汽車后端模塊CAS造型的設計控制

黃書珍

摘 要：該文通過汽車CAS造型階段運用的限制面，對后端模塊進行設計控制的分析研究，論證了造型階段限制面輸入控制方法的重要性，以及用限制面對CAS進行人機、法規、工程可行性分析校核的有效性。為汽車設計研發項目的CAS設計提供了便捷而有效的質量控制及可行性分析校核方法。該方法的運用可有效規避造型設計階段的潛在設計風險，有效防范因造型設計失控而造成的項目工期拖延，項目成本失控。

關鍵詞：CAS；限制面；可行性分析校核

中圖分類號：U46 文獻標志碼：A

0 引言

以往在項目CAS造型階段，總布置一般會通過十幾個典型斷面和粗略的線框圖對CAS進行控制，這種控制方法的缺陷是許多問題不能在造型設計初期被發現，等CAS設計出來后需要一遍遍地進行人機法規及工程可行性分析校核，到工藝數據和NC數據階段又需要一遍遍地校核，既浪費時間又浪費人力，極易造成項目工期拖延，局部資源浪費，成本失控，因此在CAS造型設計階段，如何輸入比較全面的造型控制文件就顯得尤為重要。

CAS設計一般要經歷CAS0、CAS1、CAS2三個階段，分別完成項目階段性的目標，這三輪CAS需要分析和控制的內容也略有區別，該文僅以整車后端模塊的幾個相關典型限制面輸入控制方法為例，研究造型CAS的設計控制工作。

1 與后端模塊控制有關的整車通過性限制面

在CAS階段一個基本的造型限制面就是整車通過性限制面，整車通過性限制面可以有效預防車輛間隙失效，包括車輛前端的觸頭失效、車輛中間部位的頂起失效和車輛尾部的拖尾失效。與通過性的幾個常用幾何參數對應，整車通過性限制面的控制內容包括接近角限制面、路緣高度限制面、最小離地間隙限制面和離去角限制面。汽車的通過性參數值不是靜止不變的，它取決于負載狀況。因此通過性限制面的位置確定也取決于負載的變化情況，要依據負載變化的最大值去考慮各個幾何參數值，通常在滿載狀態下確定通過性限制面。

如圖1中的通過性限制面所示。其中臺階保護高度一般為150 mm～200 mm，最小離地間隙一般為150 mm～155 mm，一般來說，傳統轎車或SUV車身最低點是變速箱或者發動機油底殼的下方。我們做通過性限制面還要綜合考慮懸架跳動量及縱向通過角的最小值。

整車通過性限制面一旦確定，即確定了動力總成、變速器和動力總成相關件的Z向調節范圍，也確定了前后保等部件的最前最后的極限位置。如圖1中動力電池Z向最低點超出了通過性限制面的限制，需要抬高動力電池Z向高度。

2 后背門（后行李箱蓋）限制面

2.1 后背門開啟高度限制面

在CAS造型初期，我們一定要關注后背門關閉拉手（手動關閉背門）的高度，由于拉手高度直接影響背門的開啟高度和操作舒適性，我們一般推薦的最大高度不超過1 860 mm，這是保證SAE第5百分位女性踮起腳尖能操作的最大高度，同時要控制背門外板最大高度盡量不小于1 900 mm，這是保證SAE第95百分位人體正常操作背門時頭頂不觸碰背門鈑金。據此做出背門拉手高度限制面，如圖2中的背門拉手高度限制面所示。后背門的開啟角度及氣撐桿的布置也要根據該限制面進行調整。

2.2 后背門開啟開關高度限制面

背門開啟開關的布置高度在造型設計階段也必須進行考慮，開關的布置高度直接影響背門與后保的分縫及背門門洞密封面的位置與密封效果，也影響牌照燈、攝像頭等件的布置位置，我們一般推薦開關布置在710 mm～750 mm。這個范圍是充分考慮了SAE第5百分位女性和SAE第95百分位男性的舒適操作區域，按照該要求做出的開關高度限制面如圖3中的矩形限制面所示，圖3中所示項目車型的背門開關布置位置偏高，沒有在限制面控制區域內，需要降低位置，在CAS中調整背門分縫高度，使開關位于該限制面內。

2.3 背門玻璃間距尺寸限制面

造型CAS階段，背門玻璃黑邊的寬度也是需要考慮的一項，玻璃黑邊的Z向和Y向間距尺寸的確定必須以保證后視野的法規符合性為前提，如果黑邊寬度太寬，可能影響背門上一些電器件的布置，象影響玻璃天線饋點和除霜電極饋點的布置，如果黑邊太窄，不但影響造型，還容易產生視野上的壓抑感。

因此CAS造型前期總布置往往會對標多款標桿車的玻璃黑邊，結合本款車的造型要求，確定玻璃黑邊尺寸。一般Z向間距根據后部上下視角的要求來定，Y向間距尺寸控制在935 mm以上比較合適（該尺寸基本滿足視野要求），如圖4所示。

2.4 后端照明與信號裝置位置限制面

在CAS造型階段，燈具與信號裝置的位置對造型影響比較大，除了直接影響整車外觀外，還影響后背門與后圍、后背門與后保的分縫，因此該階段一定要對燈具與信號裝置的位置進行控制，照明與信號裝置的位置控制一般是先按照法規GB4785要求的位置限值尺寸，做出照明和信號裝置的位置范圍，即用限制面圍成的范圍框，如圖5所示的矩形面。在地面線確定的情況下，后端照明與信號裝置的離地高度和橫向位置就確定了，造型人員需按照該范圍框布置渲染照明與信號裝置。

數據法規校核檢查時也要按照該范圍限制面進行檢查，象制動燈橫向位置檢查時，法規要求左右兩燈最近視表面內緣間距≥600 mm，如果兩燈表面內緣間距位于圖5中的中間限制面圍成的矩形框內則不符合要求，必須調整距離。再如后尾燈Z向高度檢查時，法規要求其離地高度250 mm≤H≤1 000 mm，圖5中后霧燈高度在后霧燈高度下限制面和后霧燈高度上限制面之間，則滿足要求，不用調整。

3 后保限制面

3.1 后牌照板位置及牌照燈配光性限制面

造型CAS階段，牌照板的位置不僅涉及背門分縫的位置，還涉及后保型面特征及后部攝像頭、倒車雷達、背門開關及后保天線等部件的安裝，因此要提前做出牌照板限制面輸入給造型人員。

牌照板限制面考慮以下幾個方面：牌照板傾斜角度要求，按GA36要求≤15°；安裝孔要求，按GB7258要求需要4個安裝點，安裝點的位置尺寸按GA36要求；牌照板可見區域；牌照燈配光性要求；牌照板高度要求。圖6中左側視圖中的限制面為牌照板位置限制面，4個小長圓柱形限制面為安裝孔限制面，標注角度的限制面為牌照傾角限制面。中間視圖中限制面為牌照板可見區域限制面。右側視圖中標注角度的限制面為牌照燈的入射光線限制面。依此限制牌照板設計位置。

3.2 倒車雷達安裝限制面

在CAS設計階段，后保險杠的型面和倒車雷達的布置位置直接相關，因此必須在CAS設計階段就對輸入雷達布置限制面進行控制，以避免后期可能會因雷達布置空間不足而造成CAS反復修改。車輛上的超聲波雷達傳感器安裝位置需要滿足ISO17386標準要求，這樣才能保證在泊車過程中能正常探測到障礙物，同時在行駛的過程中不會誤觸發超聲波雷達傳感器。

根據ISO17386的國際標準，水平探測范圍、拐角處探測范圍、垂直探測范圍要求如圖7所示。水平探測范圍中，A1區域探測覆蓋率在90 %以上，A2區域探測覆蓋率在87 %以上。車輛兩側拐角處各有7個測試點，要求超聲波雷達探測區域覆蓋全部測試點。垂直探測區域要求如圖7中右上角的表格所示。在CAS設計階段，按照各個探測范圍要求，做出雷達安裝限制面如圖7下方所示的理論探測區域，理論探測區域如不符合ISO的標準要求，則需要調整傳感器安裝位置或修改CAS造型面。

3.3 后部攝像頭安裝位置限制面

在CAS設計階段，后端攝像頭的布置位置既要考慮造型又要考慮實際功能，如果布置錯誤，將導致修復成本很高，甚至無法修復。因此CAS設計階段必須輸入攝像頭位置限制面控制造型，保證攝像頭有充足和合理的布置位置。攝像頭布置方法中，在鏡頭高度、光軸位置、車身遮擋、干涉、車身顯示占比這些方面會給予較多關注，一般先按供應商提供的布置規范進行布置，在試制階段進行評估調整。根據布置規范可做出攝像頭的安裝限制面，如圖8所示。按照限制面控制后端造型面。造型階段總布置工程師無法直觀地查看布置結果，只能在試驗車生產完畢后才能評估最終的顯示效果，現在一些供應商可以借助攝像頭模擬布置軟件模擬真實的視圖，可以直觀地評估，有效降低布置錯誤率。

3.4 整車后視下部可見性限制面

整車下部零件外漏太多會影響整車的整體美觀性和品質感，在CAS造型階段，我們一般會做出后視下部可見性限制面，限制下部零件的凸出量。

整車后視下部可見性一般要求為：從車輛最后點向后7 m、高1.2 m處作為眼點，向前輻射視線至與保險杠底部最低點相切，沿該視線拉伸出來一平面即整車后視下部可見性限制面，如圖9所示的視平面，要求該限制面以下的凸出物凸出量≤25 mm。

4 低速碰撞限制面

按照GB17354標準要求及碰撞試驗的狀態，在對后端保護裝置數據進行控制時應考慮下列3點：后端縱向正碰時，碰撞器撞擊頭與防撞梁應有一定的Z向重合度，一般≥35 mm；在所有后碰中，碰撞器首先接觸的應是后保險杠，并且此時碰撞器距離照明、信號裝置、后背門、排氣系統等有一定的間隙；在縱向碰撞中或是在“車角”碰撞中，當碰撞器撞擊頭接觸防撞梁時，若此時撞擊頭已經或即將接觸到照明、信號裝置等，則要求照明、信號等裝置周邊有退讓空間，一般設計階段會設定相應的間隙要求。

在CAS造型階段，我們要先根據確定的空載和加載地面，畫出模擬的碰撞器，作為后端保護裝置限制面，根據上面的3點要求檢查CAS數據及后防撞梁與碰撞器撞擊頭的位置關系和間隙情況，不符合要求時，調整CAS面或防撞梁位置，如圖10所示。碰撞器撞擊頭與后防撞梁重疊量明顯不足，防撞梁位置偏高，需要下調防撞梁高度，后保型面隨之調整。

無論是美國保險公司的汽車安全評價體系（IIHS）還是中國的汽車安全評價體系（C-IASI），都納入了低速碰撞易維修性要求，具體到后背門，主要是考慮低速碰撞時對后背門和組合燈具的保護。據此在CAS設計階段要確定后防撞梁與后背門的相對位置關系，做出后背門最后點位置限制面和后防撞梁位置限制面，保證后部碰撞時障礙物先碰撞或損毀保險杠，保護后背門和后組合燈具，我們一般要遵循后防撞梁要凸出后背門>10 mm的要求。

5 行李箱模塊限制面

行李箱模塊的容積也直接影響著CAS的確定，而且行李箱的容積也是一款車型的主要賣點之一，在CAS設計過程中，我們會按照前期確定的行李箱容積目標參數嚴格控制行李箱尺寸值。

行李箱模塊的設計控制主要是考慮涉及行李箱容積的幾個關鍵尺寸，我們可以用限制面進行控制，最主要的幾個限制面包括行李箱縱深限制面（L209-2），縱深限制面的高度還要考慮備胎的布置高度，行李箱最小寬度限制面（W202），座椅靠背高度限制面（H297），后背門門檻高度限制面（H196）。當然考慮車輛后部造型的情況下我們會考慮控制更多的與行李箱有關的參數。圖11所示為行李箱縱深限制面，我們以這個限制面為例提供參考。

6 結論

該文著重討論了對后端模塊CAS造型設計的限制面控制方法，闡述了在CAS設計階段總布置輸入控制的重要性，以及用限制面對CAS進行人機、法規、工程可行性分析校核的有效性。在實際工作中，我們會運用限制面與主斷面相結合的方式對造型進行控制和可行性分析校核。

人機、法規和工程可行性分析貫穿整個CAS的設計階段，而且造型可行性分析的全面性及準確性直接影響CAS的品質，如果后期制作A面或設計工程數據的時候發現前期可行性分析出現錯誤或分析不透徹不全面，勢必會推翻原有造型，這將會對項目造成極大的不利影響。同時在做造型可行性分析時，還要考慮供應商的能力和產品的成本等因素，因此，隨著項目對CAS需求的增強及對CAS要求的提高，對CAS的設計控制要求也逐步提高了，控制方法也會不斷地更新發展，會越來越科學合理、準確便捷。

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