乘用車天窗加強(qiáng)框結(jié)構(gòu)的優(yōu)化研究

熊 志 尋 璋

（珠海市瑪斯特五金塑料制品有限公司，珠海 519000）

天窗是大多數(shù)汽車中一個普遍的設(shè)計，隨著外資及合資品牌的汽車逐漸進(jìn)入中國市場，汽車制造企業(yè)間的競爭越來越激烈。這使得汽車中天窗的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求不斷提升，不僅要保證它具有良好的功能，還要確保它的美觀。

1 天窗、車身、頂蓋介紹

1.1 汽車天窗類別

根據(jù)定崗尺寸和頂蓋形式，汽車天窗可以分為單天窗、雙天窗、全景天窗三類，如圖1所示。常見的天窗開啟方式也可分為三類，即內(nèi)藏式、外滑式和內(nèi)藏外翻式。

圖1 天窗分類

1.1.1 單天窗

單天窗最大的特點是占蓋比例小，多數(shù)布置位置位于前排座椅正上側(cè)。單天窗通常應(yīng)用的車型為SUV、MPV和各類轎車，其中MPV車型的單天窗與其他車型有所差異，通查設(shè)置在第二排座椅的正上方。

1.1.2 雙天窗

雙天窗多數(shù)應(yīng)用于MPV車型，即在MPV車頂蓋處布置兩個單天窗，布置方式為一前一后，前天窗布置在前排座椅上方，后天窗布置在第二個座椅上方。

1.1.3 全景天窗

全景天窗通常會占汽車頂蓋尺寸的2/3，甚至一些車型會將整個頂蓋都設(shè)置為玻璃頂蓋。

1.2 單天窗類車型車身及頂蓋組成

采用單天窗的車型，從外觀來講，其頂蓋通常包括天窗總成和頂蓋鈑金。圖2顯示的是頂蓋鈑金，其組成部件有外板、頂蓋前橫梁、頂蓋加強(qiáng)橫梁、頂蓋尾橫梁、天窗加強(qiáng)梁等。其中，天窗加強(qiáng)梁為核心部件，它對天窗起到了安裝和承載的作用。

2 天窗加強(qiáng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

2.1 頂蓋開口優(yōu)化方案

頂蓋鈑金開口的尺寸，通常以天窗的尺寸大小作為依據(jù)，其設(shè)計原則為頂蓋鈑金開口須滿足天窗的密封性能，確保在開啟/關(guān)閉天窗過程中不會出現(xiàn)刮擦密封膠條現(xiàn)象，進(jìn)而造成天窗接口處出現(xiàn)縫隙，導(dǎo)致天窗漏水。在圍繞鈑金進(jìn)行細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計期間，設(shè)計師主要關(guān)注頂蓋的以下幾處位置及其尺寸，如圖3、圖4所示。

圖2 應(yīng)用單天窗車型的頂蓋結(jié)構(gòu)

圖3 汽車頂蓋開口結(jié)構(gòu)優(yōu)化（一）

圖4 汽車頂蓋開口結(jié)構(gòu)優(yōu)化（二）

圖3 中斷面A尺寸，即a1為汽車天窗膠條的密封面，以天窗膠條的設(shè)計要求為依據(jù)，a2尺寸通常設(shè)計值為2mm，以有效減小天窗運(yùn)動期間鈑金對膠條的刮擦。此外，尺寸a3的值通常會設(shè)置為2mm，其目的是為了保證天窗處于開啟狀態(tài)時外觀的美觀程度。

圖3中斷面B為頂蓋轉(zhuǎn)角的位置，因為頂蓋沖壓帶來的限制，因此轉(zhuǎn)角處無法采用與斷面A相同的設(shè)計形式，在對尺寸b進(jìn)行設(shè)計時，不僅要保證膠條的密封程度，還要保證其在天窗運(yùn)動期間不會與鈑金形成刮擦現(xiàn)象?？紤]到?jīng)_壓成型要求，通常情況下轉(zhuǎn)角尺寸設(shè)計為15mm。

在內(nèi)藏式天窗開啟過程中，天窗從前向后運(yùn)動，因此斷面C不能采用斷面B的設(shè)計形式，從圖4可以看出，以滿足天窗固有密封面的尺寸要求為基礎(chǔ)，同時需要對鈑金止口部位設(shè)計翻邊，對于翻邊的要求為：翻遍長度、角度（c1、c2）以天窗運(yùn)動包絡(luò)為依據(jù)，通常情況下參考尺寸為：長度2.5～4mm，角度117°～140°；設(shè)計c3尺寸時，在滿足天窗運(yùn)動包絡(luò)含有足夠的間隙基礎(chǔ)上，保證將加強(qiáng)版遮擋，進(jìn)而確保開啟天窗后鈑金外觀的美觀程度。

圖4中所示的斷面D為頂蓋開口后方，通常情況對其采用包邊結(jié)構(gòu)，對其進(jìn)行設(shè)計時，需要在滿足運(yùn)動包絡(luò)間隙、滿足膠條密封面尺寸的基礎(chǔ)上，以制造廠商對包邊機(jī)構(gòu)的要求為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計，其市面上較為成熟的結(jié)構(gòu)為：d1/d2/d3/d4=10.5mm/2mm/50°/2mm，此外，要求R1/R2/R3的半徑≥2mm。

2.2 前橫梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

頂蓋前橫梁通常設(shè)置在前頂燈位置，電機(jī)設(shè)置在天窗前方位置，在對前橫梁設(shè)計期間，除了要滿足車身性能，還需重點對頂蓋前梁與天窗之間的設(shè)計間隙進(jìn)行確認(rèn)，要求最小間隙不得小于10mm，圖5為前橫梁與天窗電機(jī)間隙示意圖。

圖5 前橫梁與天窗電機(jī)間隙示意圖

2.2.1 側(cè)圍與加強(qiáng)框連接形式

天窗加強(qiáng)框與天窗側(cè)圍通過支腳結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，通常連接支腳布置在加強(qiáng)框的前方與后方，其主要可分為三種支腳形式，即整體式、分體式和綜合式，如表1所示。

整體式是指加強(qiáng)框自帶連接支腳的形式，具有精度高、強(qiáng)度好的特性，但是其材料利用率較低；分體式事指加強(qiáng)框利用連接支架連接側(cè)圍，與整體式相比，分體式精度、強(qiáng)度都略差，但具備較高的材料利用率；綜合式是指加強(qiáng)框后側(cè)自帶連接支腳，前方利用支架與側(cè)圍進(jìn)行連接。

表1 加強(qiáng)框支腳形式

2.2.2 加強(qiáng)框關(guān)鍵尺寸優(yōu)化方案

在對加強(qiáng)框的關(guān)鍵尺寸進(jìn)行設(shè)計時，需要以天窗總成的尺寸大小、總成重量、材料的利用率等一系列綜合條件作為依據(jù)，如圖6所示。根據(jù)市場上成熟產(chǎn)品的調(diào)研結(jié)果，加強(qiáng)框關(guān)鍵尺寸的設(shè)計可參考表2的數(shù)據(jù)。

圖6 加強(qiáng)框關(guān)鍵尺寸設(shè)計

表2 市場成熟加強(qiáng)框尺寸參數(shù)

2.2.3 運(yùn)動校核

對天窗的運(yùn)動校核，即對運(yùn)動包絡(luò)、頂蓋鈑金之間的間隙進(jìn)行運(yùn)動校核，通常要求其不得小于10mm，若設(shè)置不合理的間隙，則會影響天窗開啟/關(guān)閉功能的正常使用。

3 結(jié)語

隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，人們對汽車配置的要求日益增高，汽車天窗的合理配置直接決定著汽車產(chǎn)品的用戶體驗度。因此，汽車廠家為迎合消費(fèi)者對體驗度的要求，就須不斷優(yōu)化汽車生產(chǎn)工藝，在確保質(zhì)量的同時滿足外觀精細(xì)的要求。

[1]劉文章，何景武.機(jī)身加強(qiáng)框結(jié)構(gòu)剛度優(yōu)化設(shè)計研究[J].強(qiáng)度與環(huán)境，2014，（4）：41-47.

[2]蔣振宇.結(jié)構(gòu)優(yōu)化在汽車天窗設(shè)計中的應(yīng)用[J].汽車實用技術(shù)，2017，（5）：7-9.