張羽，劉峰，黃維

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

汽車天窗安裝于車頂，能夠有效地使車內(nèi)空氣流通，增加新鮮空氣的進入，同時汽車車窗也可以開闊視野以及移動攝影攝像的拍攝需求，越來越多的被消費者所需求，天窗也作為各個汽車制造商基本配置之一。為匹配天窗的配置，白車身頂蓋的鈑金結(jié)構(gòu)設(shè)計是非常重要，不僅要具備承載天窗安裝及強度，保證天窗開閉的正常功能，還要滿足天窗部位整車的密封。

1 單天窗類型的車身頂蓋介紹

1.1 天窗的分類

汽車天窗按較頂蓋的尺寸及形式可分為：單天窗，占頂蓋比例較小，一般布置于前排座椅正上方，一般應(yīng)用于轎車、SUV車型，MPV車型一般布置在二排座椅上方；雙天窗，MPV車型應(yīng)用居多，即頂蓋上布置兩個類型的單天窗，前一個布置在第一排座椅上方，第二個布置在第二排座椅上方；全景天窗，占頂蓋尺寸2/3以上甚至是整塊玻璃的車頂；如圖1所示。若按天窗的開啟方式可分為外滑式、內(nèi)藏式、內(nèi)藏外翻式等。目前內(nèi)藏式被應(yīng)用較廣泛，故本文主要介紹內(nèi)藏式的單天窗類型的頂蓋鈑金結(jié)構(gòu)設(shè)計。

圖1 天窗的類型

1.2 單天窗類型的車身頂蓋組成

單天窗類型的頂蓋組成從外觀上一般由頂蓋鈑金總成與天窗總成組成，頂蓋鈑金總成（如圖2所示）包含：1）、頂蓋外板；2）頂蓋前橫梁；3）天窗加強框；4）頂蓋加強橫梁及尾橫梁；其中天窗加強框為天窗提供安裝、承載，是單天窗類型頂蓋鈑金結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵部件。

圖2 單天窗類型的車身頂蓋組成部分

2 單天窗類型的頂蓋鈑金結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 頂蓋開口處結(jié)構(gòu)設(shè)計

頂蓋鈑金的開口尺寸由天窗的尺寸決定，開口的周邊結(jié)構(gòu)設(shè)計需要滿足天窗的密封、避免天窗開閉過程中刮擦天窗密封膠條，造成天窗漏水等質(zhì)量問題，反饋到鈑金的細節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計上主要關(guān)注以下幾個關(guān)鍵部位及尺寸，如圖3、4所示。

圖3 頂蓋開口處結(jié)構(gòu)設(shè)計（一）

斷面A所示的尺寸a1為天窗膠條的密封面，根據(jù)天窗膠條的要求設(shè)計；尺寸a2為保證天窗運動時減小鈑金對膠條的摩擦，此尺寸一般設(shè)計為 2mm；為了保證天窗開啟后外觀美觀，a3的尺寸一般設(shè)計為2mm。

斷面B所示位置為轉(zhuǎn)角，因沖壓限制，此處結(jié)構(gòu)無法設(shè)計成斷面A形式，所以尺寸b的設(shè)計不僅要保證膠條的密封面而且要保證天窗運動時鈑金止口不能刮擦膠條，并考慮沖壓成形性要求，此尺寸一般設(shè)計為15mm。

圖4 頂蓋開口處結(jié)構(gòu)設(shè)計（二）

因內(nèi)藏式的天窗在開啟時，天窗向后運動，所以斷面 C的設(shè)計要區(qū)別于斷面 B，如圖四所示，在保證天窗固有的密封面尺寸要求前提下，鈑金止口處要設(shè)計翻邊，翻邊的長度c1與角度c2要根據(jù)天窗的運動包絡(luò)進行設(shè)計，參考尺寸：c1=2.5～4mm、c2=117°～140°。c3的尺寸設(shè)計要保證與天窗運動包絡(luò)足夠間隙的前提下，遮擋住加強板保證天窗開啟后的鈑金外觀。

斷面D為頂蓋開口后部，一般采用包邊結(jié)構(gòu)，滿足天窗膠條密封面尺寸及與天窗運動包絡(luò)間隙要求的前提下根據(jù)制造廠包邊機構(gòu)要求進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。在此推薦一款成熟結(jié)構(gòu)尺寸：d1=10.5mm、d2=2mm、d3=50°、d4=2mm、R1、R2、R3 半徑最小為2mm。

2.2 頂蓋前橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計

天窗的開閉控制機構(gòu)一般與前頂燈，天窗的電機一般布置在天窗的前部，在滿足白車身整體性能設(shè)計前橫梁的界面尺寸時，重點確認天窗電機與頂蓋前橫梁的設(shè)計間隙，最小間隙需滿足≥10mm，如圖5所示。

圖5 天窗電機與頂蓋前橫梁間隙設(shè)計

2.3 天窗加強框結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.3.1 天窗加強框與側(cè)圍的連接的結(jié)構(gòu)形式

通過市場上調(diào)研，天窗加強框與側(cè)圍通過支腳的結(jié)構(gòu)連接，天窗加強框的連接支腳一般布置在天窗加強框的前后部位，主要分為3種：整體式，天窗加強框自帶連接支腳，此形式強度好、精度高，但材料利用率低；分體式，天窗加強框通過連接支架與側(cè)圍連接，此形式較整體式強度精度略差，但材料利用率較高；綜合式，即前部通過支架連接，后部為天窗自帶連接支腳。詳見表1。

表1 天窗加強框支腳的結(jié)構(gòu)形式

2.3.2 天窗加強框的關(guān)鍵尺寸設(shè)計

通過前面斷面知，天窗加強框的與頂蓋的連接形式為前部與兩側(cè)在頂蓋開口翻邊處焊接，后部采用包邊；與頂蓋的本體面采用隔振膠的連接方式。天窗加強框的關(guān)鍵尺寸設(shè)計要根據(jù)天窗總成的大小、重量及自身的材料利用率等綜合約束條件決定，通過市場上部分成熟車型的調(diào)研，天窗加強框的相關(guān)關(guān)鍵尺寸見圖6與表2，可供設(shè)計時參考。

圖6 天窗加強框的關(guān)鍵尺寸示意

2.4 天窗運動校核

天窗鈑金初步設(shè)計完成后，必須進行天窗的運動干涉校核即通過頂蓋鈑金與天窗運動包絡(luò)進行間隙檢查，一般設(shè)計上要求安全間隙≥10mm。此為設(shè)計過程最關(guān)鍵的檢查項，否則會導致天窗無法正常開啟。

表2 部分車型的天窗加強框相關(guān)尺寸參數(shù)

3 結(jié)論

因單天窗類型的頂蓋鈑金結(jié)構(gòu)除了與天窗匹配部位的周邊鈑金結(jié)構(gòu)同無天窗的頂蓋鈑金結(jié)構(gòu)不同外，其余部位設(shè)計要點基本一致，故本文主要針對匹配內(nèi)藏式單天窗類型的頂蓋鈑金包括頂蓋開口部位的結(jié)構(gòu)、頂蓋加強框的關(guān)鍵尺寸等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及參數(shù)進行闡述，供行業(yè)內(nèi)相關(guān)設(shè)計人員進行參考借鑒。