淺談軟頂敞篷車篷布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)

楊娟

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

隨著汽車市場(chǎng)的發(fā)展日益趨于年輕化，敞篷車一向以拉風(fēng)炫酷、回頭率高的特質(zhì)被大家熟知和追捧，在男性喜歡自由、女性喜歡浪漫的背景下，敞篷車滿足了這共同的愿望，使其更是成為熱血青年的追逐對(duì)象，因此敞篷車的發(fā)展勢(shì)頭不可阻擋。比起硬頂敞篷車，軟頂敞篷似乎更加符合我們對(duì)于敞篷車的期待，因?yàn)樗鼈兛雌饋怼皦蝻L(fēng)騷”！軟頂敞篷車天生就被賦予了與眾不同的氣質(zhì)，你在很遠(yuǎn)的地方就能分辨出它們的身份。盡管它們生性風(fēng)騷，但卻有著比傳統(tǒng)汽車或是硬頂敞篷車更加堅(jiān)強(qiáng)的“骨骼”[1]。目前，敞篷車主要是豪華品牌進(jìn)口車型，國產(chǎn)化敞篷車幾乎沒有，針對(duì)軟頂敞篷車篷布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)的研究基本也是空白，此文通過某一軟頂敞篷車型的設(shè)計(jì)與開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，淺談軟頂敞篷車篷布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)要點(diǎn)。

1 篷布總成涉及法規(guī)要求

首先，為了滿足乘員的安全性，篷布的設(shè)計(jì)必須滿足GB 11552《乘用車內(nèi)部凸出物》中頂蓋部分的要求和GB 8410《汽車內(nèi)飾材料的燃燒特性》的要求。

2 篷布自身性能

軟頂敞篷車與傳統(tǒng)車對(duì)比，車頂篷布取代了頂蓋，而且車頂篷布需要隨機(jī)構(gòu)骨架而運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過程中，篷布需要反復(fù)折疊和張緊。因此，根據(jù)車頂篷布的實(shí)際使用場(chǎng)景，車頂篷布本身應(yīng)具有一些基本性能要求。首先，外觀上，車頂篷布內(nèi)外表面應(yīng)能保持平整、無污漬、不變色，這就對(duì)篷布特性有如下方面的要求：篷布內(nèi)層和外層編織結(jié)構(gòu)、抗靜電、抗霉變、摩擦色牢度、耐日光色牢度和易清洗等。其次，功能上，車輛需要在不同天氣及其氣候情況下行駛，而且自身需要反復(fù)折疊和張緊，因此對(duì)防水性、耐寒性、經(jīng)向和緯向拉伸性能、經(jīng)向和緯向撕裂負(fù)荷、經(jīng)向和緯向剝離負(fù)荷、耐折勞度、耐磨耗、耐候性等方面都要有要求。最后，用戶安全和環(huán)保角度上，需要考慮篷布的阻燃性、禁用物質(zhì)要求、霧翳要求和氣味要求。

3 篷布支撐骨架布置要求

軟質(zhì)件的張緊外觀基本由支撐骨架決定，軟頂敞篷車篷布的支撐骨架主要分布在敞篷機(jī)構(gòu)上，因此篷布的張緊外觀主要取決于敞篷機(jī)構(gòu)上支撐篷布的骨架布置。根據(jù)敞篷運(yùn)動(dòng)特性，篷布隨敞篷機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，主要為X 向和Z 向收縮與伸展，Y 向上與支撐骨架相對(duì)位置變化相對(duì)較小。因此篷布張緊狀態(tài)主要為X 向和Z 向張緊，Y 向相對(duì)上稍放松，因此要求運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上支撐篷布的所有骨架Y 向布置上呈一定規(guī)律，防止篷布Y 向局部過于張緊，即Y 向上的張緊強(qiáng)于X 向和Z 向，造成視覺上篷布對(duì)應(yīng)位置Y 向最凸，X 向和Z向張不緊或者外觀凹陷，使得視覺上整體不美觀（如圖1 所示）。

圖1 篷布Y向過于張緊外觀

4 篷布造型面要求

篷布造型面主要有兩方面的要求，分別為制造工藝要求和篷布自身張緊特性要求。在制造工藝上，一整塊裁片無法實(shí)現(xiàn)整個(gè)軟頂?shù)耐庥^，一般有2 種方式實(shí)現(xiàn)，一種是普遍方式：由3 塊裁片組成，車頂中間為一塊裁片，兩側(cè)面對(duì)稱各一塊裁片；另一種方式是：由4 塊裁片組成，整車頂部是一塊裁片，尾部延伸至兩側(cè)后部由3 張裁片組成，尾部一塊裁片，兩側(cè)后部對(duì)稱各一塊裁片，此種方式車頂整體感好，比較適用于車頂有特殊造型圖案設(shè)計(jì)的情況。在篷布自身張緊特性上，由于傳統(tǒng)車型車頂為硬頂，故車頂在縱向截面上可以為順滑的凸弧面；但是針對(duì)軟頂敞篷車，受篷布自身張緊特性限制，在車頂在縱向截面上，沒有骨架支撐位置的篷布造型面應(yīng)為篷布極限張緊狀態(tài)，也就是篷布骨架支撐點(diǎn)間的直線連線，無法達(dá)到傳統(tǒng)車型的車頂對(duì)應(yīng)的凸弧面狀態(tài)。

5 篷布總成的緊固方案

軟頂敞篷車篷布取代傳統(tǒng)車的車頂及B柱或C 柱位置，基本尺寸比較大，因此要求必須安裝牢固。車頂篷布總成的緊固主要分解為兩部分，首先車頂篷布總成與敞篷機(jī)構(gòu)總成緊固，形成一個(gè)大總成（如圖2 所示），然后此大總成再與白車身緊固。

圖2 車頂篷布總成與敞篷機(jī)構(gòu)總成安裝緊固后狀態(tài)

車頂篷布總成與敞篷機(jī)構(gòu)總成緊固主要包含3 大部分，分別為前端、側(cè)部（左右兩側(cè)對(duì)稱）、中部緊固。前端緊固方式基本為：篷布前端與塑料支架縫紉緊固后，再套進(jìn)敞篷機(jī)構(gòu)頭擋板，最后塑料支架與頭擋板使用自攻螺釘緊固；側(cè)部緊固方式基本為：在整車B 或C 柱位置，敞篷機(jī)構(gòu)提供篷布支撐支架，對(duì)應(yīng)位置篷布與塑料支架縫紉緊固后，卡入篷布支撐支架，并使用鉚釘或螺釘緊固；在敞篷機(jī)構(gòu)頭擋板后邊界與整車B 柱或C 柱間，篷布側(cè)部沒有支撐骨架，但也需張緊，一般采用鋼絲拉繩穿過篷布，通過鋼絲拉繩的張緊使得篷布張緊，鋼絲拉繩則緊固在敞篷機(jī)構(gòu)頭擋板側(cè)邊界和篷布支撐支架上。中部緊固方式基本為：車頂篷布中部與所有敞篷機(jī)構(gòu)張緊工間都要有緊固。首先篷布附件與篷布主體通過熱壓方式緊固，然后篷布附件包住敞篷機(jī)構(gòu)張緊工，二者間用雙面膠帶預(yù)緊，再用塑料飾條夾緊篷布附件和敞篷機(jī)構(gòu)張緊工，最后用自攻釘將三者緊固。

車頂篷布總成與車身緊固方式：在車頂篷布總成與敞篷機(jī)構(gòu)總成完成緊固的基礎(chǔ)上，此大總成一起上白車身，首先敞篷機(jī)構(gòu)與白車身使用螺栓緊固，然后車頂篷布尾部和側(cè)后下部與車身緊固，鋁支架作為二者間緊固的連接件，篷布末端通過縫紉塑料支架與鋁支架緊固，鋁支架再與車身使用螺栓緊固。

6 篷布運(yùn)動(dòng)性能要求

在篷布總成安裝緊固的基礎(chǔ)上，能夠保證篷布隨敞篷機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，但不能保證運(yùn)動(dòng)過程中存在的磨損或干涉現(xiàn)象，尤其是篷布折疊狀態(tài)。首先，敞篷運(yùn)動(dòng)過程中，所有與篷布接觸位置不允許存在尖銳邊界，如敞篷頂飾板、敞篷機(jī)構(gòu)連桿飾板（如圖3 所示）、敞篷機(jī)構(gòu)張緊弓，這些零件在敞篷運(yùn)動(dòng)過程中都會(huì)與篷布接觸，所有接觸位置都應(yīng)盡可能導(dǎo)大圓。其次，篷布折疊狀態(tài)應(yīng)與白車身上外水切無干涉現(xiàn)象，特別是后側(cè)圍與后車體轉(zhuǎn)角位置（如圖4 所示）。因此，設(shè)計(jì)時(shí)就要求敞篷運(yùn)動(dòng)包絡(luò)與外水切安全距離足夠。若僅外水切轉(zhuǎn)角位置存在干涉，可在篷布側(cè)面增加安裝點(diǎn)與機(jī)構(gòu)連桿緊固，此安裝點(diǎn)在篷布張緊狀態(tài)時(shí)不起任何作用，僅在篷布折疊過程中起引導(dǎo)篷布折疊作用，使得篷布折疊軌跡可控，保證篷布折疊狀態(tài)與外水切不干涉。最后，敞篷運(yùn)動(dòng)過程中，不能與篷布末端鋁支架（如圖5 所示）干涉，這就要求設(shè)計(jì)時(shí)敞篷運(yùn)動(dòng)包絡(luò)與篷布鋁支架安全距離足夠。

圖3 篷布被對(duì)手件磨損狀態(tài)

圖4 篷布折疊后與外水切匹配狀態(tài)

圖5 篷布鋁支架裝車位置

7 篷布導(dǎo)水和排水性能要求

傳統(tǒng)車型車頂兩側(cè)的流水槽起導(dǎo)水和排水作用，再配合車身涂膠與涂裝涂膠，最終將水流排到車外。軟頂敞篷車使用篷布代替頂蓋，也應(yīng)當(dāng)考慮車頂如何導(dǎo)水和排水，及其分解到篷布系統(tǒng)上又如何實(shí)現(xiàn)導(dǎo)水和排水呢？對(duì)于篷布前部，其直接與裝配在白車身上的密封膠條搭接，設(shè)計(jì)狀態(tài)應(yīng)保證篷布與膠條的重疊量足夠，以防止篷布前端漏水進(jìn)入車內(nèi)。對(duì)于篷布兩側(cè)部，為防止車頂水流直接排向門洞，雨天開車門進(jìn)出時(shí)易被淋濕或水易流入車內(nèi)，進(jìn)而造成用戶抱怨，側(cè)窗玻璃上側(cè)對(duì)應(yīng)的篷布應(yīng)有導(dǎo)水作用。一般篷布側(cè)面包邊通過增加縫紉“V 型”膠條（如圖6 所示），使得大部分水流被導(dǎo)向至側(cè)窗玻璃兩側(cè)，避免全部水流直接流至門洞。對(duì)于篷布尾部和側(cè)窗玻璃后側(cè)部，首先篷布與白車身上裝配的外水切過盈搭接（如圖7 所示），設(shè)計(jì)狀態(tài)應(yīng)保證二者間足夠的重疊量，使得大部分水被切入車外，少部分水流入篷布末端，篷布末端鋁支架正后視圖和正側(cè)視圖上自身帶足夠流水角度，通過篷布末端與鋁支架間的特殊密封方式，使得水流從鋁支架中間導(dǎo)向兩側(cè)，最終流入鋁支架末端對(duì)應(yīng)的積水盒中，進(jìn)而排出車外。

圖6 篷布側(cè)面包邊處“V型”膠條

圖7 篷布與外水切匹配狀態(tài)

8 結(jié)論

文章從正向開發(fā)角度，對(duì)軟頂敞篷車篷布系統(tǒng)開發(fā)過程中所涉及的法規(guī)要求、自身性能要求、支撐骨架布置要求、造型面要求、總成的緊固方案、運(yùn)動(dòng)性能要求、導(dǎo)水及排水性能進(jìn)行系統(tǒng)的探討，而且已經(jīng)在新車型開發(fā)過程中得到驗(yàn)證，具有較高的參考價(jià)值，某種程度上也填補(bǔ)了國內(nèi)軟頂敞篷車篷布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)的空白。