淺析汽車車頂系統設計

關鍵詞：ROOF;天窗系統;人機工程

0前言

隨著我國汽車銷量的快速增長，汽車給人類出行帶來了很大的便利，人類的出行距離也越來越遠，在汽車里呆的時間也越來越久，從而對汽車的配置要求越來越高，其中全景天窗式樣深受人們喜愛。裝配有天窗的車型，不僅可以開闊駕駛者的視野，讓乘員更貼近自然以及沐浴陽光，驅除車廂內的壓抑感。而且可以利用天窗的負壓換氣原理，加快車內空氣的流通速度，改善車內的空氣質量。除此之外，天窗還衍生出除霧和節能等功能，這極大的改善了人的操作環境，給乘員帶來健康和舒適的乘坐環境。

天窗的種類有很多，可根據不同需求進行設計，目前市場上常見的天窗種類有外滑式、內藏式、全景式、多功能天窗。這些天窗的選擇主要受產品成本、室內空間、產品檔次、駕駛環境等因素影響。

全景天窗固然美觀方便，但對設計也提出了很大的挑戰，與車型的匹配設計尤為重要，主要包括設計目標值、設計過程及實驗驗證三大部分。

1設計過程

1.1目標值的設定

任何汽車在設計前期，最重要的是目標值的設計與總布置人機工程學的確認。產品工程師要根據無數的市場調研確認出合理的開發目標值，總布置工程師要確定一個合適的人機工程學布置來定義新車型的布置方向。而對于ROOF和全景天窗的設計，最為關注的是SgRP的位置、頭部空間及視野的目標值。其中，SgRP是總布置工程師在前期的人機工程學布置設定過程中定義的，而頭部空間及視野的目標值則是通過充分的市場調研而設定的。只有足夠的市場調研，才能設定出合理的目標值，即在布置layout工程面能有實現的情況下使產品更有競爭力。

1.2設計過程

1.2.1前期ROOF與天窗的斷面布置，以及人機工程學校核

天窗擺放位置需根據SgRP點來定義，開口位置的設定需考慮前后排人員的視野（前排乘員優先考慮）。具體要求是滿足兩者的主觀視覺效果。定義出開口位置后，就可以展開ROOF和天窗主斷面的設計，以驗證各目標值的合理性，這是個不斷調整更新優化的過程，在這個過程中，造型、總布置、天窗開口、斷面的合理性及目標值都是互相不斷優化的過程，最后實現一個最有市場競爭力的布置方案。

（1）開口位置的定義：拿到造型后，最先開始的就是定義開口的位置，根據經驗值，天窗前方開口位置定義在SgRP 10°線位置，該位置對駕駛員的主觀感受最有完美，如果因為空間與造型限制，極限位置SgRP 7°線位置也可以接受。某車型開口位置，SgRP 7.5°線位置如圖1所示。

（2）各結構斷面的完善：定義出天窗開口位置后，就需完善各位零件的斷面，以便確認是否可以滿足開發目標值，主要有ROOF的前后橫梁、天窗補強板、天窗、閱讀燈、遮陽板、內裝頂棚等。

（3）各目標值的校核：斷面完善后，需確認目標值是否可以達成，若無法達成，就需要進行優化。上視野校核方法如圖2所示。

1.2.2中期結構的完善

前期各斷面完善到一定程度后，就需要對ROOF和天窗的結構面展開詳細的3D設計。對于頂棚系統的綜合設計而言，最重要的3點包括：ROOF強度的確認、防水結構的設計及整車扭轉剛性的優化。

（1）ROOF強度的確認：由于天窗的存在，ROOF需在中間挖個大口用于天窗的安裝，且由于ROOF為覆蓋件，板厚較薄（大都在0.7 mm以下），導致ROOF強度較弱，故需對ROOF本體進行補強。最常用的做法是通過天窗補強板的優化設計來補強：采用一體式天窗補強板與ROOF通過銅焊、結構膠以及減震膠搭接起來。某車型的補強設計方法如圖3所示。

（2）防水結構的設計：目前市場上對天窗反饋最大的問題就是漏水問題。經過長期的設計和優化，目前相對于防水結構也相對比較成熟，天窗襯條與鈑金同時通過3M膠的粘貼和卡接以保證襯條不易脫落。通過3M膠與ROOF的粘貼和襯條與天窗框架的過盈配合的二道防水，保證其防水性，對于部分水蒸氣和少量的漏水，通過天窗排水管排出車外，以保證沒有水進入室內。防水部結構斷面設計如圖4所示。

（3）整車扭轉剛性的優化：對白車身采用籠式結構設計（即對A、B、C柱采用閉環設計）是優化整車扭轉剛性的最佳辦法，但對于全景天窗車型，因為天窗的存在，破壞了原先B柱的閉環結構設計，導致扭轉剛性的裂化。這時就需要對天窗的設計與白車身進行匹配重新構造一個閉環結構，優化設計。其中一個很有效的辦法就是對天窗內部設計橫梁結構，與B柱形成閉環，重新構造籠式結構。某車型的籠式結構設計如圖5所示。

1.2.3后期設計的校核

在設計后期，各相關結構均有完善，這時對設計的校核就勢在必行了，校核做的好，能夠及有效的減少后期整車的試裝問題點，減少模具改修費用，尤其對ROOF這種大物鈑金和天窗這種大件，若造成改模，其費用高。其中DMU的分析審查，是自我校核數據的一個非常好的辦法，通過DMU審查，可以查清內部的干涉問題，也可以查清與配對件的干涉問題及最小安全間隙是否滿足。

2實驗驗證

設計完成后，實驗是驗證設計合理性的重要標準。對于ROOF系統，乘用車側面碰撞實驗、SPC耐久實驗、CC耐久實驗、積雪實驗、頂棚壓饋實驗，以及ROOF行李架負載實驗等常見的實驗驗證步驟必不可少。