劉善英　付靜　張瑞俊　卿雕　何雷

【摘 要】文章介紹了某全景天窗車型頂蓋總成開發(fā)過程，主要針對全景天窗車型頂蓋總成設(shè)計過程中的設(shè)計問題及難點(diǎn)加以分析、給出解決方案并進(jìn)行設(shè)計驗(yàn)證，同時簡述了全景天窗的試驗(yàn)要求和頂蓋的尺寸控制要求，確保使其頂蓋性能與指標(biāo)在滿足國內(nèi)外相關(guān)法規(guī)要求的同時，達(dá)到國內(nèi)主流合資車水平。

【關(guān)鍵詞】全景天窗；頂蓋總成；設(shè)計；分析

【中圖分類號】U463.82 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）02-0055-03

1 概述

隨著近20年來國內(nèi)汽車市場的不斷發(fā)展，國外各大汽車廠爭相扎根中國，帶動了中國汽車市場和汽車技術(shù)的迅猛發(fā)展，而且近10年來，國內(nèi)自主汽車廠也是百花爭艷，紛紛搶得自己的資源與市場，使得國內(nèi)汽車行業(yè)競爭激烈，技術(shù)上也愈發(fā)成熟。同時，消費(fèi)者對汽車的要求也隨之轉(zhuǎn)變，人們不僅僅需要一輛可以代步的汽車，更傾向于外觀、舒適性、安全性及娛樂性于一體的汽車。普通天窗雖已在國內(nèi)各車型上普及，技術(shù)成熟，然而尺寸較小，與外界互動性較差，而全景天窗的出現(xiàn)，不僅豐富了汽車的配置，更使得汽車的外觀得以改變且車內(nèi)更透光、舒適，為人們的旅途增添樂趣。全景天窗主要在中高檔汽車上使用，目前也逐漸被國內(nèi)各自主汽車廠開發(fā)和應(yīng)用，汽車天窗的發(fā)展趨勢無疑是全景天窗[1]。相對于外資和合資品牌而言，自主品牌在全景天窗的設(shè)計和開發(fā)上尚缺乏經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)難度大，主要表現(xiàn)在以下方面：全景天窗重達(dá)24 kg，比普通的小天窗重了1倍，全景天窗尺寸（1 360 mm×870 mm）比普通天窗尺寸（430 mm×820 mm）大了2倍多，同時全景天窗的試驗(yàn)驗(yàn)證更為嚴(yán)格，因此在外觀品質(zhì)、密封性、操作性、強(qiáng)度耐久性等方面的要求更高，相應(yīng)地對白車身的頂蓋制造精度和強(qiáng)度耐久性能等提出了更苛刻的要求。

2 全景天窗車型頂蓋總成的可行性分析

全景天窗車型在原普通天窗車型的基礎(chǔ)上更改結(jié)構(gòu)，完成與全景天窗的匹配。因此，設(shè)計原則是新開發(fā)件少、工藝實(shí)現(xiàn)易、性能要求高等。主要涉及頂蓋總成的更改，包括頂蓋外板重新造型與結(jié)構(gòu)設(shè)計、天窗加強(qiáng)板的設(shè)計及與白車身骨架的連接方式的更改。

2.1 造型的可行性分析及問題

（1）頂蓋造型曲率分析及問題。因?yàn)槿疤齑笆墙栌玫某墒飚a(chǎn)品，頂蓋外板的造型需要匹配天窗的玻璃曲率進(jìn)行設(shè)計，因此在造型設(shè)計過程中存在如下問題：在造型曲率與行李架布置方面的微調(diào)，造成頂蓋外板靠近側(cè)圍附近曲面會有一定的扭曲，斑馬線不順（如圖1所示）。

秉著感官質(zhì)量優(yōu)先的原則，追求更高的外觀要求，重新開發(fā)行李架，頂蓋外板造型微調(diào)后，糾正斑馬線光順問題（如圖2所示）。

（2）頂蓋造型變更后，夾具抓手布置分析及問題。頂蓋外板根據(jù)全景天窗重新造型后，與原普通天窗頂蓋外板面差相差較大，造成原有焊裝夾具抓舉不良。對比原普通天窗車型頂蓋外板與全景天窗版頂蓋外板面差，采取X向每100 mm取一段，在Y向則取Y=-440、Y=-490及頂蓋cas面邊緣處3點(diǎn)偏差值進(jìn)行測量；共測得69個點(diǎn)，正偏差表示全景天窗頂蓋面高，反之則低。其中，最大偏差為3.983 mm（X=1 930），最小偏差為-0.038 mm（X=1 030）。與夾具抓手有微小偏差，可通過夾具柔性切換系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)頂蓋總成的抓手切換，解決抓舉不良問題。

2.2 結(jié)構(gòu)的可行性分析及難點(diǎn)解決

（1）難點(diǎn)一：天窗加強(qiáng)板的設(shè)計。天窗加強(qiáng)板的設(shè)計不同于普通天窗車型，因?yàn)榱慵叽巛^大，所以可分為整體式與分體式設(shè)計。整體式設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)是一體沖壓，減少焊接工序，精度控制較好；缺點(diǎn)是材料利用率較低，沖壓成型較難；分體式設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)是零件小，沖壓成型好，材料利用率高；缺點(diǎn)是增加焊接工序，難以控制焊接精度。考慮到布置全景天窗安裝孔及天窗裝配時良好的精度，減少天窗加強(qiáng)板因拼焊帶來的尺寸公差，選擇整體式設(shè)計更好。

（2）難點(diǎn)二：頂蓋總成的連接方式。全景天窗頂蓋總成的焊接工藝相對普通天窗的工藝，主要是頂蓋與頂蓋加強(qiáng)板的連接方式發(fā)生改變。因?yàn)槿疤齑伴_口尺寸大，天窗本身體積與重量均增加，所以對頂蓋及加強(qiáng)板的要求較高。本文頂蓋外板與天窗加強(qiáng)板的連接采用銅釬焊與結(jié)構(gòu)膠相結(jié)合的形式。頂蓋外板與天窗加強(qiáng)板采取22處銅釬焊，在天窗安裝面周圈Z 向整圈采取結(jié)構(gòu)膠的形式進(jìn)行黏接。

3 設(shè)計驗(yàn)證

全景天窗質(zhì)量為普通天窗的2倍多，同時頂蓋總成天窗開口比普通天窗版頂蓋大2倍多，這就意味著頂蓋總成需要較好的剛度、強(qiáng)度及抗壓性能。針對這些問題，本車型進(jìn)行了相關(guān)的CAE分析。

CAE模型總單元數(shù)為583 948，節(jié)點(diǎn)數(shù)為604 439，模型中三角形單元占3.1%。所用軟件有HyperWorks12.0，MD Nastran 2011，Abaqus，LSDYNA_971。

3.1 天窗加強(qiáng)板的強(qiáng)度剛度分析

模型均在全景天窗車型關(guān)閉狀態(tài)下進(jìn)行強(qiáng)度剛度分析。

工況一：X向1倍，Z向-1倍加速度，約束車身斷面處6個方向的自由度，分析結(jié)果為加強(qiáng)板最大應(yīng)力為12 MPa，最大位移為0.3 mm，滿足強(qiáng)度剛度要求（如圖3所示）。

工況二：Y向1.5倍，Z向-1倍加速度，約束車身斷面處6個方向的自由度，分析結(jié)果為加強(qiáng)板最大應(yīng)力為15 MPa，最大位移為0.3 mm，滿足強(qiáng)度剛度要求（如圖4所示）。

工況三：Z向-3倍加速度，約束車身斷面處6個方向的自由度，分析結(jié)果為加強(qiáng)板最大應(yīng)力為37 MPa，最大位移為0.9 mm，滿足強(qiáng)度剛度要求（如圖5所示）。

3.2 頂部抗壓強(qiáng)度分析

模型描述：按照法規(guī)要求將加載裝置定位，并按照加載裝置進(jìn)行曲線加載；約束車輛與剛性水平面相接觸節(jié)點(diǎn)的所有自由度，按1.5倍車輛整備質(zhì)量[2]，本車型為22 711 N（整車為1 545 kg），已超過法規(guī)的最大值，即22 240 N，故按照法規(guī)要求以22 240 N作為評價。分析結(jié)果顯示，當(dāng)載荷達(dá)到法規(guī)要求的22 240 N時，加載裝置的位移分別為21 mm，頂部最大可以承受約40 800 N的力，滿足法規(guī)要求（如圖6所示）。

4 全景天窗試驗(yàn)驗(yàn)證項(xiàng)目及要求

全景天窗試驗(yàn)驗(yàn)證項(xiàng)目及要求見表1。

5 車身精度控制要求

為滿足全景天窗外觀品質(zhì)、密封性、操作性等功能要求，需要更嚴(yán)格地控制頂蓋總成的制造精度（見表2）。

6 結(jié)論

本文主要介紹了某車型新開發(fā)全景天窗的設(shè)計可行性分析、技術(shù)難點(diǎn)及解決措施、仿真驗(yàn)證分析過程。同時，介紹了全景天窗的實(shí)車試驗(yàn)項(xiàng)目的要求和車身頂蓋制造精度的控制要求。本文為車身的工藝制造提出了明確的要求，同時通過CAE仿真為實(shí)車性能實(shí)現(xiàn)提供了可靠的理論依據(jù)，解決了項(xiàng)目開發(fā)涉及的主要難點(diǎn)問題，為后續(xù)的全景天窗車型開發(fā)及改良提供了良好的對標(biāo)參考，為即將成為趨勢的全景天窗車型的到來夯實(shí)了基礎(chǔ)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]佚名.中國汽車天窗行業(yè)供需態(tài)勢全景調(diào)研與未來發(fā)展前景預(yù)測報告[R].中國報告網(wǎng)，2015.

[2]GB 26134—2010，乘用車頂部抗壓強(qiáng)度[S].

[3]谷賀雄，竇海波.某SUV車型全景天窗車身的驗(yàn)證分析[J].汽車實(shí)用技，2015（8）：69-70.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]