單天窗類型的車身頂蓋鈑金結構設計

張羽，劉峰，黃維

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

汽車天窗安裝于車頂，能夠有效地使車內空氣流通，增加新鮮空氣的進入，同時汽車車窗也可以開闊視野以及移動攝影攝像的拍攝需求，越來越多的被消費者所需求，天窗也作為各個汽車制造商基本配置之一。為匹配天窗的配置，白車身頂蓋的鈑金結構設計是非常重要，不僅要具備承載天窗安裝及強度，保證天窗開閉的正常功能，還要滿足天窗部位整車的密封。

1 單天窗類型的車身頂蓋介紹

1.1 天窗的分類

汽車天窗按較頂蓋的尺寸及形式可分為：單天窗，占頂蓋比例較小，一般布置于前排座椅正上方，一般應用于轎車、SUV車型，MPV車型一般布置在二排座椅上方；雙天窗，MPV車型應用居多，即頂蓋上布置兩個類型的單天窗，前一個布置在第一排座椅上方，第二個布置在第二排座椅上方；全景天窗，占頂蓋尺寸2/3以上甚至是整塊玻璃的車頂；如圖1所示。若按天窗的開啟方式可分為外滑式、內藏式、內藏外翻式等。目前內藏式被應用較廣泛，故本文主要介紹內藏式的單天窗類型的頂蓋鈑金結構設計。

圖1 天窗的類型

1.2 單天窗類型的車身頂蓋組成

單天窗類型的頂蓋組成從外觀上一般由頂蓋鈑金總成與天窗總成組成，頂蓋鈑金總成（如圖2所示）包含：1）、頂蓋外板；2）頂蓋前橫梁；3）天窗加強框；4）頂蓋加強橫梁及尾橫梁；其中天窗加強框為天窗提供安裝、承載，是單天窗類型頂蓋鈑金結構設計的關鍵部件。

圖2 單天窗類型的車身頂蓋組成部分

2 單天窗類型的頂蓋鈑金結構設計

2.1 頂蓋開口處結構設計

頂蓋鈑金的開口尺寸由天窗的尺寸決定，開口的周邊結構設計需要滿足天窗的密封、避免天窗開閉過程中刮擦天窗密封膠條，造成天窗漏水等質量問題，反饋到鈑金的細節結構設計上主要關注以下幾個關鍵部位及尺寸，如圖3、4所示。

圖3 頂蓋開口處結構設計（一）

斷面A所示的尺寸a1為天窗膠條的密封面，根據天窗膠條的要求設計；尺寸a2為保證天窗運動時減小鈑金對膠條的摩擦，此尺寸一般設計為 2mm；為了保證天窗開啟后外觀美觀，a3的尺寸一般設計為2mm。

斷面B所示位置為轉角，因沖壓限制，此處結構無法設計成斷面A形式，所以尺寸b的設計不僅要保證膠條的密封面而且要保證天窗運動時鈑金止口不能刮擦膠條，并考慮沖壓成形性要求，此尺寸一般設計為15mm。

圖4 頂蓋開口處結構設計（二）

因內藏式的天窗在開啟時，天窗向后運動，所以斷面 C的設計要區別于斷面 B，如圖四所示，在保證天窗固有的密封面尺寸要求前提下，鈑金止口處要設計翻邊，翻邊的長度c1與角度c2要根據天窗的運動包絡進行設計，參考尺寸：c1=2.5～4mm、c2=117°～140°。c3的尺寸設計要保證與天窗運動包絡足夠間隙的前提下，遮擋住加強板保證天窗開啟后的鈑金外觀。

斷面D為頂蓋開口后部，一般采用包邊結構，滿足天窗膠條密封面尺寸及與天窗運動包絡間隙要求的前提下根據制造廠包邊機構要求進行結構設計。在此推薦一款成熟結構尺寸：d1=10.5mm、d2=2mm、d3=50°、d4=2mm、R1、R2、R3 半徑最小為2mm。

2.2 頂蓋前橫梁結構設計

天窗的開閉控制機構一般與前頂燈，天窗的電機一般布置在天窗的前部，在滿足白車身整體性能設計前橫梁的界面尺寸時，重點確認天窗電機與頂蓋前橫梁的設計間隙，最小間隙需滿足≥10mm，如圖5所示。

圖5 天窗電機與頂蓋前橫梁間隙設計

2.3 天窗加強框結構設計

2.3.1 天窗加強框與側圍的連接的結構形式

通過市場上調研，天窗加強框與側圍通過支腳的結構連接，天窗加強框的連接支腳一般布置在天窗加強框的前后部位，主要分為3種：整體式，天窗加強框自帶連接支腳，此形式強度好、精度高，但材料利用率低；分體式，天窗加強框通過連接支架與側圍連接，此形式較整體式強度精度略差，但材料利用率較高；綜合式，即前部通過支架連接，后部為天窗自帶連接支腳。詳見表1。

表1 天窗加強框支腳的結構形式

2.3.2 天窗加強框的關鍵尺寸設計

通過前面斷面知，天窗加強框的與頂蓋的連接形式為前部與兩側在頂蓋開口翻邊處焊接，后部采用包邊；與頂蓋的本體面采用隔振膠的連接方式。天窗加強框的關鍵尺寸設計要根據天窗總成的大小、重量及自身的材料利用率等綜合約束條件決定，通過市場上部分成熟車型的調研，天窗加強框的相關關鍵尺寸見圖6與表2，可供設計時參考。

圖6 天窗加強框的關鍵尺寸示意

2.4 天窗運動校核

天窗鈑金初步設計完成后，必須進行天窗的運動干涉校核即通過頂蓋鈑金與天窗運動包絡進行間隙檢查，一般設計上要求安全間隙≥10mm。此為設計過程最關鍵的檢查項，否則會導致天窗無法正常開啟。

表2 部分車型的天窗加強框相關尺寸參數

3 結論

因單天窗類型的頂蓋鈑金結構除了與天窗匹配部位的周邊鈑金結構同無天窗的頂蓋鈑金結構不同外，其余部位設計要點基本一致，故本文主要針對匹配內藏式單天窗類型的頂蓋鈑金包括頂蓋開口部位的結構、頂蓋加強框的關鍵尺寸等關鍵結構及參數進行闡述，供行業內相關設計人員進行參考借鑒。