黃書珍

摘 要：該文通過汽車CAS造型階段運(yùn)用的限制面，對(duì)后端模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)控制的分析研究，論證了造型階段限制面輸入控制方法的重要性，以及用限制面對(duì)CAS進(jìn)行人機(jī)、法規(guī)、工程可行性分析校核的有效性。為汽車設(shè)計(jì)研發(fā)項(xiàng)目的CAS設(shè)計(jì)提供了便捷而有效的質(zhì)量控制及可行性分析校核方法。該方法的運(yùn)用可有效規(guī)避造型設(shè)計(jì)階段的潛在設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，有效防范因造型設(shè)計(jì)失控而造成的項(xiàng)目工期拖延，項(xiàng)目成本失控。

關(guān)鍵詞：CAS；限制面；可行性分析校核

中圖分類號(hào)：U46 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

以往在項(xiàng)目CAS造型階段，總布置一般會(huì)通過十幾個(gè)典型斷面和粗略的線框圖對(duì)CAS進(jìn)行控制，這種控制方法的缺陷是許多問題不能在造型設(shè)計(jì)初期被發(fā)現(xiàn)，等CAS設(shè)計(jì)出來后需要一遍遍地進(jìn)行人機(jī)法規(guī)及工程可行性分析校核，到工藝數(shù)據(jù)和NC數(shù)據(jù)階段又需要一遍遍地校核，既浪費(fèi)時(shí)間又浪費(fèi)人力，極易造成項(xiàng)目工期拖延，局部資源浪費(fèi)，成本失控，因此在CAS造型設(shè)計(jì)階段，如何輸入比較全面的造型控制文件就顯得尤為重要。

CAS設(shè)計(jì)一般要經(jīng)歷CAS0、CAS1、CAS2三個(gè)階段，分別完成項(xiàng)目階段性的目標(biāo)，這三輪CAS需要分析和控制的內(nèi)容也略有區(qū)別，該文僅以整車后端模塊的幾個(gè)相關(guān)典型限制面輸入控制方法為例，研究造型CAS的設(shè)計(jì)控制工作。

1 與后端模塊控制有關(guān)的整車通過性限制面

在CAS階段一個(gè)基本的造型限制面就是整車通過性限制面，整車通過性限制面可以有效預(yù)防車輛間隙失效，包括車輛前端的觸頭失效、車輛中間部位的頂起失效和車輛尾部的拖尾失效。與通過性的幾個(gè)常用幾何參數(shù)對(duì)應(yīng)，整車通過性限制面的控制內(nèi)容包括接近角限制面、路緣高度限制面、最小離地間隙限制面和離去角限制面。汽車的通過性參數(shù)值不是靜止不變的，它取決于負(fù)載狀況。因此通過性限制面的位置確定也取決于負(fù)載的變化情況，要依據(jù)負(fù)載變化的最大值去考慮各個(gè)幾何參數(shù)值，通常在滿載狀態(tài)下確定通過性限制面。

如圖1中的通過性限制面所示。其中臺(tái)階保護(hù)高度一般為150 mm～200 mm，最小離地間隙一般為150 mm～155 mm，一般來說，傳統(tǒng)轎車或SUV車身最低點(diǎn)是變速箱或者發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼的下方。我們做通過性限制面還要綜合考慮懸架跳動(dòng)量及縱向通過角的最小值。

整車通過性限制面一旦確定，即確定了動(dòng)力總成、變速器和動(dòng)力總成相關(guān)件的Z向調(diào)節(jié)范圍，也確定了前后保等部件的最前最后的極限位置。如圖1中動(dòng)力電池Z向最低點(diǎn)超出了通過性限制面的限制，需要抬高動(dòng)力電池Z向高度。

2 后背門（后行李箱蓋）限制面

2.1 后背門開啟高度限制面

在CAS造型初期，我們一定要關(guān)注后背門關(guān)閉拉手（手動(dòng)關(guān)閉背門）的高度，由于拉手高度直接影響背門的開啟高度和操作舒適性，我們一般推薦的最大高度不超過1 860 mm，這是保證SAE第5百分位女性踮起腳尖能操作的最大高度，同時(shí)要控制背門外板最大高度盡量不小于1 900 mm，這是保證SAE第95百分位人體正常操作背門時(shí)頭頂不觸碰背門鈑金。據(jù)此做出背門拉手高度限制面，如圖2中的背門拉手高度限制面所示。后背門的開啟角度及氣撐桿的布置也要根據(jù)該限制面進(jìn)行調(diào)整。

2.2 后背門開啟開關(guān)高度限制面

背門開啟開關(guān)的布置高度在造型設(shè)計(jì)階段也必須進(jìn)行考慮，開關(guān)的布置高度直接影響背門與后保的分縫及背門門洞密封面的位置與密封效果，也影響牌照燈、攝像頭等件的布置位置，我們一般推薦開關(guān)布置在710 mm～750 mm。這個(gè)范圍是充分考慮了SAE第5百分位女性和SAE第95百分位男性的舒適操作區(qū)域，按照該要求做出的開關(guān)高度限制面如圖3中的矩形限制面所示，圖3中所示項(xiàng)目車型的背門開關(guān)布置位置偏高，沒有在限制面控制區(qū)域內(nèi)，需要降低位置，在CAS中調(diào)整背門分縫高度，使開關(guān)位于該限制面內(nèi)。

2.3 背門玻璃間距尺寸限制面

造型CAS階段，背門玻璃黑邊的寬度也是需要考慮的一項(xiàng)，玻璃黑邊的Z向和Y向間距尺寸的確定必須以保證后視野的法規(guī)符合性為前提，如果黑邊寬度太寬，可能影響背門上一些電器件的布置，象影響玻璃天線饋點(diǎn)和除霜電極饋點(diǎn)的布置，如果黑邊太窄，不但影響造型，還容易產(chǎn)生視野上的壓抑感。

因此CAS造型前期總布置往往會(huì)對(duì)標(biāo)多款標(biāo)桿車的玻璃黑邊，結(jié)合本款車的造型要求，確定玻璃黑邊尺寸。一般Z向間距根據(jù)后部上下視角的要求來定，Y向間距尺寸控制在935 mm以上比較合適（該尺寸基本滿足視野要求），如圖4所示。

2.4 后端照明與信號(hào)裝置位置限制面

在CAS造型階段，燈具與信號(hào)裝置的位置對(duì)造型影響比較大，除了直接影響整車外觀外，還影響后背門與后圍、后背門與后保的分縫，因此該階段一定要對(duì)燈具與信號(hào)裝置的位置進(jìn)行控制，照明與信號(hào)裝置的位置控制一般是先按照法規(guī)GB4785要求的位置限值尺寸，做出照明和信號(hào)裝置的位置范圍，即用限制面圍成的范圍框，如圖5所示的矩形面。在地面線確定的情況下，后端照明與信號(hào)裝置的離地高度和橫向位置就確定了，造型人員需按照該范圍框布置渲染照明與信號(hào)裝置。

數(shù)據(jù)法規(guī)校核檢查時(shí)也要按照該范圍限制面進(jìn)行檢查，象制動(dòng)燈橫向位置檢查時(shí)，法規(guī)要求左右兩燈最近視表面內(nèi)緣間距≥600 mm，如果兩燈表面內(nèi)緣間距位于圖5中的中間限制面圍成的矩形框內(nèi)則不符合要求，必須調(diào)整距離。再如后尾燈Z向高度檢查時(shí)，法規(guī)要求其離地高度250 mm≤H≤1 000 mm，圖5中后霧燈高度在后霧燈高度下限制面和后霧燈高度上限制面之間，則滿足要求，不用調(diào)整。

3 后保限制面

3.1 后牌照板位置及牌照燈配光性限制面

造型CAS階段，牌照板的位置不僅涉及背門分縫的位置，還涉及后保型面特征及后部攝像頭、倒車?yán)走_(dá)、背門開關(guān)及后保天線等部件的安裝，因此要提前做出牌照板限制面輸入給造型人員。

牌照板限制面考慮以下幾個(gè)方面：牌照板傾斜角度要求，按GA36要求≤15°；安裝孔要求，按GB7258要求需要4個(gè)安裝點(diǎn)，安裝點(diǎn)的位置尺寸按GA36要求；牌照板可見區(qū)域；牌照燈配光性要求；牌照板高度要求。圖6中左側(cè)視圖中的限制面為牌照板位置限制面，4個(gè)小長圓柱形限制面為安裝孔限制面，標(biāo)注角度的限制面為牌照傾角限制面。中間視圖中限制面為牌照板可見區(qū)域限制面。右側(cè)視圖中標(biāo)注角度的限制面為牌照燈的入射光線限制面。依此限制牌照板設(shè)計(jì)位置。

3.2 倒車?yán)走_(dá)安裝限制面

在CAS設(shè)計(jì)階段，后保險(xiǎn)杠的型面和倒車?yán)走_(dá)的布置位置直接相關(guān)，因此必須在CAS設(shè)計(jì)階段就對(duì)輸入雷達(dá)布置限制面進(jìn)行控制，以避免后期可能會(huì)因雷達(dá)布置空間不足而造成CAS反復(fù)修改。車輛上的超聲波雷達(dá)傳感器安裝位置需要滿足ISO17386標(biāo)準(zhǔn)要求，這樣才能保證在泊車過程中能正常探測(cè)到障礙物，同時(shí)在行駛的過程中不會(huì)誤觸發(fā)超聲波雷達(dá)傳感器。

根據(jù)ISO17386的國際標(biāo)準(zhǔn)，水平探測(cè)范圍、拐角處探測(cè)范圍、垂直探測(cè)范圍要求如圖7所示。水平探測(cè)范圍中，A1區(qū)域探測(cè)覆蓋率在90 %以上，A2區(qū)域探測(cè)覆蓋率在87 %以上。車輛兩側(cè)拐角處各有7個(gè)測(cè)試點(diǎn)，要求超聲波雷達(dá)探測(cè)區(qū)域覆蓋全部測(cè)試點(diǎn)。垂直探測(cè)區(qū)域要求如圖7中右上角的表格所示。在CAS設(shè)計(jì)階段，按照各個(gè)探測(cè)范圍要求，做出雷達(dá)安裝限制面如圖7下方所示的理論探測(cè)區(qū)域，理論探測(cè)區(qū)域如不符合ISO的標(biāo)準(zhǔn)要求，則需要調(diào)整傳感器安裝位置或修改CAS造型面。

3.3 后部攝像頭安裝位置限制面

在CAS設(shè)計(jì)階段，后端攝像頭的布置位置既要考慮造型又要考慮實(shí)際功能，如果布置錯(cuò)誤，將導(dǎo)致修復(fù)成本很高，甚至無法修復(fù)。因此CAS設(shè)計(jì)階段必須輸入攝像頭位置限制面控制造型，保證攝像頭有充足和合理的布置位置。攝像頭布置方法中，在鏡頭高度、光軸位置、車身遮擋、干涉、車身顯示占比這些方面會(huì)給予較多關(guān)注，一般先按供應(yīng)商提供的布置規(guī)范進(jìn)行布置，在試制階段進(jìn)行評(píng)估調(diào)整。根據(jù)布置規(guī)范可做出攝像頭的安裝限制面，如圖8所示。按照限制面控制后端造型面。造型階段總布置工程師無法直觀地查看布置結(jié)果，只能在試驗(yàn)車生產(chǎn)完畢后才能評(píng)估最終的顯示效果，現(xiàn)在一些供應(yīng)商可以借助攝像頭模擬布置軟件模擬真實(shí)的視圖，可以直觀地評(píng)估，有效降低布置錯(cuò)誤率。

3.4 整車后視下部可見性限制面

整車下部零件外漏太多會(huì)影響整車的整體美觀性和品質(zhì)感，在CAS造型階段，我們一般會(huì)做出后視下部可見性限制面，限制下部零件的凸出量。

整車后視下部可見性一般要求為：從車輛最后點(diǎn)向后7 m、高1.2 m處作為眼點(diǎn)，向前輻射視線至與保險(xiǎn)杠底部最低點(diǎn)相切，沿該視線拉伸出來一平面即整車后視下部可見性限制面，如圖9所示的視平面，要求該限制面以下的凸出物凸出量≤25 mm。

4 低速碰撞限制面

按照GB17354標(biāo)準(zhǔn)要求及碰撞試驗(yàn)的狀態(tài)，在對(duì)后端保護(hù)裝置數(shù)據(jù)進(jìn)行控制時(shí)應(yīng)考慮下列3點(diǎn)：后端縱向正碰時(shí)，碰撞器撞擊頭與防撞梁應(yīng)有一定的Z向重合度，一般≥35 mm；在所有后碰中，碰撞器首先接觸的應(yīng)是后保險(xiǎn)杠，并且此時(shí)碰撞器距離照明、信號(hào)裝置、后背門、排氣系統(tǒng)等有一定的間隙；在縱向碰撞中或是在“車角”碰撞中，當(dāng)碰撞器撞擊頭接觸防撞梁時(shí)，若此時(shí)撞擊頭已經(jīng)或即將接觸到照明、信號(hào)裝置等，則要求照明、信號(hào)等裝置周邊有退讓空間，一般設(shè)計(jì)階段會(huì)設(shè)定相應(yīng)的間隙要求。

在CAS造型階段，我們要先根據(jù)確定的空載和加載地面，畫出模擬的碰撞器，作為后端保護(hù)裝置限制面，根據(jù)上面的3點(diǎn)要求檢查CAS數(shù)據(jù)及后防撞梁與碰撞器撞擊頭的位置關(guān)系和間隙情況，不符合要求時(shí)，調(diào)整CAS面或防撞梁位置，如圖10所示。碰撞器撞擊頭與后防撞梁重疊量明顯不足，防撞梁位置偏高，需要下調(diào)防撞梁高度，后保型面隨之調(diào)整。

無論是美國保險(xiǎn)公司的汽車安全評(píng)價(jià)體系（IIHS）還是中國的汽車安全評(píng)價(jià)體系（C-IASI），都納入了低速碰撞易維修性要求，具體到后背門，主要是考慮低速碰撞時(shí)對(duì)后背門和組合燈具的保護(hù)。據(jù)此在CAS設(shè)計(jì)階段要確定后防撞梁與后背門的相對(duì)位置關(guān)系，做出后背門最后點(diǎn)位置限制面和后防撞梁位置限制面，保證后部碰撞時(shí)障礙物先碰撞或損毀保險(xiǎn)杠，保護(hù)后背門和后組合燈具，我們一般要遵循后防撞梁要凸出后背門>10 mm的要求。

5 行李箱模塊限制面

行李箱模塊的容積也直接影響著CAS的確定，而且行李箱的容積也是一款車型的主要賣點(diǎn)之一，在CAS設(shè)計(jì)過程中，我們會(huì)按照前期確定的行李箱容積目標(biāo)參數(shù)嚴(yán)格控制行李箱尺寸值。

行李箱模塊的設(shè)計(jì)控制主要是考慮涉及行李箱容積的幾個(gè)關(guān)鍵尺寸，我們可以用限制面進(jìn)行控制，最主要的幾個(gè)限制面包括行李箱縱深限制面（L209-2），縱深限制面的高度還要考慮備胎的布置高度，行李箱最小寬度限制面（W202），座椅靠背高度限制面（H297），后背門門檻高度限制面（H196）。當(dāng)然考慮車輛后部造型的情況下我們會(huì)考慮控制更多的與行李箱有關(guān)的參數(shù)。圖11所示為行李箱縱深限制面，我們以這個(gè)限制面為例提供參考。

6 結(jié)論

該文著重討論了對(duì)后端模塊CAS造型設(shè)計(jì)的限制面控制方法，闡述了在CAS設(shè)計(jì)階段總布置輸入控制的重要性，以及用限制面對(duì)CAS進(jìn)行人機(jī)、法規(guī)、工程可行性分析校核的有效性。在實(shí)際工作中，我們會(huì)運(yùn)用限制面與主斷面相結(jié)合的方式對(duì)造型進(jìn)行控制和可行性分析校核。

人機(jī)、法規(guī)和工程可行性分析貫穿整個(gè)CAS的設(shè)計(jì)階段，而且造型可行性分析的全面性及準(zhǔn)確性直接影響CAS的品質(zhì)，如果后期制作A面或設(shè)計(jì)工程數(shù)據(jù)的時(shí)候發(fā)現(xiàn)前期可行性分析出現(xiàn)錯(cuò)誤或分析不透徹不全面，勢(shì)必會(huì)推翻原有造型，這將會(huì)對(duì)項(xiàng)目造成極大的不利影響。同時(shí)在做造型可行性分析時(shí)，還要考慮供應(yīng)商的能力和產(chǎn)品的成本等因素，因此，隨著項(xiàng)目對(duì)CAS需求的增強(qiáng)及對(duì)CAS要求的提高，對(duì)CAS的設(shè)計(jì)控制要求也逐步提高了，控制方法也會(huì)不斷地更新發(fā)展，會(huì)越來越科學(xué)合理、準(zhǔn)確便捷。

參考文獻(xiàn)

[1]余志生.汽車?yán)碚揫M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[2]許謀和，周濤，卜偉理.GB4785—2007 汽車及掛車外部照明和光信號(hào)裝置的安裝規(guī)定[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[3]應(yīng)朝陽，周煒，王學(xué)平，等.GB7258—2017 機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2017.

[4]虞力英，邵詠秋，李曉東，等.GA36—2014 中華人民共和國機(jī)動(dòng)車號(hào)牌[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

[5]孫德錄，李三紅，尹爽清.GB17354—1998 汽車前后端保護(hù)裝置[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998.

[6]羅偉，孫大鵬，程鵬，等.淺析汽車造型中的CAS[J].輕型汽車技術(shù)，2011（10）：29-30.