淺談工程區(qū)域限制模型對(duì)汽車儀表板內(nèi)飾設(shè)計(jì)的重要性

劉麗佳，覃鵬飛

(上汽通用五菱汽車股份有限公司,廣西柳州 545007)

0 引言

內(nèi)飾造型設(shè)計(jì)受到工程約束限制較多，外有外飾造型邊界及關(guān)聯(lián)零件的布置約束，內(nèi)有總布置人機(jī)操作、內(nèi)空參數(shù)的約束，同時(shí)材質(zhì)工藝、零件成型工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略、成本策略、市場定位等都會(huì)對(duì)內(nèi)飾造型設(shè)計(jì)產(chǎn)生很大的約束。所以最好從創(chuàng)意效果圖前期就輸入市場定位策略、總布置參數(shù)及工程區(qū)域限制模型，以保證創(chuàng)意設(shè)計(jì)在比例上、設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)性上更接近真實(shí)，避免出現(xiàn)實(shí)物模型與效果圖不符的尷尬，減少前期創(chuàng)意設(shè)計(jì)上大的顛覆，同時(shí)數(shù)字設(shè)計(jì)階段空間約束上有足夠的、全面的工程區(qū)域限制模型支撐并與創(chuàng)意有更多的、充分的溝通交流，找到工程區(qū)域限制模型與創(chuàng)意設(shè)計(jì)的平衡點(diǎn)。

1 工程區(qū)域限制模型

工程區(qū)域限制模型就是將所有關(guān)聯(lián)工程區(qū)域如總布置、內(nèi)外飾、車身、空電、CAE、動(dòng)力等區(qū)域零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則且彼此無沖突矛盾的準(zhǔn)則集成在一起，所組成的工程準(zhǔn)則集成模塊。在造型設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，工程區(qū)域限制模型是從少到多、從粗到細(xì)、從量變到質(zhì)變的過程，貫穿于造型設(shè)計(jì)開發(fā)的始終。

2 儀表板區(qū)域工程區(qū)域限制模型

儀表板是各種操縱控制和顯示的集成部件，既講究美觀性、實(shí)用性，也要講究安全性，所以儀表板的造型設(shè)計(jì)是整個(gè)內(nèi)飾設(shè)計(jì)的重中之重，是整個(gè)內(nèi)飾設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)所在。好的儀表板造型設(shè)計(jì)會(huì)給客戶帶來視覺的享受，也會(huì)在欣賞美之余體驗(yàn)使用上的方便舒適、駕駛上更強(qiáng)的操控性及安全感。儀表板的造型設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)是最為復(fù)雜的，設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)的工程區(qū)域也是最多的，外觀材質(zhì)、色彩定義及各類精致精細(xì)等動(dòng)態(tài)、靜態(tài)的感知要求也是最多的，搭接匹配形式也是最多最復(fù)雜的。所以要盡量梳理清楚思路，將完善準(zhǔn)確的工程區(qū)域限制模型提供給造型創(chuàng)意設(shè)計(jì)、油泥模型設(shè)計(jì)、數(shù)字設(shè)計(jì)，避免不必要的反復(fù)。

作者將儀表板區(qū)域限制模型輸入分為儀表板邊界輪廓工程區(qū)域限制模型、信息顯示區(qū)域工程區(qū)域限制模型、空調(diào)出風(fēng)口工程區(qū)域限制模型、操縱開關(guān)按鈕布置工程區(qū)域限制模型及安全碰撞工程區(qū)域限制模型。

2.1 儀表板邊界輪廓工程區(qū)域限制模型

2.1.1 儀表板上部邊界工程區(qū)域限制模型

儀表板前端上部邊界的確定和外飾Cowl Point、前擋風(fēng)玻璃、下視野線有很大關(guān)系。感知上要求盡量減小車內(nèi)可視黑邊寬度，同時(shí)在黑邊以下10 mm以保證制造公差內(nèi)儀表板結(jié)構(gòu)不會(huì)外漏的要求，制定出標(biāo)準(zhǔn)截面來約束限制前端儀表板大面的Z向位置，儀表板橫向大面走勢是由中間最高到兩側(cè)慢慢降低做出一定的弧度，具體效果由創(chuàng)意來把控，到兩側(cè)需要綜合與門飾板搭接的過渡區(qū)域效果。

2.1.2 儀表板左右兩側(cè)邊界工程區(qū)域限制模型

現(xiàn)在內(nèi)飾設(shè)計(jì)比較流行環(huán)抱設(shè)計(jì)以提高舒適感、安全感，整個(gè)環(huán)抱設(shè)計(jì)有很明顯的曲線特征的連貫性，該特征從儀表板一直貫穿到門飾板區(qū)域，所以儀表板兩側(cè)的邊界確定直接影響到儀表板上部相關(guān)其他特征及零部件如側(cè)出風(fēng)口、側(cè)除霜口的位置，也直接影響到門飾板關(guān)聯(lián)特征的走勢匹配。具體方法主要是根據(jù)外飾A柱位置及密封面，預(yù)留出線束、天窗水管的結(jié)構(gòu)尺寸，結(jié)合A柱上飾板與密封面的配合關(guān)系繪制出標(biāo)準(zhǔn)截面，從而確定A柱飾板Y向位置，同時(shí)兼顧考慮儀表板強(qiáng)度要求，推算出儀表板環(huán)抱特征的左右起始位置。

2.1.3 儀表板下部邊界工程區(qū)域限制模型

儀表板下邊界Z向上考慮駕駛員制動(dòng)踏板及加油踏板時(shí)的腳部、腿部空間要求，副駕駛側(cè)保證在橢圓最低點(diǎn)位置空調(diào)箱不外漏。擋板X向后極限的位置需要滿足碰撞腿部空間要求,正面碰撞一般要求膝部碰撞按照膝蓋繞腳部踵點(diǎn)向前移動(dòng)100 mm的距離內(nèi)不可與膝部擋板干涉，且膝部先碰、小腿后碰的原則，同時(shí)保證手套箱滿足開啟開度要求的前提下，與副駕駛的腿部空間要求在10 mm以上。擋板X向前極限位置，駕駛側(cè)需要滿足與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模塊安全距離要求，副駕駛區(qū)域需要考慮擋板與空調(diào)箱是否過近，避免手套箱儲(chǔ)物空間過小。

2.2 信息顯示區(qū)域工程區(qū)域限制模型

信息顯示區(qū)域需要滿足信息可視無遮擋，各種光源入射到組合儀表、導(dǎo)航屏幕均無反射光線入射駕駛員眼中造成炫目現(xiàn)象，以保證駕駛員行車安全，所以對(duì)信息顯示器位置、角度、高亮材質(zhì)定義、遮光罩長度、儀表玻璃面罩曲率等都有很多要求，具體逐一說明如下。

2.2.1 組合儀表區(qū)域工程限制模型

組合儀表區(qū)域包括組合儀表罩工程區(qū)域限制模型及組合儀表遮擋范圍工程區(qū)域限制模型[1]。

(1)組合儀表罩工程區(qū)域限制模型用于太陽直射、斜射反光問題校核，如圖1所示。工程區(qū)域限制模型包括工程準(zhǔn)則如下：①駕駛員上、下視野要求；②上視野與前擋風(fēng)玻璃交點(diǎn)與組合儀表表盤最下點(diǎn)連線作為太陽入射光線；③方向盤以設(shè)計(jì)狀態(tài)做出手部操作包絡(luò)；④眼橢圓通過方向盤可視視野線。

圖1 組合儀表帽檐工程區(qū)域限制模型

要求：①組合儀表罩不能遮擋下視野線； ②組合儀表罩必須能夠遮擋前擋玻璃的強(qiáng)光入射，但不能侵入方向盤手部操作包絡(luò)；③組合儀表罩需落在強(qiáng)光入射線、駕駛員視野線及方向盤手包絡(luò)線圍成的三角區(qū)域內(nèi)。以上約束對(duì)組合儀表罩的長度有很明確的遮光要求，造型數(shù)據(jù)階段需要按此限制模型進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(2)組合儀表護(hù)罩工程區(qū)域限制模型用于夜間發(fā)光字符標(biāo)識(shí)在側(cè)窗玻璃投影是否與外后視鏡可視區(qū)域重疊的校核。夜間組合儀表轉(zhuǎn)速表、時(shí)速表及其他標(biāo)識(shí)字符夜間發(fā)光會(huì)反射投影在側(cè)窗玻璃上，如果發(fā)光字符投影區(qū)域落入外后視鏡鏡面位置(如圖2所示)，會(huì)導(dǎo)致駕駛員無法通過后視鏡看清楚車輛后方情況，對(duì)駕駛員行車安全產(chǎn)生很大的影響。投影的位置與側(cè)窗玻璃曲率、組合儀表表盤位置、組合儀表玻璃面罩曲率、組合儀表罩及炮筒遮擋長度有很大關(guān)系，對(duì)造型上儀表罩及炮筒的感官深度、零件的成型實(shí)現(xiàn)性都關(guān)系緊密，此項(xiàng)檢查在設(shè)計(jì)前期是非常重要的車內(nèi)炫光分析的檢查項(xiàng)目之一。

圖2 組合儀表夜間投影與外后視鏡可視區(qū)域重疊

正確的炫光分析結(jié)果應(yīng)該是組合儀表發(fā)光字符標(biāo)識(shí)投影在外后視鏡可視區(qū)域之上(如圖3所示)，以避免駕駛員行車觀察后方情況時(shí)被發(fā)光字符干擾，造成安全隱患。

圖3 組合儀表夜間投影與外后視鏡可視區(qū)域?qū)嵻囆Ч?/p>

(3)組合儀表遮擋范圍的工程限制模型用于駕駛員通過方向盤讀取完整組合儀表信息的可視視野要求校核，要求組合儀表標(biāo)識(shí)不能落入方向盤阻擋區(qū)域[2]，如圖4所示。要求：①確定2D假人坐姿；②確定方向盤位置及相關(guān)造型方向盤數(shù)據(jù)；③總布置根據(jù)組合儀表表盤面到橢圓眼中心距離經(jīng)驗(yàn)值780～820 mm，組合儀表表盤面必須垂直于視野線，初步確定組合儀表表盤位置及角度；④組合儀表參考結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)與儀表板支架管梁距離要求一般最小5 mm,進(jìn)一步確定組合儀表位置。

圖4 組合儀表遮擋范圍工程區(qū)域限制模型

2.2.2 中控區(qū)域工程區(qū)域限制模型

中控區(qū)域工程區(qū)域限制模型主要需要確定導(dǎo)航屏幕位置，以滿足太陽光入射對(duì)駕駛員不產(chǎn)生炫光現(xiàn)象，且夜間導(dǎo)航屏幕信息顯示的各發(fā)光光源不落入視野B區(qū)，以減小對(duì)駕駛員行車時(shí)視野的干擾。

布置要求如下(如圖5、圖6所示)：

(1)導(dǎo)航屏幕與人視野線夾角要求，一般在82.5°～90°之間；

(2)導(dǎo)航屏幕夜間發(fā)光投影必須不允許侵入B區(qū)；

(3)導(dǎo)航屏幕太陽光反光校核；

(4)人機(jī)操作布置在輕松觸及區(qū)域。

圖5 導(dǎo)航屏幕布置位置要求示意圖

圖6 導(dǎo)航屏幕落入前擋B之上的實(shí)車效果

2.3 空調(diào)出風(fēng)口工程限制模型

2.3.1 出風(fēng)口工程區(qū)域限制模型

出風(fēng)口導(dǎo)向能力主要取決于出風(fēng)口的布置，即放置的高度及傾斜角。一般要求4個(gè)出風(fēng)口中，至少中間兩組或是兩側(cè)兩組可以滿足吹頭部、肩部、腹部3個(gè)區(qū)域跨度(如圖7所示)。

圖7 吹風(fēng)方向指向性要求

風(fēng)管布置要求，需要分析評(píng)估下出風(fēng)口與儀表板支架管梁的位置關(guān)系，出風(fēng)口高度上盡量在儀表板支架管梁上，避免風(fēng)管要繞過儀表管梁接到出風(fēng)口位置，需要很大的折彎，這樣就對(duì)吹風(fēng)不利、影響出風(fēng)量。造型出風(fēng)口大面位置與儀表管梁前后X向距離盡量大，以免出風(fēng)口后部結(jié)構(gòu)與儀表板支架管梁干涉。

所以在造型設(shè)計(jì)初期，工程區(qū)域要盡快根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)向管柱位置定下初版CCB管梁的位置，根據(jù)空調(diào)箱位置并用現(xiàn)有車型出風(fēng)口位置初步推算造型出風(fēng)口布置位置，輸入給造型，進(jìn)行造型前期設(shè)計(jì)，最好在效果圖階段就可以提供，以保證造型效果圖比例更加真實(shí)、準(zhǔn)確，避免后期大量反復(fù)比例失真的問題出現(xiàn)。

2.3.2 前、側(cè)除霜口工程區(qū)域限制模型

前、側(cè)除霜出風(fēng)口的功能是將氣流吹到前擋及側(cè)窗玻璃上，進(jìn)行除霜除霧或防止起霧起霜，以使得駕駛員能夠看清側(cè)后視鏡的對(duì)應(yīng)區(qū)域，此功能與駕駛安全密切相關(guān)，不但要美觀，位置、出風(fēng)面積是否達(dá)到要求都要進(jìn)行嚴(yán)格的CFD(Computational Fluid Dynamics)分析。

前除霜口在儀表板比較靠前的位置，工程區(qū)域一般提供前除霜口的中心位置(如圖8所示)，提供出風(fēng)口面積要求，同時(shí)感知要求車內(nèi)不可見格柵口，并要求一元硬幣不落入格柵內(nèi)。

圖8 前除霜口位置分析原理示意圖

側(cè)除霜風(fēng)口大多數(shù)布置在儀表板兩側(cè)，當(dāng)然也有布置在A柱飾板或門飾板上的，一般推薦把側(cè)吹窗出風(fēng)口設(shè)計(jì)在儀表板上，當(dāng)然具體看造型設(shè)計(jì)需求及結(jié)構(gòu)內(nèi)部風(fēng)管空間是否滿足布置要求。工程要求從側(cè)吹窗風(fēng)口面開始，以側(cè)吹窗風(fēng)口的瞄準(zhǔn)線為軸線，產(chǎn)生的角度為6°的圓錐面，一直到側(cè)窗玻璃的路徑中，不能有任何物體阻擋。側(cè)除霜口位置分析原理示意如圖9所示。

圖9 側(cè)除霜口位置分析原理示意圖

2.4 操縱開關(guān)及按鈕布置工程區(qū)域限制模型

市場部提供產(chǎn)品配置表，項(xiàng)目組確定開關(guān)開發(fā)策略，根據(jù)總布置提供輕松觸及區(qū)域，按照駕駛員使用習(xí)慣及工程硬件及軟件邏輯策略，進(jìn)行初版造型開關(guān)位置布置。

操縱開關(guān)及按鈕需要布置在駕駛員輕松觸及區(qū)域內(nèi)部，總布置提供3個(gè)可觸區(qū)域(按、扭及抓)，所有按鍵及旋鈕必須滿足規(guī)定的相關(guān)區(qū)域之內(nèi)，以保證駕駛員在正常駕駛姿勢下，可以很輕松、方便地操作按鍵及旋鈕，以保證駕駛員的行車安全性。

人機(jī)操作要求主要體現(xiàn)在手抓握高度、旋鈕直徑、按鍵或波輪寬度、操作空間要求等。

感知要求主要體現(xiàn)在按鍵型面處理、按鍵表面防錯(cuò)處理、按壓阻力大小、按壓行程大小、手摸開關(guān)棱角是否擱手等要求。

安全性上主要考慮對(duì)于安全要求較高的開關(guān)布置是否合

理、是否會(huì)導(dǎo)致誤操作等安全隱患，且對(duì)于凸出較高的開關(guān)需要做壓潰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以免在發(fā)生碰撞時(shí)對(duì)乘員頭部造成傷害。

2.5 安全碰撞工程區(qū)域限制模型

(1)儀表區(qū)域氣囊布置需要滿足氣囊爆破空間要求、布置空間要求、布置區(qū)域面差要求，以上對(duì)儀表板造型大面走勢有很大影響。

(2)方向盤、轉(zhuǎn)向管柱、組合開關(guān)、點(diǎn)火鎖都有碰撞壓潰要求，項(xiàng)目初期會(huì)設(shè)定管柱壓潰行程，要求在壓潰行程內(nèi)不與任何零件干涉，不可阻礙壓潰行程，以起到保護(hù)駕駛員的作用。

(3)滿足內(nèi)部突出物法規(guī)要求，圓角不小于3.2 m,高度大于9.5 mm，凸出按鈕需要進(jìn)行壓潰設(shè)計(jì)，保證碰撞壓潰后的高度小于9.5 mm。

3 小結(jié)

儀表板的造型設(shè)計(jì)開發(fā)過程關(guān)聯(lián)區(qū)域較多，對(duì)于造型設(shè)計(jì)來說，設(shè)計(jì)前期更多是被輸入方，這就需要設(shè)計(jì)初期就有集成全面、準(zhǔn)確的工程區(qū)域限制模型輸入到造型區(qū)域，以避免造型設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)之間出現(xiàn)過多的矛盾，使造型所輸出的效果圖方案失去更多的真實(shí)性，造成后期出現(xiàn)大量更改反復(fù)甚至顛覆性的工作，影響項(xiàng)目開發(fā)節(jié)點(diǎn)。

造型設(shè)計(jì)是美學(xué)與工程學(xué)的集成學(xué)科，找到造型設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)的平衡點(diǎn)，能夠用準(zhǔn)確的工程區(qū)域限制模型支持造型開發(fā)設(shè)計(jì)進(jìn)而提供具有可實(shí)現(xiàn)性的造型設(shè)計(jì)方案具有很重要的意義。

參考文獻(xiàn):

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