電動汽車外飾造型設計發展趨勢研究

王 波，耿碩晨

（清華大學 國家安全與節能重點實驗室，北京 100084）

隨著能源危機的爆發，空氣污染的加劇，電動汽車這種使用可再生能源、清潔無排放的交通工具開始進入人們的視野，并在近十年間得到了快速發展。隨著電動汽車的興起，電動汽車的造型設計也成為汽車設計師們研究的重點。動力形式的改變給汽車造型設計帶來了新的突破和制約，除了美觀的造型外，合格的設計還要傳遞出電動汽車“電動”的信息。面對這些挑戰，電動汽車的造型設計也得到了快速發展。本文將對電動汽車外飾造型設計的發展趨勢進行探討和論述。

1 傳統內燃機汽車的造型歷史發展分析

從1885 年第一輛內燃機汽車（奔馳一號）誕生至今，汽車已經歷了130 多年的歷史。從最早的馬車型車身到現在，汽車造型也隨著時代不停地發展與變革。在過去的一百多年里，內燃機汽車一直占據著主導地位，而電動汽車的發展是在內燃機汽車的基礎上前進的，因此在研究電動汽車造型前，有必要對傳統內燃機汽車的造型歷史發展進行簡要梳理。

在最早的馬車型車身時代，汽車是由馬車改造而來，其造型也受古典主義影響，車身上大量出現繁瑣、優美的曲線裝飾。隨著汽車的普及和工業化生產，進入到箱型車時代，此時的汽車造型十分功能化，就像一個大箱子。隨著發動機技術的提高，汽車的速度也越來越快，空氣阻力的影響凸現出來。20 世紀30 年代后，以理想的水滴形為基礎，飽滿曲面的流線型車身流行起來[1]。二戰后，美國迅速崛起，20世紀50年代的美國彌漫著奢靡夸張的氛圍，車身寬大、充斥著“火箭”造型元素的船型汽車誕生了。而此時經濟衰退的歐洲則開始探索小巧、經濟、實用的汽車形式，Mini Cooper、BMW Isetta 等經典小型車應運而生。隨著硬邊藝術、高技派的誕生，人們開始傾向于更為硬朗的造型風格，推崇機械美學（賽博朋克藝術正是在此時興起），汽車的造型語言也開始向此風格靠攏，特征線平直、曲面硬朗、車身更為扁平，楔形汽車就是在這一風格的基礎上，結合了人們對下壓力的性能需求而誕生的。然而，這種極其硬朗的風格會帶來糟糕的風阻系數，20 世紀80 年代后，在保持平直、扁平的造型特征上，曲面更為圓潤飽滿，而這一趨勢導致汽車造型設計變得越來越趨同。直到20 世紀90 年代后期才取得突破，福特推出了名為Ka 的小型車，其造型十分銳利、動感、個性，新鋒銳風格由此誕生，并對當時的產品設計產生了很大影響[2]。其后誕生的火焰燃燒表面也可以看作是新鋒銳的一種詮釋。進入21世紀后，人們開始更加關注汽車造型的曲面形態本身，馬自達、雷克薩斯、奔馳等品牌在設計中都嘗試了對基礎形態的探索，品牌造型風格越來越強烈，并由二維轉向三維。汽車的造型風格更為運動、個性，曲面處理更為復雜、微妙。整個內燃機汽車的造型發展脈絡如圖1 所示。

圖1 傳統汽車造型發展脈絡

通過對內燃機汽車造型發展歷史的梳理可知，汽車造型的發展趨勢是復雜且受多方面影響的，是科學技術、社會文化共同作用的結果，除了工程技術的突破和限制外，時代背景、藝術發展、審美變化也會在各個層面對汽車造型設計產生影響。下文將以此為思路就汽車電動化對其外飾產生的影響進行分析。

2 電動汽車的造型發展概述

電動汽車歷史悠久，其誕生甚至早于內燃機汽車。1881 年，法國工程師古斯塔夫·特魯夫以三輪馬車為基礎造出了第一輛電動汽車，使早期的汽車工業形成了蒸汽汽車、電動汽車和內燃機汽車三分天下的格局。20 世紀20 年代后，內燃機技術迅速發展，而電池技術卻進步緩慢，導致電動汽車進入沒落期。直到20 世紀90 年代，隨著石油資源的緊缺和空氣污染的加劇，電動汽車又重新進入人們的視野[2]。1990 年，通用發布了一款純電動概念車——Impact Concept，這款概念車于1996 年實現量產，其量產版名為GM EV1，它的無格柵前臉造型體現了當時人們對電動汽車區別于傳統車造型的探索（圖2），此后，電動汽車的發展進入了新時代。

圖2 通用Impact Concept

由于車型平臺開發、車身模具制造的成本非常高昂，早期的電動汽車主要是在已有車型的基礎上進行電動化的改造，以達到降低成本，提高研發效率的目的[3]。為了體現電動汽車與內燃機汽車之間的差異，傳達電動化的產品信息，設計師會對細節和配色涂裝進行重新設計。例如1997 年發布的Nissan Prairie Joy EV，在原有Prairie 的基礎上重新設計了配色和涂裝，以彰顯其電動汽車的身份。2009 年，奧迪公司發布了E-tron Concept，該車以R8 為基礎，對格柵、輪輞、車燈、色彩、材質等進行了全新的設計，這些細節的造型語言和傳統內燃機汽車存在很大差異。更為簡潔的前后保險杠造型、封閉式格柵、矩陣式的前后燈，都傳達著其電動汽車特有的身份信息（圖3），這也標志著設計師們對適合電動汽車的造型語言開始了最初的探索。

圖3 奧迪E-tron Concept

圖4 寶馬 i8 Concept（上）和寶馬 i3 Concept（下）

2009 年， 寶 馬 公 司 發 布Efficient Dynamics Concept 混合動力概念車，提出了全新的片層設計語言。2011 年，寶馬公司將這種設計語言應用于兩臺純電動概念車上——i3 Concept 和i8 Concept，這兩款車均出自寶馬公司專為電動汽車打造的i 系列平臺，它們的整體比例、曲面特征、造型語言看起來都更像電動汽車（圖4）。隨后，電動汽車的造型開始進入快速發展的階段，各大汽車企業開始推出全新的電動汽車平臺，并配合推出與內燃機汽車大不相同的設計語言，例如大眾的ID 系列，奧迪的E-tron 系列，奔馳的EQ 系列等。近年來，隨著電動汽車的飛速發展，除了傳統車企，越來越多的互聯網企業和創業公司也進入電動汽車行業，這些企業沒有傳統汽車企業的束縛，提出了很多革新性的造型特征，對電動汽車的造型發展起到了很大的推動作用。

總之，電動汽車的外飾造型，從一開始沿用傳統汽車造型，到后來修改細節，如今正向著全面突破傳統內燃機汽車造型語言的方向發展。

3 電動化對汽車造型設計的影響

如前所述，汽車造型的發展是科學技術、社會文化等環境變化共同作用的結果。對電動汽車造型設計產生影響的因素可分為兩類：第一類來自工程技術的改變給造型帶來的突破和限制；第二類是由于社會文化審美變化及產品信息表達對造型提出的視覺要求。本文將分別從這兩個角度討論電動化對汽車外飾造型設計的影響。

從工程技術角度來講，影響因素主要有3 個方面：（1）總體布置的改變。（2）對提升續駛里程的要求。（3）進氣格柵作用的消失。

原來以發動機為核心的動力系統變成了由電池組、電機等組成的電動系統，給整車的總體布置帶來了巨大變化。在傳統內燃機汽車架構下進行改造的電動汽車，當電池包布置于地板下時，會導致整車高度增加，除此之外，基本與原平臺的內燃機汽車差別不大。通過這種方式改造的電動汽車電池布置空間受到很大制約，會影響整車的續駛里程。為了擴大電池布置空間，更合理地利用空間，很多企業為電動汽車研發出全新的總布置平臺，例如特斯拉Model S 的車型架構及寶馬i 系列的life-drive 架構（圖5），都將電池組布置于前后軸之間的底盤部分[4]。

圖5 特斯拉Model S 車型架構（上）及寶馬i 系列 life-drive 架構（下）

由于這種全新的布置形式帶來的差異，基于電動平臺的汽車整體尺寸設計（長、寬、高、軸距、前后懸等）將與傳統汽車有很大區別。目前，大部分企業會選擇同寶馬和特斯拉一樣，將電池布置于前后軸之間的底盤部分，因此，為了提升電池容積，在整車長度相同時，電動汽車會偏向于更長的軸距、更高的車身。而且在此布置方式下，車頭部分不再需要大空間來安置整車功能部件，因此在碰撞合格的前提下，A 柱有了向前移動的空間，以擴大乘員艙的容積。

由于電池技術的限制，續駛里程短一直是電動汽車的缺點。研究表明，在相同的電池容量、整車質量的情況下，減小汽車的風阻系數可明顯提升續駛里程[5]。因此，相比內燃機汽車，電動汽車的造型設計會更重視造型對風阻系數的影響，使用更有利于降低空氣阻力系數的設計，例如A 柱、C 柱與發動機蓋傾斜角度的調整，減少車身表面的劇烈轉折和車身上的凸起與空洞（如無格柵處理及封閉式輪輞）。同時，整車質量的降低也會對續駛里程產生較大影響，這也會在造型上有所體現，比如去掉大量不必要的裝飾件以減輕汽車質量或用更輕的覆蓋件來代替。

電動化給汽車造型帶來的另一個影響是，車頭部分不再需要進氣格柵，這會給電動汽車的前臉設計帶來新的突破。在視覺要求方面，則主要是傳達產品信息并體現社會審美的變化，更重要的是如何傳達出電動化的產品信息，以便與傳統的內燃機汽車區別開。電動汽車與內燃機汽車之間最主要的差異是：傳統內燃機汽車更強調機械式的美感和運動感，汽車造型更具動感，車身使用富有雕塑感的自由曲面；而電動汽車則會使用清潔、未來、電動化的造型語言，所傳達的產品信息由機械產品向電子產品進行轉化，由原來的“運動裝備”轉向“完成運輸的工具”。造型更強調邏輯感、科技感、功能感，更接近電子產品設計的造型語言。此外，電動汽車續駛里程的制約會給駕駛員帶來里程焦慮，因此，電動汽車的造型設計需要傳達出“輕”、“低風阻系數”的產品信息。

近年來，極簡主義在產品設計上的運用成為整個社會審美的主流。極簡主義是誕生于20 世紀60年代的一個藝術流派，主張以客觀、理智、非敘事性的態度來完成藝術表達，要求設計師在創作中追求最簡潔的效果[5]。這是一種去裝飾化，強調邏輯感，追求產品本質的設計理念[6]，這種風格在人們對繁瑣復雜的設計已經審美疲勞的今天備受推崇。受極簡主義風格的影響，電動汽車的設計向著更簡潔、純粹的方向發展，不論從形態上還是細節裝飾上都是如此。

4 電動汽車造型發展趨勢及實例分析

本文將從汽車造型的關鍵要素——比例姿態、特征線與曲面處理、細節3 個方面來分析電動汽車造型當前的發展趨勢，主要結合近年發布的電動汽車進行論述，雖然很多仍停留在概念階段，但仍可以從中把握一些造型發展的動向。

4.1 比例姿態

如前所述，當前的電動汽車主要分為兩類：（1）以內燃機汽車平臺為基礎的電動化修改。（2）全新的電動汽車平臺。第一類對整體比例影響較小，所以本文主要討論第二類電動汽車的比例姿態。

相對于整車長度來講，軸距所占比例更大，也就是前后懸長度會隨之縮短，且部分汽車前后懸的長度差異更小。以特斯拉Model S 為例，對比與其相同級別的捷豹XF，如圖6 所示，兩車型長度幾乎相等，可以明顯看出Model S 的后懸比捷豹XF后懸短，前懸幾乎相等，因此軸距要更長一些，且特斯拉Model S 的前后懸長度基本一致。這主要由兩方面因素導致：（1）電池在前后輪之間的布置形式，增大軸距可以提高續駛里程。（2）區別于傳統內燃機汽車所希望表現的機械、運動美感，電動汽車更接近電子產品的設計語言——簡潔、平衡。電動汽車一般會傾向于使用尺寸更大的輪胎，否則會造成輪胎大小與軸距之間的比例在視覺上的不協調。

很多電動汽車的A 柱底端更靠前，A 柱的傾斜角更大，以起到弱化車頭視覺效果的作用，甚至有些電動汽車會做成類似“單廂車”的形態，使車前擋風玻璃與車頭在三維形態上更連續，即二者的傾斜角度更接近。在發動機艙的功能被取消的情況下，這樣的造型特點可以明顯區分開內燃機汽車與電動汽車，而且這樣的處理方式可以增大乘員艙的容積，且這種形態的車身可以獲得更低的風阻系數[7]。更重要的是，這種比例姿態能夠弱化汽車前沖的方向感與運動感，向更接近產品設計的造型語言靠近。

在打破了傳統汽車的總布置和車身形式后，設計師們對傳統汽車的車型（轎車、SUV 等）也進行了重新思考，進而誕生了“inside out”的設計理念，汽車不再是在已有的外形下塞入乘員艙，而是由乘員艙出發加上外觀和4 個輪子。在這種設計理念的引導下，電動汽車出現了越來越多的難以用傳統分類方式進行劃分的車型，如圖7 中的法拉第FF 91和蔚來eve，像是轎車、MPV、SUV 的結合產物，許多電動概念車都表現了設計師對于電動汽車創新車型特點的探索。

圖7 法拉第FF91（上）及蔚來eve（下）

4.2 特征線與曲面處理

相比傳統內燃機汽車，電動汽車在型面處理上越來越多地使用干凈、簡潔的曲面，主要體現在兩個方面：（1）電動汽車上很少出現類似“火焰燃燒曲面”的造型元素。（2）減少車身表面的特征線。20 世紀90 年代后，新鋒銳風格誕生，汽車造型的型面處理取得了新的突破，設計師通過在車身上使用劇烈的曲面轉折來塑造特征線，在這一趨勢的影響下，汽車造型的型面處理變得越來越復雜多樣。而電動汽車則是對此潮流的逆反，車身上多為曲率半徑較大的曲面，特征線的形成主要通過兩個曲面相交，或分件與分色。電動汽車的造型創新更多地通過“曲面結構”的創新來實現，由原來的“自由曲面”和“浮雕”式的形態變成強調“結構感”與邏輯感的曲面。這種設計趨勢不僅受到極簡主義的影響，同時這種更接近電子產品的造型語言，也更符合電動汽車的視覺需求。這種圓潤、整潔、轉折變化更少的曲面處理，還可以獲得更低的空氣阻力系數，而結構化的曲面造型語言在合適的導流結構設計下，也可以獲得更好的空氣動力學性能。

如圖8 所示，左上、右上分別為大眾ID Concept及奔馳Generation EQ Concept，它們的車身曲面變化較少，主要由簡潔的、大面積的曲面組成。奔馳EQ Concept 側面除了高光線沒有特征線，大眾ID Concept 也只有兩個曲面相交自然形成的特征線。對比同為大眾品牌近年發布的概念車Altas Cross Sports Concept（左下）及奔馳A Sedan Concept（右下）的截面線（黃色高亮線），電動汽車的截面線變化更少，很少出現轉折，甚至沒有側面特征線，可以明顯對比出電動汽車曲面處理的特征。

圖8 電動汽車與內燃機汽車型面處理對比

電動汽車的另一個曲面處理趨勢是通過曲面的“結構”來塑造造型特征，減弱曲面本身的變化，增加結構的變化。如圖9a 所示，寶馬的片層設計語言，沒有劇烈的曲面變化，也很少出現因曲面相交、擠出等方式形成的特征線，通過近似單曲面的片層穿插、折疊、彎曲來塑造造型特征。如圖9b 所示，日產IMx Concept 的前輪包通過一個豎立的片層來表達，也是弱化曲面變化，增強結構感的一種造型探索。

圖9 電動汽車的曲面處理趨勢

4.3 細節

從細節設計角度，電動汽車主要從4 個方面表現出明顯的造型趨勢，包括格柵、輪輞、車燈的變化及參數化設計在細節處理上的使用。

格柵一直是汽車前臉上的重要造型特征，起到傳承家族基因，體現品牌形象的作用。而電動汽車不再需要格柵，為了降低空氣阻力系數，應去掉格柵或將其進行封閉式處理，如何順應這個變化做出適合電動汽車的前臉造型，一直是電動汽車設計中的重要問題。目前主要有3 種不同的設計趨勢：（1）在三維形態上仍保留格柵的形式，但格柵內由原來通透的覆蓋件變成封閉覆蓋件，很多傳統汽車企業在造型方面都會采用這樣的處理方式，既能保證家族形象的傳承，又能體現電動化的特點，如圖10a所示的奧迪Aicon Concept 及寶馬 iX3。（2）前臉不保留格柵的三維形態，但是通過二維的方式在前臉保留格柵的形狀特點，如圖10b 所示的奔馳EQA Concept 及日產IMx Kuro Concept，通過材質的替換或燈帶的方式勾勒出格柵的形狀。（3）直接采用無格柵設計，前臉徹底拋棄格柵的造型，這種處理在特斯拉等新興的不需要考慮家族基因傳承的電動汽車品牌中出現較多，如圖10c 所示的特斯拉Model 3及小鵬G3。

圖10 電動汽車的格柵處理

電動汽車的輪輞設計與特征線及曲面處理有著相似的趨勢（圖11），不再使用復雜動感的自由曲面，而是采用更加扁平或更有邏輯感、結構感的曲面，幾何化造型元素的運用更多，這也是更為電子產品化的造型語言。而且電動汽車的輪輞覆蓋面積更大，甚至有些對制動盤散熱要求不高的小型電動車會采用全封閉式的輪輞，空洞面積更小的輪輞會帶來更低的風阻系數，雖然這種影響并不顯著[6]，但是會給人以低風阻的視覺暗示，這也很重要。

在車燈的設計上，電動汽車會更突出燈帶的視覺效果，且燈內造型更為平面、幾何元素應用得更多。相比于內燃機汽車車燈內豐富的結構，電動汽車的車燈設計更為簡潔，由原來體塊狀、矩陣式的發光體變為平面化的發光體。還有一些車型會打破車燈的“邊界”感，將前臉與車燈融為一體，或打破原有汽車的“臉”造型，打破車燈給人的“眼睛”的視覺暗示。最近，很多概念車上出現了Backlit textures（即車燈暗時隱藏在車漆中，發亮時才會顯現）的車燈處理方式，如圖12（右下）所示。

電動汽車細節造型最重要的一個設計趨勢就是參數化設計的應用，它是對某一元素進行有規律的陣列式排布，并融入到造型中，例如輪輞、格柵、車燈等細節部分都會融入參數化設計的元素。這種陣列式的排布可以給人帶來強烈的“電動、科技”的視覺暗示，且參數化設計給“漸變”提供了更加未來的表達方式，在打破原有分型邊界的造型中得到了很好的發揮，例如奧迪Acion 的前燈，奔馳Smart Vision EQ fortwo 的車窗，如圖13 所示。

圖11 電動汽車輪輞造型

圖12 電動汽車車燈設計

圖13 電動汽車上的參數化細節

4.4 趨勢總結

在整體比例姿態上，電動汽車會傾向于使用更長的軸距，更短的前后懸（相比傳統內燃機汽車），車輪向“四角”布置，且車輪的直徑更大。A 柱與C 柱的傾角更大，同時A 柱前移，整車更接近于“單廂車”的特征，在車型上不斷突破以往的車型分類。特征線與型面處理上，造型更為簡潔，減少特征線與曲面變化，或轉向通過“曲面結構”來塑造造型特征。細節設計上，與整體的曲面處理相協調，造型更為簡潔，增強幾何化元素與燈帶的運用，并融入參數化設計。在車燈與格柵的處理上，打破原有的設計，結合品牌特征探索更多的前臉形式。

5 結語

汽車作為最復雜又最貼近人們日常生活的工業產品之一，其造型設計的發展也非常復雜，受到很多因素的共同影響，是整個社會發展的結果。除了工程技術的發展對外觀造型帶來的促進和限制，就審美本身而言，其發展也受到社會各個方面的影響，作為產品，其設計還有表達產品屬性的需求。總之，工程技術上，電動汽車從總布置角度給汽車設計帶來很多的突破，同時也提出了減小風阻的要求。從審美和視覺的角度，電動汽車為了與傳統內燃機汽車區分開，吸收了很多電子產品的設計語言，同時又受到極簡主義的影響，其造型的總體趨勢更傾向于簡潔、純粹，強調邏輯感。

中國汽車產業起步較晚，較國際一線汽車大國仍有一定差距，而電動汽車的發展給了中國汽車產業新的機會。在中國政策扶持、電驅技術積累的影響下，電動汽車在中國得到了高速發展。然而目前中國電動汽車造型現狀仍然較為落后，造型語言老舊，基本沿用傳統內燃機汽車的造型特征，只有少數品牌跟隨潮流做出了一些有意義的嘗試，電動汽車造型設計仍有很大的提升空間。但是電動汽車作為新興事物，其造型設計不能盲目推新，需要考慮消費者的審美變化和接受能力，同時，我國各類消費者之間也存在著巨大差異，例如一線城市的年輕人接受能力更強，在文化和審美上更為前衛，傾向于更為未來的造型；而小城市的中年人仍然觀念老舊，對新的造型語言接受能力差，這需要企業針對目標市場進行有計劃的變革。在追隨世界主流設計潮流的同時，還要從追隨者轉化為引領者，需結合中國文化特點與品牌特征，創新出屬于自己的電動汽車造型設計語言。

由于汽車本身的商品屬性，要想進一步擴大優勢，讓中國電動汽車立足于世界，良好的造型設計是非常重要的。把握電動汽汽車的造型特點，深刻理解其發展趨勢，才能促進中國電動汽車產業更好地發展。