SUV车型前风挡倾角的分析

祁建张岩万振赵德虎

（1.北京汽车研究总院有限公司；2.北京汽车股份有限公司）

随着汽车行业的快速发展，竞争越来越激烈，汽车企业不断推陈出新，开发新车型的周期越来越短。因此，在新车型概念开发阶段，开发目标的设定至关重要，前风挡倾角的定义就是其中一项，若更改此项定义，会严重影响项目开发周期，大大降低工作效率，且增加成本。目前的研究结果表明，前风挡倾角对空气动力学、驾驶员前方视野及乘降舒适性的影响很大，如果后期发现问题，很难更改前风挡倾角的设定，只能通过其他措施进行补救，往往收效甚微。文章基于137款SUV车型的数据进行分析，通过对标的方法，主要研究车身形式、C点[1]11的X向相对位置和C点到前轮心的Z向距离这3个因素的影响，为新车型开发时前风挡倾角的设定提供参考。

1 前风挡倾角概述

1.1 前风挡倾角定义

前风挡倾角[1]68是指在整车的Y=0断面上，从C点沿着前风挡向上457 mm的弦与垂向的夹角，如图1所示。C点是指在整车的Y=0断面上，过发动机罩投影线上最高点的水平线与前风挡玻璃外表面的交点[1]11，如图2所示。

图1 汽车前风挡倾角示意图

图2 汽车C点位置图

1.2 基于CATIA的前风挡倾角测量方法

1.2.1 数据准备

测量前风挡倾角，需要发动机盖板、空气室上盖板和前风挡玻璃在整车坐标系下的数据。三维数据可以通过3D扫描和三坐标打点等方式获得，某SUV车型的三维数模，如图3所示。

图3 某SUV车型前风挡倾角的CATIA三维数据显示界面

1.2.2 求做Y=0断面

整车Y=0断面是整车的左右对称面。在CATIA中，将逆向点云数据导入CATIA中，使用“切割”功能，定义并生成Y=0的断面，然后保存断面数据，重新加载到product中，如图4所示。

图4 某SUV车型Y=0断面显示界面

1.2.3 求做C点

将发动机盖板、空气室上盖板和前风挡玻璃在Y=0断面的数据在CATIA的草图模块中打开，过发动机盖板或空气室上盖板最高点（取二者最高点）做水平线，与前风挡玻璃的交点即为C点。对此SUV车型过空气室上盖板最高点做水平线，与前风挡玻璃的交点即为此SUV的C点，如图5所示。

图5 某SUV车型的C点位置确定过程显示界面

1.2.4 求做前风挡倾角

前风挡倾角是从C点沿着前风挡向上457 mm的弦与垂向的夹角。所以，以C点为圆心，做半径为457 mm的圆弧，进而得到圆弧与前风挡玻璃截面线的交点。经测量，某SUV车型的前风挡倾角为52.9°，如图6所示。

图6 某SUV车型前风挡倾角的测量显示界面

2 SUV车型前风挡倾角分析

根据数据库中SUV车型对标数据的积累，文章主要分析11个品牌、48种SUV的137款车型的前风挡倾角，如表1所示。

表1 SUV对标车型汇总表

汽车的前风挡倾角与整车外形、空气动力学、驾驶员前方视野、乘降舒适性等因素息息相关，需共同考虑。文章重点分析前风挡倾角与整车外形之间的关系，主要研究车身形式、C点的X向相对位置和C点到前轮心的Z向距离这3个因素对前风挡倾角的影响。C点与前轮心的相对位置参数，如图7所示。

图7 某SUV车型C点与前轮心的相对位置参数示意图

SUV前风挡倾角一般在30～60°范围内。前风挡倾角在（58±3）°范围内的车型占总数的 65%；在（52±2）°范围内的车型占总数的18%；在30～50°的车型占总数的17%。SUV车型的前风挡倾角分析，如图8所示。

图8 SUV对标车型前风挡倾角分布图

3 前风挡倾角的影响要素分析

3.1 前风挡倾角与整车车身形式的关系

137款车型中，承载式车身占67.2%，非承载式车身占32.8%；前风挡倾角小于50°的，绝大多数采用非承载式车身；采用承载式车身的仅Jeep的指挥官和自由人，如图9所示。

图9 整车车身形式与前风挡倾角的关系

3.2 前风挡倾角与C点的X向相对位置的关系

137款车型中，C点到前轮心的X向距离与轴距的比率（L1/L）均在10%～30%，如图10所示。

图10 C点到前轮心的X向距离与前风挡倾角的关系

10%＜L1/L≤22%的车型占总数的87.6%，前风挡倾角均在50～60°范围内；仅第二代路虎揽胜、丰田FJ-酷路泽和Jeep的指挥官除外；L1/L＞22%的车型占总数的12.4%，分别为路虎揽胜第一代、卫士、奔驰G500、牧马人和Jeep自由人、北京BJ80和BJ40L；由此可见，C点X向相对位置越靠后，前风挡倾角较小。

3.3 前风挡倾角与C点到前轮心的Z向距离的关系

137款车型中，C点到前轮心的Z向距离均在750～950 mm，如图11所示。

图11 C点到前轮心的Z向距离与前风挡倾角的关系

750 mm＜Z1≤880 mm的车型占总数的69.3%，前风挡倾角均在50～60°范围内，仅第二代路虎揽胜、Jeep的指挥官和自由人除外；880 mm＜Z1＜950 mm的车型占总数的30.7%，前风挡倾角在30～60°范围内都有，但前风挡倾角在30～40°的SUV车型均在此范围内，其外造型风格均属硬派越野车，具体有奔驰G500、Jeep的牧马人、路虎卫士、丰田FJ-酷路泽、北京BJ80和BJ40L。由此可见，前风挡倾角小于40°的SUV，C点相对前轮心的位置都较高。

4 结论

文章通过分析137款SUV对标车型的前风挡倾角得出：

1）绝大多数SUV的前风挡倾角在50～60°的范围内，占总数的83%；仅少数SUV的前风挡倾角在30～50°的范围内，占总数的17%。

2）C点的X向相对位置越靠前，即L1/L越小，前风挡倾角可调的范围越大，可以依据造型风格，在30～60°范围内调整；C点的X向相对位置越靠后，即L1/L越大，前风挡倾角可调的范围越小，很难做到（58±3）°，一般在 30～50°范围内调整。

3）前风挡倾角小于40°的SUV（硬派越野车），C点相对前轮心的位置都较高。

基于某新开发的非承载式车身的SUV车型，C点位置相对前轮心比较靠后，结合文章研究的结果，建议造型时前风挡倾角在30～50°范围内选择。因文章仅对整车外型进行研究，只能给出前风挡倾角的范围。若需确定数值，需要综合考虑空气动力学特性、驾驶员前方视野及乘降舒适性等因素。