淺析汽車車頂系統(tǒng)設(shè)計(jì)

關(guān)鍵詞：ROOF;天窗系統(tǒng);人機(jī)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(yuǎn)，在汽車?yán)锎舻臅r(shí)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(qū)除車廂內(nèi)的壓抑感。而且可以利用天窗的負(fù)壓換氣原理，加快車內(nèi)空氣的流通速度，改善車內(nèi)的空氣質(zhì)量。除此之外，天窗還衍生出除霧和節(jié)能等功能，這極大的改善了人的操作環(huán)境，給乘員帶來健康和舒適的乘坐環(huán)境。

天窗的種類有很多，可根據(jù)不同需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，目前市場上常見的天窗種類有外滑式、內(nèi)藏式、全景式、多功能天窗。這些天窗的選擇主要受產(chǎn)品成本、室內(nèi)空間、產(chǎn)品檔次、駕駛環(huán)境等因素影響。

全景天窗固然美觀方便，但對設(shè)計(jì)也提出了很大的挑戰(zhàn)，與車型的匹配設(shè)計(jì)尤為重要，主要包括設(shè)計(jì)目標(biāo)值、設(shè)計(jì)過程及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證三大部分。

1設(shè)計(jì)過程

1.1目標(biāo)值的設(shè)定

任何汽車在設(shè)計(jì)前期，最重要的是目標(biāo)值的設(shè)計(jì)與總布置人機(jī)工程學(xué)的確認(rèn)。產(chǎn)品工程師要根據(jù)無數(shù)的市場調(diào)研確認(rèn)出合理的開發(fā)目標(biāo)值，總布置工程師要確定一個(gè)合適的人機(jī)工程學(xué)布置來定義新車型的布置方向。而對于ROOF和全景天窗的設(shè)計(jì)，最為關(guān)注的是SgRP的位置、頭部空間及視野的目標(biāo)值。其中，SgRP是總布置工程師在前期的人機(jī)工程學(xué)布置設(shè)定過程中定義的，而頭部空間及視野的目標(biāo)值則是通過充分的市場調(diào)研而設(shè)定的。只有足夠的市場調(diào)研，才能設(shè)定出合理的目標(biāo)值，即在布置layout工程面能有實(shí)現(xiàn)的情況下使產(chǎn)品更有競爭力。

1.2設(shè)計(jì)過程

1.2.1前期ROOF與天窗的斷面布置，以及人機(jī)工程學(xué)校核

天窗擺放位置需根據(jù)SgRP點(diǎn)來定義，開口位置的設(shè)定需考慮前后排人員的視野（前排乘員優(yōu)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(shè)計(jì)，以驗(yàn)證各目標(biāo)值的合理性，這是個(gè)不斷調(diào)整更新優(yōu)化的過程，在這個(gè)過程中，造型、總布置、天窗開口、斷面的合理性及目標(biāo)值都是互相不斷優(yōu)化的過程，最后實(shí)現(xiàn)一個(gè)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(jù)經(jīng)驗(yàn)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?yàn)榭臻g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(jié)構(gòu)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(rèn)是否可以滿足開發(fā)目標(biāo)值，主要有ROOF的前后橫梁、天窗補(bǔ)強(qiáng)板、天窗、閱讀燈、遮陽板、內(nèi)裝頂棚等。

（3）各目標(biāo)值的校核：斷面完善后，需確認(rèn)目標(biāo)值是否可以達(dá)成，若無法達(dá)成，就需要進(jìn)行優(yōu)化。上視野校核方法如圖2所示。

1.2.2中期結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)面展開詳細(xì)的3D設(shè)計(jì)。對于頂棚系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)而言，最重要的3點(diǎn)包括：ROOF強(qiáng)度的確認(rèn)、防水結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及整車扭轉(zhuǎn)剛性的優(yōu)化。

（1）ROOF強(qiáng)度的確認(rèn)：由于天窗的存在，ROOF需在中間挖個(gè)大口用于天窗的安裝，且由于ROOF為覆蓋件，板厚較?。ù蠖荚?.7 mm以下），導(dǎo)致ROOF強(qiáng)度較弱，故需對ROOF本體進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。最常用的做法是通過天窗補(bǔ)強(qiáng)板的優(yōu)化設(shè)計(jì)來補(bǔ)強(qiáng)：采用一體式天窗補(bǔ)強(qiáng)板與ROOF通過銅焊、結(jié)構(gòu)膠以及減震膠搭接起來。某車型的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法如圖3所示。

（2）防水結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)：目前市場上對天窗反饋?zhàn)畲蟮膯栴}就是漏水問題。經(jīng)過長期的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，目前相對于防水結(jié)構(gòu)也相對比較成熟，天窗襯條與鈑金同時(shí)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(jìn)入室內(nèi)。防水部結(jié)構(gòu)斷面設(shè)計(jì)如圖4所示。

（3）整車扭轉(zhuǎn)剛性的優(yōu)化：對白車身采用籠式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（即對A、B、C柱采用閉環(huán)設(shè)計(jì)）是優(yōu)化整車扭轉(zhuǎn)剛性的最佳辦法，但對于全景天窗車型，因?yàn)樘齑暗拇嬖?，破壞了原先B柱的閉環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)剛性的裂化。這時(shí)就需要對天窗的設(shè)計(jì)與白車身進(jìn)行匹配重新構(gòu)造一個(gè)閉環(huán)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化設(shè)計(jì)。其中一個(gè)很有效的辦法就是對天窗內(nèi)部設(shè)計(jì)橫梁結(jié)構(gòu)，與B柱形成閉環(huán)，重新構(gòu)造籠式結(jié)構(gòu)。某車型的籠式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖5所示。

1.2.3后期設(shè)計(jì)的校核

在設(shè)計(jì)后期，各相關(guān)結(jié)構(gòu)均有完善，這時(shí)對設(shè)計(jì)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(diǎn)，減少模具改修費(fèi)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(fèi)用高。其中DMU的分析審查，是自我校核數(shù)據(jù)的一個(gè)非常好的辦法，通過DMU審查，可以查清內(nèi)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

設(shè)計(jì)完成后，實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證設(shè)計(jì)合理性的重要標(biāo)準(zhǔn)。對于ROOF系統(tǒng)，乘用車側(cè)面碰撞實(shí)驗(yàn)、SPC耐久實(shí)驗(yàn)、CC耐久實(shí)驗(yàn)、積雪實(shí)驗(yàn)、頂棚壓饋實(shí)驗(yàn)，以及ROOF行李架負(fù)載實(shí)驗(yàn)等常見的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證步驟必不可少。