淺談汽車頂棚設計方法

吳 偉

（江鈴汽車股份有限公司產品研發(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，特別是對內飾件的美觀性、舒適性要求越來越高。汽車頂棚作為汽車內飾件的重要組成部分，是在車身頂蓋鈑金下面加裝的內飾零件，除提高車內裝飾性外，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、空調風道、線束、頭部吸能塊、隔音隔熱塊、閱讀燈及相關電子設備，其設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系著手，剖述了汽車頂棚的設計開發(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，成型頂襯應用較多。成型頂襯的結構一般由表皮和基材組成，成型的工藝根據基材的材質而定，大多采用將表皮材料和頂襯基材復合，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合一層軟質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、熱固性類和復合類板材等。熱塑性板材，如改性PS、PP、PU，不經發(fā)泡的PP木粉板、ABS 板等。熱固性板材有經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。復合類板材，用發(fā)泡的PE、PU、玻璃纖維、無紡布等多層材料復合而成，再經模壓成型。目前常用的基材有PU 復合板材、PP+玻璃纖維、PF（酚醛樹脂）+纖維和瓦楞紙等。PU 復合板材一般是由無紡布、玻璃纖維、膠膜或膠水和PU 泡沫復合成的多層材料，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的固定點，距離立柱護板邊界控制在50 mm 以內；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生磕碰[10]，扶手背面到頂棚平面距離應不小于35 mm，頂棚扶手側面到頂棚面距離（手指伸展方向）應不小于35 mm，頂棚扶手內部長度不小于100 mm，頂棚另一側面與扶手的間距應不小于6 mm，確保扶手能夠繞其軸進行旋轉，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向寬度不小于100 mm，遮陽板與頂棚面差應保持遮陽板低于頂棚1.5 mm，如圖5 所示；遮陽板運動包絡與頂棚最小間隙為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留4 個固定點（側面最少各一個），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，需要增加相應的定位點，頂棚的定位方式如圖9 所示。根據安裝要求，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計要求。各項指標要求必須根據DVP 中的要求尋找有資質的試驗機構進行試驗測試，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）禁用物質要求：符合GB/T 30512—2014《汽車禁用物質要求》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生裂紋或破裂現(xiàn)象。

4 結論

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系，可為頂棚的設計開發(fā)提供相應參考。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。