TRIZ理论技术冲突解决原理在汽车造型设计中的应用

摘 要：动力性与舒适性、安全性的矛盾，是困扰汽车外形设计的两对基本矛盾。TRIZ理论是指导创新活动的重要理论，本文应用TRIZ理论技术冲突解决原理移除汽车外形设计上的两对技术矛盾进行了探索。

关键词：技术冲突；汽车造型；创新设计

0 引言

现代汽车外观造型在优化动力性、舒适性和安全性的同时，产生了动力性与舒适性、动力性与安全性的两对矛盾，如何通过创新设计解决困扰汽车外形设计的两对矛盾是产品设计的根本目的。

TRIZ理论是指导创新活动的重要理论之一，它帮助引导设计人员在方案设计阶段快速地产生具有创造性的设计方案，利用TRIZ技术冲突解决原理可以很好地解决动力性与舒适性、安全性的矛盾等汽车造型设计问题。

1 TRIZ理论技术冲突解决原理

1.1 TRIZ技术冲突及其解决原理简介

TRIZ是俄文“发明问题解决理论”的词头。它是前苏联阿奇舒勒（GS Altshulle）及其领导团队，在研究世界上近250万件高水平发明专利的基础上提出的创新理论。

技术冲突是TRIZ理论中与产品创新相关的物理冲突、技术冲突及管理冲突3类冲突之一。技术进化原理是发明问题解决理论的核心，而解决冲突是技术系统进化的推动力。

技术冲突是指一个作用同时导致有用及有害两种结果，为了消除技术冲突，必须把组成冲突的两个方面用39个标准工程参数进行表示，即把实际工程冲突，转化为一般的或标准的技术冲突。在此基础上，利用40个发明创造原理创建的冲突矩阵找到消除技术冲突的解，进而找到问题的解决方案。图1是利用TRIZ进行冲突求解的全过程。

1.2 冲突解决原理的应用扩展

TRIZ技术系统进化理论发现并确认了技术系统进化模式，以及技术进化路线；而且，技术进化模式与进化路线具有可传递性，在一个工程领域中总结出的进化模式、进化路线也能在其它领域实现。

冲突解决原理由原来擅长的工程技术领域分别向自然科学、社会科学、管理科学、生物科学以及工业、建筑、微电子、化学、生物学、社会学、医疗、食品、商业、教育等应用领域拓展[1]。在广告设计[2]、建筑设计[3]等产品创新设计领域也得到发展。同理，可以推定TRIZ理论同样能解决汽车外形创新设计的问题。

2 应用冲突解决原理移除汽车造型设计的两大基本冲突

产品创新的标志是消除或移走设计中普遍存在的冲突，从而产生新的解决方案。TRIZ理论独特的冲突解决原理为我们解决两大冲突设计提供了全新的可实现的路径。

2.1 动力性与舒适性冲突的移除

乘驾舒适需要足够的车内空间，这就意味着必须增加汽车外型的尺寸，尤其是横截面尺寸的增加，但如增加汽车的迎风面积，势必直接影响汽车的风阻系数。随着汽车技术的发展，汽车的速度越来越高，动力性与舒适性的矛盾就越来越突出。

研究表明，车速在70km/h左右时，克服风阻所消耗的功率就会超过克服路面阻力所消耗的功率。如果速度超过100km/h，绝大部分的功率就消耗在克服风阻上了，可见车身造型对于汽车行驶阻力的影响十分巨大[4]。

由汽车外形决定的空气阻力占到全部阻力的58%，干扰阻力约占整个空气阻力的14%，可以说，空气阻力系数主要是由这两部分产生的，所以，当汽车行驶的速度提高时，其燃油消耗也在不断增加，实验表明空气阻力系数每降低10%，燃油可节省7%[5]。

动力性与舒适性的矛盾转换成TRIZ技术矛盾冲突，就是速度与能量损失的矛盾冲突，希望改善的工程参数“汽车行驶速度”与恶化的参数“能量损失”的技术矛盾解决。根据TRIZ冲突解决矩阵表得出冲突矩阵集合两个工程参数给出了推荐的发明原理。

根据实际情况，选取（14）曲面化和（35）改变性质两条发明原理。以头部为例，当改变汽车前端设计参数，使前端设计尽量曲面化，外形接近流线形，并减小车头部的正面投影面积，CD值会明显下降。从而得到了更好的空气动力性[6]。所以，轿车车身应该尽量设计成流线型，横向截面面积不要太大，车身各部分用适当的圆弧过渡，尽量减少突出车身的附件。

成功案例当属福特Probe V概念车，此款车的外形成流线型、整个车身低矮、前低后高呈楔形，前部圆滑，车身后部做成逐渐收缩状，接近于理想的造型使福特其风阻系数（0.137）保持世界最低。

2.2 动力性与安全性冲突的移除

流线型可以减少空气阻力，产生高速度。但是，流线型汽车也有它的弊病。流线型车身的纵截面与飞机机翼的形状相似，高速行驶时会产生升力，使方向盘发飘，影响驾驶稳定性。如果车速进一步提高到时速100km以上，后轮的附着力也会减小，因后轮腾空会导致驱动力大幅度下降。根据风洞试验的结果，和汽车静止时相比，时速为100km时，汽车的附着力减少1/8; 时速150km时，减少1/4; 204km时，减少1/2[7]。遇到横向风时，车身可能会摆动，有脱离行驶轨道的危险。

由上述分析，一般流线型车型，如甲壳虫汽车、鱼型车，高速行驶时容易出现两个问题。一是受到侧风车身产生摆动；二是上升力导致的附着力减小驱动力下降。根据TRIZ理论，此问题归结为“结构的稳定性”。由此，动力性与安全性的矛盾，就转化为速度与结构稳定性的TRIZ技术矛盾冲突。

由上面技术冲突解决问题矩阵表给出的原理中，首先应用第二条原理:抽取，从物体中抽出产生负面影响的部分或属性，车身发飘和侧偏安全隐患的产生，是由于流线型车身的纵截面与飞机机翼的形状相似，从车体上方流过的气体一定比从车体下方流过的快，便会产生一股浮升力。随着速度的升高，下压力的损失会逐渐加大，上升力也随之加大。

然后应用第三条原理:局部质量：将物体、环境或外部作用的均匀结构变为不均匀的，让物体的各部分处于完成各自功能的最佳状态，或新增原理第71条部分或局部弱化有害影响原理，弱化或消除这一有害影响。首先想到的是在车身上装上一个翼，提供与升力相反方向的力，但是由于翼的自重较（下转第9页）（上接第6页）

大，安装困难且空气阻力大而没有被采用。后来又想到在车身上安装前后扰流器，产生了“鸭尾”造型。沿车顶流动的空气，遇到“鸭尾”，产生向下的作用力，使后轮的地面附着力增大，特别是后轮驱动高速行驶时效果更加明显。

3 结论

TRIZ理论能够为设计问题的解决提供成熟的理论体系和方法，其快速简捷地获得解决方案的过程验证了TRIZ理论在汽车造型设计中的重要意义。

参考文献：

[1] 赵新军.技术创新理论（TRIZ）及应用.北京:化学工业出版社，2004.

[2] www.省略/archives/2005/04/01.pdf.

[3] www.省略/archives/2001/07/b/index.Htm.

[4] 谷正气.汽车空气动力学[M].北京:人民交通出版社，2005.

[5] 关欣、李陆山.空气动力学与汽车外形设计.[J]知识就是力量.2002.

[6] 黄向东.汽车空气动力学与车身造型[M].北京:人民交通出版社，2000.

[7] 杜广生.汽车空气动力学[M].北京:中国标准出版社，1998.