內裝式全景天窗設計方法

左志軍等

摘要：本文介紹了內裝式全景天窗設計方法，包括開發流程、設計方案選擇、外形尺寸匹配、位置和曲率匹配設計、頭部空間設計，與車身接口的設計幾部分，為新車型內裝式全景天窗的設計提供了指導，也為全景天窗模塊化應用提供了前提條件。

關鍵詞：內裝式；全景天窗；設計

中圖分類號：U463 文獻標識碼：A 文章編號：1005-2550（2018）01-0024-05

前言

內裝式全景天窗指由車身內部從下方向上方裝的天窗，天窗環境件為加強環、頂蓋和天窗密封條、頂棚。內裝式天窗對頂蓋和加強環安裝界面的尺寸公差要求，相對外裝式全景天窗要低，且易于與頂蓋匹配。為提高神龍公司第一款SUV車型T88的市場競爭力，在T88 2014/2015年型上導入內裝式可開啟全景天窗，并順利實現工業化。

T88全景天窗是神龍公司第一款內裝式可開啟全景天窗，也是東風公司第一款。由T88全景天窗開發總結出的內裝式全景天窗設計方法，為神龍公司P84等后續項目提供了經驗借鑒和參照，也為A88C等車型的全景天窗模塊化應用降成本提供了前提條件。

1內裝式全景天窗設計開發流程

根據神龍公司車型開發要求，依據神龍公司的項目管理流程和全景天窗設計開發的特點，制定了內裝式全景天窗完整的設計開發流程，如圖1。

2內裝式全景天窗設計方案選擇

根據整車造型、車型市場定位、環境件的局限性以及經濟性等限制條件，內裝式全景天窗可做如下控制方式和部件的選擇。

2.1全景天窗控制方式

根據市場需求和整車架構的限制，全景天窗玻璃和遮陽簾可以選擇如下功能：玻璃帶防夾功能、玻璃帶中控功能、遮陽簾帶防夾功能、遮陽簾帶中控功能、遮陽簾與玻璃帶邏輯關系。其中，玻璃防夾為法規GB11552/2009要求，全景天窗必須具備該功能。邏輯關系指玻璃和遮陽簾的以下功能：

（1）前玻璃在全關和起翹位置之前運動時，卷陽簾保持靜止。

（2）前玻璃由起翹位置滑動開啟，遮陽簾同方向卷收，有延時。但如果遮陽簾開口本來就大于玻璃，則遮陽簾保持靜止，直到前玻璃運動到開口與遮陽簾相同的前一刻，遮陽簾開始卷收。

（3）使用點動/一鍵或旋鈕功能，前玻璃滑動停止時，遮陽簾也隨之停止，但遮陽簾開口始終大于玻璃開口。可通過單獨的翹板式開關控制遮陽簾到最大卷收位置。

（4）前玻璃滑動關閉時，遮陽簾不隨之關閉。遮陽簾的關閉可通過單獨的翹板式開關控制。

2.2全景天窗玻璃和簾布的選擇

內裝式全景天窗玻璃和簾布影響到全景天窗的造型風格、整車性能等，因此，二者的選擇尤為重要。

2.2.1玻璃的選擇

全景天窗通常玻璃面積較大，因此，玻璃的選擇很大程度上影響到光照進入車內的能量，進而影響到乘客的舒適度。內裝式全景天窗通常為鋼化玻璃，一般用灰玻來提高玻璃的隔熱性能，目前常用的有兩種：圣戈班的Venus VG10和福耀的FG10，厚度4mm，TE值均能達到<11%。Venus VG10在AUDI A6L、VolvoS60和AUDI 03等車型上廣泛應用，但需要進口。FG10目前在國內應用較少，幾乎只有AUDI Q5一款車型的全景天窗在應用，但有成本優勢。

2.2.2簾布的選擇

內裝式全景天窗，如果玻璃與遮陽簾無邏輯關系，為避免在玻璃開啟而遮陽簾遮蔽狀態下、高速下遮陽簾抖動，只能選擇遮光率小于94%的簾布。如果玻璃與遮陽簾有邏輯關系，遮陽簾遮光率可任意選擇。遮陽簾顏色紋理風格與頂棚、A柱和C柱裝飾板一致。

3內裝式全景天窗外形尺寸的匹配

對市場銷售而言，當然是天窗玻璃越大越有競爭力。但對布置方案來講，為了兼顧各方面的影響，只存在一個合適的尺寸范圍。

另外，對天窗生產廠家而言，從成本和收益的角度出發，天窗的外形尺寸必然是系列化的，而不是為每一款車完全定制一個最合適的尺寸，這對主機廠來講也降低了采購成本。

3.1天窗總長度

一般情況下應滿足如下條件，見表1。

其中，D_B為Y0處頂蓋前后橫梁之間的X向距離，L_S為天窗總長度。

3.2全景天窗總寬度

全景天窗總寬度主要受兩側側圍總成之間的空間距離限制，在項目前期階段數據不完整或未固化凍結的狀態下，可用頂蓋寬度來代替判斷。一般情況下應滿足如下條件，見表2：

其中，W_RMIN為頂蓋最小寬度，W_S為全景天窗總寬度。

3.3玻璃尺寸

對全景天窗而言，在天窗總成的長度和寬度滿足要求的前提下，當然是盡量使得玻璃尺寸更大，特別是X向尺寸可選擇的范圍比較大，同時可活動的前玻璃尺寸要優先保證更大尺寸。

玻璃尺寸的選擇，往往還需要與競品車進行對比，其中還要包括可開啟尺寸、內部透視尺寸等。

4內裝式全景天窗位置及曲率匹配設計

全景天窗數據往往并不在要適配車型的整車坐標系下，需要通過多次平移和旋轉來調整天窗姿態，使得天窗在一個恰當的位置。

由于全景天窗玻璃在任意的車型中，必然是相對XZ平面嚴格鏡像對稱，這樣對于全景天窗的6個自由度X，X，Y，Y，Z，Z，其中的X，Y，Z是不需要調整的，只需要來確定剩下的X，Y，Z三個調整量。

4.1全景天窗在整車上的位置

在全景天窗的尺寸確定之后，全景天窗在整車上的位置，主要取決于前排乘員的舒適性考慮。一方面，是全景天窗對座艙特別是前排乘員換氣效果，另一方面是前排乘員抬頭透光角度。

結合車身內部結構的限制，一般按如下規則來確定天窗的大致位置，見表3：

其中，D，為Y0處全景天窗玻璃面到頂蓋前端的X向距離。

4.2天窗玻璃面與頂蓋的A面匹配

在匹配前，需要先確定玻璃面與車頂的面差關系，這由全景天窗自身結構特點來確定。

接下來測量分析玻璃面與頂蓋之間的偏差具體情況，就得到兩者偏差的最大值和最小值，可以作為一項技術條件輸出，以便造型部門預判調整頂蓋A面的可行性，或確定該偏差是否在可接受范圍內。

另外，由于對全景天窗進行了繞Y向旋轉，將導致全景天窗的前后排水角發生相應變化。旋轉后的排水角還能否滿足要求，是否要進行局部設計更改，也需要得到確認。（相對原設計姿態，一般旋轉角度在±0.5。以內，可以預估接受。）

5內裝式全景天窗頭部空間設計

5.1頭部空間的做法

在擺好天窗的位置之后，對應的頭部空間值就可以做出來了。

如果沒有原頂篷數據，或者需要判斷原定義是否還有富余空間沒有利用，則一般可按如下規則進行設定：D₂≥11mm。

D，為各頭部球與全景天窗斷面之間的間隙值，其中5mm為頂篷距離全景天窗的最小間隙要求值，余下的6mm為頂篷的極限最薄料厚。當然，最終需要頂篷的產品負責人確認反饋各頭部空間值對頂篷工藝可行性的結論，因為頂篷無法確保處處都能做到最薄料厚，還要考慮頂篷內部結構的可行性。

5.2頭部空間的評價

得到頭部空間值后，如果沒有滿足設定的目標門檻值，或者相比競品車處于劣勢，這時需要回頭再來調整天窗的位置，以得到更大的頭部空間值，甚至要對天窗的尺寸進行適當增減，以服從對頭部空間值的要求。目標門檻值通常由整車定義部門給出。必要時，還需安排在騾子車上試制試裝一個符合頭部空間設計值的頂篷，針對頭部空間進行主觀評價，以凍結頭部空間的設計值，同時也凍結了天窗的位置和尺寸。

6內裝式全景天窗系統與車身接口的設計

全景天窗位置和尺寸確定完成后，就要開始進行車身結構的設計了。相對全新車型的車身設計而言，由于全景天窗與車身的接口不多，相關的環境件也較少，而且都集中在車身頂部，因此分析起來也相對比較簡單。

6.1全景天窗與車身的界面

對車身來講，首先要考慮全景天窗的定位和固定裝配方式，因為這與車身頂部的結構形式密切相關，其次是全景天窗與車身之間的密封，以及天窗排水管的走向布置。

6.1.1全景天窗定位方式

全景天窗的z向都是靠打緊面貼合來定位，X向和Y向則采用孔定位。

孔定位的優點是裝配方便，利于實現機械自動化，可以縮短裝配工時，也可以滿足天窗生產、檢測、裝配等過程中各工裝的定位基準統一，最終確保產品的尺寸符合性。缺點是，相對于小天窗用玻璃定位而言，孔定位對車身的尺寸公差要求較嚴，否則無法滿足天窗與頂蓋之間的界面尺寸，增加了鈑金件的工藝調試難度。

6.1.2全景天窗固定方式

全景天窗與車身的固定，都是通過M6×100的緊固件擰緊連接，但具體又有些差異。

（1）螺母擰緊

車身上帶焊接螺栓，然后通過螺母將天窗擰緊。

優點是，天窗裝配時，螺栓頭外露，方便人工找正，可縮短裝配工時。但另一方面，螺栓焊接帶來了垂直度的影響，往往螺栓根部的位置由沖孔可以保證，而頭部受底平面輪廓度及焊接變形等影響偏差較大，螺栓越長，這種影響越大，進而引起天窗與車身合裝時錯孔。

（2）螺栓擰緊

車身上帶焊接螺母，然后通過螺栓將天窗擰緊。

優點是，不存在螺栓垂直度的影響，對天窗上的過孔尺寸和位置要求略低，易于保證裝配性。缺點是，天窗裝配時螺母不可見，不便于人工找正，影響裝配工時。

經過綜合考慮，目前神龍公司全部采用螺栓焊接螺母擰緊。但競品車采用螺母焊接螺栓擰緊的方式也較為普遍。

大多數情況下，全景天窗的定位和固定，都是直接在同一個車身零件上，即天窗加強框總成。

受天窗的固定點及玻璃開口位置與車身頂蓋A面的限制，可能導致天窗加強框上對應的固定面在Z向無法直接與天窗貼合。從天窗加強框的沖壓成型可行性、焊裝涂膠寬度及總裝緊固空間要求來考慮，以螺栓擰緊為例，車身對天窗固定點的位置有如下要求，如圖2：

而天窗為了盡量縮小尺寸（特別是Y向寬度），以適配更多車型，且天窗需要滿足振動耐久等各種苛刻的性能要求，L和H這兩個尺寸要求往往無法滿足。這時需要通過采用凸臺螺釘焊接，或者總裝增加襯套來實現，還有的專門為此焊接一個小支架。

6.1.3全景天窗與車身密封

密封是布置全景天窗時需要關注的一項關鍵性能，一般依靠控制密封條的壓縮來實現，使得車身內部與外部隔絕，達到降噪、防水防塵、保溫等目的。天窗與車身的密封壓縮量過小會造成密封不良，過大，則造成運動異響。

全景天窗與小天窗不同，需要在車身上獨立裝配一圈密封條，這是由全景天窗的結構特點決定的：外開時，前玻璃為活動玻璃，而后玻璃為固定玻璃，前玻璃上的機械組在Y向兩側需要運動穿過后玻璃的密封界面，必須依靠外部的密封條來偏移壓縮面；前后玻璃之間兩側拐角處的密封，也需要外部的密封條來保證；全景天窗的玻璃尺寸較大，特別是在關閉狀態下，需要將外部噪音與座艙之間隔斷，因此也需要在車身布置該密封條，如圖3和圖4。

其中的天窗頂蓋密封條，一方面與玻璃總成密封，另一方面在兩側與導軌密封，在前后端與天窗框架密封，除了自身的尺寸公差和相關性能要求較高，對裝配區域的車身要求也較高，如圖5：

7結束語

全天窗已經越來越多地應用到SUV甚至是普通轎車上，其中內裝式全景天窗因易于與環境件匹配，在各主機廠有越來越多的應用。本文根據T88全景天窗的開發經驗，總結出內裝式全景天窗的設計方法，將給后續車型全景天窗的設計開發和模塊化提供借鑒。