SLC方法在360视野上的优化设计及应用

李训猛，黄超俊，李媛媛，王超

（宝沃汽车（中国）有限公司，北京 102206）

前言

不管时代如何变迁，汽车的本质是为“人”服务的工具，汽车人机工程设计一直作为整车设计重要的因素之一，空间设计、直接和间接视野与安全性设计、高科技配置，是当前汽车设计的重点研究方向。

汽车视野作为人机工程考虑的重要因素，对驾驶安全有着十分明显的影响，驾驶员视野可分为直接视野和间接视野[5]，直接视野就是驾驶员直接可视区域，包括前视野、侧视野、后视野，统称360度视野；在整车设计中，360度视野是架构设计和开发的重要研究方向。

GB11562《汽车驾驶员前方视野要求及测量方法》里已明确要求：“每根A柱双目障碍角不得超过6度，对于防弹车辆，该角度不超过10°”[2]。提出一种创新新360度视野设计方法，对立柱的曲线弧度及立体效果特征综合优化考量，对整车视野的控制优化效果更加有效。

1 360度视野影响因素

立柱截面大小和立柱型面走向是影响360度视野两大因素，立柱截面结构大小直接影响驾驶员视野障碍感受，传统方法要从结构上进行优化改善。

1.1 视野影响因素

车身设计过程中，截面控制是最直接有效的方法，车身各立柱的截面大小直接影响到360度视野。以A柱为例，其截面由车身钣金、门框及密封条结构、立柱饰板三大块组成，具体包含车身外钣金、内侧加强板；门框及密封条等结构。见图1。

优化A柱截面可从以下五方面出发：减少A柱外钣金宽度L1；优化门框密封宽度L2，辊压门框比冲压门框占用空间小；减少密封尺寸L3；减少内饰板安装卡扣尺寸L4；减少前风挡玻璃黑边宽度L5；见图1。

图1 A柱截面图

立柱型面走向主要会影响驾驶员视野的主观感受，从侧视图看，前风挡倾角A130-1越小，A柱越立，A柱障碍角越小，空间感越好压迫感越小。同一车型A柱等比例增大风挡倾斜角度，A柱障碍角也会同比例增长，见图2。另外，从前视图看，A柱外沿越往外侧，A柱障碍角越小，空间感和进出性都好，压迫感越小。但A柱位置受侧风窗玻璃内倾角A122-1制约，A柱障碍角随A122-1增大而增大，即侧风窗玻璃越倾斜A柱障碍角越大，见图3。

图2 风挡倾角与A柱障碍角关系

图3 侧风窗角度与A柱障碍角关系

1.2 立体视觉效果

图4 圆弧特征A柱型面

图5 阶梯型面A柱型面

立体视觉效果主要是主观评价对立柱的直观感受。突出的立体效果可以有效的降低障碍感觉。通过立柱从结构上进行优化，立柱饰板上增加特征线，营造立体效果，可适当增加空间感觉并同步减弱立柱压迫感。传统控制方法中控制A柱障碍角数值满足法规要求，但实际效果不好。如图4某车型，按照法规测量A柱障碍角4.1度，处于中上水平，不过实际观察其A柱粗大，影响视觉感受。再以图5大众汽车某车型为例，依据标准测量A柱障碍角4.2度，尺寸数值比上个车型打，但立体视觉效果良好。所以，不损失结构强度时营造视觉立体效果可明显改善用户视野感受。

2 SLC方法设计介绍

基于影响因素和立体视觉效果，为改善用户的视野感受，总结评审和项目经验创新提出SLC方法。SLC（Section Line Control）即四面两线控制法，四面就是在 A柱范围内均匀选取4个截面（SEC1～4）；两线就是A柱前视图的内外轮廓线（Line1，Line 2），见图6。SLC方法通过四个典型截面和两侧特征线控制整个A柱的位置和结构，同时对A柱的曲线弧度及立体效果特征综合优化考量，控制效果更加明显有效。

图6 SLC方法示意图

2.1 四面两线法具体做法

调查发现SUV、轿车的A柱上下极限位置集中分布在上8°和下10°视线范围内，见表1，故取上8°和下10°作为上下极限视野线位置，运用SLC方法，先确定四截面位置。以人体P1点为基准点，做A柱上、下极限位置视野线。采用矢量法对其进行等分，每个视野线和A柱相交最近点取名A、B、C、D点。过A点做垂直于A柱的截面得到截面SEC1～4，此四截面即为SLC方法里的四面。另外，为更好对比立柱空间位置。

从A柱前视图看，两线即为A柱钣金两侧轮廓线，从截面看，内轮廓线Line1即为与前风挡配接处钣金凸点M的四截面连线，外轮廓线Line2即为A柱外侧与门框胶条搭接处钣金端点N的四截面连线，见图7。两线主要受前风挡角度A130-1和侧风窗倾斜角度A122-1制约，两条线走向决定了A柱的弧度走向。综上，运用SLC四面两线法模型数据如图8所示。

表1 A柱上下极限视野线角度统计表

2.2 两线四面法在A柱上的应用

文章以设计某项目A柱设计优化为例，阐述应用过程。

（1）截面优化，在造型设计阶段，依据法规设计A柱障碍角5.3度，满足法规要求，但障碍视觉效果差，进行结构设计优化。

①优化 A柱钣金外侧宽度，由 77mm减少至 72mm，CAE结构分析发现A柱截面面积减少8.46%，转动惯量减少3.63%,见表2，分析发现在64km/h的偏置碰时A柱存在撕裂风险，不建议更改，此优化未执行；

②改善侧风窗门框冲压结构，减少门框宽度 6mm；优化密封条结构形式，侧风窗到A柱密封面的距离减小了4mm；

③更改内饰板安装卡扣结构，内饰板到钣金距离由49mm减少至39mm； 见图9；通过上述截面优化，A柱障碍角由5.3度减少至4.95度，验证评估视觉障碍有改善，但驾驶压迫感明显，需进一步优化。

图7 内外轮廓线截面示意图

图8 SLC四面两线法数据模型

（2）运用SLC方法，在A柱上对应视野面+8°、0°、-6°和-10°处截取相应四截面，分别对截面进行优化：侧视图X方向通过内轮廓线Line1调整立柱前后方向弧度，正视图Y方通过外轮廓线Line2调整立柱左右方向弧度。

表2 A柱SEC2截面CAE分析结果

①侧视图X方向的弧度优化，以SEC1截面为基准，通过调整ΔX1调整SEC2处截面位置，尽可能向车头方向移动，再以SEC4处截面为基准，通过减少ΔX2调整SEC3截面位置，尽可能向车头方向移动，形成向车头方向凸的Line1弧线，见图10；

②同理，正视图Y方向的弧度优化通过调整ΔY1、 ΔY2值，上下两端截面不动，中间两截面向车外方向移，形成向外侧方向凸的Line2弧线，见图10；

图9 截面优化前后对比图

图10 A柱 X方向、Y方向弧度优化示意图

上述弧度优化除了移动截面外，更改截面结构形式：侧玻璃角度A122不变时，A柱外板整体往前向外沿伸，M点及内轮廓线Line1向前，N点及外轮廓线Line2往外扩，保证A柱钣金宽度不变的情况优化断面结构，从而减少A柱障碍角到4.2度。

（3）立体视觉效果优化：突出的立体效果可以有效的降低障碍感觉，通过对A柱内饰面做阶梯处理，减轻对驾驶员的A柱大小和压迫感受，设计过程主要进行下面三方面优化：

①靠近前风挡的A柱内饰板和视野线相切，减少饰板对中间区域前方视野的视野障碍；

②A柱内饰板面设计棱边突显立体感，通过立柱饰板上做型面转折点，形成阶梯弧，有明显棱边线条，增强视觉立体效果；

③视野区域①＜视野区域②。

以某项目为例，A柱经过截面结构优化、弧度改善和视觉立体效果的完善，不仅减少截面尺寸大小，也有效的降低障碍感受。如图11。

图11 截面结构优化前后对比

2.3 方法实施过程

正向工程开发重要节点可分为三个阶段：架构硬点定义阶段、造型可行性分析阶段和模型验证评审阶段。断面结构的优化都贯穿设计的每个阶段。

架构硬点定义阶段，对A柱断面进行结构设计。根据整车结构强度及碰撞要求，初步定义门框成型工艺、密封条密封类型、立柱饰板安装结构形式等基本工艺，集成架构总布置图。

在造型可行性分析阶段输出造型约束条件，如图12，此过程是结构设计重要环节，SLC控制方法基本需要在这个阶段完全应用。根据初始的内饰设计曲面运用SLC设计方法，进行工程分析和结构优化，不断和造型数据交互匹配，结合风窗位置的造型比例要求，作为工程约束条件指导造型设计。最终达到满足工程设计要求的造型数据。

图12 A柱造型约束

模型验证评审阶段，通过人机试验平台和人机工程 1：1树脂验证模型Seating Buck。平台验证阶段，根据A柱的不同断面铣削不同的A柱样件，安装在平台上，组织主观评价小组进行主观评价，评估选定最佳断面形式，如图13。

图13 A柱模型验证

模型验证阶段，根据断面及造型数据制作整车人机工程验证模型Seating Buck，如图14，在实体模型上可直接评估架构尺寸、整车视野和乘坐空间等，对视野障碍角度和空间立体感受可以综合进行主观评价，根据主观评价意见再度优化。

图14 Seating Buck人机验证模型

3 结论

驾驶员整车360度视野对汽车的行驶安全尤为重要，其中A柱作为整车直接视野的关键影响因素，其设计要求不仅满足A柱障碍角小于6度的控制要求，还应更加全面的分析及优化，文中结合多年项目开发经验和实际工作经验，提出了较先进的SLC设计方法，用四个截面和两个轮廓线对立柱从截面控制、弧度优化、立体效果优化三方面系统地控制设计，并以A柱为例分析SLC方法的实用性和有效性。该方法能在产品开发初期从根本上进一步提升产品质量，并且经过多个项目的具体应用，通过了每一轮的设计验证及上市产品的市场检验，从结构上进行本质上的设计优化。