基于典型斷面的汽車造型可行性分析方法

肖晟

關(guān)鍵詞：造型設(shè)計(jì)；斷面；工程可行性分析；汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

0引言

汽車造型可行性分析涉及到的系統(tǒng)有總布置、白車身、內(nèi)外飾、附件、動力系統(tǒng)和智能駕駛等[1]，而斷面就是這些工程系統(tǒng)之間交流的語言。通常整車典型斷面數(shù)量在30個(gè)左右，但在前期對于造型可行性分析的關(guān)鍵斷面，只需要其中的14個(gè)。完整的造型開發(fā)流程會設(shè)計(jì)3輪CAS面以及2～3輪A級曲面，在CAS初期將人力投入到這些關(guān)鍵斷面繪制，可以提早鎖定90%以上的造型相關(guān)邊界，避免這些重大問題遺留到A面階段。本將按照車頭、車側(cè)和車尾的順序梳理與外觀造型強(qiáng)相關(guān)的工程斷面并闡述分析要點(diǎn)。需要說明的是，本文中所有斷面僅為示意作用，與文中車型圖片或任何量產(chǎn)車型結(jié)構(gòu)無關(guān)；斷面編號各主機(jī)廠的標(biāo)準(zhǔn)可能不同，本文中的編號僅供參考。

1前臉造型

從前保險(xiǎn)杠至A柱落點(diǎn)之間的區(qū)域，對造型設(shè)計(jì)邊界有重要影響的斷面有BO01、BO02、BO03和BO04。各斷面位置如圖1所示。

1.1發(fā)動機(jī)蓋鎖區(qū)域斷面（BO01）

BO01斷面對于造型的發(fā)動機(jī)蓋高度有決定性作用（圖2）。機(jī)蓋的高度是造型Y0姿態(tài)、比例的重點(diǎn)，可以影響整車的設(shè)計(jì)風(fēng)格。應(yīng)在第一輪CAS面設(shè)計(jì)階段，與工程部門確認(rèn)發(fā)動機(jī)蓋可行的高度范圍。BO01斷面包含的重要信息有：①前端框架高度與發(fā)動機(jī)蓋鎖布置位置；②發(fā)動機(jī)蓋分縫位置；③機(jī)艙覆蓋件搭接位置信息[2]。

造型可行性分析要點(diǎn)如下：①校核發(fā)動機(jī)蓋邊界設(shè)計(jì)的可行性。根據(jù)前端框架高度判斷發(fā)動機(jī)蓋鎖和鎖鉤的位置，如果鎖鉤能夠以可行的結(jié)構(gòu)斷面連接到造型面的發(fā)動機(jī)蓋邊緣，無明顯干涉和結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤，則可以判斷發(fā)動機(jī)蓋造型可行。②校核前保險(xiǎn)杠邊界與機(jī)艙覆蓋件的搭接可行性。機(jī)艙覆蓋件安裝在前端框架上方，其向前延伸出的型面若能夠搭接到前保險(xiǎn)桿的設(shè)計(jì)邊界，則可以判斷造型邊界可行。

1.2前保險(xiǎn)杠底部區(qū)域斷面（BO04）

BO04斷面限制前保險(xiǎn)杠底部的高度（圖3），對前臉整體比例、姿態(tài)有明顯影響。其繪制的基準(zhǔn)是接近角的目標(biāo)設(shè)定值，應(yīng)在第一輪CAS與工程師溝通確認(rèn)。BO04斷面包含的重要信息有：①基于總布置通過性要求，包含地面線、接近角；②前端框架下邊緣位置；③防撞梁位置、防撞梁泡沫厚度和小腿保護(hù)梁位置。

造型可行性分析要點(diǎn)如下：①校核造型面是否滿足接近角性能目標(biāo)，同時(shí)檢查前端框架下邊緣是否超出接近角限制；②校核造型面與防撞梁、小腿梁是否預(yù)留了足夠的安全間隙和泡沫塊設(shè)計(jì)空間。

1.3雨刮蓋板及C點(diǎn)區(qū)域斷面（BO02）

BO02斷面體現(xiàn)C點(diǎn)位置（圖4），即發(fā)動機(jī)蓋末端與前擋風(fēng)玻璃底部的交點(diǎn)。C點(diǎn)Z向高度和X向位移，決定了造型Y0比例姿態(tài)及視覺重心，同時(shí)影響車內(nèi)X向空間布置，對車型定位是運(yùn)動風(fēng)格還是大乘坐空間有關(guān)鍵影響，應(yīng)在第一輪CAS開始設(shè)計(jì)之前輸入到造型。BO02斷面包含的重要信息有：①基于平臺架構(gòu)的防火墻布置位置，C點(diǎn)位置帶寬；②總布置下視野設(shè)定范圍；③內(nèi)飾儀表臺布置高度、前除霜風(fēng)道布置位置。

造型可行性分析要點(diǎn)如下：①分析發(fā)動機(jī)蓋的后邊緣高度是否合理?；诳偛贾孟乱曇熬€校核，通常要求發(fā)動機(jī)蓋高度不能超過下視野，避免駕駛員看到機(jī)艙內(nèi)部。②分析前擋風(fēng)玻璃落點(diǎn)位置。結(jié)合防火墻位置判斷前擋風(fēng)玻璃是否能夠以可行的結(jié)構(gòu)斷面連接固定到白車身，無明顯干涉和結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤。③分析空調(diào)主機(jī)（HVAC）與前除霜風(fēng)道的布置是否可行?；谠煨颓皳躏L(fēng)玻璃的設(shè)計(jì)位置，反推除霜風(fēng)道，如果能正常連接到HVAC并且滿足出風(fēng)性能需求，則認(rèn)為造型可行。

1.4頂棚、前箱燈位置斷面（BO03）

BO03斷面對前擋風(fēng)玻璃的傾角、車高有關(guān)鍵影響。在總布置人體硬點(diǎn)已確定的情況下，通過頭部運(yùn)動空間的設(shè)定目標(biāo)可以判斷出造型面的高度，通常需要在Y0位置以及H點(diǎn)位置做2個(gè)斷面（圖5），應(yīng)在第一輪CAS進(jìn)行校核。BO03斷面包含的重要信息有：①總布置的前上視野要求；②遮陽板與頭部包絡(luò)間隙；③前箱燈的布置空間。

造型可行性分析要點(diǎn)如下：①分析前擋風(fēng)玻璃與頂蓋的分縫位置可行性。由于人體為硬點(diǎn)，應(yīng)基于頭部包絡(luò)和上視野限制布置，頂棚邊界、遮陽板運(yùn)動與頭部包絡(luò)不宜過近或干涉，進(jìn)而推導(dǎo)出前橫梁應(yīng)處的位置，判斷造型面是否與前橫梁能夠匹配。②分析前箱燈的布置是否合理，箱燈布置后頂棚的邊界是否超過上視野線限制。③校核頭部空間是否滿足設(shè)定目標(biāo)?；谠煨兔娌贾猛瓿山Y(jié)構(gòu)后，檢查結(jié)構(gòu)邊界與頭部包絡(luò)之間的距離是否符合定義。

2側(cè)面造型

從A柱落點(diǎn)到C柱末端位置，對造型設(shè)計(jì)邊界有重要影響的斷面有SL11、SL35、SL47、SL19、SL28、SL32、SL20、SL29、SL33、SL26和SL27[3]，位置如圖6所示。

2.1輪眉區(qū)域斷面（SL11和SL35）

SL11和SL35斷面體現(xiàn)輪眉與輪胎的位置關(guān)系（圖7）。輪眉與輪胎的Z向間隙越小、輪胎Y向越靠外，造型外觀上感知車輛的姿態(tài)越穩(wěn)重和高級，所以外觀設(shè)計(jì)需要盡量減小Z向的間隙值和輪胎內(nèi)陷輪眉的Y向值。由于前輪包含轉(zhuǎn)向包絡(luò)，而后輪僅垂直方向跳動，前輪眉滿足要求后，后輪眉如果跟隨前輪眉間隙設(shè)計(jì)，一般情況下可以滿足需求。因此通常以前輪為主要校核點(diǎn)，SL11斷面應(yīng)在第一輪CAS設(shè)計(jì)開始之前輸入造型。

SL11和SL35斷面包含的重要信息有：①前后輪胎跳動包絡(luò)；②輪眉鈑金包邊或輪眉護(hù)板的斷面形式。

造型可行性分析要點(diǎn)如下：①校核輪眉邊界與輪胎包絡(luò)的安全距離是否符合設(shè)定值；②輪眉結(jié)構(gòu)是否盡量壓縮斷面以盡量減小輪眉與輪胎的間隙。

2.2A柱障礙角位置斷面（SL47）

SL47斷面表達(dá)A柱截面的大?。▓D8）。A柱障礙角對A

柱的X向前后位置有較大影響，A柱越靠近人體，A柱障礙角會越大。A柱障礙角還會影響A柱外飾、內(nèi)飾的粗細(xì)，應(yīng)在第一輪到第二輪CAS面設(shè)計(jì)時(shí)間內(nèi)解決。

SL47斷面包含的重要信息有：①A柱障礙角設(shè)定目標(biāo)范圍；②A柱腔體截面、護(hù)板安裝空間。

造型可行性分析要點(diǎn)如下：①分析造型A柱位置是否滿足A柱障礙角要求，至少應(yīng)該滿足視野法規(guī)；②分析A柱腔體截面設(shè)計(jì)是否合理，避免腔體過大或安裝空間冗余導(dǎo)致的視野性能減弱和造型不合理。

2.3頭部空間相關(guān)斷面（SL19、SL28和SL32）

SL19、SL28和SL32這3個(gè)斷面結(jié)構(gòu)相似（圖9），分別體現(xiàn)前、中、后3排乘客的頭部空間與造型面的關(guān)系，中間包含了多個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)邊界，設(shè)計(jì)周期長。如果發(fā)生變更，將影響側(cè)面玻璃型面和頂蓋型面，導(dǎo)致造型CAS大面積重做，對項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)度有極大影響。因此需要盡早開展造型面的頭部空間校核并鎖定邊界，在第一輪CAS研討清楚。這3個(gè)斷面包含的關(guān)鍵信息有：①根據(jù)車型性能目標(biāo)設(shè)定的頭部包絡(luò)和頭空限制邊界[4]；②頂棚結(jié)構(gòu)、天窗結(jié)構(gòu)形式、車身腔體設(shè)計(jì)、側(cè)氣簾、線束、管路、拉手布置等結(jié)構(gòu)信息。

造型可行性分析要點(diǎn)如下：①分析頭部空間?；趥?cè)向頭空和垂直方向頭空，做出結(jié)構(gòu)布置斷面，檢查A面邊界是否與結(jié)構(gòu)布置斷面產(chǎn)生干涉。②分析結(jié)構(gòu)斷面合理性。檢查結(jié)構(gòu)布置是否產(chǎn)生空間浪費(fèi)，安全距離是否冗余。應(yīng)將結(jié)構(gòu)空間盡量壓縮，布置緊湊，以增大頭部空間和保證造型比例美觀。

2.4水切、肩部空間相關(guān)斷面（SL20、SL29和SL33）

SL20、SL29和SL33這3個(gè)斷面分別對應(yīng)前、中、后排乘客的肩部空間與內(nèi)飾護(hù)板的關(guān)系（圖10），對側(cè)面玻璃位置有關(guān)鍵影響。如果發(fā)生變更，將導(dǎo)致整個(gè)側(cè)面造型數(shù)據(jù)重建，影響項(xiàng)目進(jìn)度，因此需在CAS設(shè)計(jì)開始前輸入此邊界。這3個(gè)斷面包含的關(guān)鍵信息：①根據(jù)車型性能目標(biāo)設(shè)定的肩部空間限制邊界；②門鈑金腔體空間與內(nèi)飾護(hù)板安裝空間；③水切斷面形式。

造型可行性分析要點(diǎn)如下：①校核肩部空間?；诩绮靠臻g限制繪制內(nèi)飾護(hù)板位置，推導(dǎo)出玻璃面的位置，并檢查是否超出造型的玻璃面。②分析結(jié)構(gòu)斷面合理性，檢查護(hù)板的安裝結(jié)構(gòu)和鈑金腔體的截面大小，是否產(chǎn)生空間浪費(fèi)，應(yīng)盡量保證乘坐空間和造型比例。

2.5邊梁、側(cè)裙板區(qū)域斷面（SL26、SL27）

SL26和SL27斷面的對應(yīng)前門和后門門檻處的結(jié)構(gòu)形式（圖11）。不同的門飾板或裙板安裝結(jié)構(gòu)會對造型裙邊的邊界產(chǎn)生影響，應(yīng)在第一輪CAS至第二輪CAS之間，造型確認(rèn)裙板方案后盡快進(jìn)行校核。這2個(gè)斷面包含的關(guān)鍵信息有：①車身側(cè)邊梁的位置；②車門結(jié)構(gòu)形式；③內(nèi)飾護(hù)板、門檻位置和臀部空間。

造型可行性分析要點(diǎn)如下：①門護(hù)板、裙板造型面與結(jié)構(gòu)布置空間。應(yīng)優(yōu)先討論確定門外板結(jié)構(gòu)形式，即有裙板設(shè)計(jì)，或是無裙板設(shè)計(jì)（門縫延伸到底部）；然后根據(jù)確定的結(jié)構(gòu)形式，檢查造型面是否與側(cè)邊梁預(yù)留了足夠的結(jié)構(gòu)空間。②內(nèi)飾門檻與門護(hù)板的搭配關(guān)系。主要用于指導(dǎo)內(nèi)飾設(shè)計(jì)邊界，檢查成員臀部空間是否符合性能目標(biāo)。

3尾部造型

C柱位置以后區(qū)域，對造型邊界有重要影響的斷面有：SL38、SL43、RB01、RB02和RB03，位置如圖12所示。

3.1D柱區(qū)域汽撐桿位置斷面（SL38）

SL38斷面對尾部輪廓比例在Y方向有重要影響（圖13），同時(shí)也會影響側(cè)窗玻璃弧度，導(dǎo)致整個(gè)側(cè)面變更，應(yīng)在第一輪CAS到第二輪CAS期間研討清楚。SL38斷面包含的關(guān)鍵信息有：①D柱腔體截面及尾門撐桿的布置空間；②后側(cè)視野限制邊界。

造型可行性分析要點(diǎn)如下：①尾門撐桿布置可行性。分析撐桿布置空間是否與造型A面產(chǎn)生干涉，是否影響D柱腔體設(shè)計(jì)。②后側(cè)方視野。根據(jù)布置斷面檢查后側(cè)方視野是否滿足目標(biāo)值以及法規(guī)。

3.2尾門開口邊界斷面（SL43）

SL43斷面主要表達(dá)尾門開口的寬度性能目標(biāo)（圖14），并依據(jù)止口位置推斷尾門分縫的位置。由于尾門分縫位置將影響尾部寬度和尾燈的分件比例，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注避免影響尾燈設(shè)計(jì)進(jìn)度，在第一輪CAS到第二輪CAS期間研討清楚。SL43斷面包含的關(guān)鍵信息有：①尾門開口限制面；②尾門分縫位置。

造型可行性分析要點(diǎn)：造型尾門分縫位置是否滿足尾門的開口寬度目標(biāo)。

3.3尾門頂部斷面（RB01）

RB01斷面對造型Y0有關(guān)鍵影響（圖15），甚至決定了車型的定位。設(shè)計(jì)師通常希望汽車尾部下溜以利于造型美觀性和風(fēng)阻，但內(nèi)部又需要保證乘客的頭部空間，涉及多部門的分析校核。因此需要提前組織分析，在第一輪CAS時(shí)將設(shè)計(jì)邊界鎖定以確定整車風(fēng)格。RB01斷面包含的關(guān)鍵信息有：①頭部空間目標(biāo)值設(shè)定包絡(luò)；②天窗、頂棚結(jié)構(gòu)形式；③天線安裝位置；④尾門鉸鏈位置和尾門分縫位置；⑤尾翼結(jié)構(gòu)形式，尾門上部腔體斷面；⑥后上視野目標(biāo)值限制面，尾門護(hù)板結(jié)構(gòu)空間，線束布置空間；⑦高位制動燈結(jié)構(gòu)形式。

造型可行性分析要點(diǎn)如下：①分析造型面的高度可行性。根據(jù)頭部空間目標(biāo)值布置頂棚截面后，判斷所需空間是否與造型面干涉。②分析尾門分縫位置。根據(jù)尾門開起包絡(luò)，鉸鏈布置空間和頭部空間，推導(dǎo)出尾門分縫應(yīng)處的位置。③分析頂棚尾部型面高度合理性。根據(jù)后上視野限制邊界，布置內(nèi)飾護(hù)板、高位制動燈和尾翼，并檢查是否與造型面有干涉。

3.4尾窗下邊界斷面（RB02）

RB02斷面用于判斷尾窗底部的邊界位置（圖16），影響尾部造型的縱向視覺比例關(guān)系，同時(shí)影響尾燈的高度位置，應(yīng)在第一輪CAS到第二輪CAS期間研討清楚。RB02斷面包含的關(guān)鍵信息有：①后下視野目標(biāo)值邊界；②后雨刮安裝位置，內(nèi)飾護(hù)板邊界；③尾窗下邊界。

造型可行性分析要點(diǎn)如下：檢查造型后擋風(fēng)玻璃下邊界可行性，根據(jù)后雨刮、內(nèi)飾護(hù)板布置位置，檢查造型面的后擋玻璃邊界是否滿足后下視野的目標(biāo)值。

3.5后保險(xiǎn)杠底部邊界斷面（RB03）

RB03斷面用于判斷造型面的后保險(xiǎn)杠下邊界位置（圖17），以及后懸長度邊界，應(yīng)在CAS設(shè)計(jì)開始之前就輸入造型。RB03斷面包含的關(guān)鍵信息有：①離去角目標(biāo)值邊界；②后防撞梁位置；

③尾門檻高度和尾門分縫位置。

造型可行性分析要點(diǎn)如下：①檢查造型面的通過性是否符合目標(biāo)值；②檢查后防撞梁布置空間是否與造型面干涉；③校核尾門分縫位置。后門檻高度涉及人機(jī)便利性，由性能目標(biāo)值提供，依據(jù)此邊界推導(dǎo)出外飾尾門分縫，并檢查造型面是否符合結(jié)構(gòu)邊界。

4結(jié)束語

本文提煉出的14處關(guān)鍵斷面，旨在提高造型開發(fā)項(xiàng)目的工程可行性分析效率。造型項(xiàng)目經(jīng)理或數(shù)模設(shè)計(jì)主管應(yīng)在設(shè)計(jì)前期的相應(yīng)階段，向工程提出這些斷面的優(yōu)先繪制需求，并組織斷面合理性的研討[5]。為了保證項(xiàng)目進(jìn)度，應(yīng)避免將這些關(guān)鍵斷面的爭議問題遺留到項(xiàng)目后期，導(dǎo)致引起大面積的設(shè)計(jì)變更。

需要注意的是，造型可行性分析的前提和宗旨，是保證造型意圖的落地，而不是簡單地通過更改造型來滿足工程要求。良好的產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)在造型美觀性和產(chǎn)品性能之間取得平衡，工程師和設(shè)計(jì)師都需要為客戶對于外觀品質(zhì)的需求做出努力。