浅谈工程区域限制模型对汽车仪表板内饰设计的重要性

2018-05-16刘丽佳覃鹏飞

汽车零部件 2018年4期

刘丽佳，覃鹏飞

(上汽通用五菱汽车股份有限公司,广西柳州 545007)

0 引言

内饰造型设计受到工程约束限制较多，外有外饰造型边界及关联零件的布置约束，内有总布置人机操作、内空参数的约束，同时材质工艺、零件成型工艺、结构设计策略、成本策略、市场定位等都会对内饰造型设计产生很大的约束。所以最好从创意效果图前期就输入市场定位策略、总布置参数及工程区域限制模型，以保证创意设计在比例上、设计可实现性上更接近真实，避免出现实物模型与效果图不符的尴尬，减少前期创意设计上大的颠覆，同时数字设计阶段空间约束上有足够的、全面的工程区域限制模型支撑并与创意有更多的、充分的沟通交流，找到工程区域限制模型与创意设计的平衡点。

1 工程区域限制模型

工程区域限制模型就是将所有关联工程区域如总布置、内外饰、车身、空电、CAE、动力等区域零件的设计准则且彼此无冲突矛盾的准则集成在一起，所组成的工程准则集成模块。在造型设计开发过程中，工程区域限制模型是从少到多、从粗到细、从量变到质变的过程，贯穿于造型设计开发的始终。

2 仪表板区域工程区域限制模型

仪表板是各种操纵控制和显示的集成部件，既讲究美观性、实用性，也要讲究安全性，所以仪表板的造型设计是整个内饰设计的重中之重，是整个内饰设计的亮点所在。好的仪表板造型设计会给客户带来视觉的享受，也会在欣赏美之余体验使用上的方便舒适、驾驶上更强的操控性及安全感。仪表板的造型设计和工程设计是最为复杂的，设计相关联的工程区域也是最多的，外观材质、色彩定义及各类精致精细等动态、静态的感知要求也是最多的，搭接匹配形式也是最多最复杂的。所以要尽量梳理清楚思路，将完善准确的工程区域限制模型提供给造型创意设计、油泥模型设计、数字设计，避免不必要的反复。

作者将仪表板区域限制模型输入分为仪表板边界轮廓工程区域限制模型、信息显示区域工程区域限制模型、空调出风口工程区域限制模型、操纵开关按钮布置工程区域限制模型及安全碰撞工程区域限制模型。

2.1 仪表板边界轮廓工程区域限制模型

2.1.1 仪表板上部边界工程区域限制模型

仪表板前端上部边界的确定和外饰Cowl Point、前挡风玻璃、下视野线有很大关系。感知上要求尽量减小车内可视黑边宽度，同时在黑边以下10 mm以保证制造公差内仪表板结构不会外漏的要求，制定出标准截面来约束限制前端仪表板大面的Z向位置，仪表板横向大面走势是由中间最高到两侧慢慢降低做出一定的弧度，具体效果由创意来把控，到两侧需要综合与门饰板搭接的过渡区域效果。

2.1.2 仪表板左右两侧边界工程区域限制模型

现在内饰设计比较流行环抱设计以提高舒适感、安全感，整个环抱设计有很明显的曲线特征的连贯性，该特征从仪表板一直贯穿到门饰板区域，所以仪表板两侧的边界确定直接影响到仪表板上部相关其他特征及零部件如侧出风口、侧除霜口的位置，也直接影响到门饰板关联特征的走势匹配。具体方法主要是根据外饰A柱位置及密封面，预留出线束、天窗水管的结构尺寸，结合A柱上饰板与密封面的配合关系绘制出标准截面，从而确定A柱饰板Y向位置，同时兼顾考虑仪表板强度要求，推算出仪表板环抱特征的左右起始位置。

2.1.3 仪表板下部边界工程区域限制模型

仪表板下边界Z向上考虑驾驶员制动踏板及加油踏板时的脚部、腿部空间要求，副驾驶侧保证在椭圆最低点位置空调箱不外漏。挡板X向后极限的位置需要满足碰撞腿部空间要求,正面碰撞一般要求膝部碰撞按照膝盖绕脚部踵点向前移动100 mm的距离内不可与膝部挡板干涉，且膝部先碰、小腿后碰的原则，同时保证手套箱满足开启开度要求的前提下，与副驾驶的腿部空间要求在10 mm以上。挡板X向前极限位置，驾驶侧需要满足与转向系统模块安全距离要求，副驾驶区域需要考虑挡板与空调箱是否过近，避免手套箱储物空间过小。

2.2 信息显示区域工程区域限制模型

信息显示区域需要满足信息可视无遮挡，各种光源入射到组合仪表、导航屏幕均无反射光线入射驾驶员眼中造成炫目现象，以保证驾驶员行车安全，所以对信息显示器位置、角度、高亮材质定义、遮光罩长度、仪表玻璃面罩曲率等都有很多要求，具体逐一说明如下。

2.2.1 组合仪表区域工程限制模型

组合仪表区域包括组合仪表罩工程区域限制模型及组合仪表遮挡范围工程区域限制模型[1]。

(1)组合仪表罩工程区域限制模型用于太阳直射、斜射反光问题校核，如图1所示。工程区域限制模型包括工程准则如下：①驾驶员上、下视野要求；②上视野与前挡风玻璃交点与组合仪表表盘最下点连线作为太阳入射光线；③方向盘以设计状态做出手部操作包络；④眼椭圆通过方向盘可视视野线。

图1 组合仪表帽檐工程区域限制模型

要求：①组合仪表罩不能遮挡下视野线； ②组合仪表罩必须能够遮挡前挡玻璃的强光入射，但不能侵入方向盘手部操作包络；③组合仪表罩需落在强光入射线、驾驶员视野线及方向盘手包络线围成的三角区域内。以上约束对组合仪表罩的长度有很明确的遮光要求，造型数据阶段需要按此限制模型进行设计。

(2)组合仪表护罩工程区域限制模型用于夜间发光字符标识在侧窗玻璃投影是否与外后视镜可视区域重叠的校核。夜间组合仪表转速表、时速表及其他标识字符夜间发光会反射投影在侧窗玻璃上，如果发光字符投影区域落入外后视镜镜面位置(如图2所示)，会导致驾驶员无法通过后视镜看清楚车辆后方情况，对驾驶员行车安全产生很大的影响。投影的位置与侧窗玻璃曲率、组合仪表表盘位置、组合仪表玻璃面罩曲率、组合仪表罩及炮筒遮挡长度有很大关系，对造型上仪表罩及炮筒的感官深度、零件的成型实现性都关系紧密，此项检查在设计前期是非常重要的车内炫光分析的检查项目之一。

图2 组合仪表夜间投影与外后视镜可视区域重叠

正确的炫光分析结果应该是组合仪表发光字符标识投影在外后视镜可视区域之上(如图3所示)，以避免驾驶员行车观察后方情况时被发光字符干扰，造成安全隐患。

图3 组合仪表夜间投影与外后视镜可视区域实车效果

(3)组合仪表遮挡范围的工程限制模型用于驾驶员通过方向盘读取完整组合仪表信息的可视视野要求校核，要求组合仪表标识不能落入方向盘阻挡区域[2]，如图4所示。要求：①确定2D假人坐姿；②确定方向盘位置及相关造型方向盘数据；③总布置根据组合仪表表盘面到椭圆眼中心距离经验值780～820 mm，组合仪表表盘面必须垂直于视野线，初步确定组合仪表表盘位置及角度；④组合仪表参考结构数据与仪表板支架管梁距离要求一般最小5 mm,进一步确定组合仪表位置。

图4 组合仪表遮挡范围工程区域限制模型

2.2.2 中控区域工程区域限制模型

中控区域工程区域限制模型主要需要确定导航屏幕位置，以满足太阳光入射对驾驶员不产生炫光现象，且夜间导航屏幕信息显示的各发光光源不落入视野B区，以减小对驾驶员行车时视野的干扰。

布置要求如下(如图5、图6所示)：

(1)导航屏幕与人视野线夹角要求，一般在82.5°～90°之间；

(2)导航屏幕夜间发光投影必须不允许侵入B区；

(3)导航屏幕太阳光反光校核；

(4)人机操作布置在轻松触及区域。

图5 导航屏幕布置位置要求示意图

图6 导航屏幕落入前挡B之上的实车效果

2.3 空调出风口工程限制模型

2.3.1 出风口工程区域限制模型

出风口导向能力主要取决于出风口的布置，即放置的高度及倾斜角。一般要求4个出风口中，至少中间两组或是两侧两组可以满足吹头部、肩部、腹部3个区域跨度(如图7所示)。

图7 吹风方向指向性要求

风管布置要求，需要分析评估下出风口与仪表板支架管梁的位置关系，出风口高度上尽量在仪表板支架管梁上，避免风管要绕过仪表管梁接到出风口位置，需要很大的折弯，这样就对吹风不利、影响出风量。造型出风口大面位置与仪表管梁前后X向距离尽量大，以免出风口后部结构与仪表板支架管梁干涉。

所以在造型设计初期，工程区域要尽快根据方向盘转向管柱位置定下初版CCB管梁的位置，根据空调箱位置并用现有车型出风口位置初步推算造型出风口布置位置，输入给造型，进行造型前期设计，最好在效果图阶段就可以提供，以保证造型效果图比例更加真实、准确，避免后期大量反复比例失真的问题出现。

2.3.2 前、侧除霜口工程区域限制模型

前、侧除霜出风口的功能是将气流吹到前挡及侧窗玻璃上，进行除霜除雾或防止起雾起霜，以使得驾驶员能够看清侧后视镜的对应区域，此功能与驾驶安全密切相关，不但要美观，位置、出风面积是否达到要求都要进行严格的CFD(Computational Fluid Dynamics)分析。

前除霜口在仪表板比较靠前的位置，工程区域一般提供前除霜口的中心位置(如图8所示)，提供出风口面积要求，同时感知要求车内不可见格栅口，并要求一元硬币不落入格栅内。

图8 前除霜口位置分析原理示意图

侧除霜风口大多数布置在仪表板两侧，当然也有布置在A柱饰板或门饰板上的，一般推荐把侧吹窗出风口设计在仪表板上，当然具体看造型设计需求及结构内部风管空间是否满足布置要求。工程要求从侧吹窗风口面开始，以侧吹窗风口的瞄准线为轴线，产生的角度为6°的圆锥面，一直到侧窗玻璃的路径中，不能有任何物体阻挡。侧除霜口位置分析原理示意如图9所示。