汽車(chē)頂棚概論與設(shè)計(jì)

孫大鵬，黃千千

（1.福特汽車(chē)工程研究南京有限公司，江蘇 南京 211100；2.南京交通技師學(xué)院，江蘇 南京 210049）

引言

汽車(chē)頂棚，英文名：Headliner。 指在車(chē)身頂蓋鈑金下面加裝的內(nèi)飾件，其作用除提高車(chē)內(nèi)裝飾性外，還起到隔音、吸音、隔熱的作用。頂棚集成有車(chē)頂控制臺(tái)、遮陽(yáng)板、把手、空調(diào)風(fēng)道、線束、頭部吸能塊、隔音隔熱塊、閱讀燈及相關(guān)電子設(shè)備，頂棚的設(shè)計(jì)與制造是整車(chē)的重要一環(huán)。

1 頂棚分類(lèi)和材料

軟式頂棚的基材為單層或復(fù)合材質(zhì)。與車(chē)身的連接方式為膠粘式。復(fù)合材質(zhì)為PVC、無(wú)紡布、針織面料、發(fā)泡海綿等。優(yōu)點(diǎn)是重量輕、成本低、觸感柔軟，缺點(diǎn)是安裝困難、對(duì)尺寸匹配要求高、變形量大、NVH性能差，不利于大規(guī)模批量化生產(chǎn)線的節(jié)拍安裝。

模壓成型頂棚為復(fù)合材料，由無(wú)紡布和基材組成。將復(fù)合板材放入金屬模具中加熱、擠壓、保型。具備較好的剛度和韌性，尺寸變形量相較于軟式頂棚小，裝配精度控制好，造型效果美觀、上檔次，有很好的隔熱、隔音特性。

成型頂棚由表皮和基材組成。表皮材料有：PVC膜、針織布、無(wú)紡布復(fù)合海綿；基材由 PP+玻纖、PF(酚醛樹(shù)脂)、瓦楞紙、再生纖維、PU復(fù)合板材復(fù)合而成，此類(lèi)材料尺寸穩(wěn)定性好、抗變形力高、隔熱隔音效果好，多數(shù)材料可回收利用。

2 頂棚成型、加工和安裝

頂棚本體的成型采用模壓成型，將板材放入金屬（或樹(shù)脂）陰陽(yáng)模具中，經(jīng)過(guò)加熱、加壓固化成型。

頂棚輪廓和開(kāi)孔的成型：高壓水切割或模切（模具帶有銃頭）。具備工藝簡(jiǎn)單、修改靈活、成本低廉的特點(diǎn)，但切割精度差導(dǎo)致尺寸控制差、容易產(chǎn)生毛邊等。模切割是在模具上預(yù)置刀頭，在頂棚模壓成型的同時(shí)開(kāi)孔完成切割，其定位準(zhǔn)確，誤差小，但調(diào)整成本高，通常作為頂棚安裝的基準(zhǔn)孔位來(lái)設(shè)計(jì)，面和線的輪廓度控制在±1.5mm。

頂棚固定點(diǎn)安裝分布在頂棚四周的把手、遮陽(yáng)板、中央控制器、車(chē)頂燈。如果沒(méi)有后頂燈，需2-3個(gè)塑料卡扣、尼龍搭扣、磁鐵實(shí)現(xiàn)自身固定。裝配順序?yàn)椋?.后部固定點(diǎn)＞2.遮陽(yáng)板安裝點(diǎn)＞3.頂燈安裝點(diǎn)＞4.門(mén)洞密封條＞5.乘客把手＞6.內(nèi)飾護(hù)板。后部或遮陽(yáng)板安裝點(diǎn)為安裝基準(zhǔn)點(diǎn)。

3 頂棚主要性能和實(shí)驗(yàn)要求

頂棚主要作用就是隔聲隔熱。噪音的來(lái)源主要分為內(nèi)部噪音和外部噪音：內(nèi)部噪源來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱。外部來(lái)自車(chē)外的風(fēng)噪、噪音源的傳遞。減少鋼板的自身振動(dòng)，在汽車(chē)頂蓋鈑金背面粘貼止振墊，一般為瀝青墊（有氣味）或者丁基橡膠墊。噪音衰減一般在頂棚背面貼有吸音棉、發(fā)泡海綿塊、再生毛氈等。頂棚需要做以下實(shí)驗(yàn)：燃燒性能，耐光色牢度，氣味；外觀方面有面料剝離強(qiáng)度、耐水解性、壓痕恢復(fù)、尺寸穩(wěn)定性、下垂量和霉變實(shí)驗(yàn)等。

4 頂棚關(guān)鍵斷面定義

汽車(chē)頂棚在設(shè)計(jì)初期就需要做出各個(gè)關(guān)鍵位置的斷面。用來(lái)布置相關(guān)的周邊件并且滿足相應(yīng)法規(guī)和車(chē)內(nèi)乘員的空間需求，斷面也是造型設(shè)計(jì)師的重要參考線。包括：

1.遮陽(yáng)板安裝點(diǎn)、2.后擋風(fēng)玻璃處、3.側(cè)氣簾X向剖面處、4.把手掛鉤處、5.天窗開(kāi)口處、6.頂棚與立柱裝飾板的配合、7.側(cè)氣簾發(fā)生器處等。

4.1 遮陽(yáng)板安裝點(diǎn)處

此處安裝底座與頂棚通常需要設(shè)定1.5mm的咬合量，與頂棚開(kāi)口通常留有 6mm的重疊量，此處頂棚的厚度一般為8mm，遮陽(yáng)板前端與頂棚留有 4mm的間隙，后端與頂棚留有15mm*15mm的手指間隙（非手指區(qū)域?yàn)?mm），且遮陽(yáng)板與頂棚有1.5mm的干涉量。頂棚前端料厚5mm，與前擋風(fēng)玻璃間隙 4mm，與前頂蓋鈑金前端間隙 5mm，前擋玻璃黑色遮擋膜須超出頂棚前端 10mm。頂棚前段最低位置高于駕駛員上視野線，遮陽(yáng)板垂直放下應(yīng)處于駕駛員正前視野區(qū)域內(nèi)。另外，頂棚和中央控制面板的壓邊量為1.5mm，重疊量為6mm，兩者搭接的周邊一圈至少保證4mm 的平整量，如圖1所示。

圖1 頂棚遮陽(yáng)板安裝點(diǎn)處Y0典型斷面

4.2 后擋風(fēng)玻璃處

此處頂棚與頂蓋的最小間隙為7mm，與后排橫梁鈑金最小間隙為 4mm，與后玻璃間隙為 4mm，頂棚尾部（厚度為5mm）翻邊與Z向最小夾角為10°，尾部的頂棚下限應(yīng)該高于后視線（內(nèi)后視鏡），頭部空間須要滿足假人頭部的包絡(luò)要求，如圖2所示。

圖2 頂棚后擋風(fēng)玻璃處Y0典型斷面

4.3 側(cè)氣簾X向剖面處

頭頂處頂棚厚度為 8mm，頂棚與車(chē)頂鈑金的最小間隙15mm，側(cè)氣簾(直徑35mm)與頂棚最小間隙6mm。頂棚邊緣需要插入密封條5mm，且頂棚端口距離密封條凹槽底部留有1mm間隙，密封條的唇邊和頂棚的搭接部位干涉量2.5mm，如圖3所示。把手衣帽鉤開(kāi)口處和頂棚間最小間距18mm，把手底座和頂棚干涉量1.5mm，壓邊量6mm。頂棚和氣囊模塊的距離不能太大，否則氣囊爆破時(shí)可能會(huì)偏向別的方向，降低氣囊的保護(hù)效果。安裝點(diǎn)的布置要分布在邊緣，容易產(chǎn)生撕裂線，使氣囊順利爆破出。氣囊撕裂線部分的厚度比正常位置一般要減薄30%。和護(hù)板的配合不應(yīng)太緊密，為了保證頂棚在氣囊爆破時(shí)能順利讓開(kāi)，可以把頂棚 邊緣做成齒形。頂棚和密封條搭接的區(qū)域，為實(shí)現(xiàn)裝配效果，頂棚翻邊做局部減薄處理，料厚由7mm過(guò)渡到5mm。

圖3 頂棚側(cè)氣簾X向剖面典型斷面

4.4 天窗開(kāi)口處

天窗開(kāi)口處壓邊的鈑金距離頂棚預(yù)留 1.5mm的間隙用來(lái)涂膠，頂棚翻邊頂端高出鈑金頂端10mm間距，用來(lái)防止鈑金外露影響視覺(jué)效果；頂棚頂端離玻璃天窗留有 3mm間隙，翻邊與Z 向夾角為70°±5°，翻邊長(zhǎng)度最短為18mm 且翻邊不能騎到翻邊的倒角（半徑≥8mm）上，翻邊轉(zhuǎn)折倒角≥5mm，如圖4所示。

圖4 頂棚天窗開(kāi)口典型斷面

4.5 頂棚與立柱裝飾板的配合

頂棚和立柱裝飾件的匹配關(guān)系到乘客對(duì)整車(chē)品質(zhì)的直接感受，頂棚為軟質(zhì)材料，立柱裝飾件為硬塑料件，為了達(dá)到良好的工藝匹配，兩者之間通常做一些細(xì)節(jié)處理來(lái)實(shí)現(xiàn)良好的裝配效果。頂棚上做出凹形臺(tái)階，護(hù)板搭接邊緣需要做局部減薄處理以消除裝配后的臺(tái)階差。立柱裝飾板壓頂棚干涉值為0.8mm～1.2mm，同時(shí)蓋住頂棚的長(zhǎng)度≥8mm。

5 結(jié)語(yǔ)

汽車(chē)頂棚已經(jīng)發(fā)展成高度模塊化的系統(tǒng)，各種功能模塊都集成在頂棚上，包括娛樂(lè)、安全、隔音隔熱等等，頂棚系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要充分考慮布置、人機(jī)工程、頭部空間、安全碰撞、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、工藝美觀等因素，在設(shè)計(jì)初期需要通過(guò)斷面布置、法規(guī)校核來(lái)規(guī)范。本文僅給頂棚工程師們提供設(shè)計(jì)參考，需要在汽車(chē)設(shè)計(jì)實(shí)踐中不斷地學(xué)習(xí)、積累、總結(jié)。

[1] 周強(qiáng),成薇.汽車(chē)內(nèi)飾模具結(jié)構(gòu)及工藝概論[M].北京：人民交通出版社, 2014.10：110-117.

[2] 泛亞內(nèi)飾教材編寫(xiě)組.汽車(chē)內(nèi)飾設(shè)計(jì)概論（第二版）[M].北京：人民交通出版社, 2012.1：127-131.