SUV車型前風(fēng)擋傾角的分析

祁建張巖萬振趙德虎

（1.北京汽車研究總院有限公司；2.北京汽車股份有限公司）

隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，競爭越來越激烈，汽車企業(yè)不斷推陳出新，開發(fā)新車型的周期越來越短。因此，在新車型概念開發(fā)階段，開發(fā)目標(biāo)的設(shè)定至關(guān)重要，前風(fēng)擋傾角的定義就是其中一項，若更改此項定義，會嚴(yán)重影響項目開發(fā)周期，大大降低工作效率，且增加成本。目前的研究結(jié)果表明，前風(fēng)擋傾角對空氣動力學(xué)、駕駛員前方視野及乘降舒適性的影響很大，如果后期發(fā)現(xiàn)問題，很難更改前風(fēng)擋傾角的設(shè)定，只能通過其他措施進行補救，往往收效甚微。文章基于137款SUV車型的數(shù)據(jù)進行分析，通過對標(biāo)的方法，主要研究車身形式、C點[1]11的X向相對位置和C點到前輪心的Z向距離這3個因素的影響，為新車型開發(fā)時前風(fēng)擋傾角的設(shè)定提供參考。

1 前風(fēng)擋傾角概述

1.1 前風(fēng)擋傾角定義

前風(fēng)擋傾角[1]68是指在整車的Y=0斷面上，從C點沿著前風(fēng)擋向上457 mm的弦與垂向的夾角，如圖1所示。C點是指在整車的Y=0斷面上，過發(fā)動機罩投影線上最高點的水平線與前風(fēng)擋玻璃外表面的交點[1]11，如圖2所示。

圖1 汽車前風(fēng)擋傾角示意圖

圖2 汽車C點位置圖

1.2 基于CATIA的前風(fēng)擋傾角測量方法

1.2.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

測量前風(fēng)擋傾角，需要發(fā)動機蓋板、空氣室上蓋板和前風(fēng)擋玻璃在整車坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù)。三維數(shù)據(jù)可以通過3D掃描和三坐標(biāo)打點等方式獲得，某SUV車型的三維數(shù)模，如圖3所示。

圖3 某SUV車型前風(fēng)擋傾角的CATIA三維數(shù)據(jù)顯示界面

1.2.2 求做Y=0斷面

整車Y=0斷面是整車的左右對稱面。在CATIA中，將逆向點云數(shù)據(jù)導(dǎo)入CATIA中，使用“切割”功能，定義并生成Y=0的斷面，然后保存斷面數(shù)據(jù)，重新加載到product中，如圖4所示。

圖4 某SUV車型Y=0斷面顯示界面

1.2.3 求做C點

將發(fā)動機蓋板、空氣室上蓋板和前風(fēng)擋玻璃在Y=0斷面的數(shù)據(jù)在CATIA的草圖模塊中打開，過發(fā)動機蓋板或空氣室上蓋板最高點（取二者最高點）做水平線，與前風(fēng)擋玻璃的交點即為C點。對此SUV車型過空氣室上蓋板最高點做水平線，與前風(fēng)擋玻璃的交點即為此SUV的C點，如圖5所示。

圖5 某SUV車型的C點位置確定過程顯示界面

1.2.4 求做前風(fēng)擋傾角

前風(fēng)擋傾角是從C點沿著前風(fēng)擋向上457 mm的弦與垂向的夾角。所以，以C點為圓心，做半徑為457 mm的圓弧，進而得到圓弧與前風(fēng)擋玻璃截面線的交點。經(jīng)測量，某SUV車型的前風(fēng)擋傾角為52.9°，如圖6所示。

圖6 某SUV車型前風(fēng)擋傾角的測量顯示界面

2 SUV車型前風(fēng)擋傾角分析

根據(jù)數(shù)據(jù)庫中SUV車型對標(biāo)數(shù)據(jù)的積累，文章主要分析11個品牌、48種SUV的137款車型的前風(fēng)擋傾角，如表1所示。

表1 SUV對標(biāo)車型匯總表

汽車的前風(fēng)擋傾角與整車外形、空氣動力學(xué)、駕駛員前方視野、乘降舒適性等因素息息相關(guān)，需共同考慮。文章重點分析前風(fēng)擋傾角與整車外形之間的關(guān)系，主要研究車身形式、C點的X向相對位置和C點到前輪心的Z向距離這3個因素對前風(fēng)擋傾角的影響。C點與前輪心的相對位置參數(shù)，如圖7所示。

圖7 某SUV車型C點與前輪心的相對位置參數(shù)示意圖

SUV前風(fēng)擋傾角一般在30～60°范圍內(nèi)。前風(fēng)擋傾角在（58±3）°范圍內(nèi)的車型占總數(shù)的 65%；在（52±2）°范圍內(nèi)的車型占總數(shù)的18%；在30～50°的車型占總數(shù)的17%。SUV車型的前風(fēng)擋傾角分析，如圖8所示。

圖8 SUV對標(biāo)車型前風(fēng)擋傾角分布圖

3 前風(fēng)擋傾角的影響要素分析

3.1 前風(fēng)擋傾角與整車車身形式的關(guān)系

137款車型中，承載式車身占67.2%，非承載式車身占32.8%；前風(fēng)擋傾角小于50°的，絕大多數(shù)采用非承載式車身；采用承載式車身的僅Jeep的指揮官和自由人，如圖9所示。

圖9 整車車身形式與前風(fēng)擋傾角的關(guān)系

3.2 前風(fēng)擋傾角與C點的X向相對位置的關(guān)系

137款車型中，C點到前輪心的X向距離與軸距的比率（L1/L）均在10%～30%，如圖10所示。

圖10 C點到前輪心的X向距離與前風(fēng)擋傾角的關(guān)系

10%＜L1/L≤22%的車型占總數(shù)的87.6%，前風(fēng)擋傾角均在50～60°范圍內(nèi)；僅第二代路虎攬勝、豐田FJ-酷路澤和Jeep的指揮官除外；L1/L＞22%的車型占總數(shù)的12.4%，分別為路虎攬勝第一代、衛(wèi)士、奔馳G500、牧馬人和Jeep自由人、北京BJ80和BJ40L；由此可見，C點X向相對位置越靠后，前風(fēng)擋傾角較小。

3.3 前風(fēng)擋傾角與C點到前輪心的Z向距離的關(guān)系

137款車型中，C點到前輪心的Z向距離均在750～950 mm，如圖11所示。

圖11 C點到前輪心的Z向距離與前風(fēng)擋傾角的關(guān)系

750 mm＜Z1≤880 mm的車型占總數(shù)的69.3%，前風(fēng)擋傾角均在50～60°范圍內(nèi)，僅第二代路虎攬勝、Jeep的指揮官和自由人除外；880 mm＜Z1＜950 mm的車型占總數(shù)的30.7%，前風(fēng)擋傾角在30～60°范圍內(nèi)都有，但前風(fēng)擋傾角在30～40°的SUV車型均在此范圍內(nèi)，其外造型風(fēng)格均屬硬派越野車，具體有奔馳G500、Jeep的牧馬人、路虎衛(wèi)士、豐田FJ-酷路澤、北京BJ80和BJ40L。由此可見，前風(fēng)擋傾角小于40°的SUV，C點相對前輪心的位置都較高。

4 結(jié)論

文章通過分析137款SUV對標(biāo)車型的前風(fēng)擋傾角得出：

1）絕大多數(shù)SUV的前風(fēng)擋傾角在50～60°的范圍內(nèi)，占總數(shù)的83%；僅少數(shù)SUV的前風(fēng)擋傾角在30～50°的范圍內(nèi)，占總數(shù)的17%。

2）C點的X向相對位置越靠前，即L1/L越小，前風(fēng)擋傾角可調(diào)的范圍越大，可以依據(jù)造型風(fēng)格，在30～60°范圍內(nèi)調(diào)整；C點的X向相對位置越靠后，即L1/L越大，前風(fēng)擋傾角可調(diào)的范圍越小，很難做到（58±3）°，一般在 30～50°范圍內(nèi)調(diào)整。

3）前風(fēng)擋傾角小于40°的SUV（硬派越野車），C點相對前輪心的位置都較高。

基于某新開發(fā)的非承載式車身的SUV車型，C點位置相對前輪心比較靠后，結(jié)合文章研究的結(jié)果，建議造型時前風(fēng)擋傾角在30～50°范圍內(nèi)選擇。因文章僅對整車外型進行研究，只能給出前風(fēng)擋傾角的范圍。若需確定數(shù)值，需要綜合考慮空氣動力學(xué)特性、駕駛員前方視野及乘降舒適性等因素。