某敞篷車車篷固定鋁支架的設計探析

徐林邦　溫金華　趙巍　丘昌州　許聲堂

摘 要：曾幾何時，敞篷車總是離我們普通人的生活很遙遠，但隨著汽車用戶的年輕化以及車企之間的競爭白熱化，各式各樣的敞篷車逐漸進入我們的視野，敞篷車的價格也在逐年降低和被人接受。特別是近些年國產汽車產業的崛起，自主品牌汽車產品配置更加適合年輕用戶的需求，因敞篷車這種比較拉風的外觀和結構形式，深受年輕用戶的喜愛，一些中低端汽車產品也以其敞篷結構吸引年輕用戶的眼球。本文就敞篷車車篷的設計結構和布置形式及其相關特點，引入闡述一種具有創新性設計的敞篷車車篷固定鋁質支架的結構形式，該結構從一定意義上講不但滿足敞篷車車篷尾部裝配環境要求，而且其外觀質量和結構形式更加適合市場需求，具有一定的創新性設計思路。

關鍵詞：汽車 敞篷車 車頂篷布總成 尾部固定鋁支架 不銹鋼 設計 結構

1 前言

在經濟飛速發展的環境下，隨著人們生活水平的提升，對汽車的要求也越來越多。對于很多人來說，內心深處或多或少都會有一種“敞篷情結”，這可能是影視劇中的情節對我們潛移默化的影響，也可能是自身性格的一種自然流露，不管是何原因，敞篷車的確帶給我們很多快樂，諸如“全景天窗”抑或是“透明車頂”，在敞篷車面前都是“浮云”，與大自然“親密接觸”的最好方式無疑是將車頂完全打開。為了滿足大眾用戶的需求，中國各個自主汽車品牌都在勇于嘗試這個領域，表現出了無所畏懼的精神，特別是某南方汽車企業目前已經成功設計開發了一款屬于我們國人自己的敞篷小汽車。隨著汽車生產技術的進步和汽車產品價格日益平民化，敞篷汽車在中國將不再是豪華和奢侈的標志，敞篷汽車將逐步平民化，雖然敞篷車在A級到D級都有不同的車型，價格也由高到低分布，但是對于大多數敞篷汽車目前的價格逐漸在被年輕一代用戶們接受，因價格不斷降低敞篷車逐漸進入中產家庭用戶的視野，敞篷汽車獨有的特點給我們普通消費者帶來了無窮樂趣。實際上，早在上個世紀九十年代，國外就已有了敞篷車，在國外敞篷車早已不再是奢華奢靡的代名詞，近些年，由于汽車生產技術的國產化和零部件產品的替代化，汽車產品價格逐年走低，各大汽車廠商正密切關注年輕一代用戶的用車心理，正在尋求開始更多的關注外觀拉風、價格便宜、性能可靠，操縱性能優越的中低端敞篷汽車，從每年的互聯網上曝光的汽車新品上看，這些年相繼騰空飛出了很多款面向普通用戶消費的敞篷車型。其中某西南方的一家車企近段時間上市的一款軟頂敞篷汽車就是其中的一個典型代表。

2 敞篷車車篷總成系統構成及關鍵要點

敞篷車相對具有完整的A/B/C柱的汽車，其風格形式和結構狀態完全不同。首先敞篷車的車頂是可以根據用戶需要完全打開或閉合的；按照敞篷車車篷的結構特點和收納方式，敞篷車的車頂可以分為硬質車頂和軟質車頂。硬質車頂的敞篷汽車簡單來講其車頂是把傳統焊接為為一體的鈑金總成車頂根據車頂折疊運動需要分成多個模塊，模塊與模塊之間通過復雜運動連接機構和密封結構相互連接在一起，在電動外力控制情況下實現車頂的折疊收納和恢復，硬質車頂敞篷汽車由于車頂在打開和恢復的過程中，車頂外觀造型結構和棱線并未發生變化，因此其車頂完全合上時，從外觀并看不出是一輛頂棚可折疊可隱藏的敞篷車；軟質車頂的敞篷車其車頂蓋是由軟質篷布及其相關支撐支架，運動連接結構組成的車頂篷布總成構成，其主要特點是頂蓋是軟質的，具有篷布的特點，車頂開啟和閉合過程中，篷布是變形的，因此軟質頂的敞篷車其外觀造型一般比較單一，其外觀形態由其內部支撐骨架來控制的，結構形式比較單一。敞篷車軟質車頂總成（具體如圖1所示）是軟頂敞篷汽車的核心部件，軟質車頂總成是一個復雜的機電一體化的系統，它主要包括了車頂鎖止機構、折疊機構、頂架桿與尾架桿、主要支撐結構、驅動運動系統、折疊控制系統，以及張緊帶、篷布總成和密封防水系統等等其他附屬附件輔助機構和裝置。這些零件通過齒輪傳動運動形式來實現軟質篷布總成的收折策略。折疊機構帶動頂篷進行折疊收納和恢復工作，要求工作可靠，運動精度小；車頂架與折疊機構相連，在頂篷展開時，保證頂棚帆布能通過骨架展開并形成軟頂外觀；車頂鎖是軟質頂棚總成的關鍵部件，它用于與固定車身之間穩定鎖止和開啟，必須保證其運動精度；驅動運動系統是軟頂系統的主要驅動裝置和動力來源；電器控制系統布置在汽車控制中樞上，控制驅動系統和車頂鎖電機等部件；構成車頂總成關鍵零件和系統主要的設計要求為：篷布設計要考慮日常行駛和冬季狀態的苛刻條件，要求易于保養和維護，提高耐用性和隔音隔熱性，并且應易于拆換。篷布材料可以是帆布、乙烯和尼龍，結構往往是三層，包括外部織物、隔音隔熱墊、內襯。出于外觀考慮，頂篷外部往往會使用塑料外殼裝飾。張緊帶位于尾架桿位置的確定，也對支撐篷布的外形起到主要輔助作用。主支撐安裝于車身上，用于連接頂篷和車身。密封元件對于敞篷也非常重要，要求具有良好的隔音隔熱，密封性和抗腐蝕、老化能力。車篷尾部的支撐鋁骨架作為帆布和后圍之間連接件，其結構設計的好還直接關系軟質車篷結構的穩定性和可靠性，因此以下著重從車頂篷布總成的尾部固定鋁支架的設計上來展開本文重點。

3 車篷總成的尾部固定鋁支架結設計

敞篷車車頂篷布總成，作為軟頂敞篷汽車的核心部件，在該件的開發過程中，開發團隊集結了材料選型、外觀造型、尺寸工程、工裝夾具、實驗驗證等各個專業方面人員，不遺余力的解決零件開發和試裝驗證過程中的外觀、尺寸、裝車匹配各個方面的問題。其中獲得最多經驗的要屬車頂篷布總成的尾部固定鋁支架（如圖2所示）的開發，尾部固定鋁支架作為篷布與車身間的關鍵連接件，由于該零件的結構設計必須滿足強度、剛度以及防腐性能等要求，同時還需承載、固定、連接等功能，因此在考慮成本和輕量化因素的前提下，對該件的最優化結構設計就顯得十分重要。

3.1 車篷總成尾部固定鋁支架與周圍件匹配關系及需要滿足的要求

該敞篷車車頂篷布總成的尾部固定鋁支架（如圖2所示）與左右后側圍、后端板、鋁支架安裝板、篷布尾部緊固塑料支架、篷布尾部密封膠條均有裝配和搭接關系，尺寸鏈較長，與周邊件匹配關系較多。篷布尾部緊固鋁支架作為篷布主體及尾部篷布輔料的連接件，將車頂篷布總成安裝緊固于車身，要求匹配準確，安裝精度滿足要求，且穩定性較好，性能可靠。通過設計的截面數據顯示，篷布尾部緊固鋁支架首先與車頂篷布總成其它零部件連接和匹配，具體的裝配方式及工藝為篷布尾部緊固塑料支架、篷布尾部密封膠條塞進鋁支架的匹配齒槽內，然后灌膠緊固。從造型數據可以看出焊接在后側圍上的鋁支架安裝板作為篷布尾部緊固鋁支架前端的預裝定位夾片，整根尾部緊固鋁支架與車身后側圍及后端板的裝配關系為篷布尾部緊固鋁支架螺釘緊固與車身鈑金上。

3.2 車篷總成尾部固定鋁支架的結構設計和材料選用

該敞篷車車頂篷布總成篷布尾部鋁支架、車身后端板、車篷帆布通過鋁支架緊固螺釘緊固，車篷布隨驅動運動機構的開合運動進行折疊收納和展開恢復，篷布尾部鋁支架運動工況復雜，強度和剛性要求都很高，且使用環境較為惡劣，不滿滿足行車過程中抗震穩定性要求，而且在暴雨環境下，篷布前端頭排水口如果出現排水不及時就會有回流到鋁支架端頭的隱患，考慮到不銹鋼材質的支架其端頭存在的缺陷，因此此篷布尾部緊固支架采用鋁合金（AL）材料。同時對比參考其它車型行李架車桿及前防撞梁的材質和性能要求，最終該車型的車篷總成尾部固定鋁支架選用的材質牌號為6063，材料性能要求為T6。

3.3 車篷總成尾部固定鋁支架的設計結構詳述

該敞篷車車頂篷布總成篷布尾部鋁支架總長約2.4m，整根鋁合金支架寬度要求均勻一致，因此可采用擠出成型。該尾部固定鋁合金支架首先要求卡裝到左右側圍上的鋁支架安裝板，然后采用螺釘緊固方式與車身側圍及后端板連接緊固。為了保證鋁支架匹配安裝到位，除了安裝定位孔，其余緊固安裝孔都設計為長孔。最終結合此篷布尾部固定鋁支架的的裝配環境要求、材料及結構特殊性，設計出滿足既定性能要求和實際使用需求的尾部鋁支架安裝及結構方案如下：

3.4 車篷總成尾部固定鋁支架工藝技術要求

①鋁支架采用擠出成型工藝，鋁合金擠出成型后2D拉彎工藝彎曲、彎曲成型，然后整形、時效處理、鉆孔、噴涂工藝完成加工；

②鋁支架與篷布尾部緊固塑料支架、篷布尾部密封膠條裝配連接，然后灌膠緊固，車頂篷布總成裝配完成；

③車頂篷布總成裝車裝配到車身上時，首先將鋁支架安裝到側圍上的U型鋁支架安裝板，左右各一處；然后將鋁支架用螺釘與車身緊固；

4 小結

此結構實現了車頂篷布總成在車身上的緊固，解決了將篷布主體與尾部篷布輔料連接問題，滿足了篷布尾部防水、排水要求。

參考文獻：

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