汽車Cowl 點在整車布置中的影響因素探討

孫陽坤 劉宗建 胡彭俊

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院）

近年，國內汽車行業的市場競爭異常激烈，產品的開發成本與周期是企業贏得市場先機和領先利潤的根本，而合理的總體布置能有效減少產品開發的成本與周期，文章旨在闡述汽車總體布置中的關鍵影響因素之一Cowl 點的布置，基于新車型在開發過程中Cowl點設定需考慮的因素，總結開發過程中的經驗教訓，對開發中遇到的相關問題提供思考方向，同時希望能夠更加重視Cowl 點的設定，在開發過程中提早考慮，在設定過程中考慮得更加全面。

1 Cowl 點定義

Cowl 點是汽車縱向對稱面上引擎蓋或其他零件的最高點在前擋玻璃外表面上的水平投影點（以下簡稱C 點），定義參考《SAE J1100 NOV2009 Motor Vehicle Dimensions》[1]，如圖1 所示，文章使用的坐標系依據文獻[1]中附錄A 的規定。

圖1 C 點定義

2 C 點的布置影響因素

在汽車開發前期，完成造型草圖方向定位后，總布置需制作整車硬點圖，以便下一步對造型效果圖及造型面進行約束，其中C 點作為總布置初始定義內容，在設定過程中，需權衡考慮產品的機艙動力規劃、性能定位、造型定位等因素，如圖2 所示。

圖2 C 點布置影響因素

3 相關影響因素探討

3.1 駕駛員視野影響因素

C 點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，前方視野性能關乎駕駛員駕駛安全和駕駛感知。

3.1.1 前下視野

根據《GB 11562—2014 汽車駕駛員前方視野要求及測量方法》[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。對于SUV 車型駕駛員前視距（盲區）盡可能控制在7 m 以內會有更好的感知。從圖3 可以看出，C 點的位置總體上限制著前下視野線，C 點位置越偏下偏后，駕駛員的下視野會越好，盲區會越小。例如某SUV 車型C 點過高導致前下視野盲區偏大已達9 m，如圖4 所示。

圖3 C 點總體上限制前下視野

3.1.2 A 柱視野

圖4 某SUV 車型C 點過高引起盲區過大

A 柱盲區影響著駕駛安全，因此如何減小A 柱盲區是汽車視野不變的話題。C 點越靠前，A 柱位置越靠前，A 柱障礙角越小，從而A 柱盲區越小，如圖5 所示。因此適當增大C 點與眼睛的距離，可改善前方盲區大小。A 柱障礙角定義依據文獻[2]，例如，某車型C 點較為靠前，A 柱障礙角較小僅為2.3°，如圖6 所示，其中P1點為頭部旋轉點，頭部旋轉點至眼點為104 mm。

圖5 A 柱與C 點位置關系

圖6 某車型C 點靠前A 柱障礙角較小

3.1.3 外后視野

外后視鏡多布置于A 柱三角窗區域或前門板上2個位置，考慮駕駛員在觀察后視鏡時眼部及頭部盡可能少的轉動，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，駕駛員通過后視鏡觀察后方的范圍也越廣，外后視鏡視野要求依據《GB 15084—2013 機動車輛間接視野裝置性能和安裝要求》[3]。

圖7 外后視鏡人機視野要求

圖8 C 點與外后視鏡位置關系

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的安全隱患，HUD 能夠提高駕駛安全，并逐漸在汽車上普及起來。HUD 光路在玻璃上透射的虛像及反射線需進入駕駛員眼橢圓包絡，眼橢圓包絡依據《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關系。HUD 工作原理，如圖9 所示。因此在C 點設定過程中需重點考慮玻璃傾角對HUD 的光路匹配產生的影響。例如某車型由于前期開發中C 點設定過于靠前導致在后期方案階段增加HUD 配置時，光路無法匹配駕駛員視野，最終無法增加HUD 配置，如圖10 所示。

圖9 HUD 工作原理

圖10 某車型HUD 光路與駕駛員眼睛不匹配

3.2 前排頭部進出性

前擋玻璃曲率確定后，C 點的位置決定著玻璃位置，玻璃位置決定著A 柱的位置，A 柱對前排乘客頭部進出性影響較大，在前期C 點設定過程中，需考慮C 點變化帶來A 柱變動對前排人員進出過程中的頭部的影響，建議保證乘坐基準點（SgRP 點）至A 柱平面斜向距離控制在800 mm 以上，SgRP 點前部至門洞前沿不小于750 mm，如圖11 所示，SgRP 點定義依據文獻[1]。

圖11 乘員頭部進出性的影響

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家基本法規要求，還要考慮駕駛員駕乘視野范圍。試驗開始后20 min，A 區有80%完成除霜，試驗開始后40 min，B 區有95%完成除霜；試驗開始后10 min，A 區有90%完成除霧，B 區有80%完成除霧。除霜除霧性能要求參見《GB 11555-2009 汽車風窗玻璃除霜和除霧系統的性能和試驗方法》[5]除霜除霧性能很大一部分取決于除霜風口的布置，除霜風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 點確定。

根據CAE 仿真分析經驗，除霜風口中軸與前擋玻璃的夾角β 為20～25°，考慮風口結構及除霜性能，風口中心與前擋玻璃的距離L1 一般在40～80 mm 范圍內，如圖12 所示，除霜風口中軸線需覆蓋A 區下邊界，如圖12 中L2 所示。因此在C 點設定過程中需充分考慮風管布置空間及除霜性能。如某車型C 點過于靠前導致玻璃角度變大引起風管需要更大的彎曲空間，如圖13 所示。

圖12 風口與前擋玻璃的位置關系

圖13 風管彎曲需要更大布置空間

3.4 乘員倉與機艙的布置

汽車上存在成千上萬個零件，但主機廠主要起到集成、驗證的作用，大部分零部件由配套企業完成，因此汽車開發中大部分零件均為模塊化、通用化開發，如動力總成、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、轉向盤等零件均為模塊化開發，在布置前期需充分考慮各個模塊的布置空間。C 點處于機艙與儀表板模塊中間位置，在汽車前期的布置規劃中需重點考慮C 點與前懸尺寸的關系，保證機艙的布置空間；C 點與SgRP 點的關系，保證足夠的儀表臺模塊布置空間和人體布置空間；在汽車前期造型與布置設計中需平衡考慮機艙與乘員艙的布置空間，如圖14 和圖15 所示。例如某車型因C 點過于靠前導致減振器安裝螺栓無法裝配及拆卸，如圖16 所示。

圖14 機艙與儀表板模塊布置

圖15 C 點與前懸及SgRP 點尺寸布置

圖16 某車型因C 點過于靠前導致減振器無法安裝

3.5 碰撞性能及機倉空間

發動機開發的定型階段在整車開發階段之前，因為到整車開發階段很難再調整發動機的尺寸，因此設定C 點時需預留足夠的機倉布置空間。

3.5.1 對正面碰撞的影響

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，為減少機艙零件侵入乘員艙造成對人員的傷害，具體要求依據《GB 11551—2014汽車正面碰撞的乘員保護》[6]，發動機與前圍板需保證足夠的碰撞吸能空間，在發動機布置及C 點的設定過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 對行人保護的影響

C 點的高度（Z 向）位置決定著引擎蓋的高度，為保證在頭型試驗區域內，機艙零件與引擎蓋有足夠的行人保護碰撞空間，在機艙布置及C 點設定過程中需預留足夠的碰撞空間，吸能空間需至少控制在70 mm 以上，如圖18 所示。頭型試驗區域見《GB/T 24550—2009汽車對行人的碰撞保護》[7]。

圖18 行人保護吸能空間

3.6 整車造型的影響

在汽車造型設計中，高度（Z 向）方向上，C 點的位置起著協調整車透明區與非透明區分割比例的作用，C點偏上或偏下均會失去視覺平衡，在前后（X 向）方向上，C 點的位置起著分割車頭與乘員倉比例的作用。因此，C 點布置亦需結合造型美觀性而定，如圖19 所示。

圖19 C 點對造型比例的影響

4 結論

汽車的設計開發從造型開始，在汽車設計前期C點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發中才發現C 點位置不合理，需要回到造型階段去調整，勢必會影響開發成本及周期，建議在造型設計階段就全面綜合考慮受影響的各個因素。文章對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行一般性闡述，在大多汽車主機廠中已作為獨立的專業開展研究，其與C 點相關性需要進一步深入地研究與論證。文章列舉并分析了與C 點相關的布置因素，給出了汽車C 點相關因素的合理布置參數，對汽車開發過程中C 點的設定具有一定參考和指導意義。