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摘 要：該文通過(guò)汽車CAS造型階段運(yùn)用的限制面，對(duì)后端模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)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(duì)CAS進(jìn)行人機(jī)、法規(guī)、工程可行性分析校核的有效性。為汽車設(shè)計(jì)研發(fā)項(xiàng)目的CAS設(shè)計(jì)提供了便捷而有效的質(zhì)量控制及可行性分析校核方法。該方法的運(yùn)用可有效規(guī)避造型設(shè)計(jì)階段的潛在設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，有效防范因造型設(shè)計(jì)失控而造成的項(xiàng)目工期拖延，項(xiàng)目成本失控。

關(guān)鍵詞：CAS；限制面；可行性分析校核

中圖分類號(hào)：U46 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

以往在項(xiàng)目CAS造型階段，總布置一般會(huì)通過(guò)十幾個(gè)典型斷面和粗略的線框圖對(duì)CAS進(jìn)行控制，這種控制方法的缺陷是許多問(wèn)題不能在造型設(shè)計(jì)初期被發(fā)現(xiàn)，等CAS設(shè)計(jì)出來(lái)后需要一遍遍地進(jìn)行人機(jī)法規(guī)及工程可行性分析校核，到工藝數(shù)據(jù)和NC數(shù)據(jù)階段又需要一遍遍地校核，既浪費(fèi)時(shí)間又浪費(fèi)人力，極易造成項(xiàng)目工期拖延，局部資源浪費(fèi)，成本失控，因此在CAS造型設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)一般要經(jīng)歷CAS0、CAS1、CAS2三個(gè)階段，分別完成項(xiàng)目階段性的目標(biāo)，這三輪CAS需要分析和控制的內(nèi)容也略有區(qū)別，該文僅以整車后端模塊的幾個(gè)相關(guān)典型限制面輸入控制方法為例，研究造型CAS的設(shè)計(jì)控制工作。

1 與后端模塊控制有關(guān)的整車通過(guò)性限制面

在CAS階段一個(gè)基本的造型限制面就是整車通過(guò)性限制面，整車通過(guò)性限制面可以有效預(yù)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(guò)性的幾個(gè)常用幾何參數(shù)對(duì)應(yīng)，整車通過(guò)性限制面的控制內(nèi)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(guò)性參數(shù)值不是靜止不變的，它取決于負(fù)載狀況。因此通過(guò)性限制面的位置確定也取決于負(fù)載的變化情況，要依據(jù)負(fù)載變化的最大值去考慮各個(gè)幾何參數(shù)值，通常在滿載狀態(tài)下確定通過(guò)性限制面。

如圖1中的通過(guò)性限制面所示。其中臺(tái)階保護(hù)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(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)轎車或SUV車身最低點(diǎn)是變速箱或者發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼的下方。我們做通過(guò)性限制面還要綜合考慮懸架跳動(dòng)量及縱向通過(guò)角的最小值。

整車通過(guò)性限制面一旦確定，即確定了動(dòng)力總成、變速器和動(dòng)力總成相關(guān)件的Z向調(diào)節(jié)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(dòng)力電池Z向最低點(diǎn)超出了通過(guò)性限制面的限制，需要抬高動(dòng)力電池Z向高度。

2 后背門(mén)（后行李箱蓋）限制面

2.1 后背門(mén)開(kāi)啟高度限制面

在CAS造型初期，我們一定要關(guān)注后背門(mén)關(guān)閉拉手（手動(dòng)關(guān)閉背門(mén)）的高度，由于拉手高度直接影響背門(mén)的開(kāi)啟高度和操作舒適性，我們一般推薦的最大高度不超過(guò)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(shí)要控制背門(mén)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(mén)時(shí)頭頂不觸碰背門(mén)鈑金。據(jù)此做出背門(mén)拉手高度限制面，如圖2中的背門(mén)拉手高度限制面所示。后背門(mén)的開(kāi)啟角度及氣撐桿的布置也要根據(jù)該限制面進(jìn)行調(diào)整。

2.2 后背門(mén)開(kāi)啟開(kāi)關(guān)高度限制面

背門(mén)開(kāi)啟開(kāi)關(guān)的布置高度在造型設(shè)計(jì)階段也必須進(jìn)行考慮，開(kāi)關(guān)的布置高度直接影響背門(mén)與后保的分縫及背門(mén)門(mén)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(kāi)關(guān)布置在710 mm～750 mm。這個(gè)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(qū)域，按照該要求做出的開(kāi)關(guān)高度限制面如圖3中的矩形限制面所示，圖3中所示項(xiàng)目車型的背門(mén)開(kāi)關(guān)布置位置偏高，沒(méi)有在限制面控制區(qū)域內(nèi)，需要降低位置，在CAS中調(diào)整背門(mén)分縫高度，使開(kāi)關(guān)位于該限制面內(nèi)。

2.3 背門(mén)玻璃間距尺寸限制面

造型CAS階段，背門(mén)玻璃黑邊的寬度也是需要考慮的一項(xiàng)，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(guī)符合性為前提，如果黑邊寬度太寬，可能影響背門(mén)上一些電器件的布置，象影響玻璃天線饋點(diǎn)和除霜電極饋點(diǎn)的布置，如果黑邊太窄，不但影響造型，還容易產(chǎn)生視野上的壓抑感。

因此CAS造型前期總布置往往會(huì)對(duì)標(biāo)多款標(biāo)桿車的玻璃黑邊，結(jié)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(jù)后部上下視角的要求來(lái)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(hào)裝置位置限制面

在CAS造型階段，燈具與信號(hào)裝置的位置對(duì)造型影響比較大，除了直接影響整車外觀外，還影響后背門(mén)與后圍、后背門(mén)與后保的分縫，因此該階段一定要對(duì)燈具與信號(hào)裝置的位置進(jìn)行控制，照明與信號(hào)裝置的位置控制一般是先按照法規(guī)GB4785要求的位置限值尺寸，做出照明和信號(hào)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(hào)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(hào)裝置。

數(shù)據(jù)法規(guī)校核檢查時(shí)也要按照該范圍限制面進(jìn)行檢查，象制動(dòng)燈橫向位置檢查時(shí)，法規(guī)要求左右兩燈最近視表面內(nèi)緣間距≥600 mm，如果兩燈表面內(nèi)緣間距位于圖5中的中間限制面圍成的矩形框內(nèi)則不符合要求，必須調(diào)整距離。再如后尾燈Z向高度檢查時(shí)，法規(guī)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(diào)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(mén)分縫的位置，還涉及后保型面特征及后部攝像頭、倒車?yán)走_(dá)、背門(mén)開(kāi)關(guān)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(gè)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(gè)安裝點(diǎn)，安裝點(diǎn)的位置尺寸按GA36要求；牌照板可見(jiàn)區(qū)域；牌照燈配光性要求；牌照板高度要求。圖6中左側(cè)視圖中的限制面為牌照板位置限制面，4個(gè)小長(zhǎng)圓柱形限制面為安裝孔限制面，標(biāo)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(jiàn)區(qū)域限制面。右側(cè)視圖中標(biāo)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(shè)計(jì)位置。

3.2 倒車?yán)走_(dá)安裝限制面

在CAS設(shè)計(jì)階段，后保險(xiǎn)杠的型面和倒車?yán)走_(dá)的布置位置直接相關(guān)，因此必須在CAS設(shè)計(jì)階段就對(duì)輸入雷達(dá)布置限制面進(jìn)行控制，以避免后期可能會(huì)因雷達(dá)布置空間不足而造成CAS反復(fù)修改。車輛上的超聲波雷達(dá)傳感器安裝位置需要滿足ISO17386標(biāo)準(zhǔn)要求，這樣才能保證在泊車過(guò)程中能正常探測(cè)到障礙物，同時(shí)在行駛的過(guò)程中不會(huì)誤觸發(fā)超聲波雷達(dá)傳感器。

根據(jù)ISO17386的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，水平探測(cè)范圍、拐角處探測(cè)范圍、垂直探測(cè)范圍要求如圖7所示。水平探測(cè)范圍中，A1區(qū)域探測(cè)覆蓋率在90 %以上，A2區(qū)域探測(cè)覆蓋率在87 %以上。車輛兩側(cè)拐角處各有7個(gè)測(cè)試點(diǎn)，要求超聲波雷達(dá)探測(cè)區(qū)域覆蓋全部測(cè)試點(diǎn)。垂直探測(cè)區(qū)域要求如圖7中右上角的表格所示。在CAS設(shè)計(jì)階段，按照各個(gè)探測(cè)范圍要求，做出雷達(dá)安裝限制面如圖7下方所示的理論探測(cè)區(qū)域，理論探測(cè)區(qū)域如不符合ISO的標(biāo)準(zhǔn)要求，則需要調(diào)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(shè)計(jì)階段，后端攝像頭的布置位置既要考慮造型又要考慮實(shí)際功能，如果布置錯(cuò)誤，將導(dǎo)致修復(fù)成本很高，甚至無(wú)法修復(fù)。因此CAS設(shè)計(jì)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(huì)給予較多關(guān)注，一般先按供應(yīng)商提供的布置規(guī)范進(jìn)行布置，在試制階段進(jìn)行評(píng)估調(diào)整。根據(jù)布置規(guī)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(wú)法直觀地查看布置結(jié)果，只能在試驗(yàn)車生產(chǎn)完畢后才能評(píng)估最終的顯示效果，現(xiàn)在一些供應(yīng)商可以借助攝像頭模擬布置軟件模擬真實(shí)的視圖，可以直觀地評(píng)估，有效降低布置錯(cuò)誤率。

3.4 整車后視下部可見(jiàn)性限制面

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

整車后視下部可見(jiàn)性一般要求為：從車輛最后點(diǎn)向后7 m、高1.2 m處作為眼點(diǎn)，向前輻射視線至與保險(xiǎn)杠底部最低點(diǎn)相切，沿該視線拉伸出來(lái)一平面即整車后視下部可見(jiàn)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(biāo)準(zhǔn)要求及碰撞試驗(yàn)的狀態(tài)，在對(duì)后端保護(hù)裝置數(shù)據(jù)進(jìn)行控制時(shí)應(yīng)考慮下列3點(diǎn)：后端縱向正碰時(shí)，碰撞器撞擊頭與防撞梁應(yīng)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(yīng)是后保險(xiǎn)杠，并且此時(shí)碰撞器距離照明、信號(hào)裝置、后背門(mén)、排氣系統(tǒng)等有一定的間隙；在縱向碰撞中或是在“車角”碰撞中，當(dāng)碰撞器撞擊頭接觸防撞梁時(shí)，若此時(shí)撞擊頭已經(jīng)或即將接觸到照明、信號(hào)裝置等，則要求照明、信號(hào)等裝置周邊有退讓空間，一般設(shè)計(jì)階段會(huì)設(shè)定相應(yīng)的間隙要求。

在CAS造型階段，我們要先根據(jù)確定的空載和加載地面，畫(huà)出模擬的碰撞器，作為后端保護(hù)裝置限制面，根據(jù)上面的3點(diǎn)要求檢查CAS數(shù)據(jù)及后防撞梁與碰撞器撞擊頭的位置關(guān)系和間隙情況，不符合要求時(shí)，調(diào)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(diào)防撞梁高度，后保型面隨之調(diào)整。

無(wú)論是美國(guó)保險(xiǎn)公司的汽車安全評(píng)價(jià)體系（IIHS）還是中國(guó)的汽車安全評(píng)價(jià)體系（C-IASI），都納入了低速碰撞易維修性要求，具體到后背門(mén)，主要是考慮低速碰撞時(shí)對(duì)后背門(mén)和組合燈具的保護(hù)。據(jù)此在CAS設(shè)計(jì)階段要確定后防撞梁與后背門(mén)的相對(duì)位置關(guān)系，做出后背門(mén)最后點(diǎn)位置限制面和后防撞梁位置限制面，保證后部碰撞時(shí)障礙物先碰撞或損毀保險(xiǎn)杠，保護(hù)后背門(mén)和后組合燈具，我們一般要遵循后防撞梁要凸出后背門(mén)>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(diǎn)之一，在CAS設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們會(huì)按照前期確定的行李箱容積目標(biāo)參數(shù)嚴(yán)格控制行李箱尺寸值。

行李箱模塊的設(shè)計(jì)控制主要是考慮涉及行李箱容積的幾個(gè)關(guān)鍵尺寸，我們可以用限制面進(jìn)行控制，最主要的幾個(gè)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(mén)門(mén)檻高度限制面（H196）。當(dāng)然考慮車輛后部造型的情況下我們會(huì)考慮控制更多的與行李箱有關(guān)的參數(shù)。圖11所示為行李箱縱深限制面，我們以這個(gè)限制面為例提供參考。

6 結(jié)論

該文著重討論了對(duì)后端模塊CAS造型設(shè)計(jì)的限制面控制方法，闡述了在CAS設(shè)計(jì)階段總布置輸入控制的重要性，以及用限制面對(duì)CAS進(jìn)行人機(jī)、法規(guī)、工程可行性分析校核的有效性。在實(shí)際工作中，我們會(huì)運(yùn)用限制面與主斷面相結(jié)合的方式對(duì)造型進(jìn)行控制和可行性分析校核。

人機(jī)、法規(guī)和工程可行性分析貫穿整個(gè)CAS的設(shè)計(jì)階段，而且造型可行性分析的全面性及準(zhǔn)確性直接影響CAS的品質(zhì)，如果后期制作A面或設(shè)計(jì)工程數(shù)據(jù)的時(shí)候發(fā)現(xiàn)前期可行性分析出現(xiàn)錯(cuò)誤或分析不透徹不全面，勢(shì)必會(huì)推翻原有造型，這將會(huì)對(duì)項(xiàng)目造成極大的不利影響。同時(shí)在做造型可行性分析時(shí)，還要考慮供應(yīng)商的能力和產(chǎn)品的成本等因素，因此，隨著項(xiàng)目對(duì)CAS需求的增強(qiáng)及對(duì)CAS要求的提高，對(duì)CAS的設(shè)計(jì)控制要求也逐步提高了，控制方法也會(huì)不斷地更新發(fā)展，會(huì)越來(lái)越科學(xué)合理、準(zhǔn)確便捷。

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