卡車（N類汽車）與M1類汽車除霜除霧系統(tǒng)布置和試驗(yàn)要求的差異化研究

牙勇侯，吳方鈺，王熙泉

摘? 要：本文主要論述汽車總布置設(shè)計(jì)中，參照標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)對(duì)M1類汽車風(fēng)窗玻璃除霜和除霧系統(tǒng)的性能和試驗(yàn)要求，根據(jù)N類汽（卡車）和M1類汽車人機(jī)系統(tǒng)的差異化，推導(dǎo)出N類汽車風(fēng)窗玻璃除霜除霧區(qū)域的實(shí)際需求，以及N類汽車除霜除霧系統(tǒng)布置的關(guān)鍵要素，建立N類汽車除霜布置系統(tǒng)的理論體系，為N類汽車總布置設(shè)計(jì)中除霜系統(tǒng)布置提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：N類汽車；M1類汽車；除霜除霧；法規(guī)要求；除霜性能；總布置設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U462? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1005-2550（2023）03-0052-06

Differentiated study on the layout and test requirements of defrost and mist defogging systems for trucks （N-class vehicles） and M1 vehicles

YA Yong-hou， WU Fang-yu， WANG Xi-quan

（Dongfeng Yanfeng Automotive Trim System Co.， Ltd.， Wuhan 430056， China）

Abstract：This paper mainly discusses the performance and test requirements of M1 automobile windshield defrosting and demisting system in the design of automobile general layout， and derives the actual needs of the defrosting and defogging area of class N automobile windshield and defogging area according to the differentiation of class N automobile （truck） and M1 class automobile man-machine system， as well as the key elements of the layout of class N automobile defrost and demist system， establishes the theoretical system of class N automobile defrost layout system， and provides a theoretical basis for the layout of the defrost system in the general layout design of class N automobile.

Key Words： N class cars; M1 class cars; defrost and mist removal; regulatory requirements; defrost performance; General layout design

汽車安全法規(guī)要求中，GB 11555-2009作為M1類汽車風(fēng)窗玻璃除霜和除霧系統(tǒng)的性能和試驗(yàn)要求的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)M1類小型載客汽車的除霜除霧性能作了相應(yīng)的規(guī)范和實(shí)驗(yàn)要求；但是目前對(duì)于M1類汽車以外的車輛包括N類汽車（卡車）及其它載貨類汽車，并未有相關(guān)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范。當(dāng)前各商用車主機(jī)廠僅在參照GB 11555-2009標(biāo)準(zhǔn)做了引用和借鑒，也采用相同的實(shí)驗(yàn)方法。但由于N類汽車等載貨類汽車的車高與M1類汽車差異較大，人體坐姿差異也較大，針對(duì)汽車總布置過(guò)程中的前方視野要求也與M1類小型載客汽車有著較大的差異，無(wú)法參照小型載客汽車的布置標(biāo)準(zhǔn)和要求進(jìn)行除霜布置。因此，需要建立一套基于N類汽車人機(jī)系統(tǒng)的汽車除霜布置體系，為N類汽車總布置設(shè)計(jì)中除霜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

問(wèn)題的提出：基于不同人體坐姿和車高的汽車總布置，N類汽車是否能參照M1類汽車相同的布置標(biāo)準(zhǔn)和要求，在總布置過(guò)程中如何設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)要求是否完全一樣。

1）如何確定N類汽車（卡車）的除霜區(qū)域？

2）如何合理布置N類汽車（卡車）除霜系統(tǒng)？

1? ? GB11555-2009法規(guī)對(duì)M1類汽車除霜除霧區(qū)域除霜除霧要求

每輛汽車應(yīng)裝備除霜系統(tǒng)，能夠確保在寒冷天氣條件下恢復(fù)風(fēng)窗玻璃的能見度， 在試驗(yàn)開始后20min、25min、40min應(yīng)分別符合A區(qū)域有80%已完成除霜、A′區(qū)域有80%已完成除霜、B區(qū)域有95%已完成除霜的要求；

2? ? GB11555-2009法規(guī)對(duì)M1類汽車除霜除霧區(qū)域的定義- A、B和A′區(qū)域的確定

可A區(qū)域定義如圖3所示，B區(qū)定義如圖4所示， A′區(qū)域是以汽車縱向中心平面為基準(zhǔn)面，與A區(qū)域相對(duì)稱的區(qū)域。

3? ? 轎車（M1類汽車）和N類汽車人體坐姿和車高差異對(duì)比分析

轎車車身較低，在總布置設(shè)計(jì)時(shí)座椅H點(diǎn)的離地高度一般在600mm左右的范圍；而N類汽車駕駛室較高，在總布置設(shè)計(jì)時(shí)座椅H點(diǎn)的離地高度可以達(dá)到2000mm左右。為了滿足駕駛員行車過(guò)程中的下視野需求，N類汽車的人體坐姿的布置相對(duì)于轎車存在較大的差異。從圖5對(duì)比可以看出，轎車的人體軀干與鉛直方向的夾角約為25°，視野方向主要是平視前方；而N類汽車的人體軀干與鉛直方向的夾角約為15°，視野方向主要是俯視下前方。因此，N類汽車的下視野需求與轎車的下視野差異巨大，對(duì)前方視野區(qū)域的需求與轎車也明顯不同。如圖5所示。

4? ? GB11555-2009法規(guī)除霜區(qū)域定義對(duì)于N類汽車布置的不適用性論述

如圖6所示，N類汽車的設(shè)計(jì)下視野遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出的法規(guī)規(guī)定的除霜區(qū)域B區(qū)下俯角5°的要求，實(shí)際的N類汽車設(shè)計(jì)下視野往往大于20°。按照GB11555-2009法規(guī)定義的除霜區(qū)域，無(wú)法滿足N類汽車前方下視野安全需求。而當(dāng)前國(guó)標(biāo)并沒有針對(duì)M1類汽車以外的車輛（如N類汽車）專門設(shè)定相關(guān)的除霜除霧法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)前各商用車主機(jī)廠僅在參照GB 11555-2009標(biāo)準(zhǔn)做了引用和借鑒，也采用相同的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和方法，顯然無(wú)法滿足視野安全需求。需要建立一套基于N類汽車人機(jī)系統(tǒng)的汽車除霜布置體系，為N類汽車總布置設(shè)計(jì)中除霜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

5? ? 基于不同車高的不同座椅H點(diǎn)離地高度對(duì)前方視野需求差異化分析

根據(jù)國(guó)標(biāo)《 GB 15084機(jī)動(dòng)車輛 間接視野裝置 性能和安裝要求》，車輛前方2m處的視野可由補(bǔ)盲鏡視野如下圖所示，一般車輛直接下視野要求至少看到車輛前方2mm外的高度1m的物體。

不同車高的不同座椅H點(diǎn)離地高度不同，會(huì)對(duì)前方下視野需求產(chǎn)生較大的影響，如圖8所示。車高越高，座椅H點(diǎn)高度越高，在保證相同的下視野盲區(qū)需求的條件下，前下視野角度越大；反之，車高越低，前下視野角度越小。設(shè)計(jì)下視野角度：（A124-1-L）= arctan（b/a）=arctan（（H+H2-H1）/（M+X1）） 。

其中各布置參數(shù)值如表1所示：

根據(jù)不同的車高等級(jí)，可以推導(dǎo)出不同設(shè)計(jì)H點(diǎn)離地高度與下視野的關(guān)系如下表2所示：

6? ? 基于前方視野需求對(duì)不同座椅H點(diǎn)離地高度的N類汽車前方除霜區(qū)域的推導(dǎo)分析

根據(jù)不同車高的不同下視野需求，可以推導(dǎo)相應(yīng)的實(shí)際除霜下俯角需求，如圖9所示。下視野的需求即與除霜區(qū)域的需求相當(dāng)，因此可以推導(dǎo)，車高越高，座椅H點(diǎn)高度越高，在保證相同的下視野盲區(qū)需求的條件下，前除霜下俯角需求越大；反之，車高越低，前除霜下俯角需求越小。

針對(duì)于不同車高的車輛不同座椅H點(diǎn)離地高度對(duì)前方除霜區(qū)域下俯角需求可參照表3進(jìn)行對(duì)照。

無(wú)論是在總布置設(shè)計(jì)中的除霜除霧系統(tǒng)布置，還是在是實(shí)驗(yàn)階段的實(shí)驗(yàn)要求，N類汽車的除霜區(qū)域都建議按照以上的范圍，在法規(guī)要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，以滿足前方視野安全需求。

7? ? GB11555-2009法規(guī)對(duì)于轎車和N類汽車除霜除霧區(qū)域差異化分析

按照GB11555-2009法規(guī)定義的除霜區(qū)域無(wú)法滿足N類汽車前方視野的需求。N類汽車總布置設(shè)計(jì)布置除霜區(qū)域時(shí)，不能照搬轎車布置的經(jīng)驗(yàn)，需要對(duì)布置要求做相應(yīng)的調(diào)整，目前尚缺乏理論體系和經(jīng)驗(yàn)。

如果直接擴(kuò)大幅大N類汽車的除霜區(qū)域，是否對(duì)空調(diào)的風(fēng)量和性能提出更高的要求，從而導(dǎo)致成本增加。因此，從理論上分析擴(kuò)大N類汽車風(fēng)窗玻璃除霜區(qū)域要求對(duì)除霜面積的影響分析可以消除以上疑慮。

由于轎車的前風(fēng)窗玻璃傾角較斜度，與Z軸夾角達(dá)到60°左右，而N類汽車前風(fēng)窗玻璃傾角較立，與Z軸傾角為15°左右，GB11555-2009法規(guī)定義的N類汽車除霜面積僅為轎車除霜面積的一半左右，如圖10所示。在同樣空調(diào)風(fēng)量和性能的條件下，擴(kuò)大N類汽車除霜區(qū)域從而滿足N類汽車下視野具備理論可能性。

8? ? 轎車前除霜布置吹風(fēng)目標(biāo)點(diǎn)和吹風(fēng)角度的常規(guī)設(shè)定

在轎車除霜布置時(shí)通常可參考表4的參數(shù)進(jìn)行除霜吹風(fēng)目標(biāo)點(diǎn)和除霜吹風(fēng)角度的設(shè)定，如圖11所示；如果直接擴(kuò)大幅大N類汽車的除霜區(qū)域，是否對(duì)空調(diào)的風(fēng)量和性能提出更高的要求，從而導(dǎo)致成本增加。因此，從理論上分析擴(kuò)大N類汽車風(fēng)窗玻璃除霜區(qū)域要求對(duì)除霜面積的影響分析可以消除以上疑慮。

9? ? N類汽車前除霜布置吹風(fēng)目標(biāo)點(diǎn)與M1類汽車的差異對(duì)比

在N類汽車總布置設(shè)計(jì)布置除霜區(qū)域時(shí)，不能照搬轎車除霜布置的經(jīng)驗(yàn)，需要對(duì)布置要求做相應(yīng)的調(diào)整，通過(guò)N類汽車和轎車實(shí)際的除霜面積對(duì)比，在同等空調(diào)性能的前提的條件下，把N類汽車的除霜目標(biāo)沖擊點(diǎn)下移，從而把整體的除霜區(qū)域下移，在與轎車同等除霜面積范圍下，實(shí)際上相當(dāng)于擴(kuò)大了N類汽車的除霜下俯角，從而滿足下視野安全需求。如圖12所示：

結(jié)? ? 論

結(jié)合上述推導(dǎo)結(jié)論，參照《GB11562_汽車駕駛員前方視野要求及測(cè)量方法》（本標(biāo)準(zhǔn)僅適用于M1類汽車），建議對(duì)N類汽車的視野要求進(jìn)行修正，從而對(duì)《GB11555-2009_汽車風(fēng)窗玻璃除霜和除霧系統(tǒng)的性能和試驗(yàn)方法 》 關(guān)于N類汽車除霜除霧區(qū)域進(jìn)行修正。

由于N類汽車正前方視野和上視野，側(cè)視野要求于M1類汽車的差別比較小可以忽略，因此A區(qū)、A′可參照M1類汽車要求；僅對(duì)B區(qū)域下視野進(jìn)行修正：針對(duì)于N類汽車，其中法規(guī)4.2.2通過(guò)V2點(diǎn)與X軸夾角關(guān)系，可參照表5中推導(dǎo)關(guān)系進(jìn)行調(diào)整。

在標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)修訂前，N類汽車的前方視野和風(fēng)窗玻璃除霜和除霧系統(tǒng)規(guī)范，可以參照本論文的推導(dǎo)結(jié)論進(jìn)行布置和設(shè)計(jì)。

實(shí)驗(yàn)要求方面，由于除霜除霧法規(guī)的試驗(yàn)要求，由于擴(kuò)大視野角度后N1類汽車的除霜面積并不會(huì)擴(kuò)大，對(duì)空調(diào)的性能并沒有額外的要求，因此對(duì)于試驗(yàn)性能要求，可以參考M1類汽車的試驗(yàn)要求進(jìn)行。

本論文針對(duì)國(guó)家安全法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)GB1155-2009僅適用于M1類小型載客汽車的背景下，針對(duì)當(dāng)前N類汽車在除霜除霧要求不完善、實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)不明確、以及汽車總布置設(shè)計(jì)時(shí)布置理論依據(jù)缺失的問(wèn)題，對(duì)N類汽車布置和轎車布置的差異化進(jìn)行對(duì)比分析，建立的一套適用于N類汽車除霜要求和布置的理論體系，為今后的N類汽車設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)要求提供參照。

1.《GB11562_汽車駕駛員前方視野要求及測(cè)量方法》 -修訂N類汽車前方視野標(biāo)準(zhǔn)；

2.《GB11555-2009_汽車風(fēng)窗玻璃除霜和除霧系統(tǒng)的性能和試驗(yàn)方法 》-修訂N類除霜除霧區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]《GB 11555-2009汽車風(fēng)窗玻璃除霜和除霧系統(tǒng)的性能和試驗(yàn)方法》.

[2]《GB 11562—2009汽車駕駛員前方視野要求及測(cè)量方法》.

[3]《SAE J941-2002 汽車駕駛員眼睛位》.

[4]《SAE J1050-2009 描述和測(cè)量駕駛員的視野》.

[5]《SAE J4002-2010 H點(diǎn)測(cè)定儀（HPM-II）H點(diǎn)測(cè)定的規(guī)范和程序-檢查車輛座椅》.

[6]《GB 15084-201機(jī)動(dòng)車輛間接視野裝置性能和安裝要求》.

牙勇侯

畢業(yè)于江蘇大學(xué)，本科學(xué)歷，現(xiàn)就職于東風(fēng)延鋒汽車座艙系統(tǒng)有限公司，任產(chǎn)品設(shè)計(jì)專家工程師。主要研究方向：汽車座艙系統(tǒng)設(shè)計(jì)，曾發(fā)表實(shí)用新型專利2個(gè)，曾獲得“東風(fēng)日產(chǎn)杯”首屆青年自主創(chuàng)新科技獎(jiǎng)銀獎(jiǎng)。

專家推薦語(yǔ)

王熙泉

東風(fēng)延鋒汽車座艙系統(tǒng)有限公司

技術(shù)中心總監(jiān)? ?高級(jí)工程師

汽車前風(fēng)窗除霜性能涉及汽車視野安全，目前對(duì)于M1類汽車有相關(guān)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范小型汽車的除霜布置和性能要求，但對(duì)于M1類汽車以外的車輛包括N類汽車（卡車）及其它載貨類汽車，并未有相關(guān)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范。本論文作者結(jié)合N類汽車與M1類汽車的車高、人體坐姿，前方視野要求的差異化進(jìn)行深入分析，從汽車總布置的角度推導(dǎo)，建立一套基于N類汽車人機(jī)系統(tǒng)的汽車除霜布置體系，為N類汽車總布置設(shè)計(jì)中除霜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)要求提供理論依據(jù)，同時(shí)為汽車除霜安全法規(guī)的修訂提供理論依據(jù)，具有較強(qiáng)的實(shí)踐意義。