车门玻璃大面作为工程设计对车身造型的最重要输入之一，较大程度上决定了车身的侧面造型趋势。通过考虑车身／车门结构、乘员舱的人机空间、玻璃升降运动等需求，介绍了一种玻璃大面的设计方法。
0引言
随着车身设计方法和制造工艺的不断进步，新上市轿车的外观越来越有特点，但是作为工业产品，其造型设计必然受到一些结构上的约束，比如车门玻璃大面对轿车的侧面造型就非常重要，较大程度上决定了轿车侧面造型的趋势。
1 影响玻璃大面的因素
(1)人机空间对玻璃大面的影响
作为交通工具，轿车需要提供给顾客合适的驾乘环境。一辆设计合理的轿车，应该能在设定的整车尺寸下为其面向的顾客提供合理的侧面空间，包括头部、肩肘部、臀部各区域。
头部空间：如图1，在顾客头部区域，轿车车身包括车门窗框、车门密封系统、车顶边梁、安全气帘、线束、天窗、顶棚内饰等各种功能结构，为了达到整车的性能目标，这些功能结构都必须保证足够的尺寸空间；同时，必须保证顾客头部在正常的摆动过程中不会与车身发生碰撞。
肩肘部空间：在顾客的肩部、肘部区域，轿车车身包括车门钣金、玻璃升降器、车门饰板、水切胶条等，这些功能结构也需要足够的尺寸空间。顾客在正常的驾乘活动中，其肩部、肘部应不受到阻碍。
臀部空间：在顾客的臀部区域，轿车车身包括门槛、车门钣金、防撞杆、车门内饰等；应保证顾客乘坐舒适，预留足够的臀部空间。同时电动座椅的调整和门饰板上地图袋的使用等也应该方便。
头部空间
肩肘部空间
臀部空间
图1 人机侧面空间
(2)玻璃升降运动对玻璃大面的影响
大部分车门玻璃的升降运动都需要在有一定倾角的玻璃导轨中进行，以保证车门玻璃按合适
的轨迹进行运动，不会与车门内部构件发生冲击而影响使用性能。目前轿车车门玻璃基本上都是双曲率玻璃(或称桶面玻璃，相对应的为单曲率玻璃或称圆柱玻璃，见图2)，由于双曲率玻璃曲率沿轴向的不断
变化，车门玻璃在沿倾斜的导轨运动过程中，必然会在整车的内外方向和前后方向均偏离玻璃大面上的轨迹。必须调整玻璃曲率(长轴曲率和短轴曲率)保证这些偏离值在车门系统可容忍范围内。
双曲率玻璃单曲率玻璃
图2 双曲率玻璃／单曲率玻璃
(3)整车配置对玻璃大面的影响
需要说明的是，整车配置也会对玻璃大面的设计产生影响。正常的四门轿车，其前／后车门玻璃均可以升降，故必须保证其前／后车门玻璃均能按合适的轨迹进行运动；而对于两门跑车或后门玻璃无需升降的轿车，就只需要考虑前门玻璃的升降运动，这将大大减少对造型的
约束，这也是为什么跑车的造型一般都更有特点的缘由。
2 玻璃大面的设计方法
汽车玻璃前面提到，目前轿车车门玻璃基本上都是双曲率玻璃，这里就以双曲率玻璃为例进行玻璃大面设计方法的说明，圆柱玻璃大面的设计也可以参考。
(1)H点主截面设计
过前排座椅H点分别作车身的x向主截面，在主截面上绘制一个半径合适的圆弧(一般半径大于1 300mm)，该圆弧由3点控制，这3点分别用来控制圆弧与人机空间的头部、肩肘部、臀部位置的Y向距离。分别在人机空间的头部、肩肘部、臀部位置按功能和结构需求完成3个单独的截面，然后将这些截面按与车门玻璃面的相对关系约束到圆弧上。调整圆弧的3个控制点，以在保证结构空间的前提下提供前排顾客足够的人机空间。在后排座椅H点位置用同样方法完成主截面。前／后排座椅H点主截面完成情况如图3。
前排座椅H点主截面后排座椅H点主截面
图3 前／后排座椅H点主截面完成情况
(2)玻璃大面的构建
连接前／后排座椅H点主截面圆弧的圆心，完成构建玻璃大面的轴线L。取车身造型面水切线上一点，可以采用玻璃大面轴线的法向中平面与水切线相交得到。过此点和玻璃大面的轴线构建平面，平面与前／后排H点主截面的圆弧分别相交在点Pl和P2，过点P1和P2在平面上构建圆弧c，并设定圆弧半径(一般在30 000mm或以上)。以轴线L为轴，圆弧c为轮廓，扫掠得到初步的车门玻璃大面，如图4。
图4 初步的车门玻璃大面
3 玻璃大面的调整和校核
在初步的玻璃大面完成后，需要分别对前／后排H点主截面的圆弧通过其3个控制点进行调整，并分别进行前／后门玻璃运动校核，以保证车门玻璃能够可靠地进行升降运动；同时需要考虑玻璃大面对车门玻璃周边零件(门锁、限位器)布置空间的影响。
(1)玻璃运动校核(以前面为例)
玻璃运动校核首先要绘制玻璃运动的轨迹线，一般会参考车身造型给出的玻璃边界。以Y向将造型B柱位置的前门玻璃边界投影到玻璃大面上，取其上端点为起点，轴线L为轴，绘制螺旋
线，并调整螺旋线的节距使其与投影线的下端点尽量接近，得到前门玻璃运动的B柱侧螺旋线，然后将螺旋线法向投影到玻璃大面上得到对应的玻璃轨迹线T1；同样的方法绘制出前门A柱侧螺旋线和对应的玻璃轨迹线T2，其螺旋线节距需与B柱侧一致。
投影车身造型面玻璃的上／下边界到玻璃大面，然后将上边界的投影线偏置到与前排H点主截面中头部区域截面中玻璃上边界一致得到上边界线B1，将下边界的投影线偏置到与肩肘部区域截面中玻璃面下边界一致得到下边界线B2。用玻璃轨迹线T1和T2，以及边界线B1和B2切割玻璃大面得到前门玻璃。
约束前门玻璃B柱侧玻璃边界的2个端点到玻璃轨迹线Tl，约束前门玻璃A柱侧玻璃边界中点到玻璃大面，按前门玻璃设定行程进行运动校核，检查前门玻璃在运动过程中偏离玻璃大面和轨迹线T2的程度，如图5。后门玻璃的运动校核与前门一致。
图5 玻璃运动校核
为了加快车门玻璃大面的调整，可以采用玻璃曲率分析方法进行辅助，玻璃大面短轴曲率分布半径最大值附近玻璃运动偏离轨迹的程度低，对于四门轿车，该最大值应靠近车门B柱。
(2)周边零件布置空间校核
在保证前／后门玻璃运动的同时，需要对车门限位器、门锁、防撞杆布置空间进行校核，主要考虑合理利用车门Y向空间，并降低车门内板和侧围外板的冲压深度等。
4总结
车门玻璃大面是在对车身造型进行工程设计中最重要的工作之一，玻璃大面的设计应尽量保证造型的风格，实现工程与艺术的完美结合。