黄书珍

摘 要：该文通过汽车CAS造型阶段运用的限制面，对后端模块进行设计控制的分析研究，论证了造型阶段限制面输入控制方法的重要性，以及用限制面对CAS进行人机、法规、工程可行性分析校核的有效性。为汽车设计研发项目的CAS设计提供了便捷而有效的质量控制及可行性分析校核方法。该方法的运用可有效规避造型设计阶段的潜在设计风险，有效防范因造型设计失控而造成的项目工期拖延，项目成本失控。

关键词：CAS；限制面；可行性分析校核

中图分类号：U46 文献标志码：A

0 引言

以往在项目CAS造型阶段，总布置一般会通过十几个典型断面和粗略的线框图对CAS进行控制，这种控制方法的缺陷是许多问题不能在造型设计初期被发现，等CAS设计出来后需要一遍遍地进行人机法规及工程可行性分析校核，到工艺数据和NC数据阶段又需要一遍遍地校核，既浪费时间又浪费人力，极易造成项目工期拖延，局部资源浪费，成本失控，因此在CAS造型设计阶段，如何输入比较全面的造型控制文件就显得尤为重要。

CAS设计一般要经历CAS0、CAS1、CAS2三个阶段，分别完成项目阶段性的目标，这三轮CAS需要分析和控制的内容也略有区别，该文仅以整车后端模块的几个相关典型限制面输入控制方法为例，研究造型CAS的设计控制工作。

1 与后端模块控制有关的整车通过性限制面

在CAS阶段一个基本的造型限制面就是整车通过性限制面，整车通过性限制面可以有效预防车辆间隙失效，包括车辆前端的触头失效、车辆中间部位的顶起失效和车辆尾部的拖尾失效。与通过性的几个常用几何参数对应，整车通过性限制面的控制内容包括接近角限制面、路缘高度限制面、最小离地间隙限制面和离去角限制面。汽车的通过性参数值不是静止不变的，它取决于负载状况。因此通过性限制面的位置确定也取决于负载的变化情况，要依据负载变化的最大值去考虑各个几何参数值，通常在满载状态下确定通过性限制面。

如图1中的通过性限制面所示。其中台阶保护高度一般为150 mm～200 mm，最小离地间隙一般为150 mm～155 mm，一般来说，传统轿车或SUV车身最低点是变速箱或者发动机油底壳的下方。我们做通过性限制面还要综合考虑悬架跳动量及縱向通过角的最小值。

整车通过性限制面一旦确定，即确定了动力总成、变速器和动力总成相关件的Z向调节范围，也确定了前后保等部件的最前最后的极限位置。如图1中动力电池Z向最低点超出了通过性限制面的限制，需要抬高动力电池Z向高度。

2 后背门（后行李箱盖）限制面

2.1 后背门开启高度限制面

在CAS造型初期，我们一定要关注后背门关闭拉手（手动关闭背门）的高度，由于拉手高度直接影响背门的开启高度和操作舒适性，我们一般推荐的最大高度不超过1 860 mm，这是保证SAE第5百分位女性踮起脚尖能操作的最大高度，同时要控制背门外板最大高度尽量不小于1 900 mm，这是保证SAE第95百分位人体正常操作背门时头顶不触碰背门钣金。据此做出背门拉手高度限制面，如图2中的背门拉手高度限制面所示。后背门的开启角度及气撑杆的布置也要根据该限制面进行调整。

2.2 后背门开启开关高度限制面

背门开启开关的布置高度在造型设计阶段也必须进行考虑，开关的布置高度直接影响背门与后保的分缝及背门门洞密封面的位置与密封效果，也影响牌照灯、摄像头等件的布置位置，我们一般推荐开关布置在710 mm～750 mm。这个范围是充分考虑了SAE第5百分位女性和SAE第95百分位男性的舒适操作区域，按照该要求做出的开关高度限制面如图3中的矩形限制面所示，图3中所示项目车型的背门开关布置位置偏高，没有在限制面控制区域内，需要降低位置，在CAS中调整背门分缝高度，使开关位于该限制面内。

2.3 背门玻璃间距尺寸限制面

造型CAS阶段，背门玻璃黑边的宽度也是需要考虑的一项，玻璃黑边的Z向和Y向间距尺寸的确定必须以保证后视野的法规符合性为前提，如果黑边宽度太宽，可能影响背门上一些电器件的布置，象影响玻璃天线馈点和除霜电极馈点的布置，如果黑边太窄，不但影响造型，还容易产生视野上的压抑感。

因此CAS造型前期总布置往往会对标多款标杆车的玻璃黑边，结合本款车的造型要求，确定玻璃黑边尺寸。一般Z向间距根据后部上下视角的要求来定，Y向间距尺寸控制在935 mm以上比较合适（该尺寸基本满足视野要求），如图4所示。

2.4 后端照明与信号装置位置限制面

在CAS造型阶段，灯具与信号装置的位置对造型影响比较大，除了直接影响整车外观外，还影响后背门与后围、后背门与后保的分缝，因此该阶段一定要对灯具与信号装置的位置进行控制，照明与信号装置的位置控制一般是先按照法规GB4785要求的位置限值尺寸，做出照明和信号装置的位置范围，即用限制面围成的范围框，如图5所示的矩形面。在地面线确定的情况下，后端照明与信号装置的离地高度和横向位置就确定了，造型人员需按照该范围框布置渲染照明与信号装置。

数据法规校核检查时也要按照该范围限制面进行检查，象制动灯横向位置检查时，法规要求左右两灯最近视表面内缘间距≥600 mm，如果两灯表面内缘间距位于图5中的中间限制面围成的矩形框内则不符合要求，必须调整距离。再如后尾灯Z向高度检查时，法规要求其离地高度250 mm≤H≤1 000 mm，图5中后雾灯高度在后雾灯高度下限制面和后雾灯高度上限制面之间，则满足要求，不用调整。

3 后保限制面

3.1 后牌照板位置及牌照灯配光性限制面

造型CAS阶段，牌照板的位置不仅涉及背门分缝的位置，还涉及后保型面特征及后部摄像头、倒车雷达、背门开关及后保天线等部件的安装，因此要提前做出牌照板限制面输入给造型人员。

牌照板限制面考虑以下几个方面：牌照板倾斜角度要求，按GA36要求≤15°；安装孔要求，按GB7258要求需要4个安装点，安装点的位置尺寸按GA36要求；牌照板可见区域；牌照灯配光性要求；牌照板高度要求。图6中左侧视图中的限制面为牌照板位置限制面，4个小长圆柱形限制面为安装孔限制面，标注角度的限制面为牌照倾角限制面。中间视图中限制面为牌照板可见区域限制面。右侧视图中标注角度的限制面为牌照灯的入射光线限制面。依此限制牌照板设计位置。

3.2 倒车雷达安装限制面

在CAS设计阶段，后保险杠的型面和倒车雷达的布置位置直接相关，因此必须在CAS设计阶段就对输入雷达布置限制面进行控制，以避免后期可能会因雷达布置空间不足而造成CAS反复修改。车辆上的超声波雷达传感器安装位置需要满足ISO17386标准要求，这样才能保证在泊车过程中能正常探测到障碍物，同时在行驶的过程中不会误触发超声波雷达传感器。

根据ISO17386的国际标准，水平探测范围、拐角处探测范围、垂直探测范围要求如图7所示。水平探测范围中，A1区域探测覆盖率在90 %以上，A2区域探测覆盖率在87 %以上。车辆两侧拐角处各有7个测试点，要求超声波雷达探测区域覆盖全部测试点。垂直探测区域要求如图7中右上角的表格所示。在CAS设计阶段，按照各个探测范围要求，做出雷达安装限制面如图7下方所示的理论探测区域，理论探测区域如不符合ISO的标准要求，则需要调整传感器安装位置或修改CAS造型面。

3.3 后部摄像头安装位置限制面

在CAS设计阶段，后端摄像头的布置位置既要考虑造型又要考虑实际功能，如果布置错误，将导致修复成本很高，甚至无法修复。因此CAS设计阶段必须输入摄像头位置限制面控制造型，保证摄像头有充足和合理的布置位置。摄像头布置方法中，在镜头高度、光轴位置、车身遮挡、干涉、车身显示占比这些方面会给予较多关注，一般先按供应商提供的布置规范进行布置，在试制阶段进行评估调整。根据布置规范可做出摄像头的安装限制面，如图8所示。按照限制面控制后端造型面。造型阶段总布置工程师无法直观地查看布置结果，只能在试验车生产完毕后才能评估最终的显示效果，现在一些供应商可以借助摄像头模拟布置软件模拟真实的视图，可以直观地评估，有效降低布置错误率。

3.4 整车后视下部可见性限制面

整车下部零件外漏太多会影响整车的整体美观性和品质感，在CAS造型阶段，我们一般会做出后视下部可见性限制面，限制下部零件的凸出量。

整车后视下部可见性一般要求为：从车辆最后点向后7 m、高1.2 m处作为眼点，向前輻射视线至与保险杠底部最低点相切，沿该视线拉伸出来一平面即整车后视下部可见性限制面，如图9所示的视平面，要求该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标准要求及碰撞试验的状态，在对后端保护装置数据进行控制时应考虑下列3点：后端纵向正碰时，碰撞器撞击头与防撞梁应有一定的Z向重合度，一般≥35 mm；在所有后碰中，碰撞器首先接触的应是后保险杠，并且此时碰撞器距离照明、信号装置、后背门、排气系统等有一定的间隙；在纵向碰撞中或是在“车角”碰撞中，当碰撞器撞击头接触防撞梁时，若此时撞击头已经或即将接触到照明、信号装置等，则要求照明、信号等装置周边有退让空间，一般设计阶段会设定相应的间隙要求。

在CAS造型阶段，我们要先根据确定的空载和加载地面，画出模拟的碰撞器，作为后端保护装置限制面，根据上面的3点要求检查CAS数据及后防撞梁与碰撞器撞击头的位置关系和间隙情况，不符合要求时，调整CAS面或防撞梁位置，如图10所示。碰撞器撞击头与后防撞梁重叠量明显不足，防撞梁位置偏高，需要下调防撞梁高度，后保型面随之调整。

无论是美国保险公司的汽车安全评价体系（IIHS）还是中国的汽车安全评价体系（C-IASI），都纳入了低速碰撞易维修性要求，具体到后背门，主要是考虑低速碰撞时对后背门和组合灯具的保护。据此在CAS设计阶段要确定后防撞梁与后背门的相对位置关系，做出后背门最后点位置限制面和后防撞梁位置限制面，保证后部碰撞时障碍物先碰撞或损毁保险杠，保护后背门和后组合灯具，我们一般要遵循后防撞梁要凸出后背门>10 mm的要求。

5 行李箱模块限制面

行李箱模块的容积也直接影响着CAS的确定，而且行李箱的容积也是一款车型的主要卖点之一，在CAS设计过程中，我们会按照前期确定的行李箱容积目标参数严格控制行李箱尺寸值。

行李箱模块的设计控制主要是考虑涉及行李箱容积的几个关键尺寸，我们可以用限制面进行控制，最主要的几个限制面包括行李箱纵深限制面（L209-2），纵深限制面的高度还要考虑备胎的布置高度，行李箱最小宽度限制面（W202），座椅靠背高度限制面（H297），后背门门槛高度限制面（H196）。当然考虑车辆后部造型的情况下我们会考虑控制更多的与行李箱有关的参数。图11所示为行李箱纵深限制面，我们以这个限制面为例提供参考。

6 结论

该文着重讨论了对后端模块CAS造型设计的限制面控制方法，阐述了在CAS设计阶段总布置输入控制的重要性，以及用限制面对CAS进行人机、法规、工程可行性分析校核的有效性。在实际工作中，我们会运用限制面与主断面相结合的方式对造型进行控制和可行性分析校核。

人机、法规和工程可行性分析贯穿整个CAS的设计阶段，而且造型可行性分析的全面性及准确性直接影响CAS的品质，如果后期制作A面或设计工程数据的时候发现前期可行性分析出现错误或分析不透彻不全面，势必会推翻原有造型，这将会对项目造成极大的不利影响。同时在做造型可行性分析时，还要考虑供应商的能力和产品的成本等因素，因此，随着项目对CAS需求的增强及对CAS要求的提高，对CAS的设计控制要求也逐步提高了，控制方法也会不断地更新发展，会越来越科学合理、准确便捷。

参考文献

[1]余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2000.

[2]许谋和，周涛，卜伟理.GB4785—2007 汽车及挂车外部照明和光信号装置的安装规定[S].北京：中国标准出版社，2007.

[3]应朝阳，周炜，王学平，等.GB7258—2017 机动车运行安全技术条件[S].北京：中国标准出版社，2017.

[4]虞力英，邵咏秋，李晓东，等.GA36—2014 中华人民共和国机动车号牌[S].北京：中国标准出版社，2014.

[5]孙德录，李三红，尹爽清.GB17354—1998 汽车前后端保护装置[S].北京：中国标准出版社，1998.

[6]罗伟，孙大鹏，程鹏，等.浅析汽车造型中的CAS[J].轻型汽车技术，2011（10）：29-30.