典型截面特性對整車前期造型影響的研究

和昌靜、李宣宏

（上汽通用五菱汽車股份有限公司 545007)

0 引言

隨著汽車工業的飛速發展，各大汽車品牌要想不斷提高市場占有份額，就必縮短研發時間，快速推出新車型。計算機軟件技術的發展，極大地提高了汽車造型設計的效率。目前CAS（Concept A Surface）設計在汽車設計中發揮著舉足輕重的作用，同時也是汽車設計流程中前期造型階段的關鍵路徑。由于國內的汽車設計工程起步較晚，多數汽車設計與制造公司在汽車造型設計之初，忽略了對汽車造型特征進行大量工程可行性的研究，而工程可行性分析是為汽車造型服務的，是決定新造型能否工程化的一項重要且基礎的工作。在全新的車型項目開發過程中，典型截面設計工作涉及從造型CAS面到車身3D結構設計完成的全過程，是造型前期工程可行性分析的重要手段。

1 前期造型設計

在項目進行中，幾乎所有的項目都存在時間和資源相對匱乏的問題，而且普遍包含多次評審和修改。一般來說，CAS 基本體現造型的意圖，通過評審的CAS 一般都有較好的視覺效果。如果后期制作A 面的時候發現前期的工程可行性有較為嚴重的錯誤，那勢必會推翻原有造型，這將對項目產生較大影響，并造成較大的資源浪費。按照傳統汽車設計的一般流程，基本上可以描述如下[1]：制作效果圖，經過評審，再根據效果圖制作油泥模型，在油泥模型上反復修改調整至造型認可，評審通過后，將油泥模型逆向進行結構設計（圖1）。

圖1 傳統汽車設計流程

可以看出，在傳統流程中，前期工程分析較少，可以預見后期開發會存在較多分析，從而導致開發周期延長，這與較短時間內推出新車型的市場要求產生巨大矛盾。而隨著計算機技術推動三維設計軟件的發展，在三維設計軟件中可以快速表達較為復雜的形態，從而優化流程，提高效率，縮短開發周期，特別是大量工程介入時，降低了后期開發的風險。

目前造型前期階段的汽車設計流程可以描述為：制作效果圖，通過評審；制作CAS和實物模型，在CAS和實物模型上不斷修改至造型認可；通過評審后制作A面，在此期間同時進行著工程科可行性分析（圖2）。

圖2 造型前期汽車設計一般流程

工程可行性分析貫穿整個前期造型設計流程，工程可行性分析的強弱直接影響到造型的品質。一般來說，如果后期制作A 面的時候發現前期的工程可行性有較為嚴重的錯誤，勢必推翻原有造型，這將對項目產生較大影響，并且造成較大的資源浪費[2]。可以看出，工程可行性分析的準確性非常重要。

2 典型截面特性

典型截面是指體現整車關鍵部位的零件結構形式、搭接關系、主要控制尺寸、裝配、人機工程和法規等各方面，典型斷面是代表本項目特殊要求及其平衡結果的工程技術要求集合，用于指導造型開發和工程師零件設計[3]。典型截面的數量和位置在設計前要確定下來，以盡量完整的表達整車重要結構關系為準。一般汽車關鍵典型截面數量，會根據不同主機廠設計要求有所不同，具體位置以某車型為例，部分典型截面如圖3所示。

典型斷面有以下特性[4]。

（1）表達連接方式：包含車身鈑金及內飾板連接方式。

（2）繼承性：斷面可沿用以往的斷面或局部修改，也可參考標桿樣車截面特征。

（3）可運用性：主要體現在2個方面：第一，自身的尺寸、結構及連接方式；第二，典型斷面在整車中的位置，以及與其他典型斷面的關系[5]。

（4）位置有可變性：它直接聯系外部尺寸和內部尺寸，影響到是否能通過視野要求和法規要求，決定了乘員上下車的方便性，這部分工作是前期布置的重中之重。當典型斷面位置確定以后，能夠保證總布置關于內外部尺寸、視野、法規及人機工程方面都符合要求。

圖3 典型截面示意圖

3 典型截面對前期造型的影響

通常按照GVDP(全球整車開發) 流程，從項目初期背景研究完成，具有制造可行性的數模發布階段，通常需要24個月。而實際操作中，主機廠為了搶占市場先機，常常壓縮項目造型周期至18個月甚至12個月。因此，現今汽車造型部門面臨的壓力非常大，同樣驗證工程可行性的時間也很短。一般情況，工程設計條件最大程度約束車型的開發目標及設計方向，而這些工程設計條件的限制，會經常與車型的造型設計出現大規模沖突。從而導致汽車造型在CAS設計與工程設計階段不斷循環，反復修改，這不僅浪費了人力和物力，延誤汽車上市時間，而且影響設計質量，甚至因不斷的修改，失去原創意造型的美觀性和獨特性。

要想在造型初期就滿足前期工程的設定目標和邊界限制，典型斷面是最有效的手段。因為典型斷面能夠把工程結構要求、法規要求、人機工程要求及工藝要求等有效結合起來。下面本文將結合Y0截面和第二排乘員頭空橫向截面，來分析典型截面與造型可行性進行研究。

Y0斷面是指通過整車坐標Y=0的典型斷面，它包含圖4中的T13A、T13F、T04A、T01A、T03A和T26A等典型截面。該截面的前期工程設計目標有：前懸架、后懸架、軸距、離地間隙、整車高度、接近角、離去角、乘員坐姿、頭部空間及前后上下視野等。

第二排乘員頭空橫向截面是指通過第三排人體H點的Y向斷面，它包含如圖5中的T22A、T05C、T02C等典型截面。該截面包含的前期工程設計目標有：肩部空間、臀部空間、橫向頭部空間、腰線高和側圍離地間隙等。

圖4 Y0斷面

圖5 第二排乘員頭空橫向斷面

結合汽車在出廠銷售前必須通過汽車產品強制性項目檢驗，在汽車造型階段需要完成如下強制標準檢驗報告[6]：駕駛員前方視野要求；整車外廓尺寸要求；汽車牌照板及其位置要求；整車外部照明裝置要求；護輪板空間要求；后視鏡安裝要求；視野要求；汽車外部凸出物要求。

Y0斷面和第二排乘員頭空橫向截面集中體現了駕駛員前方視野要求、整車外廓尺寸要求、汽車牌照板及其位置要求、護輪板空間要求和視野要求。通常情況下，在定義了整車參數目標后，工程可以根據典型截面的可繼承性來實現最初版本的車型典型截面，結合各個區域的典型截面，組合成為不同的斷面要求。這樣既可節省一定的設計時間，又可以參考對標車型特點來實現設計目標。

比如，造型根據最初版的典型截面，集合Y0斷面、第二排乘員頭空橫向斷面以及其他斷面限制要求作出最初版CAS面，工程進行詳細校核典型斷面是否能滿足定義目標。滿足定義要求則可進行實物模型制作，若不滿足則工程和造型進行技術討論，在最終確定后可確定出造型A面。在此過程中，造型和典型截面相互制約完成以上汽車產品強制性項目檢驗，以達到最終符合要求。

4 結束語

前期造型的工程可行性分析研究，為整車前期開發階段的設計工作提供較為有效的幫助，提高汽車造型設計的準確性、高效性和動態性。通過典型截面特性對造型的約束，再結合相關強制性法規，典型截面直接介入成為工程可行性分析方法。可以避免因造型階段考慮不周全所產生的結構問題與生產制造問題，為汽車開發贏得寶貴時間，大大縮短汽車開發周期。