SLC方法在360視野上的優(yōu)化設計及應用

李訓猛，黃超俊，李媛媛，王超

（寶沃汽車（中國）有限公司，北京 102206）

前言

不管時代如何變遷，汽車的本質是為“人”服務的工具，汽車人機工程設計一直作為整車設計重要的因素之一，空間設計、直接和間接視野與安全性設計、高科技配置，是當前汽車設計的重點研究方向。

汽車視野作為人機工程考慮的重要因素，對駕駛安全有著十分明顯的影響，駕駛員視野可分為直接視野和間接視野[5]，直接視野就是駕駛員直接可視區(qū)域，包括前視野、側視野、后視野，統(tǒng)稱360度視野；在整車設計中，360度視野是架構設計和開發(fā)的重要研究方向。

GB11562《汽車駕駛員前方視野要求及測量方法》里已明確要求：“每根A柱雙目障礙角不得超過6度，對于防彈車輛，該角度不超過10°”[2]。提出一種創(chuàng)新新360度視野設計方法，對立柱的曲線弧度及立體效果特征綜合優(yōu)化考量，對整車視野的控制優(yōu)化效果更加有效。

1 360度視野影響因素

立柱截面大小和立柱型面走向是影響360度視野兩大因素，立柱截面結構大小直接影響駕駛員視野障礙感受，傳統(tǒng)方法要從結構上進行優(yōu)化改善。

1.1 視野影響因素

車身設計過程中，截面控制是最直接有效的方法，車身各立柱的截面大小直接影響到360度視野。以A柱為例，其截面由車身鈑金、門框及密封條結構、立柱飾板三大塊組成，具體包含車身外鈑金、內側加強板；門框及密封條等結構。見圖1。

優(yōu)化A柱截面可從以下五方面出發(fā)：減少A柱外鈑金寬度L1；優(yōu)化門框密封寬度L2，輥壓門框比沖壓門框占用空間小；減少密封尺寸L3；減少內飾板安裝卡扣尺寸L4；減少前風擋玻璃黑邊寬度L5；見圖1。

圖1 A柱截面圖

立柱型面走向主要會影響駕駛員視野的主觀感受，從側視圖看，前風擋傾角A130-1越小，A柱越立，A柱障礙角越小，空間感越好壓迫感越小。同一車型A柱等比例增大風擋傾斜角度，A柱障礙角也會同比例增長，見圖2。另外，從前視圖看，A柱外沿越往外側，A柱障礙角越小，空間感和進出性都好，壓迫感越小。但A柱位置受側風窗玻璃內傾角A122-1制約，A柱障礙角隨A122-1增大而增大，即側風窗玻璃越傾斜A柱障礙角越大，見圖3。

圖2 風擋傾角與A柱障礙角關系

圖3 側風窗角度與A柱障礙角關系

1.2 立體視覺效果

圖4 圓弧特征A柱型面

圖5 階梯型面A柱型面

立體視覺效果主要是主觀評價對立柱的直觀感受。突出的立體效果可以有效的降低障礙感覺。通過立柱從結構上進行優(yōu)化，立柱飾板上增加特征線，營造立體效果，可適當增加空間感覺并同步減弱立柱壓迫感。傳統(tǒng)控制方法中控制A柱障礙角數值滿足法規(guī)要求，但實際效果不好。如圖4某車型，按照法規(guī)測量A柱障礙角4.1度，處于中上水平，不過實際觀察其A柱粗大，影響視覺感受。再以圖5大眾汽車某車型為例，依據標準測量A柱障礙角4.2度，尺寸數值比上個車型打，但立體視覺效果良好。所以，不損失結構強度時營造視覺立體效果可明顯改善用戶視野感受。

2 SLC方法設計介紹

基于影響因素和立體視覺效果，為改善用戶的視野感受，總結評審和項目經驗創(chuàng)新提出SLC方法。SLC（Section Line Control）即四面兩線控制法，四面就是在 A柱范圍內均勻選取4個截面（SEC1～4）；兩線就是A柱前視圖的內外輪廓線（Line1，Line 2），見圖6。SLC方法通過四個典型截面和兩側特征線控制整個A柱的位置和結構，同時對A柱的曲線弧度及立體效果特征綜合優(yōu)化考量，控制效果更加明顯有效。

圖6 SLC方法示意圖

2.1 四面兩線法具體做法

調查發(fā)現(xiàn)SUV、轎車的A柱上下極限位置集中分布在上8°和下10°視線范圍內，見表1，故取上8°和下10°作為上下極限視野線位置，運用SLC方法，先確定四截面位置。以人體P1點為基準點，做A柱上、下極限位置視野線。采用矢量法對其進行等分，每個視野線和A柱相交最近點取名A、B、C、D點。過A點做垂直于A柱的截面得到截面SEC1～4，此四截面即為SLC方法里的四面。另外，為更好對比立柱空間位置。

從A柱前視圖看，兩線即為A柱鈑金兩側輪廓線，從截面看，內輪廓線Line1即為與前風擋配接處鈑金凸點M的四截面連線，外輪廓線Line2即為A柱外側與門框膠條搭接處鈑金端點N的四截面連線，見圖7。兩線主要受前風擋角度A130-1和側風窗傾斜角度A122-1制約，兩條線走向決定了A柱的弧度走向。綜上，運用SLC四面兩線法模型數據如圖8所示。

表1 A柱上下極限視野線角度統(tǒng)計表

2.2 兩線四面法在A柱上的應用

文章以設計某項目A柱設計優(yōu)化為例，闡述應用過程。

（1）截面優(yōu)化，在造型設計階段，依據法規(guī)設計A柱障礙角5.3度，滿足法規(guī)要求，但障礙視覺效果差，進行結構設計優(yōu)化。

①優(yōu)化 A柱鈑金外側寬度，由 77mm減少至 72mm，CAE結構分析發(fā)現(xiàn)A柱截面面積減少8.46%，轉動慣量減少3.63%,見表2，分析發(fā)現(xiàn)在64km/h的偏置碰時A柱存在撕裂風險，不建議更改，此優(yōu)化未執(zhí)行；

②改善側風窗門框沖壓結構，減少門框寬度 6mm；優(yōu)化密封條結構形式，側風窗到A柱密封面的距離減小了4mm；

③更改內飾板安裝卡扣結構，內飾板到鈑金距離由49mm減少至39mm； 見圖9；通過上述截面優(yōu)化，A柱障礙角由5.3度減少至4.95度，驗證評估視覺障礙有改善，但駕駛壓迫感明顯，需進一步優(yōu)化。

圖7 內外輪廓線截面示意圖

圖8 SLC四面兩線法數據模型

（2）運用SLC方法，在A柱上對應視野面+8°、0°、-6°和-10°處截取相應四截面，分別對截面進行優(yōu)化：側視圖X方向通過內輪廓線Line1調整立柱前后方向弧度，正視圖Y方通過外輪廓線Line2調整立柱左右方向弧度。

表2 A柱SEC2截面CAE分析結果

①側視圖X方向的弧度優(yōu)化，以SEC1截面為基準，通過調整ΔX1調整SEC2處截面位置，盡可能向車頭方向移動，再以SEC4處截面為基準，通過減少ΔX2調整SEC3截面位置，盡可能向車頭方向移動，形成向車頭方向凸的Line1弧線，見圖10；

②同理，正視圖Y方向的弧度優(yōu)化通過調整ΔY1、 ΔY2值，上下兩端截面不動，中間兩截面向車外方向移，形成向外側方向凸的Line2弧線，見圖10；

圖9 截面優(yōu)化前后對比圖

圖10 A柱 X方向、Y方向弧度優(yōu)化示意圖

上述弧度優(yōu)化除了移動截面外，更改截面結構形式：側玻璃角度A122不變時，A柱外板整體往前向外沿伸，M點及內輪廓線Line1向前，N點及外輪廓線Line2往外擴，保證A柱鈑金寬度不變的情況優(yōu)化斷面結構，從而減少A柱障礙角到4.2度。

（3）立體視覺效果優(yōu)化：突出的立體效果可以有效的降低障礙感覺，通過對A柱內飾面做階梯處理，減輕對駕駛員的A柱大小和壓迫感受，設計過程主要進行下面三方面優(yōu)化：

①靠近前風擋的A柱內飾板和視野線相切，減少飾板對中間區(qū)域前方視野的視野障礙；

②A柱內飾板面設計棱邊突顯立體感，通過立柱飾板上做型面轉折點，形成階梯弧，有明顯棱邊線條，增強視覺立體效果；

③視野區(qū)域①＜視野區(qū)域②。

以某項目為例，A柱經過截面結構優(yōu)化、弧度改善和視覺立體效果的完善，不僅減少截面尺寸大小，也有效的降低障礙感受。如圖11。

圖11 截面結構優(yōu)化前后對比

2.3 方法實施過程

正向工程開發(fā)重要節(jié)點可分為三個階段：架構硬點定義階段、造型可行性分析階段和模型驗證評審階段。斷面結構的優(yōu)化都貫穿設計的每個階段。

架構硬點定義階段，對A柱斷面進行結構設計。根據整車結構強度及碰撞要求，初步定義門框成型工藝、密封條密封類型、立柱飾板安裝結構形式等基本工藝，集成架構總布置圖。

在造型可行性分析階段輸出造型約束條件，如圖12，此過程是結構設計重要環(huán)節(jié)，SLC控制方法基本需要在這個階段完全應用。根據初始的內飾設計曲面運用SLC設計方法，進行工程分析和結構優(yōu)化，不斷和造型數據交互匹配，結合風窗位置的造型比例要求，作為工程約束條件指導造型設計。最終達到滿足工程設計要求的造型數據。

圖12 A柱造型約束

模型驗證評審階段，通過人機試驗平臺和人機工程 1：1樹脂驗證模型Seating Buck。平臺驗證階段，根據A柱的不同斷面銑削不同的A柱樣件，安裝在平臺上，組織主觀評價小組進行主觀評價，評估選定最佳斷面形式，如圖13。

圖13 A柱模型驗證

模型驗證階段，根據斷面及造型數據制作整車人機工程驗證模型Seating Buck，如圖14，在實體模型上可直接評估架構尺寸、整車視野和乘坐空間等，對視野障礙角度和空間立體感受可以綜合進行主觀評價，根據主觀評價意見再度優(yōu)化。

圖14 Seating Buck人機驗證模型

3 結論

駕駛員整車360度視野對汽車的行駛安全尤為重要，其中A柱作為整車直接視野的關鍵影響因素，其設計要求不僅滿足A柱障礙角小于6度的控制要求，還應更加全面的分析及優(yōu)化，文中結合多年項目開發(fā)經驗和實際工作經驗，提出了較先進的SLC設計方法，用四個截面和兩個輪廓線對立柱從截面控制、弧度優(yōu)化、立體效果優(yōu)化三方面系統(tǒng)地控制設計，并以A柱為例分析SLC方法的實用性和有效性。該方法能在產品開發(fā)初期從根本上進一步提升產品質量，并且經過多個項目的具體應用，通過了每一輪的設計驗證及上市產品的市場檢驗，從結構上進行本質上的設計優(yōu)化。