汽车Cowl 点在整车布置中的影响因素探讨

孙阳坤 刘宗建 胡彭俊

（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院）

近年，国内汽车行业的市场竞争异常激烈，产品的开发成本与周期是企业赢得市场先机和领先利润的根本，而合理的总体布置能有效减少产品开发的成本与周期，文章旨在阐述汽车总体布置中的关键影响因素之一Cowl 点的布置，基于新车型在开发过程中Cowl点设定需考虑的因素，总结开发过程中的经验教训，对开发中遇到的相关问题提供思考方向，同时希望能够更加重视Cowl 点的设定，在开发过程中提早考虑，在设定过程中考虑得更加全面。

1 Cowl 点定义

Cowl 点是汽车纵向对称面上引擎盖或其他零件的最高点在前挡玻璃外表面上的水平投影点（以下简称C 点），定义参考《SAE J1100 NOV2009 Motor Vehicle Dimensions》[1]，如图1 所示，文章使用的坐标系依据文献[1]中附录A 的规定。

图1 C 点定义

2 C 点的布置影响因素

在汽车开发前期，完成造型草图方向定位后，总布置需制作整车硬点图，以便下一步对造型效果图及造型面进行约束，其中C 点作为总布置初始定义内容，在设定过程中，需权衡考虑产品的机舱动力规划、性能定位、造型定位等因素，如图2 所示。

图2 C 点布置影响因素

3 相关影响因素探讨

3.1 驾驶员视野影响因素

C 点处于前挡玻璃前下方，它的位置直接影响驾驶员的前方视野性能，前方视野性能关乎驾驶员驾驶安全和驾驶感知。

3.1.1 前下视野

根据《GB 11562—2014 汽车驾驶员前方视野要求及测量方法》[2]要求驾驶员前下视角不小于4°，考虑视野舒适性，对于Sedan、MPV 和SUV 有不同水平的视角要求，例如SUV 坐姿较高，视野性能需求更高，通常下视角不小于6 °，Sedan 坐姿低，通常下视野不小于5°，而MPV 多界于SUV 与Sedan 之间。对于SUV 车型驾驶员前视距（盲区）尽可能控制在7 m 以内会有更好的感知。从图3 可以看出，C 点的位置总体上限制着前下视野线，C 点位置越偏下偏后，驾驶员的下视野会越好，盲区会越小。例如某SUV 车型C 点过高导致前下视野盲区偏大已达9 m，如图4 所示。

图3 C 点总体上限制前下视野

3.1.2 A 柱视野

图4 某SUV 车型C 点过高引起盲区过大

A 柱盲区影响着驾驶安全，因此如何减小A 柱盲区是汽车视野不变的话题。C 点越靠前，A 柱位置越靠前，A 柱障碍角越小，从而A 柱盲区越小，如图5 所示。因此适当增大C 点与眼睛的距离，可改善前方盲区大小。A 柱障碍角定义依据文献[2]，例如，某车型C 点较为靠前，A 柱障碍角较小仅为2.3°，如图6 所示，其中P1点为头部旋转点，头部旋转点至眼点为104 mm。

图5 A 柱与C 点位置关系

图6 某车型C 点靠前A 柱障碍角较小

3.1.3 外后视野

外后视镜多布置于A 柱三角窗区域或前门板上2个位置，考虑驾驶员在观察后视镜时眼部及头部尽可能少的转动，外后视镜需尽可能靠前，如图7 所示。因此确定玻璃曲率后（考虑制造一般曲率半径≥800 mm）C 点前移有助于外后视镜的靠前布置，更有利于视野性能提升，如图8 所示。此外，后视镜靠前，驾驶员通过后视镜观察后方的范围也越广，外后视镜视野要求依据《GB 15084—2013 机动车辆间接视野装置性能和安装要求》[3]。

图7 外后视镜人机视野要求

图8 C 点与外后视镜位置关系

3.1.4 HUD 视野

HUD 即抬头显示仪，驾驶员不需要低头就能够看到他需要的重要信息，降低了驾驶员需要低头查看仪表的频率，避免注意力中断带来的安全隐患，HUD 能够提高驾驶安全，并逐渐在汽车上普及起来。HUD 光路在玻璃上透射的虚像及反射线需进入驾驶员眼椭圆包络，眼椭圆包络依据《SAE J941-2010 Motor Vehicle Drivers’Eye Locations》[4]，HUD、虚像和驾驶员眼睛在前挡玻璃上存在着光学关系。HUD 工作原理，如图9 所示。因此在C 点设定过程中需重点考虑玻璃倾角对HUD 的光路匹配产生的影响。例如某车型由于前期开发中C 点设定过于靠前导致在后期方案阶段增加HUD 配置时，光路无法匹配驾驶员视野，最终无法增加HUD 配置，如图10 所示。

图9 HUD 工作原理

图10 某车型HUD 光路与驾驶员眼睛不匹配

3.2 前排头部进出性

前挡玻璃曲率确定后，C 点的位置决定着玻璃位置，玻璃位置决定着A 柱的位置，A 柱对前排乘客头部进出性影响较大，在前期C 点设定过程中，需考虑C 点变化带来A 柱变动对前排人员进出过程中的头部的影响，建议保证乘坐基准点（SgRP 点）至A 柱平面斜向距离控制在800 mm 以上，SgRP 点前部至门洞前沿不小于750 mm，如图11 所示，SgRP 点定义依据文献[1]。

图11 乘员头部进出性的影响

3.3 除霜除雾性能

除霜性能是影响驾驶安全的重要因素之一，较好的除霜性能不仅要满足国家基本法规要求，还要考虑驾驶员驾乘视野范围。试验开始后20 min，A 区有80%完成除霜，试验开始后40 min，B 区有95%完成除霜；试验开始后10 min，A 区有90%完成除雾，B 区有80%完成除雾。除霜除雾性能要求参见《GB 11555-2009 汽车风窗玻璃除霜和除雾系统的性能和试验方法》[5]除霜除雾性能很大一部分取决于除霜风口的布置，除霜风口的布置主要取决于前挡玻璃及驾驶员视野范围，而前挡玻璃的位置由C 点确定。

根据CAE 仿真分析经验，除霜风口中轴与前挡玻璃的夹角β 为20～25°，考虑风口结构及除霜性能，风口中心与前挡玻璃的距离L1 一般在40～80 mm 范围内，如图12 所示，除霜风口中轴线需覆盖A 区下边界，如图12 中L2 所示。因此在C 点设定过程中需充分考虑风管布置空间及除霜性能。如某车型C 点过于靠前导致玻璃角度变大引起风管需要更大的弯曲空间，如图13 所示。

图12 风口与前挡玻璃的位置关系

图13 风管弯曲需要更大布置空间

3.4 乘员仓与机舱的布置

汽车上存在成千上万个零件，但主机厂主要起到集成、验证的作用，大部分零部件由配套企业完成，因此汽车开发中大部分零件均为模块化、通用化开发，如动力总成、蓄电池、ABS、冷却模块、VCU、HVAC、音响、抬头显示器（HUD）、组合仪表、安全气囊、换挡器、转向盘等零件均为模块化开发，在布置前期需充分考虑各个模块的布置空间。C 点处于机舱与仪表板模块中间位置，在汽车前期的布置规划中需重点考虑C 点与前悬尺寸的关系，保证机舱的布置空间；C 点与SgRP 点的关系，保证足够的仪表台模块布置空间和人体布置空间；在汽车前期造型与布置设计中需平衡考虑机舱与乘员舱的布置空间，如图14 和图15 所示。例如某车型因C 点过于靠前导致减振器安装螺栓无法装配及拆卸，如图16 所示。

图14 机舱与仪表板模块布置

图15 C 点与前悬及SgRP 点尺寸布置

图16 某车型因C 点过于靠前导致减振器无法安装

3.5 碰撞性能及机仓空间

发动机开发的定型阶段在整车开发阶段之前，因为到整车开发阶段很难再调整发动机的尺寸，因此设定C 点时需预留足够的机仓布置空间。

3.5.1 对正面碰撞的影响

除霜、HUD 等零件的布置主要取决于前挡玻璃的位置和角度，因此C 点前后（X 向）的位置在一定程度上决定着前围板的位置，为减少机舱零件侵入乘员舱造成对人员的伤害，具体要求依据《GB 11551—2014汽车正面碰撞的乘员保护》[6]，发动机与前围板需保证足够的碰撞吸能空间，在发动机布置及C 点的设定过程中需考虑此吸能空间，建议吸能空间控制在100 mm以上，此处可达到较好的正碰性能，如图17 所示。

图17 正碰吸能空间

3.5.2 对行人保护的影响

C 点的高度（Z 向）位置决定着引擎盖的高度，为保证在头型试验区域内，机舱零件与引擎盖有足够的行人保护碰撞空间，在机舱布置及C 点设定过程中需预留足够的碰撞空间，吸能空间需至少控制在70 mm 以上，如图18 所示。头型试验区域见《GB/T 24550—2009汽车对行人的碰撞保护》[7]。

图18 行人保护吸能空间

3.6 整车造型的影响

在汽车造型设计中，高度（Z 向）方向上，C 点的位置起着协调整车透明区与非透明区分割比例的作用，C点偏上或偏下均会失去视觉平衡，在前后（X 向）方向上，C 点的位置起着分割车头与乘员仓比例的作用。因此，C 点布置亦需结合造型美观性而定，如图19 所示。

图19 C 点对造型比例的影响

4 结论

汽车的设计开发从造型开始，在汽车设计前期C点的位置往往从造型美观的角度考虑的更多，而布置、性能、工艺上考虑的较少或不够深入，如果在后期的造型工程化开发中才发现C 点位置不合理，需要回到造型阶段去调整，势必会影响开发成本及周期，建议在造型设计阶段就全面综合考虑受影响的各个因素。文章对HUD 视野、除霜、碰撞等性能方面影响的分析仅从布置角度考虑进行一般性阐述，在大多汽车主机厂中已作为独立的专业开展研究，其与C 点相关性需要进一步深入地研究与论证。文章列举并分析了与C 点相关的布置因素，给出了汽车C 点相关因素的合理布置参数，对汽车开发过程中C 点的设定具有一定参考和指导意义。