汽車(chē)風(fēng)窗上分縫線位置的布置分析

韋 光

（一汽-大眾汽車(chē)有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130013）

0 引 言

汽車(chē)的造型特征分縫線影響整車(chē)造型特征比例，是整車(chē)造型極重要內(nèi)容。各主機(jī)廠為搶占市場(chǎng)機(jī)會(huì)，需要盡量壓縮前期設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期，包括造型周期和驗(yàn)證工程可行性周期，這要求總布置專(zhuān)業(yè)在前期盡早并全面地將工程約束條件輸入給造型專(zhuān)業(yè)，減少造型階段工作反復(fù)，保證同步開(kāi)發(fā)[1-2]。這對(duì)工程前期輸入的準(zhǔn)確性和全面性提出高要求。

現(xiàn)有研究[3-7]主要針對(duì)前大燈、尾燈、前后門(mén)、輪眉的分縫線和Cowl 點(diǎn)（Y基準(zhǔn)平面內(nèi)前罩板、發(fā)動(dòng)機(jī)罩或外部組件上的最高點(diǎn)沿X向在汽車(chē)風(fēng)窗玻璃外表面上的投影點(diǎn)）等，對(duì)風(fēng)窗上分縫線研究較少。風(fēng)窗上分縫線位置，在造型上影響前后方向風(fēng)窗玻璃和車(chē)頂?shù)姆峙?，在工程上影響?chē)內(nèi)乘員前方上視野和風(fēng)窗上部及頂棚前部諸多零件的布置空間，尤其越來(lái)越多的電子模塊如雨量傳感器、前置攝像頭等需布置在風(fēng)窗上部的內(nèi)后視鏡蓋板區(qū)域。

本文以風(fēng)窗上分縫線為研究對(duì)象，通過(guò)分析風(fēng)窗上部及頂棚前部各模塊的布置要求并結(jié)合斷面，確定風(fēng)窗上分縫線位置的影響因素，據(jù)此制定限制面作為前期工程輸入，梳理分縫線位置布置流程，輔助造型前期開(kāi)發(fā)。

1 關(guān)鍵斷面尺寸鏈分解

在整車(chē)關(guān)鍵斷面中，與風(fēng)窗上分縫線位置相關(guān)的斷面有兩處，分別為過(guò)前排H 點(diǎn)（Hip Point，人體軀干和大腿的旋轉(zhuǎn)中心）的Y向斷面D100和過(guò)車(chē)輛中心的Y向斷面D99，如圖1所示。

圖1 風(fēng)窗上分縫線

為識(shí)別風(fēng)窗上分縫線位置的影響因素，分別對(duì)斷面D100和D99進(jìn)行尺寸鏈分析。

1.1 斷面D100尺寸鏈分析

以車(chē)頂型式為固定玻璃頂?shù)能?chē)型為例，遮陽(yáng)板布置對(duì)風(fēng)窗上分縫線位置影響較大，過(guò)H 點(diǎn)做Y向斷面D100，其尺寸鏈模型如圖2所示。

圖2 斷面D100尺寸鏈模型

圖2 中各尺寸符號(hào)的含義及工程要求為：（1）a為遮陽(yáng)板寬度，通常遮陽(yáng)板是模塊件，需要結(jié)合模塊策略、開(kāi)發(fā)車(chē)型、遮陽(yáng)要求、成本等方面合理選型；（2）b為遮陽(yáng)板轉(zhuǎn)軸處翻折包絡(luò)與頂棚的最小間隙，考慮制件和裝配公差，通常要求不小于4 mm；（3）c為頂棚厚度，取決于頂棚材料，如果頂棚基材為毛氈，則通常要求不小于4 mm（面料厚1 mm、基材厚3 mm），如果頂棚基材為發(fā)泡，則通常要求不小于7 mm（面料厚3 mm、基材厚4 mm）；（4）d為頂棚到車(chē)頂橫梁的間隙，考慮制件和裝配公差，通常要求不小于5 mm；（5）e為車(chē)頂橫梁的截面高度，影響車(chē)身模態(tài)、頂壓強(qiáng)度等，可參考上代車(chē)型并結(jié)合開(kāi)發(fā)車(chē)型的模擬計(jì)算結(jié)果確定；（6）f為車(chē)頂玻璃的涂膠厚度，與涂膠工藝相關(guān)，通常為5 mm；（7）g為車(chē)頂玻璃厚度，通常為4.96 mm，車(chē)頂玻璃通常是雙層夾膠并帶有隔熱膜的夾層玻璃；（8）h為遮陽(yáng)板下翻至豎直狀態(tài)時(shí)最低點(diǎn)到前排假人V1點(diǎn)（駕駛員眼睛位置的點(diǎn)）的Z向距離，人機(jī)要求通常為10～20 mm，過(guò)小無(wú)法保證遮陽(yáng)效果，過(guò)大會(huì)影響前上視野；（9）i為遮陽(yáng)板翻折包絡(luò)到第5 百分位女性假人乘坐狀態(tài)下頭部輪廓線的距離，人機(jī)要求無(wú)干涉，即不小于0 mm；（10）j為過(guò)V1點(diǎn)的前上視野限制面到頂棚的距離，人機(jī)要求保證前上視野，即j不小于0 mm；（11）k為過(guò)V1點(diǎn)的前上7°視野線到遮陽(yáng)板前翻至極限狀態(tài)時(shí)的最下端點(diǎn)的距離，通常人機(jī)要求保證遮陽(yáng)板前翻時(shí)前上視野不小于7°，即k不小于0 mm。由b、c、d、e、f組成的尺寸鏈過(guò)遮陽(yáng)板轉(zhuǎn)軸垂直于車(chē)頂玻璃。

為給造型專(zhuān)業(yè)更多發(fā)揮空間，需在車(chē)型開(kāi)發(fā)前期階段由工程專(zhuān)業(yè)輸入斷面各尺寸，盡量按照利于造型的極限狀態(tài)輸入標(biāo)準(zhǔn)斷面。

D100標(biāo)準(zhǔn)斷面中，a～g與結(jié)構(gòu)相關(guān)，應(yīng)取相應(yīng)要求的最小值，h～k與人機(jī)相關(guān)，取決于a～g極值狀態(tài)下D100的布置位置。

1.2 斷面D99尺寸鏈分析

以配置有雨量傳感器和前置攝像頭且內(nèi)后視鏡蓋板居中布置在風(fēng)窗上部的車(chē)型為例，過(guò)車(chē)輛中心做Y向斷面D99，其尺寸鏈模型如圖3所示。

圖3 斷面D99尺寸鏈模型

為配合斷面D99尺寸鏈建模，同時(shí)建立前置攝像頭鏡頭中心處尺寸鏈模型，如圖4所示。

圖4 鏡頭中心處尺寸鏈模型

圖3 中各尺寸符號(hào)的含義及工程要求為：（1）l為車(chē)頂橫梁焊接邊寬度，考慮玻璃涂膠的溢膠空間，通常要求玻璃涂膠中心前、后鈑金空間不小于7.25 mm，即l不小于14.5 mm；（2）m為車(chē)頂橫梁焊接邊到攝像頭支架上端的距離，通常要求不小于5 mm，以保證攝像頭支架的裝配空間；（3）n為攝像頭支架上端到攝像頭中心的距離，取決于攝像頭及支架的結(jié)構(gòu)尺寸、安裝關(guān)系；（4）q為攝像頭中心到攝像頭下FOV（Field of View，視野）與風(fēng)窗玻璃內(nèi)表面交點(diǎn)的沿玻璃方向距離，由圖4 可知，q=(o+p)cot(β?α)；（5）r為攝像頭下FOV 與風(fēng)窗玻璃內(nèi)表面的交點(diǎn)到攝像頭支架下端的距離，為保證攝像頭支架不侵入攝像頭下FOV，同時(shí)考慮制件和裝配公差，通常要求r不小于10 mm；（6）s為攝像頭支架下端到雨量傳感器端部的距離，考慮制件和裝配公差，通常要求s不小于3 mm；（7）t為雨量傳感器端部到雨量傳感器感應(yīng)區(qū)中心的距離，為傳感器的結(jié)構(gòu)尺寸；（8）u為雨量傳感器感應(yīng)區(qū)中心到內(nèi)后視鏡底座安裝面中心的距離（內(nèi)后視鏡底座卡接在雨量傳感器支架上），為雨量傳感器支架（通常為模塊件）的結(jié)構(gòu)尺寸；（9）v為內(nèi)后視鏡底座安裝面中心到內(nèi)后視鏡設(shè)計(jì)狀態(tài)（鏡片豎直）鏡框最低點(diǎn)的Z向距離，取決于內(nèi)后視鏡及其底座結(jié)構(gòu)和內(nèi)后視鏡配置，此外，β也會(huì)影響該值；（10）w為內(nèi)后視鏡高度限制面（過(guò)H-box 最后最下點(diǎn)上移715 mm的水平面）到內(nèi)后視鏡設(shè)計(jì)狀態(tài)鏡框最低點(diǎn)的Z向距離，H-box為座椅調(diào)節(jié)至最前最上極限位置、最后最上極限位置、最前最下極限位置、最后最下極限位置時(shí)H 點(diǎn)所圍成的圖形，人機(jī)要求內(nèi)后視鏡設(shè)計(jì)狀態(tài)鏡框最低點(diǎn)到H-box最后最下點(diǎn)水平面的Z向距離通常不小于715 mm，以避免內(nèi)后視鏡過(guò)低影響駕駛員前方視野，即w不小于0 mm；（11）x為內(nèi)后視鏡到轉(zhuǎn)頭限制面（過(guò)第5百分位女性眼點(diǎn)做與X向成55°的直線與Y基準(zhǔn)平面相交處的垂面）的距離，人機(jī)要求內(nèi)后視鏡應(yīng)處于駕駛員舒適轉(zhuǎn)頭觀察的范圍內(nèi)（第5 百分位女性轉(zhuǎn)頭觀察的角度不大于55°），即x不小于0 mm；（12）y為第95 百分位男性人體手部觸及限制面到內(nèi)后視鏡的距離，人機(jī)要求內(nèi)后視鏡應(yīng)便于觸及，即y不小于0 mm；（13）z為內(nèi)后視鏡玻璃上沿到后上視野限制面的距離，根據(jù)人機(jī)要求，滿(mǎn)載狀態(tài)時(shí)內(nèi)后視鏡玻璃上沿上移5 mm 平行于地面線的視野線不可被頂棚等其他部件遮擋，由此定義后上視野限制面為后背門(mén)上護(hù)板（兩廂車(chē)）或頂棚（三廂車(chē)）在Y基準(zhǔn)平面的最低點(diǎn)下移5 mm 平行于滿(mǎn)載地面線的平面，則z要求不小于0 mm。

圖4 中各尺寸符號(hào)的含義及工程要求為：（1）o為攝像頭鏡頭上端到風(fēng)窗玻璃的距離，考慮制件和裝配公差，通常要求不小于1.5 mm；（2）p為攝像頭鏡頭中心與鏡頭最上端沿風(fēng)窗表面法線方向的距離；（3）α為攝像頭下FOV 與水平面夾角，取決于攝像頭供應(yīng)商，為盡量縮小偵測(cè)盲區(qū)，通常要求不小于17°；（4）β為風(fēng)窗玻璃傾角，取決于整車(chē)外飾造型。

D99標(biāo)準(zhǔn)斷面中，l～v與結(jié)構(gòu)相關(guān)，應(yīng)取相應(yīng)要求的最小值，為使q盡量小，α、β應(yīng)分別取相應(yīng)要求最小值、最大值，x～z與人機(jī)相關(guān)，取決于l～v、α、β極值狀態(tài)下D99的布置位置。

2 風(fēng)窗上分縫線位置限制面

限制面是直觀化、綜合化、簡(jiǎn)單化的工程要求，將工程專(zhuān)業(yè)對(duì)造型的要求，通過(guò)簡(jiǎn)單的面或線表示出來(lái)并輸入給造型專(zhuān)業(yè)，輔助造型面設(shè)計(jì)，使造型專(zhuān)業(yè)明確可發(fā)揮區(qū)域，即造型面落在哪個(gè)區(qū)域滿(mǎn)足工程要求。

D100和D99的工程要求不同，需要分別研究過(guò)前排H 點(diǎn)和車(chē)輛中心的風(fēng)窗上分縫線限制面，造型面需同時(shí)滿(mǎn)足兩限制面要求。

2.1 過(guò)前排H點(diǎn)的風(fēng)窗上分縫線限制面

考慮D100標(biāo)準(zhǔn)斷面中a～g均與整車(chē)外飾造型無(wú)關(guān)，可以結(jié)合h～k工程要求極值，通過(guò)布置D100標(biāo)準(zhǔn)斷面得到過(guò)前排H 點(diǎn)的風(fēng)窗上分縫線限制面。該限制面由4 個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)及4 段線段構(gòu)成，制作步驟如下。

（1） 設(shè)置h=10 mm，同時(shí)j=0 mm 或k=0 mm（通常首先滿(mǎn)足前者），定義此時(shí)D100標(biāo)準(zhǔn)斷面風(fēng)窗上分縫點(diǎn)位置為A點(diǎn)，即風(fēng)窗上分縫的前上極限點(diǎn)，如圖5所示。

圖5 風(fēng)窗上分縫的前上極限A點(diǎn)

（2）基于步驟（1），將D100標(biāo)準(zhǔn)斷面沿前上視野限制面（j=0 mm）下移，直至h=20 mm，同時(shí)j=0 mm或k=0 mm，定義此時(shí)D100標(biāo)準(zhǔn)斷面風(fēng)窗上分縫點(diǎn)位置為B點(diǎn)，即風(fēng)窗上分縫的前下極限點(diǎn)，如圖6所示。

圖6 風(fēng)窗上分縫的前下極限B點(diǎn)

（3）基于步驟（2），將D100標(biāo)準(zhǔn)斷面沿水平線后移，保持h=20 mm，直至i=0 mm，定義此時(shí)D100標(biāo)準(zhǔn)斷面風(fēng)窗上分縫點(diǎn)位置為C點(diǎn)，即風(fēng)窗上分縫的后下極限點(diǎn)，如圖7所示。

圖7 風(fēng)窗上分縫的后下極限C點(diǎn)

（4）基于步驟（3），將D100標(biāo)準(zhǔn)斷面沿第5百分位女性假人乘坐狀態(tài)下頭部輪廓線上移，保持i=0 mm，直至h=10 mm，定義此時(shí)D100標(biāo)準(zhǔn)斷面風(fēng)窗上分縫點(diǎn)位置為D點(diǎn)，即風(fēng)窗上分縫的后上極限點(diǎn)，如圖8所示。

圖8 風(fēng)窗上分縫的后上極限D(zhuǎn)點(diǎn)

依次連接A、B、C、D點(diǎn)，所圍成的封閉區(qū)域即為過(guò)前排H 點(diǎn)的風(fēng)窗上分縫限制面，要求整車(chē)外飾造型面與此限制面相交，且造型面的風(fēng)窗上分縫線與過(guò)前排H點(diǎn)的Y向平面的交點(diǎn)位于此限制面內(nèi)。

2.2 過(guò)車(chē)輛中心的風(fēng)窗上分縫線限制面

考慮D99標(biāo)準(zhǔn)斷面中攝像頭和內(nèi)后視鏡的布置要求（攝像頭光軸水平、內(nèi)后視鏡鏡片垂直），整車(chē)外飾造型如果改變風(fēng)窗玻璃傾角β，會(huì)使q、v發(fā)生變化，所以確定D99標(biāo)準(zhǔn)斷面前需匹配某版本外飾造型中β并更新D99，再結(jié)合x(chóng)～z工程要求極值，通過(guò)布置D99標(biāo)準(zhǔn)斷面得到過(guò)車(chē)輛中心的風(fēng)窗上分縫線限制面。

該限制面由4 個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)及4 段線段構(gòu)成，制作步驟如下。

（1）設(shè)置y=0 mm 且z=0 mm，定義此時(shí)D99標(biāo)準(zhǔn)斷面風(fēng)窗上分縫點(diǎn)位置為E點(diǎn)，即風(fēng)窗上分縫的前上極限點(diǎn)，如圖9所示。

圖9 風(fēng)窗上分縫的前上極限E點(diǎn)

（2）基于步驟（1），將D99標(biāo)準(zhǔn)斷面沿觸及限制面（y=0 mm）下移，直至w=0 mm，定義此時(shí)D99標(biāo)準(zhǔn)斷面風(fēng)窗上分縫點(diǎn)的位置為F點(diǎn)，即風(fēng)窗上分縫的前下極限點(diǎn)，如圖10所示。

圖10 風(fēng)窗上分縫的前下極限F點(diǎn)

（3）基于步驟（2），將D99標(biāo)準(zhǔn)斷面沿內(nèi)后視鏡高度限制面后移，直至x=0 mm，定義此時(shí)D99標(biāo)準(zhǔn)斷面風(fēng)窗上分縫點(diǎn)的位置為G點(diǎn)，即風(fēng)窗上分縫的后下極限點(diǎn)，如圖11所示。

圖11 風(fēng)窗上分縫的后下極限G點(diǎn)

（4）基于步驟（3），將D99標(biāo)準(zhǔn)斷面沿轉(zhuǎn)頭限制面上移，直至z=0 mm，定義此時(shí)D99標(biāo)準(zhǔn)斷面風(fēng)窗上分縫點(diǎn)的位置為H點(diǎn)，即風(fēng)窗上分縫的后上極限點(diǎn)，如圖12所示。

圖12 風(fēng)窗上分縫的后上極限H點(diǎn)

依次連接E、F、G、H點(diǎn)，所圍成的封閉區(qū)域即為過(guò)車(chē)輛中心的風(fēng)窗上分縫線限制面，要求整車(chē)外飾造型面與此限制面相交，且造型面的風(fēng)窗上分縫線與過(guò)車(chē)輛中心的Y向平面的交點(diǎn)位于此限制面內(nèi)。

3 風(fēng)窗上分縫線位置布置校核

考慮仍存在一些布置要求較難體現(xiàn)在D100和D99標(biāo)準(zhǔn)斷面中，當(dāng)整車(chē)外飾造型面的風(fēng)窗分縫線位置同時(shí)滿(mǎn)足過(guò)前排H 點(diǎn)的限制面和過(guò)車(chē)輛中心的限制面后，需校核以下要求（但不限于）是否滿(mǎn)足：（1）攝像頭下FOV 與發(fā)動(dòng)機(jī)罩無(wú)干涉；（2）攝像頭下FOV 與地面線的交點(diǎn)到前保險(xiǎn)杠X向距離不超過(guò)攝像頭偵測(cè)盲區(qū)要求；（3）攝像頭FOV 與風(fēng)窗玻璃外表面的交線到雨刮刮刷區(qū)域邊界線的距離通常不小于20 mm[8]；（4）雨量傳感器中心在風(fēng)窗玻璃外表面的投影與雨刮刮刷區(qū)域的距離通常不小于38 mm；（5）風(fēng)窗長(zhǎng)度需滿(mǎn)足工藝要求。

4 風(fēng)窗上分縫線位置布置流程

對(duì)于風(fēng)窗上分縫線位置布置，需總布置專(zhuān)業(yè)融合人機(jī)及其他專(zhuān)業(yè)要求，以斷面和限制面形式與造型專(zhuān)業(yè)進(jìn)行交互，經(jīng)過(guò)由無(wú)到有、由粗到細(xì)過(guò)程最終確定整車(chē)外飾造型風(fēng)窗上分縫線位置，布置流程如圖13所示。

圖13 風(fēng)窗上分縫線位置的布置流程

5 結(jié)束語(yǔ)

風(fēng)窗上分縫線的布置位置影響整車(chē)造型比例、車(chē)內(nèi)乘員的前方上視野以及諸多零部件布置空間等。本文闡述與風(fēng)窗上分縫線位置相關(guān)的布置要求，建立兩個(gè)關(guān)鍵位置的標(biāo)準(zhǔn)斷面，并結(jié)合人機(jī)要求進(jìn)行布置分析，說(shuō)明風(fēng)窗上分縫線限制面的制作方法，總結(jié)布置流程，為車(chē)型開(kāi)發(fā)提供經(jīng)驗(yàn)參考。