汽车风窗上分缝线位置的布置分析

2023-12-29韦光

北京汽车 2023年6期

韦光

（一汽-大众汽车有限公司，吉林长春 130013）

0 引言

汽车的造型特征分缝线影响整车造型特征比例，是整车造型极重要内容。各主机厂为抢占市场机会，需要尽量压缩前期设计开发周期，包括造型周期和验证工程可行性周期，这要求总布置专业在前期尽早并全面地将工程约束条件输入给造型专业，减少造型阶段工作反复，保证同步开发[1-2]。这对工程前期输入的准确性和全面性提出高要求。

现有研究[3-7]主要针对前大灯、尾灯、前后门、轮眉的分缝线和Cowl 点（Y基准平面内前罩板、发动机罩或外部组件上的最高点沿X向在汽车风窗玻璃外表面上的投影点）等，对风窗上分缝线研究较少。风窗上分缝线位置，在造型上影响前后方向风窗玻璃和车顶的分配，在工程上影响车内乘员前方上视野和风窗上部及顶棚前部诸多零件的布置空间，尤其越来越多的电子模块如雨量传感器、前置摄像头等需布置在风窗上部的内后视镜盖板区域。

本文以风窗上分缝线为研究对象，通过分析风窗上部及顶棚前部各模块的布置要求并结合断面，确定风窗上分缝线位置的影响因素，据此制定限制面作为前期工程输入，梳理分缝线位置布置流程，辅助造型前期开发。

1 关键断面尺寸链分解

在整车关键断面中，与风窗上分缝线位置相关的断面有两处，分别为过前排H 点（Hip Point，人体躯干和大腿的旋转中心）的Y向断面D100和过车辆中心的Y向断面D99，如图1所示。

图1 风窗上分缝线

为识别风窗上分缝线位置的影响因素，分别对断面D100和D99进行尺寸链分析。

1.1 断面D100尺寸链分析

以车顶型式为固定玻璃顶的车型为例，遮阳板布置对风窗上分缝线位置影响较大，过H 点做Y向断面D100，其尺寸链模型如图2所示。

图2 断面D100尺寸链模型

图2 中各尺寸符号的含义及工程要求为：（1）a为遮阳板宽度，通常遮阳板是模块件，需要结合模块策略、开发车型、遮阳要求、成本等方面合理选型；（2）b为遮阳板转轴处翻折包络与顶棚的最小间隙，考虑制件和装配公差，通常要求不小于4 mm；（3）c为顶棚厚度，取决于顶棚材料，如果顶棚基材为毛毡，则通常要求不小于4 mm（面料厚1 mm、基材厚3 mm），如果顶棚基材为发泡，则通常要求不小于7 mm（面料厚3 mm、基材厚4 mm）；（4）d为顶棚到车顶横梁的间隙，考虑制件和装配公差，通常要求不小于5 mm；（5）e为车顶横梁的截面高度，影响车身模态、顶压强度等，可参考上代车型并结合开发车型的模拟计算结果确定；（6）f为车顶玻璃的涂胶厚度，与涂胶工艺相关，通常为5 mm；（7）g为车顶玻璃厚度，通常为4.96 mm，车顶玻璃通常是双层夹胶并带有隔热膜的夹层玻璃；（8）h为遮阳板下翻至竖直状态时最低点到前排假人V1点（驾驶员眼睛位置的点）的Z向距离，人机要求通常为10～20 mm，过小无法保证遮阳效果，过大会影响前上视野；（9）i为遮阳板翻折包络到第5 百分位女性假人乘坐状态下头部轮廓线的距离，人机要求无干涉，即不小于0 mm；（10）j为过V1点的前上视野限制面到顶棚的距离，人机要求保证前上视野，即j不小于0 mm；（11）k为过V1点的前上7°视野线到遮阳板前翻至极限状态时的最下端点的距离，通常人机要求保证遮阳板前翻时前上视野不小于7°，即k不小于0 mm。由b、c、d、e、f组成的尺寸链过遮阳板转轴垂直于车顶玻璃。

为给造型专业更多发挥空间，需在车型开发前期阶段由工程专业输入断面各尺寸，尽量按照利于造型的极限状态输入标准断面。

D100标准断面中，a～g与结构相关，应取相应要求的最小值，h～k与人机相关，取决于a～g极值状态下D100的布置位置。

1.2 断面D99尺寸链分析

以配置有雨量传感器和前置摄像头且内后视镜盖板居中布置在风窗上部的车型为例，过车辆中心做Y向断面D99，其尺寸链模型如图3所示。

图3 断面D99尺寸链模型

为配合断面D99尺寸链建模，同时建立前置摄像头镜头中心处尺寸链模型，如图4所示。

图4 镜头中心处尺寸链模型

图3 中各尺寸符号的含义及工程要求为：（1）l为车顶横梁焊接边宽度，考虑玻璃涂胶的溢胶空间，通常要求玻璃涂胶中心前、后钣金空间不小于7.25 mm，即l不小于14.5 mm；（2）m为车顶横梁焊接边到摄像头支架上端的距离，通常要求不小于5 mm，以保证摄像头支架的装配空间；（3）n为摄像头支架上端到摄像头中心的距离，取决于摄像头及支架的结构尺寸、安装关系；（4）q为摄像头中心到摄像头下FOV（Field of View，视野）与风窗玻璃内表面交点的沿玻璃方向距离，由图4 可知，q=(o+p)cot(β−α)；（5）r为摄像头下FOV 与风窗玻璃内表面的交点到摄像头支架下端的距离，为保证摄像头支架不侵入摄像头下FOV，同时考虑制件和装配公差，通常要求r不小于10 mm；（6）s为摄像头支架下端到雨量传感器端部的距离，考虑制件和装配公差，通常要求s不小于3 mm；（7）t为雨量传感器端部到雨量传感器感应区中心的距离，为传感器的结构尺寸；（8）u为雨量传感器感应区中心到内后视镜底座安装面中心的距离（内后视镜底座卡接在雨量传感器支架上），为雨量传感器支架（通常为模块件）的结构尺寸；（9）v为内后视镜底座安装面中心到内后视镜设计状态（镜片竖直）镜框最低点的Z向距离，取决于内后视镜及其底座结构和内后视镜配置，此外，β也会影响该值；（10）w为内后视镜高度限制面（过H-box 最后最下点上移715 mm的水平面）到内后视镜设计状态镜框最低点的Z向距离，H-box为座椅调节至最前最上极限位置、最后最上极限位置、最前最下极限位置、最后最下极限位置时H 点所围成的图形，人机要求内后视镜设计状态镜框最低点到H-box最后最下点水平面的Z向距离通常不小于715 mm，以避免内后视镜过低影响驾驶员前方视野，即w不小于0 mm；（11）x为内后视镜到转头限制面（过第5百分位女性眼点做与X向成55°的直线与Y基准平面相交处的垂面）的距离，人机要求内后视镜应处于驾驶员舒适转头观察的范围内（第5 百分位女性转头观察的角度不大于55°），即x不小于0 mm；（12）y为第95 百分位男性人体手部触及限制面到内后视镜的距离，人机要求内后视镜应便于触及，即y不小于0 mm；（13）z为内后视镜玻璃上沿到后上视野限制面的距离，根据人机要求，满载状态时内后视镜玻璃上沿上移5 mm 平行于地面线的视野线不可被顶棚等其他部件遮挡，由此定义后上视野限制面为后背门上护板（两厢车）或顶棚（三厢车）在Y基准平面的最低点下移5 mm 平行于满载地面线的平面，则z要求不小于0 mm。

图4 中各尺寸符号的含义及工程要求为：（1）o为摄像头镜头上端到风窗玻璃的距离，考虑制件和装配公差，通常要求不小于1.5 mm；（2）p为摄像头镜头中心与镜头最上端沿风窗表面法线方向的距离；（3）α为摄像头下FOV 与水平面夹角，取决于摄像头供应商，为尽量缩小侦测盲区，通常要求不小于17°；（4）β为风窗玻璃倾角，取决于整车外饰造型。

D99标准断面中，l～v与结构相关，应取相应要求的最小值，为使q尽量小，α、β应分别取相应要求最小值、最大值，x～z与人机相关，取决于l～v、α、β极值状态下D99的布置位置。

2 风窗上分缝线位置限制面

限制面是直观化、综合化、简单化的工程要求，将工程专业对造型的要求，通过简单的面或线表示出来并输入给造型专业，辅助造型面设计，使造型专业明确可发挥区域，即造型面落在哪个区域满足工程要求。

D100和D99的工程要求不同，需要分别研究过前排H 点和车辆中心的风窗上分缝线限制面，造型面需同时满足两限制面要求。

2.1 过前排H点的风窗上分缝线限制面

考虑D100标准断面中a～g均与整车外饰造型无关，可以结合h～k工程要求极值，通过布置D100标准断面得到过前排H 点的风窗上分缝线限制面。该限制面由4 个关键点及4 段线段构成，制作步骤如下。

（1）设置h=10 mm，同时j=0 mm 或k=0 mm（通常首先满足前者），定义此时D100标准断面风窗上分缝点位置为A点，即风窗上分缝的前上极限点，如图5所示。

图5 风窗上分缝的前上极限A点

（2）基于步骤（1），将D100标准断面沿前上视野限制面（j=0 mm）下移，直至h=20 mm，同时j=0 mm或k=0 mm，定义此时D100标准断面风窗上分缝点位置为B点，即风窗上分缝的前下极限点，如图6所示。

图6 风窗上分缝的前下极限B点

（3）基于步骤（2），将D100标准断面沿水平线后移，保持h=20 mm，直至i=0 mm，定义此时D100标准断面风窗上分缝点位置为C点，即风窗上分缝的后下极限点，如图7所示。

图7 风窗上分缝的后下极限C点

（4）基于步骤（3），将D100标准断面沿第5百分位女性假人乘坐状态下头部轮廓线上移，保持i=0 mm，直至h=10 mm，定义此时D100标准断面风窗上分缝点位置为D点，即风窗上分缝的后上极限点，如图8所示。

图8 风窗上分缝的后上极限D点

依次连接A、B、C、D点，所围成的封闭区域即为过前排H 点的风窗上分缝限制面，要求整车外饰造型面与此限制面相交，且造型面的风窗上分缝线与过前排H点的Y向平面的交点位于此限制面内。

2.2 过车辆中心的风窗上分缝线限制面

考虑D99标准断面中摄像头和内后视镜的布置要求（摄像头光轴水平、内后视镜镜片垂直），整车外饰造型如果改变风窗玻璃倾角β，会使q、v发生变化，所以确定D99标准断面前需匹配某版本外饰造型中β并更新D99，再结合x～z工程要求极值，通过布置D99标准断面得到过车辆中心的风窗上分缝线限制面。

该限制面由4 个关键点及4 段线段构成，制作步骤如下。

（1）设置y=0 mm 且z=0 mm，定义此时D99标准断面风窗上分缝点位置为E点，即风窗上分缝的前上极限点，如图9所示。

图9 风窗上分缝的前上极限E点

（2）基于步骤（1），将D99标准断面沿触及限制面（y=0 mm）下移，直至w=0 mm，定义此时D99标准断面风窗上分缝点的位置为F点，即风窗上分缝的前下极限点，如图10所示。

图10 风窗上分缝的前下极限F点

（3）基于步骤（2），将D99标准断面沿内后视镜高度限制面后移，直至x=0 mm，定义此时D99标准断面风窗上分缝点的位置为G点，即风窗上分缝的后下极限点，如图11所示。

图11 风窗上分缝的后下极限G点

（4）基于步骤（3），将D99标准断面沿转头限制面上移，直至z=0 mm，定义此时D99标准断面风窗上分缝点的位置为H点，即风窗上分缝的后上极限点，如图12所示。

图12 风窗上分缝的后上极限H点

依次连接E、F、G、H点，所围成的封闭区域即为过车辆中心的风窗上分缝线限制面，要求整车外饰造型面与此限制面相交，且造型面的风窗上分缝线与过车辆中心的Y向平面的交点位于此限制面内。

3 风窗上分缝线位置布置校核

考虑仍存在一些布置要求较难体现在D100和D99标准断面中，当整车外饰造型面的风窗分缝线位置同时满足过前排H 点的限制面和过车辆中心的限制面后，需校核以下要求（但不限于）是否满足：（1）摄像头下FOV 与发动机罩无干涉；（2）摄像头下FOV 与地面线的交点到前保险杠X向距离不超过摄像头侦测盲区要求；（3）摄像头FOV 与风窗玻璃外表面的交线到雨刮刮刷区域边界线的距离通常不小于20 mm[8]；（4）雨量传感器中心在风窗玻璃外表面的投影与雨刮刮刷区域的距离通常不小于38 mm；（5）风窗长度需满足工艺要求。