“智能电动”引领汽车设计质的飞跃

智能汽车电子与软件 2024-03-07 17:00

【50份好礼】首发直播：解密Keysight最新模拟信号源 精密双向电流感应放大器设计方案

关注公众号，点击公众号主页右上角“ ··· ”，设置星标，实时关注智能汽车电子与软件最新资讯

随着我国汽车工业不断加速电动化和智能化进程，我国自主品牌汽车开始打造具有标识性的品牌形象，整体设计水平明显提升，车型设计也有了质的飞跃，体现出中国特色。

作者：李晓月皇夏露李欣宋晓鹏

注：皇夏露、李欣、宋晓鹏等同于第一作者

自19世纪80年代卡尔·本茨发明了内燃机汽车后，现代汽车工业已经走过了一百多年的历史。进入21世纪后，随着电池技术的突破，更加环保节能的电动汽车终于迎来了历史机遇，特斯拉的成功使得电动汽车再次复兴；5G、人工智能、云计算、大数据、物联网等信息技术的迅猛发展和应用，使得智能化技术在汽车领域扮演越来越重要的角色；汽车工业进入到电动化、智能化、网联化的发展阶段。

在“智能电动”的道路上，我国自主品牌企业实现弯道超车，走在了汽车产业发展的前端。

在技术上，我国在电池、电机、电控系统等关键技术领域取得新进展，已形成了完整的汽车产品技术研发、生产制造产业体系。

在市场上，众多传统车企、科技公司以及造车新势力，成功塑造了专注于用户体验、科技创新和解决消费者里程焦虑痛点的鲜明品牌形象，形成多元化市场格局。

在设计上，电动化和智能化使得汽车设计拥有了更高的自由度，为汽车整车、内饰及人机交互设计等带来重大变革。国产汽车品牌抓住时代赋予的机遇，培养和引进优秀设计人才，融入中国传统文化，打造具有标识性的品牌形象，整体设计水平出现质的飞跃。

整体外型呈现低风阻、科技化

汽车动力和传动系统的改变带来了车身结构和造型上的重大变化。作为工业产品，汽车造型设计要受到动力系统、传动系统、悬挂系统的限制。电动汽车动力电池普遍平铺在底盘，体积较大的内燃发动机被较小的电动机取代，没有变速箱等机械结构的限制，发动机舱空间可以进一步压缩，A柱的位置更灵活。前脸不需要大面积的散热格栅，尾部不需要排气系统，外观造型设计更加自由，汽车设计的比例和姿态可以呈现更多可能。

在纯电动车型上，由于安放电机只需要在前后轴预留较小的体积，在不增大车身外围尺寸的情况下，能够尽可能扩展轮距和轴距，将汽车的四轮布置到车身的四角，实现“四轮四角”的设计。比较典型的有广汽埃安AION Y、高合HiPhi X、大众ID.3等，它们拥有相对较短的前后悬、较长的轴距。当然，电动汽车也可以在车头预留较多空间，整体比例延续跑车的高级感。如小鹏P7等车型。

广汽埃安AION Y侧面

高合HiPhi X侧面

为减少续航里程焦虑，电动汽车的外形设计偏向于低风阻的设计。很多汽车的车头都比较圆润，下部有的取消进气格栅，或者对格栅进行封闭处理，或者仅保留较小的进气口。考虑到车尾对风阻系数的影响，普遍流行的方式是车身采用流线型，车尾采用溜背式设计，呈现出较为明显的线条。

为实现更低的风阻系数，很多车型除了前圆后方的流线型设计外，还对车身外部造型细节进行了大量优化。一些车企采用空气动力学轮毂设计，搭配车辆侧方的导流腰线；一些车企采用全景天幕、无框车门、隐藏式门把手、电子外后视镜等隐藏式设计，这样也能在一定程度上降低风阻，使得车身线条更加简洁，更具有科技感。

在具体的车型设计上，如吉利银河E8前脸设计简洁，车身采用大溜背式的设计，采用了低风阻封闭气动轮毂、隐藏式门把手等设计，该车的风阻系数仅为0.199Cd。智己L7前脸为封闭式的格栅，前包围处有贯穿式的散热口，散热口上有大量“直瀑状”的饰条，侧面车顶采用悬浮式车顶和溜背造型，线条流畅，风格时尚，腰线采用贯穿式设计，门把手采用隐藏弹出式造型，能够起到降低风阻的作用，风阻系数为0.210Cd。

吉利银河E8

智己L7

在色彩设计上，电动化、智能化赋予了汽车移动的、信息化的生活空间，汽车色彩的选择更注重体现电子产品的科技感。综合智能属性和审美趋势，除了传统的黑白灰外，车企多选取低纯度和高明度的莫兰迪色系，用轻浅明快的色调凸显了电动车的纯净环保，以“高级感”的低纯度审美来赢得目标用户的喜爱。如蔚来ET5、比亚迪海豹均采用莫兰迪色系的色彩配置。

内饰设计更具科技感和高级感

互联网时代下各种科技的加入，使得汽车内饰设计更加智能，具备更强的科技感和高级感。汽车人机交互软硬件技术水平快速迭代，带来了汽车操作方式的整合变化，如中控区方向盘集成的多功能按键、电子换挡、电子手刹、触摸式按键等，功能整合简化让轻薄横向的仪表台布局更加简洁时尚。

液晶仪表盘显示车辆各系统的工作状况，中控大屏可显示车辆状态、娱乐信息以及车联网信息，HUD（抬头显示）被越来越多的汽车厂商使用，AR-HUD（增强现实抬头显示）可以显示车速、驾驶辅助系统的相关信息。三者各司其职，还能相互联动，提升了车辆中控区的使用便利度。

随着消费者需求的不断提升，汽车的功能逐步向电子消费品转变，用户对手机、平板等电子产品的消费喜好和习惯，逐渐迁徙到车载系统中。从单独中控大屏到联动双屏再到多屏联动，车载屏幕呈现高端化、大屏化、多屏化、联屏化的趋势，承载了越来越多的人机交互功能和体验。在屏幕数量增加的同时，屏幕尺寸也在不断增加，屏幕位置更加多样，多屏联动成为主流。仪表屏、方向盘屏、中控屏、副驾屏、车顶屏、后排屏等逐渐在各大车型上搭载，既能为用户展示更丰富的内容，又更加方便用户的使用。

如红旗E-HS9配置了由全液晶仪表盘、中控显示屏和副驾显示屏（“三联屏”）和一面中控下部显示屏、两面后排座椅屏和后排中央扶手大屏，组成的七屏娱乐系统，还配备了AR-HUD系统，投影距离达到7.5米，全彩可视距离覆盖40米，投影面积达到44英寸，可以将导航和驾驶信息投射到道路上以方便安全驾驶。

红旗E-HS9中控、屏幕、AR-HUD设计

红旗E-HS9后排空间设计

上汽飞凡R7配置的AR-HUD，其高分辨率带来更细腻的画质体验，减少了显示文字的边缘毛刺感，在正午强光环境下，也能提供稳定清晰的高亮画面；具备自动侦测环境亮度功能，可自动调节HUD照明亮度，减轻驾驶员在光照条件变化之后眼睛出现的短暂不适感；还搭载了雪地模式，打开后即可将显示颜色切换为绿色，可避免在雪地中行车白色导致看不清的问题。

智能技术使灯组动态外观更丰富

汽车车灯是设计与技术的融合。随着LED大灯替代卤素大灯，车灯的动态外观更加丰富和智能。

在前大灯的设计中，矩阵式大灯内部有多颗LED，将大灯内部LED光源编组，通过不同的配光图形可实现随动转向、精确照明、控制照射范围、动态转向灯、大灯提醒行人等多项动态的灯语，用以提升夜间行车安全。多变的动态效果更加展示灯光的功能属性和装饰属性。

智己、高合等车型采用的DLP像素式大灯不仅可以实现矩阵式大灯的功能，还可以通过供应商提供的编程功能实现多种个性化的照明模式。如智己L7的DLP大灯可以实现光束、光毯、投射斑马线等功能，高合车型的DLP大灯可实现低速转向辅助、盲区变道警示、行驶轨迹预测、车道偏离提示、行人追踪提示、行人引导让行、车辆追踪遮蔽等功能。

在尾灯的设计中，贯穿式尾灯能够实现灯光动态的复杂变化，最主要的功能是具有安全优势，夜晚点亮之后的辨识度更高，能够让车辆在后方更容易发现和识别，设计上也增添了酷炫感。在内饰灯的设计中，丰富的色彩变化更多地使用在内饰氛围灯中，可根据汽车内饰主题风格，改变灯光的主色调。

人机交互媒介和技术快速迭代

汽车人机交互（HMI）是汽车智能化的重要体现。科技的进步、消费者需求的升级、互联网新势力造车崛起，都使得人机交互设计不断创新且快速迭代。汽车的智能交互方式上，既有车外交互，也有车内交互，既有行人、驾驶员、乘客与汽车的交互，也有车与车的交互。

目前，汽车的交互媒介包括汽车仪表屏、中央控制显示屏、副驾影音娱乐屏、后排乘客屏、方向盘操作按键、抬头显示虚拟界面、智能后视镜、A柱显示屏、手机端远控屏、车辆内部按键、拨杆机构、顶棚操作按键、中央扶手操作区、灯光、车窗等。

驾乘人员可以通过视觉、听觉、触觉、嗅觉与汽车进行交互，如视觉看到的图像、文字（屏幕、抬头显示、车窗显示呈现的内容），触觉的碰（点按、拖动、滑动、双指动作、空中手势、振动反馈等），听觉的声音（语音指令、语音提示、声音反馈），嗅觉的气味（空调、香氛）等。

蔚来NOMI

比如，蔚来汽车在座舱前方中央位置的圆脸机器人NOMI，能够通过声音、表情、动作与驾乘人员实现智能语音交互。岚图FREE在人机交互方面提供了4种手势交互，用户可通过手势控制让车辆快速执行相关功能，如做个“嘘”的手势会自动降低正在播放的音乐的音量，做个“耶”的手势能自动拍照。

目前，汽车内人机交互设计理念以用户为中心，通过人工智能技术、车内车外的感知技术，正从“功能感知交互”向“主动认知交互”发展。

在具体的发展趋势上，从“屏幕触控、按键为主”的交互方式，向包括语音交互、眼球跟踪、手势交互、声源定位、人脸识别、视频检测、全息影像等在内的“自然交互”方式转变；从被动交互向主动交互转变，基于汽车的动态状况和驾乘人员的肢体信息，通过车载传感器和控制器，汽车可主动地提供决策建议，自动提供内容或服务，在安全范围内实现辅助驾驶、智能情感交互等。

长安UNI-T

如广汽埃安智驾版配备了声纹识别和情绪识别，可进行表情与声音识别，然后针对性地播放情绪歌单，也可监测驾驶员姿态，比如抽烟会自动开窗。长安UNI-T2020除了吸烟监控提醒外，还有疲劳驾驶提醒，在主驾位置左侧设置有摄像头，可通过摄像头的人脸识别实时监控驾驶行为和疲劳状态。

在人机交互系统上，目前大多数汽车企业都推出了人机交互系统，除了车企自主开发交互设计外，谷歌、苹果、华为、阿里巴巴、腾讯等互联网公司也不断涌入车机赛道。基于各厂家不同的设计理念，控制方式、操作流程和控制区的设计各有特色。

国产车型设计体现中国特色

以比亚迪为例，比亚迪是国内新能源汽车的佼佼者，其产品线丰富，仅“王朝”系列中就已经诞生了秦、汉、唐、宋、元五大系列产品。2016年，前奥迪设计师沃尔夫冈·艾格加入比亚迪后，结合中国本土元素勾勒出“Dragon Face”龙颜设计语言，这是王朝系列采用的家族化设计语言。“Dragon Face”设计语言以“印象”“科技”“文化”为关键词，将中国传统文化与西方工业设计美学融会贯通，使得比亚迪汽车在颜值上有了质的飞越。

比亚迪龙颜设计语言

比亚迪“汉”外型设计

作为战略车型，“Dragon Face”设计语言在比亚迪汉车型上体现得淋漓尽致。

比亚迪汉纯电版车型前脸采用封闭式的设计，整个轮廓犹如跑车的曲面设计。全机舱盖的起始位置比常见的车型更低，前脸的弧线更圆润，勾勒出流畅的线条。车头延伸出两条银色饰条，延伸至两侧翼子板，设计师将其称为“龙须式”设计。侧面设计上运用大量线条，贯穿车身的腰线营造出一种俯冲的姿态，后翼子板处则采用转折后拱起的设计，以此展现力量感。车侧采用隐藏式把手、水滴式后视镜和低风阻轮圈，进一步降低风阻。尾部融入龙爪设计的贯穿式尾灯和多处横向线条的搭配，凸显视觉宽度感，尾部微微抬起的鸭尾能增强车身的下压力，提高整车的空气动力学性能。其内饰设计从中国建筑设计中汲取精髓，中控台的设计融入丰富的曲线，悬浮式大中控屏放在中心位置，所有显示和功能区域都沿着中轴线延展到左右车门，层次感十足。车载系统集成DiLink智能网联系统，整车可进行OTA（空中下载技术）升级，并配备了L2级自动驾驶汽车技术。方向盘底部有一块小屏幕，可与车上的驾驶辅助功能进行联动，如发生车道偏离时，车辆会进行报警。

比亚迪汉的外型和内饰设计集中体现了国内品牌在电动化、智能化发展阶段的设计特点。近年来，我国汽车设计之所以取得飞速发展，除了受益于技术方面的积累外，还得益于优秀设计人才的培养与引进，与中华优秀传统文化的结合。

比亚迪内饰设计

中国汽车设计行业尽管起步较晚，但随着时间的推移，在数十年的发展中已经培养出一批本土设计师。与此同时，各大车企纷纷引进国际高端设计人才，从全球各大知名品牌引进设计高管，其中不乏曾经效力于兰博基尼、劳斯莱斯、法拉利、奔驰、宝马、大众的设计首席或总监。

同时，自主品牌进入发展新阶段后，车型设计更加注重与我国优秀传统文化相结合。不但在新车型开发过程中加入民族元素，还在设计思路和模式中引入东方之道，将中华民族的文化自信深深融入国产汽车的设计中。如前述比亚迪王朝系列的龙颜设计语言、吉利银河“很中华、不传统、更快乐”的设计理念……都植根中华文化，又兼容现代科技。

汽车整车及零部件专利申请趋势分析

外观设计专利申请是一种规范化的商业情报，在市场分析中结合外观设计专利申请状况的分析，能够清晰地发现市场的变化趋势。我国汽车产业的发展在汽车整车及零部件外观设计专利申请量上亦有所体现。

我国整车外观设计专利申请量变化分为三个阶段：2004-2012年间，专利年申请量较低，稳定在387-710件之间；2013-2017年间，专利年申请量呈爆发式增长，如2014年申请量由2013年的657件上升到1099件，2017年申请量则上升至1717件。这说明汽车企业在2013年之后对整车类外观保护的需求激增，对外观设计专利申请的重视程度加大；2018-2021年间，专利年申请量较2017年有所回落，但整体申请量仍然稳定在较高的水平。

中国市场外观设计专利申请量

零部件外观设计专利申请量变化也分为三个阶段：2004-2014年间，专利年申请量由2098件逐年上升。其中，2012年之后的3年，申请量稳定在7700件左右；2015-2019年间，专利年申请量呈爆发式增长，2019年申请量上升至1.55万件。这说明车企在这一时间段内对零部件类的外观设计专利保护的重视程度增强；2020-2022年间，专利年申请量有所波动，但整体申请量仍然稳定在较高的水平。

通过上述统计分析可以看出，我国汽车企业外观设计专利申请量在2014年之前，无论是整车还是零部件均呈缓慢增长趋势，其中，零部件的增长较快，在整车申请没有明显增加的情况下，体现了这一时期我国汽车企业零部件生产的本地化趋势。

近10年来是我国汽车工业电动化进程的高速发展期。2014-2018年期间，我国车企整车和零部件外观设计专利均呈现急速上升趋势，说明随着本地化零部件生产的不断发展，催生了车企更多的整车外观设计，同时，更多的整车外观设计，也带来了更多的零部件需求，两者相得益彰，共同推动我国汽车行业的良性发展。

GUI（图形用户界面）是汽车智能交互的可视化载体。自2014年GUI成为外观设计专利保护客体后，汽车相关GUI的设计历经多年的积累，在2016年的专利申请量达到了高峰。

由于新能源汽车的崛起，相关人机交互功能的逐渐完善，在随后几年中，汽车相关GUI的专利申请量一直保持增长态势。其中，占比最多的申请人来自中国大陆，其次是日本和中国台湾。由此也可以看出在汽车智能化发展大潮中，中国大陆的申请人无疑占据了主导地位。

2021年6月1日起，随着专利法第四次修改，局部外观设计被纳入了外观设计专利保护的范畴。对这两年多来汽车相关局部外观设计专利申请数据进行统计分析后，我们发现汽车用灯类产品及其部件占比高达31%，其次是车门、内饰、中控、车轮等汽车零部件的局部外观设计专利申请。

新的显示技术和人工智能技术的进步，使得传统仪表盘设计也发生了很大的变化，局部外观设计专利申请中也出现了很多智能表盘的设计。从中可以看出，局部外观设计的专利布局对汽车行业的蓬勃发展有着极其重要的推动作用，并慢慢成为行业发展创新的主要方向。

目前汽车工业处在电动化发展的中期，智能化发展的前期。随着汽车电动化、智能化技术进一步发展，当电动汽车逐步实现与燃油车相当的补能速度和续航体验，当自动驾驶技术逐渐发展到L5的水平，当绿色科技和虚拟技术融入日常的工作、生活和娱乐，汽车将成为未来生活场景中的一个智能载体，其外观设计的创新将会更加多元化、智能化、人性化。

国产品牌要牢牢把握核心技术突破这个关键，更多依靠技术创新，在设计上增强品牌的辨识度，积极向外开拓市场，从中国汽车知名品牌向世界知名品牌迈进。

（作者单位：国家知识产权局专利局外观设计审查部）

来源：《创意世界》2024年2月号

--END--

关注公众号，点击公众号主页右上角“ ··· ”，设置星标，实时关注智能汽车电子与软件最新资讯