摘要

當(dāng)前大部分針對汽車A 柱障礙角的分析和優(yōu)化設(shè)計是基于國標(biāo)GB 11562 得出的，并且側(cè)重于A 柱結(jié)構(gòu)斷面優(yōu)化，對造型因素的研究不多。而本文則通過探討A 柱障礙角的多種評價方法，量化分析造型因素對A 柱障礙角的影響，并找出有利的造型特征，對A 柱障礙角進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

關(guān)鍵詞：汽車；A 柱障礙角；評價方法；造型；優(yōu)化設(shè)計

作者：程 昌

浙江智馬達(dá)智能科技有限公司 315000

前言

駕駛員視野設(shè)計是影響汽車主動安全性的主要因素之一，而A 柱是整個汽車視野中的重要部分。A柱作為車輛碰撞的一個重要骨架件，通常15%~25%的碰撞路徑要通過它傳遞，因此需要保持其足夠的剛度，同時又要減少其對駕駛者的視線遮擋程度，而這對矛盾在現(xiàn)有技術(shù)階段很難達(dá)到平衡，所以A柱視野盲區(qū)的出現(xiàn)不可避免。根據(jù)J.D. Power 的IQS客戶抱怨調(diào)研結(jié)果可知，在所有視野抱怨類別中，A 柱視野抱怨占比最大，為63%（見圖1），因此A柱障礙角優(yōu)化設(shè)計是駕駛員視野中非常重要的內(nèi)容，應(yīng)引起足夠重視。當(dāng)前國內(nèi)研究側(cè)重于通過優(yōu)化A柱結(jié)構(gòu)斷面來改善A 柱障礙角。本文則探討了造型特征對A 柱障礙角的影響，具有創(chuàng)新性的指導(dǎo)意義。

A 柱障礙角主要評價方法

常用的A 柱障礙角評價方法有GB 11562-2014（下稱“GB 障礙角”）、ECE R125（和國標(biāo)方法一致）、GCIE（Global Cars Manufactures Information Exchange Group，下稱“GCIE 障礙角”），以及SAEJ1050（Society of Automotive Engineers，下稱“SAE 障礙角”）。以下對這4 種主要評價方法進(jìn)行解釋。

GB 障礙角和ECE R125 障礙角評價方法[1]

1）從Pm 點向前作與水平面向上呈2 度的平面，過此平面與A 柱相交的最前點作水平截面S1。2）從Pm 點向前作與水平面向下呈5 度的平面，過此平面與A 柱相交的最前點作水平截面S2。3）將S1、S2 兩截面投影在P 點所在的水平面內(nèi)。4）將E1 和E2 的連接線繞P1 旋轉(zhuǎn)，使E1 點至左A 柱的S2 截面外側(cè)的切線與E1、E2 連線成直角；從E1 向S2 截面外側(cè)作切線，從E2 向S1 截面內(nèi)測作切線；從E2 點作前一切線平行線，與后切線所成的平面視野角度即為駕駛員側(cè)的GB 障礙角（A 柱雙目障礙角）。

GCIE 障礙角評價方法

1）駕駛員H 點往上635 毫米高度作GCIE 點，通過GCIE 點作一垂直于Z 軸的平面S。2）通過S 平面作A 柱截面，通過GCIE 點作直線M1 和A 柱內(nèi)側(cè)前風(fēng)擋玻璃黑邊相連，通過GCIE點作直線M2 和A 柱外側(cè)（包含A 柱、門密封條等）相切。3）直線M1 和M2 之間的夾角（銳角）即為GCIE障礙角。

SAE 障礙角評價方法[2]

1）過Pm 點作水平面與A 柱相交，即為S 截面。2）E1 和E2 的連接線繞P1 旋轉(zhuǎn)，使E1 至左A柱的S 截面外側(cè)的切線與E1、E2 連線成120 度；從E1 向左A 柱的S 截面外側(cè)作切線和從E2 向左A 柱S 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)A 柱的SAE 障礙角。

上述4 種評價方法中，ECE R125 和GB 障礙角方法一致，即測量上2 度和下5 度2 個水平面內(nèi)雙目障礙角。GCIE 障礙角測量某高度水平面上A 柱截面的角度，控制A 柱截面大小。SAE 障礙角測量某高度水平面內(nèi)雙目障礙角。4 種方法各有側(cè)重，其中SAE 障礙角和GB 障礙角、GCIE 障礙角方法略有重疊。本文采用GB 障礙角和GCIE 障礙角2 種評價方法進(jìn)行分析。

工程對A 柱障礙角的影響分析

由于A 柱受到的影響因素很多，因此在對其進(jìn)行設(shè)計時需要兼顧安全性、線束水管氣簾等布置因素以及工程限制和造型的綜合影響。其中，安全性需要考慮整車架構(gòu)的合理性、A 柱內(nèi)板材料強度和截面大小。在工程因素中，A 柱的截面大小、前風(fēng)擋飾條位置、窗框?qū)挾群颓帮L(fēng)擋黑邊寬度等都會影響到A 柱障礙角[3]。

項目受制于安全性、結(jié)構(gòu)、成本等因素，因此在優(yōu)化A 柱結(jié)構(gòu)時，分析造型的影響作用十分必要，這也是本文的研究重點。

造型對A 柱障礙角的量化分析

在整車開發(fā)流程架構(gòu)開發(fā)階段的造型主題開發(fā)之前，應(yīng)積極與造型設(shè)計師溝通，引導(dǎo)造型特征做出對A 柱障礙角有利的決策，從而可以達(dá)到事半功倍的效果。若等到造型單一方案確定后再推動造型特征修改，則其難度無疑會大大增加。造型對A 柱障礙角的影響因素，細(xì)分下來可以列出6 大項，分別是A 柱前后位置、前風(fēng)擋玻璃傾角A130-1、側(cè)玻璃傾角A122、A 柱位置角、發(fā)動機蓋cowl point（發(fā)蓋末端點）前后位置、belt line 水切高度和B 柱傾斜角度。此外，駕駛員H 點位置對A 柱障礙角也有一定影響，因此加上這條共7 個因素。以下將分析單個因素對A 柱障礙角的影響（默認(rèn)其他因素保持不變）。

本文基于某項目中外后視鏡布置在支座（下稱“patch”）上的形式，重點分析造型對左側(cè)A 柱障礙角的影響，并對左側(cè)A 柱障礙角進(jìn)行優(yōu)化。右側(cè)亦相應(yīng)得到改善。

A 柱前后位置

A 柱GB 障礙角和GCIE 障礙角研究結(jié)果如下：A 柱前移10 毫米，GB 障礙角會惡化約0.37 度，GCIE障礙角會優(yōu)化約0.2 度，兩者呈現(xiàn)相反的趨勢。GB障礙角的影響約是GCIE 障礙角的1倍。

前風(fēng)擋玻璃傾角A130-1

A 柱GB 障礙角和GCIE 障礙角研究結(jié)果如下：前風(fēng)擋玻璃傾角A130-1 角度減小1 度（注意是前風(fēng)擋玻璃繞著下端點旋轉(zhuǎn)，而不是繞著上端點旋轉(zhuǎn)），GB 障礙角會惡化約0.4 度，GCIE 障礙角會優(yōu)化約0.48度，兩者呈現(xiàn)相反的趨勢。GB 障礙角的影響和GCIE障礙角的影響相當(dāng)。

側(cè)玻璃傾角A122

A 柱GB 障礙角和GCIE 障礙角研究結(jié)果如下：側(cè)玻璃傾角A122 減小1 度，GB 障礙角會優(yōu)化約0.16度，GCIE 障礙角會優(yōu)化約0.1 度，兩者呈現(xiàn)相同的趨勢。GB 障礙角的影響約是GCIE 障礙角的1 倍。因此，在其他條件不變的情況下，應(yīng)盡量使得側(cè)玻璃變立，減小側(cè)玻璃傾角A122。

A 柱位置角

A 柱位置角測量如下圖2 所示：

A 柱GB 障礙角和GCIE 障礙角研究結(jié)果如下：A 柱往Y 軸內(nèi)側(cè)方向平移10 毫米，A 柱位置角增加0.7 度，GB 障礙角會優(yōu)化約0.1 度，GCIE 障礙角會惡化0.04 度，幾乎無影響。A 柱位置角越大，A 柱距離人眼越遠(yuǎn)，會弱化A 柱視野盲區(qū)。因此應(yīng)盡量增大A 柱位置角。

駕駛員H點上下移動

A 柱GB 障礙角和GCIE 障礙角研究結(jié)果如下：駕駛員H 點上移10 毫米，GB 障礙角會優(yōu)化約0.64 度，GCIE 障礙角會惡化約0.37 度，兩者呈現(xiàn)相反的趨勢。GB 障礙角的影響約是GCIE 障礙角的73%。注意：在本分析中，駕駛員H 點上下移動時，GB 障礙角下5 度始終都切到外后視鏡patch 上。

發(fā)動機蓋cowl point 前后位置

A 柱GB 障礙角和GCIE 障礙角研究結(jié)果如下：cowl point 前移10 毫米，A130-1 增大0.2 度，GB 障礙角會惡化約0.12 度，GCIE 障礙角會優(yōu)化約0.04 度，兩者呈現(xiàn)相反的趨勢。GB 障礙角的影響約是GCIE障礙角的3 倍。由于前門分縫位置不動，外后視鏡patch 位置不變，cowl point 前移會使得A 柱根部變大，導(dǎo)致A柱視野盲區(qū)變大。同時GB 障礙角惡化，GCIE 障礙角優(yōu)化不明顯。因此，在其他條件不變的情況下，應(yīng)盡量將cowl point 后移，以此來優(yōu)化A 柱視野。注意：如果造型需要cowl point 前移量很大，比如前移100 毫米以上，導(dǎo)致外后視鏡的布置形式由patch 轉(zhuǎn)換為布置在前門或belt line 或者A2 柱上，則增加前三角窗。由于前提條件已改變（外后視鏡布置形式改變），因此不能適用本小節(jié)的分析結(jié)論。

Belt line（前門水切）高度和B 柱傾斜角度

Belt line 高度和B 柱傾斜角度具有相關(guān)性，可以放在一起研究。二者是很重要的造型元素，同時還涉及前門玻璃升降、門剛度（門玻璃和門板Z 向尺寸比例）、門內(nèi)扣手布置、前門門鎖布置，以及后視鏡布置等諸多工程要求，涉及因素較多。通過降低belt line 高度，將后視鏡patch 前移1 毫米，能夠優(yōu)化GB 障礙角0.04 度（GB 障礙角仍然切到后視鏡patch 上）。為了改善GB 障礙角，應(yīng)盡可能地降低belt line 高度，B 柱調(diào)立，并將belt line 角度向后傾斜（前低后高）來滿足前門玻璃全降的要求，目的是將后視鏡patch 前移。采取這些措施后，GB 障礙角有可能剛好避讓開后視鏡patch，切到A 柱上，從而可以極大地改善GB 障礙角。由于涉及因素較多，belt line 高度不一定能夠下降，需要具體項目具體分析。

總結(jié)

將上述造型對A 柱障礙角的影響綜合到一起，如圖3 所示。

綜上，為了獲得良好的A 柱障礙角，筆者認(rèn)為可以采用下列決策方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計：

1）A 柱盡量往外移（沿著Y 軸方向外推），以獲得更大的A 柱位置角，從而可以獲得更好的GB障礙角。同時A 柱在Y 軸方向遠(yuǎn)離人眼，可以弱化A 柱視野盲區(qū)。2）cowl point 盡量后移（在滿足雨刮等布置要求的前提下），可以優(yōu)化GB 障礙角。對于外后視鏡布置在patch 上的車型，可以減小A 柱根部大小，從而弱化由于A 柱根部粗大而遮擋視野的抱怨。3）將側(cè)玻璃變立，減小A122 角度，可以同時優(yōu)化GB 障礙角和GCIE 障礙角。4）降低belt line 高度，B 柱調(diào)立，belt line 角度向后傾斜（前低后高），并將后視鏡patch 前推，可以優(yōu)化GB 障礙角。5）由于A 柱的前后位置和A130-1 角度會帶來GB 障礙角和GCIE 障礙角相反的變化，因此需要考慮車型的差異，根據(jù)具體車型來具體分析。6）駕駛員H 點的上下調(diào)整，需要綜合考慮與人相關(guān)的因素，比如前方視野、頭部空間等，不能只單純考慮A 柱障礙角，應(yīng)根據(jù)具體車型來具體分析。

本結(jié)論是基于研究某項目中外后視鏡布置在支座上的形式獲得的分析結(jié)果，具體數(shù)值僅供參考，重點是分析的方法和各造型因素對A 柱障礙角的曲線趨勢圖。

【參考文獻(xiàn)】

[1] GB 11562-2014,汽車駕駛員前方視野要求及測量方法[S].

[2] SAEJ1100,Motor Vehicle Dimensions[S].

[3] 阮浩峰,趙毅,張瓊,等.基于UG的A柱障礙角量化分析[J].上海汽車,2014(03):45-49.