基于采用全景天幕乘用車頂棚內(nèi)飾無(wú)拉手設(shè)計(jì)的研究

摘 要：隨著新能源汽車的異軍突起，全景天幕作為高科技新技術(shù)給消費(fèi)者帶來(lái)全新的駕乘體驗(yàn)，隨著全景天幕的普及，給汽車內(nèi)飾設(shè)計(jì)也提出新挑戰(zhàn)，與此相關(guān)的內(nèi)飾設(shè)計(jì)風(fēng)格與相關(guān)工藝也隨之發(fā)生變化，所以本文就此設(shè)計(jì)上的變化及創(chuàng)新提出一些新的思路供研究。在傳統(tǒng)汽車中，拉手是頂飾的重要組成部件，但在新能源汽車設(shè)計(jì)中，拉手逐漸被取消。本文以面料、玻纖、PU（polyurethane，聚氨基甲酸酯，后文簡(jiǎn)稱為PU）層復(fù)合并用濕法工藝制成的頂棚為例介紹采用全景天幕乘用車頂棚內(nèi)飾無(wú)拉手設(shè)計(jì)方案的研究。

關(guān)鍵詞：全景天幕頂棚內(nèi)飾 拉手 新能源汽車 展開(kāi)性能

1 引言

2020年10月20日，國(guó)務(wù)院印發(fā)“新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）”，提出了：到2025年，新能源汽車銷售達(dá)到汽車銷售總量20%；到2035年，純電動(dòng)汽車成為汽車銷售主流的美好愿景。[1]該規(guī)劃提及國(guó)家把“碳達(dá)峰、碳中和”的雙碳政策寫入國(guó)家戰(zhàn)略，對(duì)國(guó)內(nèi)新能源汽車企業(yè)的發(fā)展起到了關(guān)鍵的助推作用。一時(shí)間，市場(chǎng)上出現(xiàn)了新能源汽車蓬勃發(fā)展的壯觀局面，大有趕超傳統(tǒng)燃油汽車的趨勢(shì)。

2 汽車頂棚內(nèi)飾簡(jiǎn)介

傳統(tǒng)汽車的頂飾系統(tǒng)主要組成為頂棚、遮陽(yáng)板、拉手等。隨著汽車市場(chǎng)發(fā)展。頂棚內(nèi)飾系統(tǒng)又分全頂頂棚、天窗頂棚、全景天幕頂棚等。

從材質(zhì)來(lái)看，頂棚分面料復(fù)合泡沫的軟頂，面料、玻纖、PU層復(fù)合的硬頂與面料復(fù)合注塑骨架的硬頂?shù)取Ｄ壳白畛Ｒ?jiàn)的是面料、玻纖、PU層復(fù)合的硬頂。

主要由面料、玻纖、PU層復(fù)合的硬頂按工藝區(qū)別，又有干法頂棚與濕法頂棚之分。干法頂棚與濕法頂棚工藝的區(qū)別主要在于：干法工藝為將面料、復(fù)合膠、玻纖與PU層按一定順序疊放后，在烘箱加熱升溫，冷模壓制成型；濕法工藝為PU層輥膠后添加玻纖熱膜壓制骨架后，再噴膠壓合面料與骨架。

濕法工藝頂棚在NVH性能上，無(wú)論是吸聲、隔聲，還是語(yǔ)言清晰度，都較干法工藝頂棚更優(yōu)秀。[2]隨著消費(fèi)者對(duì)整車舒適度要求的提高，汽車市場(chǎng)更傾向于選用濕法工藝頂棚。

本文主要以如圖1所示，一種無(wú)拉手的，由面料、玻纖、PU層復(fù)合的全景天幕濕法頂棚為例，研究頂棚開(kāi)發(fā)中所需要注意的一些要點(diǎn)。

2.1 帶拉手頂棚

頂棚拉手的設(shè)計(jì)是為了使乘員在顛簸路段做輔助支撐作用，避免乘員在顛簸劇烈的路段因身體晃動(dòng)產(chǎn)生與車身的碰撞，對(duì)乘員身體造成傷害。[3]拉手一般布置在乘員側(cè)，通過(guò)緊固件固定在車身支架上，在固定拉手的同時(shí)，也將頂棚固定在車身上。

2.2 無(wú)拉手頂棚

隨著國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施的全面建設(shè)，城市路況及鄉(xiāng)村路況都得到了極大的改善，頂棚拉手逐漸失去了設(shè)計(jì)的必要性，很多豪華轎跑都選用了無(wú)拉手的頂棚設(shè)計(jì)。無(wú)拉手的頂棚既提升了汽車內(nèi)飾整體觀感，又節(jié)省了拉手支架所需要的布置空間，增加車內(nèi)使用空間。

3 從汽車側(cè)面簾式氣囊碰撞展開(kāi)試驗(yàn)看頂棚設(shè)計(jì)

全國(guó)道路交通事故統(tǒng)計(jì)年報(bào)自2016以后不再公開(kāi)，在2007-2016年間，道路交通事故中死亡人數(shù)與受傷人數(shù)總體呈逐漸下降趨勢(shì)，[4]其中，汽車被動(dòng)安全技術(shù)的發(fā)展與國(guó)內(nèi)相關(guān)法規(guī)的完善功不可沒(méi)。

汽車法規(guī)GB/T 20071-2006中第4.3.3條明確規(guī)定了“所有內(nèi)部構(gòu)件在脫落時(shí)均不得產(chǎn)生鋒利的突出物或鋸齒邊，以防止增加乘員傷害的可能性?！盵5]法規(guī)GB/T 38795-2020中也提到了汽車側(cè)面簾式氣囊（以下簡(jiǎn)稱氣簾或CAB）在展開(kāi)時(shí)不得有因CAB展開(kāi)而引起的硬質(zhì)飛濺物。[6]

作為CAB展開(kāi)的沖擊對(duì)象，頂棚需要在上至85℃，下至-30℃的環(huán)境中保有整體固定性好、與立柱配合位置易打開(kāi)、對(duì)CAB與乘員無(wú)傷害的特點(diǎn)。

3.1 頂棚本體加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

面料+玻纖+PU復(fù)合式的濕法頂棚本身硬度有限，在掏空內(nèi)部避讓天幕后，撓度過(guò)大，在搬運(yùn)裝配過(guò)程中極易彎折，因此需要在頂棚與天幕配合的內(nèi)邊設(shè)置頂棚天幕加強(qiáng)框，。天幕加強(qiáng)框一般為注塑或金屬結(jié)構(gòu)。注塑結(jié)構(gòu)對(duì)空間要求比較高，當(dāng)空間布置比較緊湊時(shí)，一般選用金屬結(jié)構(gòu)。如若天幕較大，可在金屬加強(qiáng)框上再添加加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)。

需要注意的一點(diǎn)是金屬加強(qiáng)框在沖壓工藝中可能留有毛刺，在CAB爆破過(guò)程中有劃傷氣簾的風(fēng)險(xiǎn)。如圖5所示，需要做去毛刺或加包無(wú)紡布，用來(lái)保護(hù)氣簾在爆破展開(kāi)過(guò)程中不被劃傷。

3.2 頂棚固定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

無(wú)乘員扶手的全景天幕頂棚由于缺少有效硬連接，普通的搭扣和塑料卡扣很難承受CAB展開(kāi)時(shí)所產(chǎn)生的沖擊力，容易出現(xiàn)頂棚整體塌陷等乘員傷害的嚴(yán)重事故。目前有兩種得到驗(yàn)證的設(shè)計(jì)方案。一種是將常用于立柱護(hù)板的氣簾卡口應(yīng)用在頂棚設(shè)計(jì)中，另一種是將螺栓固定點(diǎn)設(shè)置在金屬支架上再巧妙的隱藏在閱讀燈下或AIRBAG飾蓋下。

在專利“一種車輛全景天窗頂棚固定裝置及車輛”中，講述了隱藏式螺栓固定點(diǎn)本身的結(jié)構(gòu)要點(diǎn)。該翻邊結(jié)構(gòu)可以使整個(gè)側(cè)壁支架形成一個(gè)天然的吸能傳導(dǎo)裝置，在CAB氣簾爆破展開(kāi)過(guò)程中可形變吸能保護(hù)頂棚本體的同時(shí)，使頂棚依舊固定在車身，不會(huì)塌陷。

如選用隱藏式螺栓固定點(diǎn)，還需注意下固定點(diǎn)的選用位置，要考慮頂棚整體強(qiáng)度結(jié)構(gòu)和CAB布置。如圖7所示，該CAB氣體發(fā)生器的出氣口雖然在頂棚中間位置，但由于氣體發(fā)生器出氣口朝后，在CAB起爆過(guò)程中，氣體是先向后部沖擊再充滿整個(gè)氣簾的。所以頂棚中部偏后的位置是受沖擊最大的部位，如果在這里設(shè)置硬連接固定點(diǎn)可以更好的起到吸收沖擊能量、保護(hù)頂棚整體結(jié)構(gòu)的作用。圖8為未設(shè)置硬連接固定點(diǎn)失敗案例。

3.3 頂棚弱化線設(shè)計(jì)要點(diǎn)

頂棚本體上設(shè)計(jì)弱化線是為了在CAB爆破時(shí)，頂棚本體延弱化線處翻折，使CAB氣簾能夠順利展開(kāi)。傳統(tǒng)汽車頂棚弱化線一般以刀具切割為主，后來(lái)人們?yōu)榱斯?jié)省工序，直接在頂棚本體上直接增加2～3mm深度V型槽結(jié)構(gòu)，在頂棚本體壓合過(guò)程中即完成V型槽的壓合。

但是在全景天幕頂棚的設(shè)計(jì)中，由于頂棚中空結(jié)構(gòu)加大了本體的撓度，為了減輕頂棚變形，頂棚本體中會(huì)加大玻纖的使用。此時(shí)如使用V型槽“弱化線”設(shè)計(jì)，增加玻纖含量的頂棚在本體本就硬度很強(qiáng)的情況下，模具壓制出的 “弱化線”可能非但沒(méi)起到弱化的作用，反而加強(qiáng)了頂棚的結(jié)構(gòu)，使其無(wú)法起到翻折鉸鏈的作用。在這種情況下，增加一道刀具切割弱化槽的工序是無(wú)法避免的。

還有一點(diǎn)需要注意的是頂棚弱化線與CAB中軸線的相對(duì)距離，通過(guò)CAB中軸線向頂棚做法線與頂棚橡膠的位置，Z向應(yīng)低于頂棚弱化線。

4 從頂棚裝車問(wèn)題看設(shè)計(jì)

為增加整車大線生產(chǎn)效率，越來(lái)越多的工序被拆分到分裝線或由供應(yīng)商組裝。當(dāng)頂棚揚(yáng)聲器及線束等部件分裝至頂棚再裝車時(shí)，頂棚在試制過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)非常難處理的問(wèn)題：頂棚異響。但如果將揚(yáng)聲器、線束等部件先固定至車身，再安裝頂棚時(shí)，頂棚的揚(yáng)聲器面罩只要與揚(yáng)聲器保留好合理的間隙，就不會(huì)產(chǎn)生顛簸路摩擦異響或線束晃動(dòng)異響。

5 結(jié)語(yǔ)

影響汽車頂棚產(chǎn)品質(zhì)量的因素有很多，但是一般70%-95%的質(zhì)量問(wèn)題可以靠前期設(shè)計(jì)規(guī)避。其中包括但不限于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，材料的選用，生產(chǎn)零部件的工藝過(guò)程，裝配到整車上的工藝過(guò)程以及產(chǎn)品在運(yùn)輸過(guò)程中的料架與包裝方式的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中規(guī)避可能產(chǎn)生的質(zhì)量問(wèn)題，在質(zhì)量問(wèn)題中可以優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文對(duì)采用全景天幕乘用車頂棚內(nèi)飾無(wú)乘員拉手的設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)，通過(guò)有效的措施規(guī)避了一些典型問(wèn)題，可以為同類設(shè)計(jì)提供一些借鑒和幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于印發(fā)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）的通知[J].中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院公報(bào)，2020，No.1714（31）：16-23.

[2]許林倩，岳志強(qiáng)，耿建，黨程.干法頂棚和濕法頂棚NVH性能對(duì)比分析[J]. 時(shí)代汽車，2021，No.350（02）：160-161+169.

[3]孫成武，陳林萍，劉婷婷，曹維福.汽車頂棚拉手設(shè)計(jì)[J]. 汽車零部件，2014，（04）：63-66.

[4]秦恩國(guó). 道路交通事故損失統(tǒng)計(jì)分析[J]. 內(nèi)燃機(jī)與配件，2018，No.267（15）：192-194.

[5]GB 20071-2006，汽車側(cè)面碰撞的乘員保護(hù)[S].

[6]GB/T 38795-2020，汽車側(cè)面氣囊和簾式氣囊模塊性能要求[S].