汽車(chē)天窗與頂蓋匹配設(shè)計(jì)探析

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摘要：文章主要介紹了汽車(chē)天窗的種類、結(jié)構(gòu)及相關(guān)參數(shù)，重點(diǎn)論述了天窗布置需要考慮的因素及布置方法，并對(duì)天窗與頂蓋的配合設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，針對(duì)頂蓋天窗開(kāi)口翻邊和天窗加強(qiáng)框配合斷面形式做了詳細(xì)的介紹，為天窗與頂蓋的匹配設(shè)計(jì)提供了有價(jià)值的參考。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)；天窗；天窗加強(qiáng)框；頂蓋；匹配

前言

隨著人們生活水平的日益提高，我國(guó)汽車(chē)的保有量日益增加，人們不再滿足于汽車(chē)的代步功能，對(duì)汽車(chē)的舒適性提出了更高的要求。天窗作為汽車(chē)頂蓋上配置的一個(gè)開(kāi)口部件，一方面可以增加汽車(chē)內(nèi)部的采光性能，給乘員提供開(kāi)放感，另一方面在行駛過(guò)程中，打開(kāi)天窗，利用負(fù)壓換氣[1]，可以提高車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量，減少司機(jī)疲勞程度[2]?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，天窗越來(lái)越受到消費(fèi)者的青睞，各大主機(jī)廠在開(kāi)發(fā)新車(chē)時(shí)都會(huì)將天窗作為必選配置，同時(shí)開(kāi)發(fā)帶天窗和不帶天窗的高低配車(chē)型。本文主要介紹了天窗的布置選型及與頂蓋的匹配設(shè)計(jì)，為頂蓋及天窗的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供參考。

1天窗的分類

天窗按玻璃是否可活動(dòng)分為固定玻璃式天窗和活動(dòng)玻璃式天窗，固定玻璃式天窗常用在卡車(chē)及工程機(jī)械駕駛室頂蓋上，成本低廉，一些乘用車(chē)配置的全景天窗，采用整塊玻璃作為頂蓋，玻璃非活動(dòng)的；活動(dòng)玻璃式天窗在乘用車(chē)中應(yīng)用比較普遍，按玻璃的運(yùn)動(dòng)方式可分為傾斜式天窗、內(nèi)藏式天窗和外滑式天窗，如圖1所示[3]。傾斜式天窗的玻璃蓋后端可以以傾斜的方式打開(kāi)，保持室內(nèi)的通風(fēng)換氣。內(nèi)藏式天窗的玻璃蓋可以在頂蓋和頂棚之間滑動(dòng)，天窗開(kāi)啟時(shí)，玻璃蓋下沉然后向后滑動(dòng)，隱藏在頂蓋和頂棚之間，圖2所示。內(nèi)藏式天窗兼具傾斜式天窗的向上傾斜功能。玻璃蓋后端的上掀高度一般在40mm～50mm，玻璃開(kāi)啟行程約等于100%的玻璃寬度，天窗開(kāi)口大，外型簡(jiǎn)潔美觀。外滑式天窗的玻璃蓋具備傾斜式天窗的功能，天窗開(kāi)啟時(shí)，玻璃蓋后端向上傾斜，然后向后滑動(dòng)，開(kāi)啟后玻璃位于頂蓋之上，圖3所示。玻璃蓋后端的上掀高度一般在40mm～60mm，玻璃開(kāi)啟行程約等于60%的玻璃寬度，此類天窗具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，缺點(diǎn)是汽車(chē)行駛時(shí)，天窗玻璃位于頂蓋上方，風(fēng)噪較大，天窗玻璃有積水或積雪時(shí)，天窗開(kāi)啟會(huì)將雨雪傾入車(chē)內(nèi)。

2天窗的結(jié)構(gòu)及參數(shù)

天窗的結(jié)構(gòu)主要由玻璃蓋（玻璃總成）、框架總成、運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)總成、電機(jī)、遮陽(yáng)板、導(dǎo)流板、后排水槽等組成，框架總成由左右滑軌和前后橫梁構(gòu)成，滑軌一般由鋁合金輥壓成形，前橫梁一般為注塑件或模壓件，可以實(shí)現(xiàn)輕量化，減輕重量增加對(duì)頂蓋強(qiáng)度的要求，天窗結(jié)構(gòu)如圖4所示。玻璃蓋的運(yùn)動(dòng)主要靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)軟軸，軟軸帶動(dòng)滑動(dòng)機(jī)構(gòu)沿著左右滑軌運(yùn)動(dòng)，使玻璃蓋可以沿著框架的滑軌前后運(yùn)動(dòng)。電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置，其尺寸一般較大，為了不占用過(guò)多的頂棚空間，電機(jī)大多布置在天窗的前端，靠近頂棚閱讀燈的位置，借用閱讀燈本身占用的布置空間，實(shí)現(xiàn)電機(jī)部位頂棚的平滑過(guò)渡，避免頂棚突兀。導(dǎo)風(fēng)板在天窗開(kāi)啟時(shí)會(huì)彈起，防止車(chē)輛行駛時(shí)，氣流進(jìn)入車(chē)內(nèi)造成風(fēng)噪聲，導(dǎo)風(fēng)板與天窗玻璃是聯(lián)動(dòng)的，天窗關(guān)閉時(shí)可藏于車(chē)內(nèi)。遮陽(yáng)板和導(dǎo)風(fēng)板一樣與天窗玻璃是聯(lián)動(dòng)的，也可以手動(dòng)開(kāi)啟關(guān)閉，大型天窗的遮陽(yáng)板由電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行開(kāi)閉動(dòng)作。天窗裝配于頂蓋天窗加強(qiáng)環(huán)之上，然后裝配頂棚，圖5所示，頂蓋、天窗、頂棚Z向厚度一般在80mm左右，非天窗厚度值在30mm左右，前期造型時(shí)綜合考慮天窗版和非天窗版的頭部空間的目標(biāo)值，合理確定頂蓋的高度，避免造成天窗版頭部空間過(guò)低。圖6顯示了內(nèi)藏式天窗在整車(chē)中的Y向中間斷面，圖中標(biāo)注了天窗的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，L1為頂蓋的開(kāi)口尺寸，天窗玻璃的開(kāi)啟行程S通常小于頂蓋開(kāi)口尺寸，受頂棚的影響，頂部實(shí)際開(kāi)口為L(zhǎng)2，L3為遮陽(yáng)板開(kāi)啟至極限位置時(shí)，距頂棚前端開(kāi)口的距離，通常為室內(nèi)的實(shí)際開(kāi)口尺寸，L4為頂棚開(kāi)口尺寸。

3天窗與頂蓋的匹配

天窗布置時(shí)在Y向相對(duì)于整車(chē)居中放置，布置時(shí)主要是確定X向、Z向位置以及與XY平面的角度。天窗布置對(duì)汽車(chē)內(nèi)部空間影響比較大，布置時(shí)需要綜合考慮多方面的因素：（1）頭部空間；（2）頂蓋天窗開(kāi)口與前風(fēng)擋的距離；（3）天窗與周?chē)浜霞暮侠黹g隙，周?chē)浜霞伴喿x燈、頂蓋、天窗加強(qiáng)環(huán)、遮陽(yáng)板、天窗運(yùn)動(dòng)軌跡與頂蓋橫梁間隙、頂棚等。出于造型和沖壓工藝性的考慮，汽車(chē)頂蓋都存在一定傾角與弧度，天窗難以水平布置，與XY會(huì)存在一定夾角，布置時(shí)一般將角度控制在3度以內(nèi)，對(duì)于內(nèi)藏式天窗來(lái)說(shuō)，進(jìn)入天窗與頂蓋密封面的雨水會(huì)沿著天窗滑軌的排水槽排出車(chē)外，天窗傾斜角度太大會(huì)導(dǎo)致滑軌排水不暢，造成雨水溢入車(chē)內(nèi)。另外天窗需盡量與頂蓋平行布置，有利于減小天窗的占用空間，提高乘員頭部空間。頂蓋天窗開(kāi)口前端位置在天窗布置時(shí)，是比較重要的參數(shù)，一般盡可能靠前布置，增加前排乘客的主觀體驗(yàn)，但受天窗電機(jī)與頂蓋安全間隙、天窗前端與遮陽(yáng)板、閱讀燈等的安全間隙考慮，不可能太靠前布置，布置時(shí)L值一般在200mm左右，天窗與周邊件安全間隙10mm。天窗閉合時(shí)需要保證一定的密封性，在進(jìn)行天窗與頂蓋的匹配設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)天窗玻璃的尺寸合理確定頂蓋開(kāi)口尺寸，需要保證天窗玻璃密封條與頂蓋天窗開(kāi)口翻邊存在一定的壓縮量，壓縮量一般為1mm。頂蓋天窗開(kāi)口與天窗密封條的設(shè)計(jì)面差為0，密封條與玻璃高度差為1mm，如圖8所示。頂蓋天窗開(kāi)口翻邊作為天窗的密封面，表面的平整度光潔度要求較高，內(nèi)藏式天窗在開(kāi)啟過(guò)程中，密封條與開(kāi)口的翻邊滑動(dòng)摩擦，翻邊表面質(zhì)量差會(huì)導(dǎo)致密封條過(guò)早磨損和開(kāi)啟摩擦異音，一些車(chē)型為了減小天窗開(kāi)啟時(shí)的密封條摩擦，頂蓋開(kāi)口兩側(cè)呈“八”字形設(shè)計(jì)。天窗本身的重量和安裝，需要頂蓋具有足夠的強(qiáng)度和剛度，為天窗提供牢固的安裝點(diǎn)，避免天窗在車(chē)輛行駛時(shí)震顫，造成車(chē)身噪音。頂蓋的材料厚度一般為0.7mm～1mm，頂蓋天窗開(kāi)口處要焊接加強(qiáng)板，加強(qiáng)板為天窗提供安裝點(diǎn)，增強(qiáng)頂蓋開(kāi)口的剛度。頂蓋天窗加強(qiáng)框的結(jié)構(gòu)有分段式和整體式兩種，分段式采用分段沖壓成形后焊接，整體式直接沖壓成形，如圖9、圖10所示。無(wú)論分段式或整體式天窗加強(qiáng)框，天窗的安裝和定位是一致的，在加強(qiáng)框上焊接定位銷定位，焊接螺栓或螺母用于天窗的安裝。天窗加強(qiáng)框與頂蓋的配合斷面如圖11所示，A-A/B-B斷面可采用（1）（2）（3）（4）所示結(jié)構(gòu)形式，頂蓋翻邊與加強(qiáng)框點(diǎn)焊連接，與密封條接觸部位的翻邊避免點(diǎn)焊，密封面保證8mm寬，避免密封不良。C-C斷面可用（4）（5）（6）所示斷面形式，（4）斷面采用包邊結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，頂蓋與天窗匹配的精度容易保證，缺點(diǎn)是包邊專機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投入成本較高，適用于中高端車(chē)型，（5）（6）斷面采用結(jié)構(gòu)膠粘接頂蓋和加強(qiáng)框，頂蓋翻邊平面部位高度8mm左右，加強(qiáng)框與天窗軌跡的安全間隙至少6mm，避免天窗開(kāi)啟時(shí)車(chē)輛振動(dòng)造成天窗與加強(qiáng)框干涉。天窗加強(qiáng)框與頂蓋天窗開(kāi)口翻邊焊接部位貼合，非焊接部位建議保持2mm的間隙，目的是保證翻遍部位的平面度，如圖12所示。焊點(diǎn)距離45～55mm，焊點(diǎn)盡量避開(kāi)密封條能接觸的部位。天窗加強(qiáng)框與側(cè)圍對(duì)搭接方式有三種[4]，一種是天窗加強(qiáng)框和側(cè)圍焊接；一種是側(cè)圍伸出搭接邊，加強(qiáng)框與側(cè)圍搭接處打膠連接；一種是加強(qiáng)框焊接螺柱或螺母，增加過(guò)渡支架與側(cè)圍連接，如圖13所示。

4總結(jié)

天窗作為汽車(chē)的一個(gè)重要配置，不僅影響整車(chē)的外觀性能，還影響車(chē)內(nèi)乘員的體驗(yàn)，其布置會(huì)犧牲車(chē)內(nèi)乘員部分頭部空間，在與頂蓋的布置匹配時(shí)需要綜合考慮諸多因素，盡可能將不利因素降至最低，最大發(fā)揮天窗的效能，提升整車(chē)外觀，帶來(lái)良好的用戶體驗(yàn)。本文介紹的天窗與頂蓋的匹配技術(shù)要求和方法，可提供有價(jià)值的參考。

作者:莊京彪 王軍麗 單位:三一重機(jī)有限公司 南京智造力知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司