某敞篷車車篷固定鋁支架的設(shè)計(jì)探析

徐林邦　溫金華　趙巍　丘昌州　許聲堂

摘 要：曾幾何時(shí)，敞篷車總是離我們普通人的生活很遙遠(yuǎn)，但隨著汽車用戶的年輕化以及車企之間的競(jìng)爭(zhēng)白熱化，各式各樣的敞篷車逐漸進(jìn)入我們的視野，敞篷車的價(jià)格也在逐年降低和被人接受。特別是近些年國(guó)產(chǎn)汽車產(chǎn)業(yè)的崛起，自主品牌汽車產(chǎn)品配置更加適合年輕用戶的需求，因敞篷車這種比較拉風(fēng)的外觀和結(jié)構(gòu)形式，深受年輕用戶的喜愛，一些中低端汽車產(chǎn)品也以其敞篷結(jié)構(gòu)吸引年輕用戶的眼球。本文就敞篷車車篷的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和布置形式及其相關(guān)特點(diǎn)，引入闡述一種具有創(chuàng)新性設(shè)計(jì)的敞篷車車篷固定鋁質(zhì)支架的結(jié)構(gòu)形式，該結(jié)構(gòu)從一定意義上講不但滿足敞篷車車篷尾部裝配環(huán)境要求，而且其外觀質(zhì)量和結(jié)構(gòu)形式更加適合市場(chǎng)需求，具有一定的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)思路。

關(guān)鍵詞：汽車 敞篷車 車頂篷布總成 尾部固定鋁支架 不銹鋼 設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)

1 前言

在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的環(huán)境下，隨著人們生活水平的提升，對(duì)汽車的要求也越來越多。對(duì)于很多人來說，內(nèi)心深處或多或少都會(huì)有一種“敞篷情結(jié)”，這可能是影視劇中的情節(jié)對(duì)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(guó)各個(gè)自主汽車品牌都在勇于嘗試這個(gè)領(lǐng)域，表現(xiàn)出了無所畏懼的精神，特別是某南方汽車企業(yè)目前已經(jīng)成功設(shè)計(jì)開發(fā)了一款屬于我們國(guó)人自己的敞篷小汽車。隨著汽車生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步和汽車產(chǎn)品價(jià)格日益平民化，敞篷汽車在中國(guó)將不再是豪華和奢侈的標(biāo)志，敞篷汽車將逐步平民化，雖然敞篷車在A級(jí)到D級(jí)都有不同的車型，價(jià)格也由高到低分布，但是對(duì)于大多數(shù)敞篷汽車目前的價(jià)格逐漸在被年輕一代用戶們接受，因價(jià)格不斷降低敞篷車逐漸進(jìn)入中產(chǎn)家庭用戶的視野，敞篷汽車獨(dú)有的特點(diǎn)給我們普通消費(fèi)者帶來了無窮樂趣。實(shí)際上，早在上個(gè)世紀(jì)九十年代，國(guó)外就已有了敞篷車，在國(guó)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(chǎn)技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化和零部件產(chǎn)品的替代化，汽車產(chǎn)品價(jià)格逐年走低，各大汽車廠商正密切關(guān)注年輕一代用戶的用車心理，正在尋求開始更多的關(guān)注外觀拉風(fēng)、價(jià)格便宜、性能可靠，操縱性能優(yōu)越的中低端敞篷汽車，從每年的互聯(lián)網(wǎng)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(fèi)的敞篷車型。其中某西南方的一家車企近段時(shí)間上市的一款軟頂敞篷汽車就是其中的一個(gè)典型代表。

2 敞篷車車篷總成系統(tǒng)構(gòu)成及關(guān)鍵要點(diǎn)

敞篷車相對(duì)具有完整的A/B/C柱的汽車，其風(fēng)格形式和結(jié)構(gòu)狀態(tài)完全不同。首先敞篷車的車頂是可以根據(jù)用戶需要完全打開或閉合的；按照敞篷車車篷的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和收納方式，敞篷車的車頂可以分為硬質(zhì)車頂和軟質(zhì)車頂。硬質(zhì)車頂?shù)某ㄅ衿嚭?jiǎn)單來講其車頂是把傳統(tǒng)焊接為為一體的鈑金總成車頂根據(jù)車頂折疊運(yùn)動(dòng)需要分成多個(gè)模塊，模塊與模塊之間通過復(fù)雜運(yùn)動(dòng)連接機(jī)構(gòu)和密封結(jié)構(gòu)相互連接在一起，在電動(dòng)外力控制情況下實(shí)現(xiàn)車頂?shù)恼郫B收納和恢復(fù)，硬質(zhì)車頂敞篷汽車由于車頂在打開和恢復(fù)的過程中，車頂外觀造型結(jié)構(gòu)和棱線并未發(fā)生變化，因此其車頂完全合上時(shí)，從外觀并看不出是一輛頂棚可折疊可隱藏的敞篷車；軟質(zhì)車頂?shù)某ㄅ褴嚻滠図斏w是由軟質(zhì)篷布及其相關(guān)支撐支架，運(yùn)動(dòng)連接結(jié)構(gòu)組成的車頂篷布總成構(gòu)成，其主要特點(diǎn)是頂蓋是軟質(zhì)的，具有篷布的特點(diǎn)，車頂開啟和閉合過程中，篷布是變形的，因此軟質(zhì)頂?shù)某ㄅ褴嚻渫庥^造型一般比較單一，其外觀形態(tài)由其內(nèi)部支撐骨架來控制的，結(jié)構(gòu)形式比較單一。敞篷車軟質(zhì)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(zhì)車頂總成是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電一體化的系統(tǒng)，它主要包括了車頂鎖止機(jī)構(gòu)、折疊機(jī)構(gòu)、頂架桿與尾架桿、主要支撐結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、折疊控制系統(tǒng)，以及張緊帶、篷布總成和密封防水系統(tǒng)等等其他附屬附件輔助機(jī)構(gòu)和裝置。這些零件通過齒輪傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)形式來實(shí)現(xiàn)軟質(zhì)篷布總成的收折策略。折疊機(jī)構(gòu)帶動(dòng)頂篷進(jìn)行折疊收納和恢復(fù)工作，要求工作可靠，運(yùn)動(dòng)精度??；車頂架與折疊機(jī)構(gòu)相連，在頂篷展開時(shí)，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(zhì)頂棚總成的關(guān)鍵部件，它用于與固定車身之間穩(wěn)定鎖止和開啟，必須保證其運(yùn)動(dòng)精度；驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)是軟頂系統(tǒng)的主要驅(qū)動(dòng)裝置和動(dòng)力來源；電器控制系統(tǒng)布置在汽車控制中樞上，控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和車頂鎖電機(jī)等部件；構(gòu)成車頂總成關(guān)鍵零件和系統(tǒng)主要的設(shè)計(jì)要求為：篷布設(shè)計(jì)要考慮日常行駛和冬季狀態(tài)的苛刻條件，要求易于保養(yǎng)和維護(hù)，提高耐用性和隔音隔熱性，并且應(yīng)易于拆換。篷布材料可以是帆布、乙烯和尼龍，結(jié)構(gòu)往往是三層，包括外部織物、隔音隔熱墊、內(nèi)襯。出于外觀考慮，頂篷外部往往會(huì)使用塑料外殼裝飾。張緊帶位于尾架桿位置的確定，也對(duì)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(duì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好還直接關(guān)系軟質(zhì)車篷結(jié)構(gòu)的穩(wěn)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(shè)計(jì)上來展開本文重點(diǎn)。

3 車篷總成的尾部固定鋁支架結(jié)設(shè)計(jì)

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(fā)過程中，開發(fā)團(tuán)隊(duì)集結(jié)了材料選型、外觀造型、尺寸工程、工裝夾具、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等各個(gè)專業(yè)方面人員，不遺余力的解決零件開發(fā)和試裝驗(yàn)證過程中的外觀、尺寸、裝車匹配各個(gè)方面的問題。其中獲得最多經(jīng)驗(yàn)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(fā)，尾部固定鋁支架作為篷布與車身間的關(guān)鍵連接件，由于該零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須滿足強(qiáng)度、剛度以及防腐性能等要求，同時(shí)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(duì)該件的最優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(guān)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(cè)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(guān)系，尺寸鏈較長(zhǎng)，與周邊件匹配關(guān)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(zhǔn)確，安裝精度滿足要求，且穩(wěn)定性較好，性能可靠。通過設(shè)計(jì)的截面數(shù)據(jù)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(jìn)鋁支架的匹配齒槽內(nèi)，然后灌膠緊固。從造型數(shù)據(jù)可以看出焊接在后側(cè)圍上的鋁支架安裝板作為篷布尾部緊固鋁支架前端的預(yù)裝定位夾片，整根尾部緊固鋁支架與車身后側(cè)圍及后端板的裝配關(guān)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的開合運(yùn)動(dòng)進(jìn)行折疊收納和展開恢復(fù)，篷布尾部鋁支架運(yùn)動(dòng)工況復(fù)雜，強(qiáng)度和剛性要求都很高，且使用環(huán)境較為惡劣，不滿滿足行車過程中抗震穩(wěn)定性要求，而且在暴雨環(huán)境下，篷布前端頭排水口如果出現(xiàn)排水不及時(shí)就會(huì)有回流到鋁支架端頭的隱患，考慮到不銹鋼材質(zhì)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(shí)對(duì)比參考其它車型行李架車桿及前防撞梁的材質(zhì)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(zhì)牌號(hào)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(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)詳述

該敞篷車車頂篷布總成篷布尾部鋁支架總長(zhǎng)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(cè)圍上的鋁支架安裝板，然后采用螺釘緊固方式與車身側(cè)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(shè)計(jì)為長(zhǎng)孔。最終結(jié)合此篷布尾部固定鋁支架的的裝配環(huán)境要求、材料及結(jié)構(gòu)特殊性，設(shè)計(jì)出滿足既定性能要求和實(shí)際使用需求的尾部鋁支架安裝及結(jié)構(gòu)方案如下：

3.4 車篷總成尾部固定鋁支架工藝技術(shù)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(shí)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(shí)，首先將鋁支架安裝到側(cè)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(jié)

此結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)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。

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