淺談汽車頂棚設(shè)計方法

吳 偉

（江鈴汽車股份有限公司產(chǎn)品研發(fā)總院，江西 南昌 330001）

隨著人們生活水平的提高，消費者對整車造型的美觀性，特別是對內(nèi)飾件的美觀性、舒適性要求越來越高。汽車頂棚作為汽車內(nèi)飾件的重要組成部分，是在車身頂蓋鈑金下面加裝的內(nèi)飾零件，除提高車內(nèi)裝飾性外，還可起到隔音、吸音、隔熱的作用[1-4]。頂棚集成有車頂控制臺、遮陽板、把手、空調(diào)風道、線束、頭部吸能塊、隔音隔熱塊、閱讀燈及相關(guān)電子設(shè)備，其設(shè)計與制造是整車的重要一環(huán)。筆者從成型工藝、材料及頂棚與周邊件的匹配關(guān)系著手，剖述了汽車頂棚的設(shè)計開發(fā)過程。

1 汽車頂棚概述

汽車頂棚一般分為軟頂襯和成型頂襯兩類，成型頂襯應(yīng)用較多。成型頂襯的結(jié)構(gòu)一般由表皮和基材組成，成型的工藝根據(jù)基材的材質(zhì)而定，大多采用將表皮材料和頂襯基材復(fù)合，可用模具成型制成[2-5]。目前，汽車頂棚制造工藝分為干法工藝與濕法工藝兩種。成型頂襯的表皮材料一般有PVC 薄膜、無紡布或針織面料，通常會在表皮后面復(fù)合一層軟質(zhì)海綿來改善頂襯成型后的外觀效果及觸感。成型頂襯的基材種類很多，有熱塑性類、熱固性類和復(fù)合類板材等。熱塑性板材，如改性PS、PP、PU，不經(jīng)發(fā)泡的PP木粉板、ABS 板等。熱固性板材有經(jīng)過熱固性樹脂填充的再生纖維氈、麻纖維、玻璃纖維、玻璃棉等。復(fù)合類板材，用發(fā)泡的PE、PU、玻璃纖維、無紡布等多層材料復(fù)合而成，再經(jīng)模壓成型。目前常用的基材有PU 復(fù)合板材、PP+玻璃纖維、PF（酚醛樹脂）+纖維和瓦楞紙等。PU 復(fù)合板材一般是由無紡布、玻璃纖維、膠膜或膠水和PU 泡沫復(fù)合成的多層材料，具有良好的吸聲性和耐熱性、高溫尺寸穩(wěn)定性和自增強特性等優(yōu)點[3-8]。

2 汽車頂棚與周邊件的搭接關(guān)系

汽車頂棚的周邊件較多，比如立柱、頂棚把手等，汽車頂棚與周邊件的匹配狀態(tài)的好壞是決定頂棚設(shè)計是否合理的重要指標。

2.1 頂棚與立柱的搭接

頂棚與立柱飾板的配合在車內(nèi)屬于比較重要的匹配外觀，配合不好會影響乘客的舒適性，為了提高匹配質(zhì)量，要求兩者搭接量一般控制在7 mm~8 mm，配合時需要有一定的過盈量[9]，保證兩者配合更加緊密。頂棚面料中如果有海綿層，過盈量控制在1.5 mm~2 mm；如果頂棚面料為針刺無紡布，過盈量則控制在1 mm~1.5 mm。頂棚與立柱護板的配合方式一般分為搭接配合、對接配合兩種。頂棚與立柱搭接配合如圖1 所示，頂棚與立柱對接配合如圖2 所示。如果頂棚與立柱護板為搭接配合，那么因頂棚彈性大，故為了保證立柱護板能夠更緊包裹頂棚翻邊，立柱護板靠近頂棚一側(cè)的固定點，距離立柱護板邊界控制在50 mm 以內(nèi)；而由于對接配合，立柱與頂棚的間隙不可控，所以搭接配合較為常見。

圖1 頂棚與立柱搭接配合

圖2 頂棚與立柱對接配合

2.2 頂棚與前擋玻璃的搭接

頂棚與前擋風窗玻璃的配合間隙一般保持在3 mm 以上，且為了防止在車外看見頂棚邊界，頂棚邊緣離前擋風玻璃黑邊的距離要大于6 mm，如圖3所示。

圖3 頂棚與前擋玻璃的匹配關(guān)系

2.3 頂棚扶手握手空間要求

當乘客扶手開啟到最大角度時，為保證乘客整只手握住頂棚扶手而不與頂棚產(chǎn)生磕碰[10]，扶手背面到頂棚平面距離應(yīng)不小于35 mm，頂棚扶手側(cè)面到頂棚面距離（手指伸展方向）應(yīng)不小于35 mm，頂棚扶手內(nèi)部長度不小于100 mm，頂棚另一側(cè)面與扶手的間距應(yīng)不小于6 mm，確保扶手能夠繞其軸進行旋轉(zhuǎn)，如圖4所示。

圖4 頂棚扶手空間要求

2.4 頂棚與遮陽板的匹配要求

遮陽板手拉特征尺寸要求：指尖操作空間不小于15 mm，Y向?qū)挾炔恍∮?00 mm，遮陽板與頂棚面差應(yīng)保持遮陽板低于頂棚1.5 mm，如圖5 所示；遮陽板運動包絡(luò)與頂棚最小間隙為3 mm，如圖6所示，遮陽板與頂棚保持均勻干涉量1 mm~2 mm，且遮陽板固定座需壓住頂棚至少3 mm，防止頂棚漏邊。

圖5 遮陽板拉手特征要求

圖6 遮陽板與頂棚間隙要求

2.5 頂棚與頂燈的匹配要求

頂棚與前頂燈要保持5 mm 以上的搭接量，過盈量保持在2 mm~3 mm。因前頂燈一般面積較大，故頂棚上需增加支架，支架上最少為前頂燈預(yù)留4 個固定點（側(cè)面最少各一個），頂燈前后兩端最少要有一端固定在車身鈑金上。頂棚與頂燈配合處兩者的面差不能大于2 mm，如圖7所示。

圖7 頂棚與頂燈的匹配關(guān)系

2.6 頂棚與密封條的匹配要求

頂棚與密封條的匹配如圖8 所示，密封條一般要壓住頂棚邊緣5 mm 以上，且密封條的唇邊和頂棚的干涉量一般為2.5 mm。

圖8 頂棚與密封條的匹配要求

2.7 頂棚定位策略

頂棚因本身面積大、周邊件多，故造成與周邊件配合難度大，需要增加相應(yīng)的定位點，頂棚的定位方式如圖9 所示。根據(jù)安裝要求，頂棚先安裝主定位固定點，然后是輔助定位，最后再安裝乘客扶手、遮陽板等零部件[6]。

圖9 頂棚定位方式

3 頂棚需滿足的要求

為保障乘客乘車安全和乘坐的舒適性，頂棚的各項性能必須滿足設(shè)計要求。各項指標要求必須根據(jù)DVP 中的要求尋找有資質(zhì)的試驗機構(gòu)進行試驗測試，特別是氣味試驗、阻燃性試驗、VOC 試驗及禁用物質(zhì)等幾項強制性檢驗，需滿足以下要求：

1）氣味試驗：氣味評分等級≤3.0級。

2）阻燃性試驗：頂棚的燃燒性能試驗需滿足GB 8410—2006《汽車內(nèi)飾材料的燃燒特性》阻燃性要求，頂棚燃燒速率≤100 mm/min。

3）VOC 要求：要求頂棚的VOC 能通過2 000 L袋子法試驗，其中甲醛含量≤10 mg/kg。

4）禁用物質(zhì)要求：符合GB/T 30512—2014《汽車禁用物質(zhì)要求》的標準。

5）耐熱老化性能：試驗后表面與試驗前狀態(tài)相比，不允許出現(xiàn)任何變化，如裝飾材料部分脫層、起翹、凸起、變色等。

6）耐低溫沖擊性能：試驗后每一個試樣都不允許產(chǎn)生裂紋或破裂現(xiàn)象。

4 結(jié)論

綜上所述，筆者介紹了汽車頂棚的成型工藝，分析了頂棚與立柱、前擋玻璃、扶手、遮陽板、頂燈、密封條等周邊件的搭接關(guān)系，可為頂棚的設(shè)計開發(fā)提供相應(yīng)參考。同時，介紹了頂棚零件試制過程需要滿足的試驗項，如氣味、VOC、阻燃性等要求。