汽車頂棚設(shè)計(jì)

孫成武，劉婷婷，陳林萍，曹維福

(江淮汽車技術(shù)中心，安徽合肥 230601)

0 引言

隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)汽車的要求越來越高，包括汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、汽車整車的輕量化、汽車外飾造型的美觀性、汽車整車NVH性能、汽車內(nèi)飾的美觀性和人機(jī)工程等等。

而汽車內(nèi)飾是駕駛員及乘員使用汽車時(shí)需要長(zhǎng)時(shí)間接觸的部件，因此汽車內(nèi)飾設(shè)計(jì)非常重要，頂棚內(nèi)飾作為汽車內(nèi)飾重要的組成部分，消費(fèi)者對(duì)頂棚內(nèi)飾的感受尤為重要，其中頂棚的外觀、頂把手的使用舒適性、天窗使用方便性等等都會(huì)對(duì)消費(fèi)者在選擇購(gòu)買整車時(shí)產(chǎn)生很大的影響。

除了頂棚內(nèi)飾的外觀及操作對(duì)消費(fèi)者選擇購(gòu)買車輛時(shí)有較大影響外，消費(fèi)者在長(zhǎng)期使用車輛時(shí)更會(huì)對(duì)頂棚內(nèi)飾的其他性能提出更加苛刻的要求，其中感官舒適的要求有頂棚內(nèi)飾吸隔音性、隔熱性，另外身體健康的要求有頂棚內(nèi)飾的VOC、有毒有害物質(zhì)含量。

1 頂棚結(jié)構(gòu)及工藝

1.1 結(jié)構(gòu)

汽車頂棚一般由面料層、基材層和背面無紡布層組成，其中面料層面向乘客，體現(xiàn)頂棚的外觀效果，一般采用無紡布、針織面料、TPO和PVC膜?；膶邮琼斉锍庥^性能以外其他性能的主要決定者，一般采用PU玻纖板、PP玻纖板、瓦楞紙板、麻纖維板等[1]。頂棚的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

面料材料中的TPO和PVC由于氣味性較差且受熱易融化變軟、受冷易開裂等缺點(diǎn)，逐漸被淘汰；基材材料中的瓦楞紙板和麻纖維板由于克重較大、潮濕易霉變且吸隔音性能較差等缺點(diǎn)的影響，在汽車頂棚設(shè)計(jì)中的使用越來越少。因此，目前的汽車頂棚在設(shè)計(jì)時(shí)面料層一般選用無紡布或者針織面料，基材層一般選用PU玻纖板或者PP玻纖板。

1.2 工藝

頂棚成型工藝有干法成型[2]和濕法成型。

1.2.1 干法工藝

具體方法如下：

(1)先將PU/PP、膠粉、玻纖、膠片、無紡布(面料)復(fù)合成多層板材。

(2)再將多層復(fù)合板加熱至軟化溫度，其中軟化溫度因材料而不同。此時(shí)膠粉、膠片等低熔點(diǎn)材料熔化成液態(tài)并均勻附在基材表面，加熱后的材料進(jìn)入冷態(tài)模具壓制成型(壓制過程中材料快速冷卻并固化)。

干法工藝的材料結(jié)構(gòu)和工藝如圖2—3所示。

1.2.2 濕法成型

濕法成型分為一步法和兩步法。

一步法濕法工藝具體方法如下：將膠滾涂至PU板表面并噴灑固化劑和水，使之與玻氈、無紡布、膠片及面料等材料疊合后送入高溫模具壓制成型(此時(shí)膠水與水及催化劑快速反應(yīng)并固化)。模具溫度取決于膠水固化溫度。

此工藝的材料結(jié)構(gòu)和工藝如圖4—5所示。

兩步法濕法工藝具體方法如下：(1)先將膠滾涂至PU板表面并噴灑固化劑和水，使之與玻氈、無紡布、膠片等材料疊合后送入高溫模具壓制成頂棚基材(同一步法)。(2)再在頂棚基材表面噴灑膠，將基材與面料送入高溫模具壓制頂棚。

此工藝的材料結(jié)構(gòu)和工藝如圖6—7所示。

上述干法工藝和濕法(一步/兩步)工藝是目前汽車頂棚制造采用最頻繁的工藝，不僅工藝流程簡(jiǎn)單，而且較高水平的機(jī)械自動(dòng)化有效地節(jié)省了人工成本，提高了制造精度。工藝優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見表1。

表1 干法、濕法工藝特點(diǎn)對(duì)比

2 頂棚與周邊件的配合設(shè)計(jì)

2.1 頂棚與周邊件配合的搭接量設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)頂棚與周邊件配合的搭接量時(shí)，應(yīng)考慮頂棚和周邊件的制造精度、車身的制造精度及安裝精度，定義合適的搭接量，保證實(shí)物裝配時(shí)搭接配合合理及裝配后的外觀良好。相關(guān)配合搭接量建議值見表2，搭接配合示意如圖8所示。

表2 頂棚與部分相關(guān)件配合搭接量建議值

2.2 頂棚與周邊件的間隙配合

設(shè)計(jì)頂棚與周邊件配合的間隙時(shí)，除了需要考慮裝配和外觀以外，還需要考慮操作舒適性等人機(jī)工程方面的要求。如開啟遮陽(yáng)板時(shí)，遮陽(yáng)板與頂棚凸起間隙如果較小則影響手部操作舒適性，間隙較大則影響外觀效果；同樣，頂把手使用狀態(tài)時(shí)，握手部分與頂棚間隙如果較小則影響乘員操作舒適性。間隙配合示意如圖9所示，涉及的相關(guān)配合搭接量建議值見表3。

搭接量建議值/mm備注E1≥3考慮一般的頂棚制造精度和裝配公差E2≥2.5同上F≥10考慮開啟遮陽(yáng)板手部舒適性G≥35考慮使用扶手時(shí),舒適間隙

2.3 頂棚的安裝

一般的PP/PU玻纖板基材的頂棚安裝采用卡接固定和黏接固定兩種方式。卡接固定是利用明卡扣或者暗卡扣將頂棚固定在車身鈑金上，黏接固定是利用黏膠或者氈扣將頂棚固定在車身鈑金上。固定方式特點(diǎn)對(duì)比見表4。

表4 頂棚固定方式的比較

明卡扣卡接固定是大多數(shù)汽車所采用的頂棚固定方式，雖然明卡扣影響外觀，但是可以通過頂棚型面設(shè)計(jì)來優(yōu)化外觀，優(yōu)化方案如圖10所示。

如圖10所示，優(yōu)化前，頂棚與卡扣存在面差，影響外觀，且此結(jié)構(gòu)會(huì)造成乘客頭發(fā)被卡扣夾住，影響乘員對(duì)整車的主觀評(píng)價(jià)；優(yōu)化后，頂棚與卡扣的面差消失，且卡扣夾乘客頭發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)被避免掉。

3 頂棚的性能

頂棚是對(duì)乘客在車內(nèi)的視覺感受影響很大的外觀件，而除了良好的外觀，頂棚的其他性能同樣對(duì)乘客有著直接或間接的影響。

3.1 外觀

頂棚作為汽車內(nèi)飾中重要的外觀件，在一定程度上影響著消費(fèi)者購(gòu)買意愿，所以頂棚表面應(yīng)勻整、清潔、無凹陷、凸起、折痕、起皺、疵點(diǎn)、色斑、污斑等缺陷，切割邊、孔整潔、無毛刺,飾材與基材黏結(jié)完好；頂棚表面的顏色和花紋應(yīng)與經(jīng)規(guī)定程序批準(zhǔn)的色板或樣品一致。

3.2 揮發(fā)及氣味

隨著人們使用汽車的頻率越來越高，人們停留在車內(nèi)的時(shí)間越來越長(zhǎng)，車內(nèi)空氣質(zhì)量也越來越受到消費(fèi)者的關(guān)注和重視。車內(nèi)低劣的空氣質(zhì)量嚴(yán)重威脅著人們的健康。車內(nèi)空氣的氣味性直接引起乘客的抱怨，而車內(nèi)零部件揮發(fā)出來的有毒氣體更是影響著乘客的身體健康。

國(guó)家也相繼頒布了標(biāo)準(zhǔn)，如2004年7月14日，國(guó)家環(huán)保總局正式啟動(dòng)國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)《車內(nèi)空氣污染物濃度限值和測(cè)量方法》的制定工作，2007年12月發(fā)布，2008年3月1日實(shí)施HJ/400-2007《車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物和醛酮類物質(zhì)采樣測(cè)定方法》，2011年10月27日國(guó)家環(huán)保部和國(guó)家質(zhì)檢總局聯(lián)合發(fā)布了GB/T 27630《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指南》，對(duì)苯、甲苯、甲醛等8種車內(nèi)常見的揮發(fā)性有機(jī)物濃度設(shè)定了限值[3]。各大主機(jī)廠也專門針對(duì)車內(nèi)空氣質(zhì)量制定并試運(yùn)行了相關(guān)零部件的標(biāo)準(zhǔn)。

頂棚作為艙內(nèi)覆蓋面積較大的內(nèi)飾件，是車內(nèi)空氣質(zhì)量提升的重點(diǎn)關(guān)注件，設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該從選材和工藝等方面對(duì)其進(jìn)行要求。

3.3 其他性能

主要指頂棚材料的阻燃、強(qiáng)度、色牢度、抗靜電及耐老化等等。

頂棚材料的阻燃性非常重要，直接關(guān)系乘員的生命安全，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 8410中對(duì)內(nèi)飾材料的燃燒性能進(jìn)行了明確規(guī)定[4]。

頂棚的強(qiáng)度要求包括材料層之間的剝離強(qiáng)度。頂棚本身的彎曲強(qiáng)度、壓痕恢復(fù)率和耐磨損強(qiáng)度。頂棚強(qiáng)度不僅影響著頂棚及頂棚周邊件的安裝，還對(duì)車輛使用中頂內(nèi)飾的外觀、性能有著很大影響。

色牢度是指頂棚面料層顏色保持的能力，包括摩擦色牢和光照色牢，頂棚面料需進(jìn)行相應(yīng)的色牢試驗(yàn)，并用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行灰度等級(jí)評(píng)定。

頂棚老化是指頂棚經(jīng)過多次氣候交變可能產(chǎn)生的分層、鼓包、異味、變色等外觀缺陷。頂棚在使用過程中要保證在一定數(shù)量周期的氣候交變后仍不會(huì)老化,就必須進(jìn)行防靜電處理，把靜電減少到最低標(biāo)準(zhǔn)。在使用過程中，要求不得產(chǎn)生靜電作用，不允許產(chǎn)生起毛、起球、吸灰等現(xiàn)象。

4 結(jié)語(yǔ)

未來汽車的發(fā)展趨勢(shì)是輕量化和環(huán)保，汽車頂棚在追求外觀性和吸隔音的同時(shí)，頂棚材料更需要向高強(qiáng)度、低導(dǎo)熱系數(shù)、低克重、低揮發(fā)性、高回收利用率的環(huán)保型材料方向發(fā)展。PP材料具有較高的強(qiáng)度、可回收性、低VOC含量及環(huán)保性，是PU材料所欠缺的[5]，因此，PP材料得到更多汽車企業(yè)的青睞，PP玻纖板基材的頂棚應(yīng)用得越來越多。汽車未來的發(fā)展部不僅僅是電子電器的發(fā)展，同樣也是材料的發(fā)展。

【1】 劉靜波.汽車頂棚內(nèi)飾設(shè)計(jì)[J].汽車工藝與材料,2004(4): 15-17.

【2】 鄧琦嵐,龍祥愿.輕質(zhì)GMT在汽車頂棚中的應(yīng)用[J].北京汽車,2011(1): 33,34,38.

【3】 環(huán)境保護(hù)部科技標(biāo)準(zhǔn)司.GB/T 27630 乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)指南[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

【4】 全國(guó)汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB 8410-2006汽車內(nèi)飾材料的燃燒特性[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.

【5】 陶駿,楊丹,馬華躍,等.淺析輕質(zhì)GMT板在汽車內(nèi)飾板上的應(yīng)用[J].汽車工藝與材料,2009(9) :65,67.