汽車A柱視野校核方法研究

方 星，高麗平

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州545007）

0 前言

汽車A柱指的是位于前擋風(fēng)玻璃和前車門之間的柱子，對于目前常見的承載式車身而言，A柱可以提供更高的穩(wěn)定性和車身剛度，是不可或缺的車體結(jié)構(gòu)件。但是汽車在轉(zhuǎn)彎或者進(jìn)入彎道時，A柱或多或少都會遮擋駕駛者的視野，甚至有時不得不踩急剎車，存在一定的安全隱患?，F(xiàn)如今汽車行駛道路和駕駛環(huán)境越來越復(fù)雜，A柱視野的好壞不僅影響駕駛舒適性，還直接影響駕駛安全，A柱視野是衡量駕駛員視野好壞的重要指標(biāo)之一。本文主要對比研究了兩種不同的A柱校核方法，同時明確了前側(cè)窗玻璃導(dǎo)軌條在不同位置時的三種情況，對工程師在汽車設(shè)計中對A柱視野的優(yōu)化起到指導(dǎo)的作用。

1 A柱視野使用國標(biāo)G B11562-2014校核方法

國標(biāo)GB11562-2014《汽車駕駛員前方視野要求及測量方法》中明確要求了汽車單側(cè)A柱雙目障礙角不得超過6°，防彈車輛的單側(cè)A柱雙目障礙角不超過10°.若車輛的A柱是對稱設(shè)計的，則僅需測量駕駛員一側(cè)的A柱雙目障礙角[1]。A柱雙目障礙角測量方法如下。

駕駛員觀察其眼睛所在的水平面內(nèi)的目標(biāo)時頭部轉(zhuǎn)動的中心點稱為P點，P點的不同位置用P1和P2點來標(biāo)識。基于座椅設(shè)計參考點R點的坐標(biāo)來確定P點位置，它們的相對位置關(guān)系如下表1.

表1 P點相對于座椅設(shè)計參考點R點的位置尺寸

表1給出的是設(shè)計座椅靠背角25°時的數(shù)值，若不是25°，則需對P點的X、Z坐標(biāo)進(jìn)行修正，具體見GB11562-2014.

若座椅設(shè)計X方向調(diào)節(jié)行程超過108mm時，則需要對P點在X方向進(jìn)行修正，具體修正值如下表2所示。

表2 根據(jù)座椅設(shè)計X方向調(diào)節(jié)行程對P點X坐標(biāo)的修正值

在A柱上按圖1標(biāo)注的位置做兩個Z方向截面。S1截面：從Pm點向前作與水平面向上成2°的平面，過此平面與A柱相交的最前點作水平截面；S2截面：從Pm點向前作與水平面向下成5°的平面，過此平面與A柱相交的最前點作水平截面。

將S1，S2截面投影在P點所在的水平面內(nèi)，在該平面內(nèi)測量雙目障礙角，如圖2所示。E1和E2的連接線繞P1旋轉(zhuǎn)，使E1至左A柱的S2截面外側(cè)的切線與E1、E2連線成直角，從E1向左A柱的S2截面外側(cè)作切線和從E2向左A柱S1截面內(nèi)側(cè)作切線，從E2點作前一切線平行線，與后一切線所成的平面視野角度即為駕駛員(左)側(cè)的A柱雙目障礙角[1]。

在UG中對A柱視野使用國標(biāo)GB11562-2014進(jìn)行測量，測得目標(biāo)車型左A柱雙目障礙角為2.35°，如下圖 3 所示。

圖1 A柱上Z方向截面

圖2 A柱盲區(qū)測量

圖3 使用G B11562-2014校核A柱視野

2 A柱視野使用U G_A-Pillar obstruction模塊校核

（1）打開軟件UG，打開人體2D假人數(shù)模。

圖4 建立眼橢圓

（3）選中2D 假人上的 H 點，L31、W20、H70信息自動獲得，同時填入A40和TL23的信息，點擊Next，如圖5，即可獲得P點和E點數(shù)據(jù)，如圖6.

圖5 輸入H點信息

圖6 建立眼點

（4）在UG中裝配打開前側(cè)密封條組件、左前門玻璃升降系統(tǒng)、左前門總成、左側(cè)圍總成、擋風(fēng)玻璃系統(tǒng)、左前門三角板總成、左A柱上飾板總成、外后視鏡等屬于A柱定義范圍內(nèi)的零件，如圖7.

圖7 打開U G數(shù)模

（5）點擊UG_A-Pillar obstruction模塊，按照提示分別選擇GB-Chinese Standard和相對應(yīng)的眼點及A柱障礙物，點擊Next即可測得目標(biāo)車型左A柱雙目障礙角為2.41°，如圖8.

圖8 按U G_A-Pillar obstruction校核A柱視野

3 兩個校核結(jié)果的對比分析

從以上兩個校核結(jié)果可以看出，對任意的同一臺汽車的A柱視野，不同的校核方法將測得不同的A柱雙目障礙角數(shù)據(jù)。按國標(biāo)GB11562-2014《汽車駕駛員前方視野要求及測量方法》的規(guī)定，汽車單側(cè)A柱雙目障礙角不得超過6°，防彈車輛的單側(cè)A柱雙目障礙角不超過10°，目標(biāo)車型設(shè)計了一個優(yōu)秀的A柱視野。對兩個校核結(jié)果的大小進(jìn)行比較，UG_APillar obstruction模塊的結(jié)果＞GB11562-2014的結(jié)果。同時發(fā)現(xiàn)校核A柱視野時，使用GB11562-2014校核需要多次獲取截面線，工程師在校核時需要保持足夠的耐心，另外GB11562-2014操作過程也相對復(fù)雜些，需要花費更多的時間。

4 前側(cè)窗玻璃導(dǎo)軌

透明三角窗可以減小側(cè)窗玻璃寬度，并對A柱整體強度進(jìn)行增強。在汽車高速行駛且前側(cè)窗玻璃打開時，如果設(shè)計了三角窗，那么風(fēng)對駕駛員的影響會大大減小，車內(nèi)噪聲也會有所降低。但正是由于前三角窗的存在，必須要將前側(cè)窗玻璃導(dǎo)軌往車后布置，這將影響駕駛員A柱視野，同時降低了駕駛員及行人的安全系數(shù)。在校核A柱視野時必須考慮三角窗，但GB11562-2014中未清楚說明對前側(cè)窗玻璃導(dǎo)軌對視野的影響。本文通過以上對A柱視野的校核分析，提出根據(jù)前側(cè)窗玻璃導(dǎo)軌在前側(cè)窗玻璃上的位置，A柱視野校核分為3種情況，見圖9～圖11.

圖9 前側(cè)窗玻璃導(dǎo)軌不影響A柱視野校核

圖10 直線S與前側(cè)窗玻璃導(dǎo)軌上端相交

圖11 直線S與前側(cè)窗玻璃導(dǎo)軌中部相交

如圖9所示，m點為S1截面上的上2°點，n點為S2截面上的下5°點，直線S（過m點和n點的直線）與前側(cè)窗玻璃導(dǎo)軌不相交，說明前側(cè)窗玻璃導(dǎo)軌不影響A柱視野校核。

如圖10所示，直線S與前側(cè)窗玻璃導(dǎo)軌上端相交，這是可能的一種臨界狀態(tài)，此時必須考慮前側(cè)窗玻璃導(dǎo)軌對A柱視野的影響。

如圖11所示，直線S與前側(cè)窗玻璃導(dǎo)軌中部相交，n1點為S2截面與前側(cè)窗玻璃導(dǎo)軌的交點，n2點為S2截面與A柱的交點，此時校核A柱視野時無須考慮前側(cè)窗玻璃導(dǎo)軌的影響。

本文提出的以上幾種情況，判斷前側(cè)窗玻璃導(dǎo)軌對A柱視野的影響簡單明了，對設(shè)計或強制性檢驗中測量A柱視野有很大幫助。

5 總結(jié)

對于A柱的設(shè)計，從安全性考慮，A柱不僅要支撐車頂蓋，作為前門的支柱，安裝前擋風(fēng)玻璃，還要能抵御突如其來的沖擊，故需滿足一定的強度和剛度要求，這就要求A柱的橫截面積不能太?。欢鴱男旭偘踩婉{駛舒適性來說，需要A柱障礙角越小越好，即A柱橫截面積越小越好；從流體力學(xué)角度上看，越大傾斜角度的A柱，空氣阻力越小，但A柱視野角也將勢必會增大。這些設(shè)計要求本身都自相矛盾，故汽車工程師在設(shè)計A柱時要充分考慮，在剛/強度、視野和風(fēng)阻要求上做一個合理的平衡。

從以上分析可知：按照當(dāng)前的設(shè)計理論，A柱只要存在就不能完全地消除，只能盡量地去減小。所以駕駛者為避免交通安全事故，除了左右搖晃身體去改變駕駛姿態(tài)，使駕駛員的視野能繞過A柱以外，沃爾沃還提出了一種安全概念車，它采用在樹脂玻璃中填充入少量的三角形鋼鐵作為A柱的材料（如圖12），這樣既保證了A柱剛度又能實現(xiàn)近乎透明的A柱，從而做到了最小A柱障礙角。另外，目前有些高檔車把前視攝像頭安裝在外后視鏡上，并把收集到的影像還原到駕駛室內(nèi)的顯示屏上，被A柱遮擋的物體將被一覽無余，除成本過高目前還無法普及外，這無疑是減小A柱障礙角最有效的方法。

圖12 沃爾沃安全概念車A柱