汽車風窗上分縫線位置的布置分析

韋 光

（一汽-大眾汽車有限公司，吉林 長春 130013）

0 引 言

汽車的造型特征分縫線影響整車造型特征比例，是整車造型極重要內容。各主機廠為搶占市場機會，需要盡量壓縮前期設計開發周期，包括造型周期和驗證工程可行性周期，這要求總布置專業在前期盡早并全面地將工程約束條件輸入給造型專業，減少造型階段工作反復，保證同步開發[1-2]。這對工程前期輸入的準確性和全面性提出高要求。

現有研究[3-7]主要針對前大燈、尾燈、前后門、輪眉的分縫線和Cowl 點（Y基準平面內前罩板、發動機罩或外部組件上的最高點沿X向在汽車風窗玻璃外表面上的投影點）等，對風窗上分縫線研究較少。風窗上分縫線位置，在造型上影響前后方向風窗玻璃和車頂的分配，在工程上影響車內乘員前方上視野和風窗上部及頂棚前部諸多零件的布置空間，尤其越來越多的電子模塊如雨量傳感器、前置攝像頭等需布置在風窗上部的內后視鏡蓋板區域。

本文以風窗上分縫線為研究對象，通過分析風窗上部及頂棚前部各模塊的布置要求并結合斷面，確定風窗上分縫線位置的影響因素，據此制定限制面作為前期工程輸入，梳理分縫線位置布置流程，輔助造型前期開發。

1 關鍵斷面尺寸鏈分解

在整車關鍵斷面中，與風窗上分縫線位置相關的斷面有兩處，分別為過前排H 點（Hip Point，人體軀干和大腿的旋轉中心）的Y向斷面D100和過車輛中心的Y向斷面D99，如圖1所示。

圖1 風窗上分縫線

為識別風窗上分縫線位置的影響因素，分別對斷面D100和D99進行尺寸鏈分析。

1.1 斷面D100尺寸鏈分析

以車頂型式為固定玻璃頂的車型為例，遮陽板布置對風窗上分縫線位置影響較大，過H 點做Y向斷面D100，其尺寸鏈模型如圖2所示。

圖2 斷面D100尺寸鏈模型

圖2 中各尺寸符號的含義及工程要求為：（1）a為遮陽板寬度，通常遮陽板是模塊件，需要結合模塊策略、開發車型、遮陽要求、成本等方面合理選型；（2）b為遮陽板轉軸處翻折包絡與頂棚的最小間隙，考慮制件和裝配公差，通常要求不小于4 mm；（3）c為頂棚厚度，取決于頂棚材料，如果頂棚基材為毛氈，則通常要求不小于4 mm（面料厚1 mm、基材厚3 mm），如果頂棚基材為發泡，則通常要求不小于7 mm（面料厚3 mm、基材厚4 mm）；（4）d為頂棚到車頂橫梁的間隙，考慮制件和裝配公差，通常要求不小于5 mm；（5）e為車頂橫梁的截面高度，影響車身模態、頂壓強度等，可參考上代車型并結合開發車型的模擬計算結果確定；（6）f為車頂玻璃的涂膠厚度，與涂膠工藝相關，通常為5 mm；（7）g為車頂玻璃厚度，通常為4.96 mm，車頂玻璃通常是雙層夾膠并帶有隔熱膜的夾層玻璃；（8）h為遮陽板下翻至豎直狀態時最低點到前排假人V1點（駕駛員眼睛位置的點）的Z向距離，人機要求通常為10～20 mm，過小無法保證遮陽效果，過大會影響前上視野；（9）i為遮陽板翻折包絡到第5 百分位女性假人乘坐狀態下頭部輪廓線的距離，人機要求無干涉，即不小于0 mm；（10）j為過V1點的前上視野限制面到頂棚的距離，人機要求保證前上視野，即j不小于0 mm；（11）k為過V1點的前上7°視野線到遮陽板前翻至極限狀態時的最下端點的距離，通常人機要求保證遮陽板前翻時前上視野不小于7°，即k不小于0 mm。由b、c、d、e、f組成的尺寸鏈過遮陽板轉軸垂直于車頂玻璃。

為給造型專業更多發揮空間，需在車型開發前期階段由工程專業輸入斷面各尺寸，盡量按照利于造型的極限狀態輸入標準斷面。

D100標準斷面中，a～g與結構相關，應取相應要求的最小值，h～k與人機相關，取決于a～g極值狀態下D100的布置位置。

1.2 斷面D99尺寸鏈分析

以配置有雨量傳感器和前置攝像頭且內后視鏡蓋板居中布置在風窗上部的車型為例，過車輛中心做Y向斷面D99，其尺寸鏈模型如圖3所示。

圖3 斷面D99尺寸鏈模型

為配合斷面D99尺寸鏈建模，同時建立前置攝像頭鏡頭中心處尺寸鏈模型，如圖4所示。

圖4 鏡頭中心處尺寸鏈模型

圖3 中各尺寸符號的含義及工程要求為：（1）l為車頂橫梁焊接邊寬度，考慮玻璃涂膠的溢膠空間，通常要求玻璃涂膠中心前、后鈑金空間不小于7.25 mm，即l不小于14.5 mm；（2）m為車頂橫梁焊接邊到攝像頭支架上端的距離，通常要求不小于5 mm，以保證攝像頭支架的裝配空間；（3）n為攝像頭支架上端到攝像頭中心的距離，取決于攝像頭及支架的結構尺寸、安裝關系；（4）q為攝像頭中心到攝像頭下FOV（Field of View，視野）與風窗玻璃內表面交點的沿玻璃方向距離，由圖4 可知，q=(o+p)cot(β?α)；（5）r為攝像頭下FOV 與風窗玻璃內表面的交點到攝像頭支架下端的距離，為保證攝像頭支架不侵入攝像頭下FOV，同時考慮制件和裝配公差，通常要求r不小于10 mm；（6）s為攝像頭支架下端到雨量傳感器端部的距離，考慮制件和裝配公差，通常要求s不小于3 mm；（7）t為雨量傳感器端部到雨量傳感器感應區中心的距離，為傳感器的結構尺寸；（8）u為雨量傳感器感應區中心到內后視鏡底座安裝面中心的距離（內后視鏡底座卡接在雨量傳感器支架上），為雨量傳感器支架（通常為模塊件）的結構尺寸；（9）v為內后視鏡底座安裝面中心到內后視鏡設計狀態（鏡片豎直）鏡框最低點的Z向距離，取決于內后視鏡及其底座結構和內后視鏡配置，此外，β也會影響該值；（10）w為內后視鏡高度限制面（過H-box 最后最下點上移715 mm的水平面）到內后視鏡設計狀態鏡框最低點的Z向距離，H-box為座椅調節至最前最上極限位置、最后最上極限位置、最前最下極限位置、最后最下極限位置時H 點所圍成的圖形，人機要求內后視鏡設計狀態鏡框最低點到H-box最后最下點水平面的Z向距離通常不小于715 mm，以避免內后視鏡過低影響駕駛員前方視野，即w不小于0 mm；（11）x為內后視鏡到轉頭限制面（過第5百分位女性眼點做與X向成55°的直線與Y基準平面相交處的垂面）的距離，人機要求內后視鏡應處于駕駛員舒適轉頭觀察的范圍內（第5 百分位女性轉頭觀察的角度不大于55°），即x不小于0 mm；（12）y為第95 百分位男性人體手部觸及限制面到內后視鏡的距離，人機要求內后視鏡應便于觸及，即y不小于0 mm；（13）z為內后視鏡玻璃上沿到后上視野限制面的距離，根據人機要求，滿載狀態時內后視鏡玻璃上沿上移5 mm 平行于地面線的視野線不可被頂棚等其他部件遮擋，由此定義后上視野限制面為后背門上護板（兩廂車）或頂棚（三廂車）在Y基準平面的最低點下移5 mm 平行于滿載地面線的平面，則z要求不小于0 mm。

圖4 中各尺寸符號的含義及工程要求為：（1）o為攝像頭鏡頭上端到風窗玻璃的距離，考慮制件和裝配公差，通常要求不小于1.5 mm；（2）p為攝像頭鏡頭中心與鏡頭最上端沿風窗表面法線方向的距離；（3）α為攝像頭下FOV 與水平面夾角，取決于攝像頭供應商，為盡量縮小偵測盲區，通常要求不小于17°；（4）β為風窗玻璃傾角，取決于整車外飾造型。

D99標準斷面中，l～v與結構相關，應取相應要求的最小值，為使q盡量小，α、β應分別取相應要求最小值、最大值，x～z與人機相關，取決于l～v、α、β極值狀態下D99的布置位置。

2 風窗上分縫線位置限制面

限制面是直觀化、綜合化、簡單化的工程要求，將工程專業對造型的要求，通過簡單的面或線表示出來并輸入給造型專業，輔助造型面設計，使造型專業明確可發揮區域，即造型面落在哪個區域滿足工程要求。

D100和D99的工程要求不同，需要分別研究過前排H 點和車輛中心的風窗上分縫線限制面，造型面需同時滿足兩限制面要求。

2.1 過前排H點的風窗上分縫線限制面

考慮D100標準斷面中a～g均與整車外飾造型無關，可以結合h～k工程要求極值，通過布置D100標準斷面得到過前排H 點的風窗上分縫線限制面。該限制面由4 個關鍵點及4 段線段構成，制作步驟如下。

（1） 設置h=10 mm，同時j=0 mm 或k=0 mm（通常首先滿足前者），定義此時D100標準斷面風窗上分縫點位置為A點，即風窗上分縫的前上極限點，如圖5所示。

圖5 風窗上分縫的前上極限A點

（2）基于步驟（1），將D100標準斷面沿前上視野限制面（j=0 mm）下移，直至h=20 mm，同時j=0 mm或k=0 mm，定義此時D100標準斷面風窗上分縫點位置為B點，即風窗上分縫的前下極限點，如圖6所示。

圖6 風窗上分縫的前下極限B點

（3）基于步驟（2），將D100標準斷面沿水平線后移，保持h=20 mm，直至i=0 mm，定義此時D100標準斷面風窗上分縫點位置為C點，即風窗上分縫的后下極限點，如圖7所示。

圖7 風窗上分縫的后下極限C點

（4）基于步驟（3），將D100標準斷面沿第5百分位女性假人乘坐狀態下頭部輪廓線上移，保持i=0 mm，直至h=10 mm，定義此時D100標準斷面風窗上分縫點位置為D點，即風窗上分縫的后上極限點，如圖8所示。

圖8 風窗上分縫的后上極限D點

依次連接A、B、C、D點，所圍成的封閉區域即為過前排H 點的風窗上分縫限制面，要求整車外飾造型面與此限制面相交，且造型面的風窗上分縫線與過前排H點的Y向平面的交點位于此限制面內。

2.2 過車輛中心的風窗上分縫線限制面

考慮D99標準斷面中攝像頭和內后視鏡的布置要求（攝像頭光軸水平、內后視鏡鏡片垂直），整車外飾造型如果改變風窗玻璃傾角β，會使q、v發生變化，所以確定D99標準斷面前需匹配某版本外飾造型中β并更新D99，再結合x～z工程要求極值，通過布置D99標準斷面得到過車輛中心的風窗上分縫線限制面。

該限制面由4 個關鍵點及4 段線段構成，制作步驟如下。

（1）設置y=0 mm 且z=0 mm，定義此時D99標準斷面風窗上分縫點位置為E點，即風窗上分縫的前上極限點，如圖9所示。

圖9 風窗上分縫的前上極限E點

（2）基于步驟（1），將D99標準斷面沿觸及限制面（y=0 mm）下移，直至w=0 mm，定義此時D99標準斷面風窗上分縫點的位置為F點，即風窗上分縫的前下極限點，如圖10所示。

圖10 風窗上分縫的前下極限F點

（3）基于步驟（2），將D99標準斷面沿內后視鏡高度限制面后移，直至x=0 mm，定義此時D99標準斷面風窗上分縫點的位置為G點，即風窗上分縫的后下極限點，如圖11所示。

圖11 風窗上分縫的后下極限G點

（4）基于步驟（3），將D99標準斷面沿轉頭限制面上移，直至z=0 mm，定義此時D99標準斷面風窗上分縫點的位置為H點，即風窗上分縫的后上極限點，如圖12所示。

圖12 風窗上分縫的后上極限H點

依次連接E、F、G、H點，所圍成的封閉區域即為過車輛中心的風窗上分縫線限制面，要求整車外飾造型面與此限制面相交，且造型面的風窗上分縫線與過車輛中心的Y向平面的交點位于此限制面內。

3 風窗上分縫線位置布置校核

考慮仍存在一些布置要求較難體現在D100和D99標準斷面中，當整車外飾造型面的風窗分縫線位置同時滿足過前排H 點的限制面和過車輛中心的限制面后，需校核以下要求（但不限于）是否滿足：（1）攝像頭下FOV 與發動機罩無干涉；（2）攝像頭下FOV 與地面線的交點到前保險杠X向距離不超過攝像頭偵測盲區要求；（3）攝像頭FOV 與風窗玻璃外表面的交線到雨刮刮刷區域邊界線的距離通常不小于20 mm[8]；（4）雨量傳感器中心在風窗玻璃外表面的投影與雨刮刮刷區域的距離通常不小于38 mm；（5）風窗長度需滿足工藝要求。

4 風窗上分縫線位置布置流程

對于風窗上分縫線位置布置，需總布置專業融合人機及其他專業要求，以斷面和限制面形式與造型專業進行交互，經過由無到有、由粗到細過程最終確定整車外飾造型風窗上分縫線位置，布置流程如圖13所示。

圖13 風窗上分縫線位置的布置流程

5 結束語

風窗上分縫線的布置位置影響整車造型比例、車內乘員的前方上視野以及諸多零部件布置空間等。本文闡述與風窗上分縫線位置相關的布置要求，建立兩個關鍵位置的標準斷面，并結合人機要求進行布置分析，說明風窗上分縫線限制面的制作方法，總結布置流程，為車型開發提供經驗參考。