汽車(chē)Cowl 點(diǎn)在整車(chē)布置中的影響因素探討

孫陽(yáng)坤 劉宗建 胡彭俊

（廣州汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司汽車(chē)工程研究院）

近年，國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)異常激烈，產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成本與周期是企業(yè)贏得市場(chǎng)先機(jī)和領(lǐng)先利潤(rùn)的根本，而合理的總體布置能有效減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的成本與周期，文章旨在闡述汽車(chē)總體布置中的關(guān)鍵影響因素之一Cowl 點(diǎn)的布置，基于新車(chē)型在開(kāi)發(fā)過(guò)程中Cowl點(diǎn)設(shè)定需考慮的因素，總結(jié)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對(duì)開(kāi)發(fā)中遇到的相關(guān)問(wèn)題提供思考方向，同時(shí)希望能夠更加重視Cowl 點(diǎn)的設(shè)定，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中提早考慮，在設(shè)定過(guò)程中考慮得更加全面。

1 Cowl 點(diǎn)定義

Cowl 點(diǎn)是汽車(chē)縱向?qū)ΨQ面上引擎蓋或其他零件的最高點(diǎn)在前擋玻璃外表面上的水平投影點(diǎn)（以下簡(jiǎn)稱C 點(diǎn)），定義參考《SAE J1100 NOV2009 Motor Vehicle Dimensions》[1]，如圖1 所示，文章使用的坐標(biāo)系依據(jù)文獻(xiàn)[1]中附錄A 的規(guī)定。

圖1 C 點(diǎn)定義

2 C 點(diǎn)的布置影響因素

在汽車(chē)開(kāi)發(fā)前期，完成造型草圖方向定位后，總布置需制作整車(chē)硬點(diǎn)圖，以便下一步對(duì)造型效果圖及造型面進(jìn)行約束，其中C 點(diǎn)作為總布置初始定義內(nèi)容，在設(shè)定過(guò)程中，需權(quán)衡考慮產(chǎn)品的機(jī)艙動(dòng)力規(guī)劃、性能定位、造型定位等因素，如圖2 所示。

圖2 C 點(diǎn)布置影響因素

3 相關(guān)影響因素探討

3.1 駕駛員視野影響因素

C 點(diǎn)處于前擋玻璃前下方，它的位置直接影響駕駛員的前方視野性能，前方視野性能關(guān)乎駕駛員駕駛安全和駕駛感知。

3.1.1 前下視野

根據(jù)《GB 11562—2014 汽車(chē)駕駛員前方視野要求及測(cè)量方法》[2]要求駕駛員前下視角不小于4°，考慮視野舒適性，對(duì)于Sedan、MPV 和SUV 有不同水平的視角要求，例如SUV 坐姿較高，視野性能需求更高，通常下視角不小于6 °，Sedan 坐姿低，通常下視野不小于5°，而MPV 多界于SUV 與Sedan 之間。對(duì)于SUV 車(chē)型駕駛員前視距（盲區(qū)）盡可能控制在7 m 以內(nèi)會(huì)有更好的感知。從圖3 可以看出，C 點(diǎn)的位置總體上限制著前下視野線，C 點(diǎn)位置越偏下偏后，駕駛員的下視野會(huì)越好，盲區(qū)會(huì)越小。例如某SUV 車(chē)型C 點(diǎn)過(guò)高導(dǎo)致前下視野盲區(qū)偏大已達(dá)9 m，如圖4 所示。

圖3 C 點(diǎn)總體上限制前下視野

3.1.2 A 柱視野

圖4 某SUV 車(chē)型C 點(diǎn)過(guò)高引起盲區(qū)過(guò)大

A 柱盲區(qū)影響著駕駛安全，因此如何減小A 柱盲區(qū)是汽車(chē)視野不變的話題。C 點(diǎn)越靠前，A 柱位置越靠前，A 柱障礙角越小，從而A 柱盲區(qū)越小，如圖5 所示。因此適當(dāng)增大C 點(diǎn)與眼睛的距離，可改善前方盲區(qū)大小。A 柱障礙角定義依據(jù)文獻(xiàn)[2]，例如，某車(chē)型C 點(diǎn)較為靠前，A 柱障礙角較小僅為2.3°，如圖6 所示，其中P1點(diǎn)為頭部旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，頭部旋轉(zhuǎn)點(diǎn)至眼點(diǎn)為104 mm。

圖5 A 柱與C 點(diǎn)位置關(guān)系

圖6 某車(chē)型C 點(diǎn)靠前A 柱障礙角較小

3.1.3 外后視野

外后視鏡多布置于A 柱三角窗區(qū)域或前門(mén)板上2個(gè)位置，考慮駕駛員在觀察后視鏡時(shí)眼部及頭部盡可能少的轉(zhuǎn)動(dòng)，外后視鏡需盡可能靠前，如圖7 所示。因此確定玻璃曲率后（考慮制造一般曲率半徑≥800 mm）C 點(diǎn)前移有助于外后視鏡的靠前布置，更有利于視野性能提升，如圖8 所示。此外，后視鏡靠前，駕駛員通過(guò)后視鏡觀察后方的范圍也越廣，外后視鏡視野要求依據(jù)《GB 15084—2013 機(jī)動(dòng)車(chē)輛間接視野裝置性能和安裝要求》[3]。

圖7 外后視鏡人機(jī)視野要求

圖8 C 點(diǎn)與外后視鏡位置關(guān)系

3.1.4 HUD 視野

HUD 即抬頭顯示儀，駕駛員不需要低頭就能夠看到他需要的重要信息，降低了駕駛員需要低頭查看儀表的頻率，避免注意力中斷帶來(lái)的安全隱患，HUD 能夠提高駕駛安全，并逐漸在汽車(chē)上普及起來(lái)。HUD 光路在玻璃上透射的虛像及反射線需進(jìn)入駕駛員眼橢圓包絡(luò)，眼橢圓包絡(luò)依據(jù)《SAE J941-2010 Motor Vehicle Drivers’Eye Locations》[4]，HUD、虛像和駕駛員眼睛在前擋玻璃上存在著光學(xué)關(guān)系。HUD 工作原理，如圖9 所示。因此在C 點(diǎn)設(shè)定過(guò)程中需重點(diǎn)考慮玻璃傾角對(duì)HUD 的光路匹配產(chǎn)生的影響。例如某車(chē)型由于前期開(kāi)發(fā)中C 點(diǎn)設(shè)定過(guò)于靠前導(dǎo)致在后期方案階段增加HUD 配置時(shí)，光路無(wú)法匹配駕駛員視野，最終無(wú)法增加HUD 配置，如圖10 所示。

圖9 HUD 工作原理

圖10 某車(chē)型HUD 光路與駕駛員眼睛不匹配

3.2 前排頭部進(jìn)出性

前擋玻璃曲率確定后，C 點(diǎn)的位置決定著玻璃位置，玻璃位置決定著A 柱的位置，A 柱對(duì)前排乘客頭部進(jìn)出性影響較大，在前期C 點(diǎn)設(shè)定過(guò)程中，需考慮C 點(diǎn)變化帶來(lái)A 柱變動(dòng)對(duì)前排人員進(jìn)出過(guò)程中的頭部的影響，建議保證乘坐基準(zhǔn)點(diǎn)（SgRP 點(diǎn)）至A 柱平面斜向距離控制在800 mm 以上，SgRP 點(diǎn)前部至門(mén)洞前沿不小于750 mm，如圖11 所示，SgRP 點(diǎn)定義依據(jù)文獻(xiàn)[1]。

圖11 乘員頭部進(jìn)出性的影響

3.3 除霜除霧性能

除霜性能是影響駕駛安全的重要因素之一，較好的除霜性能不僅要滿足國(guó)家基本法規(guī)要求，還要考慮駕駛員駕乘視野范圍。試驗(yàn)開(kāi)始后20 min，A 區(qū)有80%完成除霜，試驗(yàn)開(kāi)始后40 min，B 區(qū)有95%完成除霜；試驗(yàn)開(kāi)始后10 min，A 區(qū)有90%完成除霧，B 區(qū)有80%完成除霧。除霜除霧性能要求參見(jiàn)《GB 11555-2009 汽車(chē)風(fēng)窗玻璃除霜和除霧系統(tǒng)的性能和試驗(yàn)方法》[5]除霜除霧性能很大一部分取決于除霜風(fēng)口的布置，除霜風(fēng)口的布置主要取決于前擋玻璃及駕駛員視野范圍，而前擋玻璃的位置由C 點(diǎn)確定。

根據(jù)CAE 仿真分析經(jīng)驗(yàn)，除霜風(fēng)口中軸與前擋玻璃的夾角β 為20～25°，考慮風(fēng)口結(jié)構(gòu)及除霜性能，風(fēng)口中心與前擋玻璃的距離L1 一般在40～80 mm 范圍內(nèi)，如圖12 所示，除霜風(fēng)口中軸線需覆蓋A 區(qū)下邊界，如圖12 中L2 所示。因此在C 點(diǎn)設(shè)定過(guò)程中需充分考慮風(fēng)管布置空間及除霜性能。如某車(chē)型C 點(diǎn)過(guò)于靠前導(dǎo)致玻璃角度變大引起風(fēng)管需要更大的彎曲空間，如圖13 所示。

圖12 風(fēng)口與前擋玻璃的位置關(guān)系

圖13 風(fēng)管彎曲需要更大布置空間

3.4 乘員倉(cāng)與機(jī)艙的布置

汽車(chē)上存在成千上萬(wàn)個(gè)零件，但主機(jī)廠主要起到集成、驗(yàn)證的作用，大部分零部件由配套企業(yè)完成，因此汽車(chē)開(kāi)發(fā)中大部分零件均為模塊化、通用化開(kāi)發(fā)，如動(dòng)力總成、蓄電池、ABS、冷卻模塊、VCU、HVAC、音響、抬頭顯示器（HUD）、組合儀表、安全氣囊、換擋器、轉(zhuǎn)向盤(pán)等零件均為模塊化開(kāi)發(fā)，在布置前期需充分考慮各個(gè)模塊的布置空間。C 點(diǎn)處于機(jī)艙與儀表板模塊中間位置，在汽車(chē)前期的布置規(guī)劃中需重點(diǎn)考慮C 點(diǎn)與前懸尺寸的關(guān)系，保證機(jī)艙的布置空間；C 點(diǎn)與SgRP 點(diǎn)的關(guān)系，保證足夠的儀表臺(tái)模塊布置空間和人體布置空間；在汽車(chē)前期造型與布置設(shè)計(jì)中需平衡考慮機(jī)艙與乘員艙的布置空間，如圖14 和圖15 所示。例如某車(chē)型因C 點(diǎn)過(guò)于靠前導(dǎo)致減振器安裝螺栓無(wú)法裝配及拆卸，如圖16 所示。

圖14 機(jī)艙與儀表板模塊布置

圖15 C 點(diǎn)與前懸及SgRP 點(diǎn)尺寸布置

圖16 某車(chē)型因C 點(diǎn)過(guò)于靠前導(dǎo)致減振器無(wú)法安裝

3.5 碰撞性能及機(jī)倉(cāng)空間

發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)的定型階段在整車(chē)開(kāi)發(fā)階段之前，因?yàn)榈秸?chē)開(kāi)發(fā)階段很難再調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸，因此設(shè)定C 點(diǎn)時(shí)需預(yù)留足夠的機(jī)倉(cāng)布置空間。

3.5.1 對(duì)正面碰撞的影響

除霜、HUD 等零件的布置主要取決于前擋玻璃的位置和角度，因此C 點(diǎn)前后（X 向）的位置在一定程度上決定著前圍板的位置，為減少機(jī)艙零件侵入乘員艙造成對(duì)人員的傷害，具體要求依據(jù)《GB 11551—2014汽車(chē)正面碰撞的乘員保護(hù)》[6]，發(fā)動(dòng)機(jī)與前圍板需保證足夠的碰撞吸能空間，在發(fā)動(dòng)機(jī)布置及C 點(diǎn)的設(shè)定過(guò)程中需考慮此吸能空間，建議吸能空間控制在100 mm以上，此處可達(dá)到較好的正碰性能，如圖17 所示。

圖17 正碰吸能空間

3.5.2 對(duì)行人保護(hù)的影響

C 點(diǎn)的高度（Z 向）位置決定著引擎蓋的高度，為保證在頭型試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)，機(jī)艙零件與引擎蓋有足夠的行人保護(hù)碰撞空間，在機(jī)艙布置及C 點(diǎn)設(shè)定過(guò)程中需預(yù)留足夠的碰撞空間，吸能空間需至少控制在70 mm 以上，如圖18 所示。頭型試驗(yàn)區(qū)域見(jiàn)《GB/T 24550—2009汽車(chē)對(duì)行人的碰撞保護(hù)》[7]。

圖18 行人保護(hù)吸能空間

3.6 整車(chē)造型的影響

在汽車(chē)造型設(shè)計(jì)中，高度（Z 向）方向上，C 點(diǎn)的位置起著協(xié)調(diào)整車(chē)透明區(qū)與非透明區(qū)分割比例的作用，C點(diǎn)偏上或偏下均會(huì)失去視覺(jué)平衡，在前后（X 向）方向上，C 點(diǎn)的位置起著分割車(chē)頭與乘員倉(cāng)比例的作用。因此，C 點(diǎn)布置亦需結(jié)合造型美觀性而定，如圖19 所示。

圖19 C 點(diǎn)對(duì)造型比例的影響

4 結(jié)論

汽車(chē)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)從造型開(kāi)始，在汽車(chē)設(shè)計(jì)前期C點(diǎn)的位置往往從造型美觀的角度考慮的更多，而布置、性能、工藝上考慮的較少或不夠深入，如果在后期的造型工程化開(kāi)發(fā)中才發(fā)現(xiàn)C 點(diǎn)位置不合理，需要回到造型階段去調(diào)整，勢(shì)必會(huì)影響開(kāi)發(fā)成本及周期，建議在造型設(shè)計(jì)階段就全面綜合考慮受影響的各個(gè)因素。文章對(duì)HUD 視野、除霜、碰撞等性能方面影響的分析僅從布置角度考慮進(jìn)行一般性闡述，在大多汽車(chē)主機(jī)廠中已作為獨(dú)立的專業(yè)開(kāi)展研究，其與C 點(diǎn)相關(guān)性需要進(jìn)一步深入地研究與論證。文章列舉并分析了與C 點(diǎn)相關(guān)的布置因素，給出了汽車(chē)C 點(diǎn)相關(guān)因素的合理布置參數(shù)，對(duì)汽車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程中C 點(diǎn)的設(shè)定具有一定參考和指導(dǎo)意義。