身部件设计，比如前脸的表情意象是否鲜明，车灯的具体形状和组合方式与进气格栅的造型是否整体统一等。第五步，通过虚拟现实手段，评价整车造型设计是否协调完善，通过反复评价修改不断完善数字模型，确定最终造型设计方案，制造样车。 通过对装甲车辆车身造型的研究与设计，在
22、装甲车身形态语意创新方面进行了一些探索和尝试，希望可以对平面拼接类车身造型设计工作提供一些启发，对我国装甲车辆产品造型设计开发的理论进行完善。 参考文献： 1 华中山. 我国专用汽车行业发展趋势分析与研究 J. 汽车实用技术 , 2012(10): 48 51. HUA Zhong-shan. The Dedicated Automotive Industry Trends Analysis and Research in ChinaJ. Automobile Applied Technology, 2012(10): 4851. 2 陈昂 . 装甲车辆市场将成竞争“ 重地 ”N. 中国财经报
23、 , 2009-04-15(08). CHEN Ang. Armored Vehicles Market become Highly CompetitiveN. China Financial and Economic News, 2009-04-15(08). 3 万丽荣, 曾庆良 . 现代汽车造型设计分析 J. 山东科技大学学报 (自然科学版), 2003, 22(4): 68 70. WAN Li-rong, ZENG Qing-liang. Modeling Design of Modern AutomobileJ. Journal of Shandong Univer-sity of
24、 Science and Technology(Natural Science), 2003, 22(4): 6870. 4 周力辉. 动感形态与汽车造型设计M. 北京 : 清华大学出版社 , 2012. ZHOU Li-hui. From Dynamic Form to Car StylingM. Beijing: Tsinghua University Press, 2012. 5 钟振才. 世界轮式战车博览M. 北京: 国防工业出版社, 2001. ZHONG Zhen-cai. Global Wheeled Chariot ExpoM. Beijing: National Defens
25、e Industry Press, 2001. 6 尹翠君, 任立昭, 黄惠惠, 等 . 现代工业产品造型设计过程中的产品造型量化探讨 J. 艺术与设计, 2016(1): 89 91. YIN Cui-jun, REN Li-zhao, HUANG Hui-hui, et al. The Discuss on Product Style Amount of Modern In-dustrial DesignJ. Art and Design, 2016(1): 8991. 7 张悦. 面向用户认知的汽车产品族前脸造型设计方法 J. 图学学报 , 2013, 34(5): 93 98. ZHA
26、NG Yue. A Design Method of Automobile Front Face for Users CognizanceJ. Journal of Graphics, 2013, 34(5): 9398. 8 阚志刚 , 张云. 汽车造型定位分析J. 包装工程, 2010 , 31(S1): 19 20. KAN Zhi-gang, ZHANG Yun. Car Styling Positioning AnalysisJ. Packaging Engineering, 2010, 31(S1): 1920. 9 徐达 , 蒋崇贤 . 专用汽车结构与设计 M. 北京 : 北京理工大学出版社 , 1998. XU Da, JIANG Chong-xian. Structure and Design of Special Purpose VehiclesM. Beijing: Beijing Institute of Technology Press, 1998. 10 HAYATO F. Morita Fire Fighting AmbulanceJ. Car Styling, 2009(3): 7483.
