減小乘用車A柱障礙角的設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用

覃星翠 ，康意誼 ，李 輝 ，方 星

（1.上海交通大學(xué)，上海 200240；2.上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心，廣西 柳州545007）

汽車A柱障礙角是衡量駕駛員前方視野好壞的重要指標(biāo)之一，直接影響駕駛的安全性。在新車型開發(fā)過程中，設(shè)計(jì)出較小的A柱障礙角可體現(xiàn)新車型的優(yōu)勢，有利于提高產(chǎn)品的市場競爭力。A柱障礙角的大小與車體、車門、內(nèi)飾、外飾等系統(tǒng)的零件布置與設(shè)計(jì)相關(guān)。減小A柱障礙角要考慮眾多零件結(jié)構(gòu)更改的可行性，還要考慮整車尺寸、造型特征的匹配。因此實(shí)現(xiàn)較小的A柱障礙角目標(biāo)，是整車系統(tǒng)多次綜合評估選擇的結(jié)果。為減少新車型開發(fā)的設(shè)計(jì)反復(fù)，本文對減小A柱障礙角常用的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行總結(jié)，基于典型截面分析其影響，并進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用舉例。

1 A柱障礙角測量方法

1.1 A柱障礙角GB(國標(biāo))測量方法

GB 11562-2014《汽車駕駛員前方視野要求及測量方法》要求，每根A柱雙目障礙角不得超過6°，對于防彈車輛，該角度不超過10°，具體測量方法如下。

按圖1所示在A柱上做兩個水平截面，即:（a）A柱S1截面：從Pm點(diǎn)向前作與水平面向上成2°的平面，過此平面與A柱相交的最前點(diǎn)作水平截面；（b）A柱S2截面：從Pm點(diǎn)向前作與水平面向下成5°的平面，過此平面與A柱相交的最前點(diǎn)作水平截面[1]。

圖1 A柱障礙角水平截面示意圖

將 S1，S2截面投影在P點(diǎn)所在的水平面內(nèi)，在該平面內(nèi)測量雙目障礙角，如圖2所示。E1和E2的連接線繞P1旋轉(zhuǎn)，使E1至左A柱的S2截面外側(cè)的切線與E1、E2連線成直角，從E1向左A柱的S2截面外側(cè)作切線和從E2向左A柱S1截面內(nèi)側(cè)作切線，從E2點(diǎn)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)的A柱雙目障礙角[1]。

圖2 雙目A柱障礙角測量示意圖

1.2 A柱障礙角實(shí)際測量說明

從A柱障礙角截面結(jié)構(gòu)可看出，S1、S2截面的最前點(diǎn)即為A柱外板的最前點(diǎn)。由S1截面確定的右側(cè)視野線在前風(fēng)擋的黑邊上。由于駕駛員坐姿高度差異，S2截面存在切到前門玻璃導(dǎo)軌和切不到前門玻璃導(dǎo)軌兩種情況，如圖3、圖4所示，前者在減小A柱障礙角分析時(shí)更加復(fù)雜。轎車因駕駛員坐姿較低，通常S2截面切到前門玻璃導(dǎo)軌。

圖3 S2截面切到玻璃導(dǎo)軌

圖4 S2截面未切到玻璃導(dǎo)軌

按S1及S2截面位置，測量A柱障礙角包含的零件包括左A柱內(nèi)外板、左前門外板、前擋風(fēng)玻璃黑邊、左前門框膠條、左前門窗玻璃膠條、外后視鏡底座、A柱內(nèi)飾板等。

2 減小A柱障礙角的主要方法及應(yīng)用

典型斷面可將外觀內(nèi)飾設(shè)計(jì)要求、工程要求、法規(guī)要求、人機(jī)工程要求等有效結(jié)合起來，利用典型截面進(jìn)行整車布置設(shè)計(jì)，可減少設(shè)計(jì)工程反復(fù)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。因此，結(jié)合典型截面進(jìn)行A柱障礙角相關(guān)零件設(shè)計(jì)可行性分析，可有效提高A柱障礙角設(shè)計(jì)效率。下文根據(jù)乘用車A柱障礙角相關(guān)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，將典型截面運(yùn)用到減小A柱障礙角相關(guān)的影響分析中，提出八個常用于減小乘用車A柱障礙角的設(shè)計(jì)方法，并進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。

2.1 減小A柱截面大小

2.1.1 減小前擋風(fēng)玻璃黑邊寬度

因?yàn)楦姆秶^小，減小前擋風(fēng)玻璃黑邊寬度是減小A柱障礙角最常用的方法。如圖5所示，通過壓縮玻璃花邊到A柱外板之間的距離使花邊線外移。通過對標(biāo)車型分析，結(jié)合車型制造實(shí)際及外觀感知評估，確認(rèn)可否減小前擋玻璃到鈑金距離1 mm、玻璃膠面寬度2mm、玻璃膠條到鈑金距離2’mm、A柱內(nèi)飾板到鈑金距離3 mm、內(nèi)飾板厚度4 mm、內(nèi)飾板到黑邊距離5 mm、花邊寬度6 mm等尺寸。某車型A減小前擋風(fēng)玻璃黑邊6.4 mm，A柱障礙角減小0.6°，分析數(shù)據(jù)如表1所示。

圖5 A柱典型截面（T07A）

表1 某車型A前擋風(fēng)玻璃黑邊寬度對比

2.1.2 減小A柱腔體尺寸

A柱腔體大小需考慮A柱鈑金沖壓、強(qiáng)度要求、重量控制要求，由制造、安全及重量相關(guān)區(qū)域共同確定。如圖6所示，某車型B腔體初始設(shè)計(jì)A柱腔體寬度為46 mm，由于A柱障礙角過大，需分析通過減小A柱腔體可否實(shí)現(xiàn)A柱障礙角目標(biāo)。經(jīng)分析對標(biāo)車型結(jié)構(gòu)及進(jìn)行CAE計(jì)算，確認(rèn)車型B A柱腔體減小8 mm、內(nèi)板板厚增加1 mm，可使A柱障礙角減小0.8°，同時(shí)滿足制造要求。

圖6 某車型B A柱腔體大小

2.1.3 減小前門框?qū)挾?/p>

門框?qū)挾葘τ贏柱障礙角的影響僅次于黑邊寬度[2]。門密封膠條和膠條卡槽結(jié)構(gòu)對門框總寬度影響很大。如圖7所示，通過改變門密封膠條卡槽結(jié)構(gòu)，使門框總寬度依次減小。表2中，某車型C通過分析對標(biāo)車型結(jié)構(gòu)，減小前門框到A柱外板間隙7、前門框?qū)挾?（見圖1），使前門框總寬減小3.6 mm，由此A柱障礙角減小了0.3°.

圖7 門密封膠條安裝結(jié)構(gòu)

表2 某車型C前門窗框?qū)挾葘?biāo)

2.2 前門玻璃導(dǎo)軌前移

此方法適用于S2截面切到玻璃導(dǎo)軌的車型。對于外后視鏡布置玻璃導(dǎo)軌前的車型，需滿足外后視鏡底座安裝空間。同時(shí)，分析導(dǎo)軌前移對前門前分縫、玻璃寬度的影響。如某車型D，為使導(dǎo)軌前移，在滿足沖壓和外飾裙板安裝要求的前提下，將前門前分縫到前輪弧距離 L（見圖 8（a））減小 14.8 mm.在滿足翼子板到輪胎包絡(luò)間隙要求的情況下，通過實(shí)測對標(biāo)車輪罩和輪胎的間隙分析，將前輪罩周圈減小8 mm.因此，前門玻璃導(dǎo)軌可前移24.8 mm，使A柱障礙角減小0.4°.

圖8 某車型D前門玻璃導(dǎo)軌前移截面分析

2.3 增加A柱三角窗

除考慮造型因素外，設(shè)計(jì)三角窗主要為了減小A柱前方視野盲區(qū)。尤其針對外后視鏡布置在A柱三角區(qū)的車型，S2截面切到外后視鏡時(shí)，A柱障礙角往往偏大。此時(shí)，A柱增加三角窗是減小A柱障礙角常用的方法。常見的A柱三角窗結(jié)構(gòu)形式如圖9所示。

圖9 常見A柱三角窗形式

如圖10，某車型E A柱如無三角窗而增加裝飾蓋，則A柱障礙角為9.9°，已大于6°國標(biāo)要求。因?yàn)镾2截面切在三角區(qū)中部，此時(shí)A柱三角區(qū)處增加三角窗，則A柱障礙角外限線點(diǎn)向前內(nèi)移，可大大減小A柱障礙角。

圖10 某車型E A柱障礙角測量

2.4 調(diào)整A柱角度

2.4.1 加大A柱后傾角

從汽車外造型看，A柱后傾與前擋風(fēng)玻璃后傾的趨勢相似，可用前擋風(fēng)玻璃傾角A130-1評估A柱后傾程度，如圖11所示。按國標(biāo)測量方法，A柱障礙角隨A130-1增大而減小[2]，即擋風(fēng)玻璃越傾斜A柱障礙角越小。因此，在駕駛員眼點(diǎn)位置不變的情況下，可通過加大A130來減小A柱障礙角。調(diào)整A柱后傾角，對車型特征的影響主要包括A柱三角區(qū)、前擋側(cè)面、前門分縫、前門窗的變化，同時(shí)需評估前門進(jìn)出空間的影響。如圖12，為減小保證前門進(jìn)出空間的影響，某車型F將A柱在門洞控制點(diǎn)處繞Y軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)2°，最終使A柱障礙角減小0.5°.

圖11 A130-1示意圖

圖12 某車型F加大A柱后傾角

2.4.2 減小A柱內(nèi)傾角

與A柱后傾相似，A柱內(nèi)傾程度可用前門側(cè)窗玻璃內(nèi)傾角A122-1來評估，如圖13所示。按國標(biāo)測量方法，A柱障礙角隨A122-1增大而增大[2]，即側(cè)窗玻璃越斜A柱障礙角越大。駕駛員眼點(diǎn)不變時(shí)，如側(cè)窗內(nèi)傾角加大，則S2截面外視野限制點(diǎn)Y向外移，也可知A柱障礙角變大，如圖14所示。可知，減小A122-1可使A柱障礙角減小。圖15中，某車型G減小A122-1，即 S2截面外視野限制點(diǎn)內(nèi)移10 mm（Y=10 mm），A 柱障礙角由 3.3°減小到 2.3°.

圖13 A122示意圖

圖14 S2截面Y值

圖15 某車型G Y值

2.5 發(fā)蓋C點(diǎn)與窗臺線下移

此方法主要是評估駕駛員H點(diǎn)與C點(diǎn)高度變化對A柱障礙角的影響。如圖16，從外造型變化趨勢看，一般抬高駕駛員H點(diǎn)，C點(diǎn)高度H120-1隨之加大；C點(diǎn)抬高，則窗臺線也隨之抬高。如H點(diǎn)及A柱不變，C點(diǎn)窗臺線抬高則三角窗和外后視鏡底座安裝區(qū)域同步抬高且后移，則導(dǎo)致S2截面視野外限制點(diǎn)向后外移，最終使A柱障礙角加大。圖17中，某車型H為滿足行人保護(hù)法規(guī)，上抬C點(diǎn)同時(shí)上抬腰線，則增加了三角窗尺寸和后視鏡的安裝區(qū)域，導(dǎo)致A柱障礙角加大。由此可知，當(dāng)C點(diǎn)過高時(shí)，可將其下移以減小A柱障礙角。

圖16 C點(diǎn)與窗臺線高度示意圖

圖17 某車型H上抬C點(diǎn)與窗臺線

3 結(jié)束語

減小乘用車A柱障礙角可從以下方面進(jìn)行分析。從車型實(shí)際出發(fā)，綜合評估造型、工程、性能及成本要求，最終確定A柱障礙角過大問題的解決措施。

（1）進(jìn)行A柱典型截面T0A分析，減小前擋風(fēng)玻璃黑邊寬度、A柱腔體尺寸及前門框?qū)挾取?/p>

（2）對于S2截面切到前門玻璃導(dǎo)軌的車型，可適量前移前門玻璃導(dǎo)軌；如造型允許，可考慮增加A柱三角窗。

（3）如通過以上方法仍達(dá)不到A柱障礙角設(shè)計(jì)目標(biāo)，可加大A柱后傾角及減小A柱內(nèi)傾角。

（4）前期定義C點(diǎn)位置時(shí)，需綜合評估C點(diǎn)對A柱障礙角的影響。如C點(diǎn)過高，則將其下移可減小A柱障礙角。

[1]GB11562-2014，汽車駕駛員前方視野要求及測量方法[S].

[2]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，（5）:45-49.