內(nèi)裝式全景天窗設(shè)計(jì)方法

左志軍等

摘要：本文介紹了內(nèi)裝式全景天窗設(shè)計(jì)方法，包括開發(fā)流程、設(shè)計(jì)方案選擇、外形尺寸匹配、位置和曲率匹配設(shè)計(jì)、頭部空間設(shè)計(jì)，與車身接口的設(shè)計(jì)幾部分，為新車型內(nèi)裝式全景天窗的設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)，也為全景天窗模塊化應(yīng)用提供了前提條件。

關(guān)鍵詞：內(nèi)裝式；全景天窗；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U463 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-2550（2018）01-0024-05

前言

內(nèi)裝式全景天窗指由車身內(nèi)部從下方向上方裝的天窗，天窗環(huán)境件為加強(qiáng)環(huán)、頂蓋和天窗密封條、頂棚。內(nèi)裝式天窗對(duì)頂蓋和加強(qiáng)環(huán)安裝界面的尺寸公差要求，相對(duì)外裝式全景天窗要低，且易于與頂蓋匹配。為提高神龍公司第一款SUV車型T88的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，在T88 2014/2015年型上導(dǎo)入內(nèi)裝式可開啟全景天窗，并順利實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

T88全景天窗是神龍公司第一款內(nèi)裝式可開啟全景天窗，也是東風(fēng)公司第一款。由T88全景天窗開發(fā)總結(jié)出的內(nèi)裝式全景天窗設(shè)計(jì)方法，為神龍公司P84等后續(xù)項(xiàng)目提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒和參照，也為A88C等車型的全景天窗模塊化應(yīng)用降成本提供了前提條件。

1內(nèi)裝式全景天窗設(shè)計(jì)開發(fā)流程

根據(jù)神龍公司車型開發(fā)要求，依據(jù)神龍公司的項(xiàng)目管理流程和全景天窗設(shè)計(jì)開發(fā)的特點(diǎn)，制定了內(nèi)裝式全景天窗完整的設(shè)計(jì)開發(fā)流程，如圖1。

2內(nèi)裝式全景天窗設(shè)計(jì)方案選擇

根據(jù)整車造型、車型市場(chǎng)定位、環(huán)境件的局限性以及經(jīng)濟(jì)性等限制條件，內(nèi)裝式全景天窗可做如下控制方式和部件的選擇。

2.1全景天窗控制方式

根據(jù)市場(chǎng)需求和整車架構(gòu)的限制，全景天窗玻璃和遮陽簾可以選擇如下功能：玻璃帶防夾功能、玻璃帶中控功能、遮陽簾帶防夾功能、遮陽簾帶中控功能、遮陽簾與玻璃帶邏輯關(guān)系。其中，玻璃防夾為法規(guī)GB11552/2009要求，全景天窗必須具備該功能。邏輯關(guān)系指玻璃和遮陽簾的以下功能：

（1）前玻璃在全關(guān)和起翹位置之前運(yùn)動(dòng)時(shí)，卷陽簾保持靜止。

（2）前玻璃由起翹位置滑動(dòng)開啟，遮陽簾同方向卷收，有延時(shí)。但如果遮陽簾開口本來就大于玻璃，則遮陽簾保持靜止，直到前玻璃運(yùn)動(dòng)到開口與遮陽簾相同的前一刻，遮陽簾開始卷收。

（3）使用點(diǎn)動(dòng)/一鍵或旋鈕功能，前玻璃滑動(dòng)停止時(shí)，遮陽簾也隨之停止，但遮陽簾開口始終大于玻璃開口。可通過單獨(dú)的翹板式開關(guān)控制遮陽簾到最大卷收位置。

（4）前玻璃滑動(dòng)關(guān)閉時(shí)，遮陽簾不隨之關(guān)閉。遮陽簾的關(guān)閉可通過單獨(dú)的翹板式開關(guān)控制。

2.2全景天窗玻璃和簾布的選擇

內(nèi)裝式全景天窗玻璃和簾布影響到全景天窗的造型風(fēng)格、整車性能等，因此，二者的選擇尤為重要。

2.2.1玻璃的選擇

全景天窗通常玻璃面積較大，因此，玻璃的選擇很大程度上影響到光照進(jìn)入車內(nèi)的能量，進(jìn)而影響到乘客的舒適度。內(nèi)裝式全景天窗通常為鋼化玻璃，一般用灰玻來提高玻璃的隔熱性能，目前常用的有兩種：圣戈班的Venus VG10和福耀的FG10，厚度4mm，TE值均能達(dá)到<11%。Venus VG10在AUDI A6L、VolvoS60和AUDI 03等車型上廣泛應(yīng)用，但需要進(jìn)口。FG10目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少，幾乎只有AUDI Q5一款車型的全景天窗在應(yīng)用，但有成本優(yōu)勢(shì)。

2.2.2簾布的選擇

內(nèi)裝式全景天窗，如果玻璃與遮陽簾無邏輯關(guān)系，為避免在玻璃開啟而遮陽簾遮蔽狀態(tài)下、高速下遮陽簾抖動(dòng)，只能選擇遮光率小于94%的簾布。如果玻璃與遮陽簾有邏輯關(guān)系，遮陽簾遮光率可任意選擇。遮陽簾顏色紋理風(fēng)格與頂棚、A柱和C柱裝飾板一致。

3內(nèi)裝式全景天窗外形尺寸的匹配

對(duì)市場(chǎng)銷售而言，當(dāng)然是天窗玻璃越大越有競(jìng)爭(zhēng)力。但對(duì)布置方案來講，為了兼顧各方面的影響，只存在一個(gè)合適的尺寸范圍。

另外，對(duì)天窗生產(chǎn)廠家而言，從成本和收益的角度出發(fā)，天窗的外形尺寸必然是系列化的，而不是為每一款車完全定制一個(gè)最合適的尺寸，這對(duì)主機(jī)廠來講也降低了采購成本。

3.1天窗總長(zhǎng)度

一般情況下應(yīng)滿足如下條件，見表1。

其中，D_B為Y0處頂蓋前后橫梁之間的X向距離，L_S為天窗總長(zhǎng)度。

3.2全景天窗總寬度

全景天窗總寬度主要受兩側(cè)側(cè)圍總成之間的空間距離限制，在項(xiàng)目前期階段數(shù)據(jù)不完整或未固化凍結(jié)的狀態(tài)下，可用頂蓋寬度來代替判斷。一般情況下應(yīng)滿足如下條件，見表2：

其中，W_RMIN為頂蓋最小寬度，W_S為全景天窗總寬度。

3.3玻璃尺寸

對(duì)全景天窗而言，在天窗總成的長(zhǎng)度和寬度滿足要求的前提下，當(dāng)然是盡量使得玻璃尺寸更大，特別是X向尺寸可選擇的范圍比較大，同時(shí)可活動(dòng)的前玻璃尺寸要優(yōu)先保證更大尺寸。

玻璃尺寸的選擇，往往還需要與競(jìng)品車進(jìn)行對(duì)比，其中還要包括可開啟尺寸、內(nèi)部透視尺寸等。

4內(nèi)裝式全景天窗位置及曲率匹配設(shè)計(jì)

全景天窗數(shù)據(jù)往往并不在要適配車型的整車坐標(biāo)系下，需要通過多次平移和旋轉(zhuǎn)來調(diào)整天窗姿態(tài)，使得天窗在一個(gè)恰當(dāng)?shù)奈恢谩?/p>

由于全景天窗玻璃在任意的車型中，必然是相對(duì)XZ平面嚴(yán)格鏡像對(duì)稱，這樣對(duì)于全景天窗的6個(gè)自由度X，X，Y，Y，Z，Z，其中的X，Y，Z是不需要調(diào)整的，只需要來確定剩下的X，Y，Z三個(gè)調(diào)整量。

4.1全景天窗在整車上的位置

在全景天窗的尺寸確定之后，全景天窗在整車上的位置，主要取決于前排乘員的舒適性考慮。一方面，是全景天窗對(duì)座艙特別是前排乘員換氣效果，另一方面是前排乘員抬頭透光角度。

結(jié)合車身內(nèi)部結(jié)構(gòu)的限制，一般按如下規(guī)則來確定天窗的大致位置，見表3：

其中，D，為Y0處全景天窗玻璃面到頂蓋前端的X向距離。

4.2天窗玻璃面與頂蓋的A面匹配

在匹配前，需要先確定玻璃面與車頂?shù)拿娌铌P(guān)系，這由全景天窗自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來確定。

接下來測(cè)量分析玻璃面與頂蓋之間的偏差具體情況，就得到兩者偏差的最大值和最小值，可以作為一項(xiàng)技術(shù)條件輸出，以便造型部門預(yù)判調(diào)整頂蓋A面的可行性，或確定該偏差是否在可接受范圍內(nèi)。

另外，由于對(duì)全景天窗進(jìn)行了繞Y向旋轉(zhuǎn)，將導(dǎo)致全景天窗的前后排水角發(fā)生相應(yīng)變化。旋轉(zhuǎn)后的排水角還能否滿足要求，是否要進(jìn)行局部設(shè)計(jì)更改，也需要得到確認(rèn)。（相對(duì)原設(shè)計(jì)姿態(tài)，一般旋轉(zhuǎn)角度在±0.5。以內(nèi)，可以預(yù)估接受。）

5內(nèi)裝式全景天窗頭部空間設(shè)計(jì)

5.1頭部空間的做法

在擺好天窗的位置之后，對(duì)應(yīng)的頭部空間值就可以做出來了。

如果沒有原頂篷數(shù)據(jù)，或者需要判斷原定義是否還有富余空間沒有利用，則一般可按如下規(guī)則進(jìn)行設(shè)定：D₂≥11mm。

D，為各頭部球與全景天窗斷面之間的間隙值，其中5mm為頂篷距離全景天窗的最小間隙要求值，余下的6mm為頂篷的極限最薄料厚。當(dāng)然，最終需要頂篷的產(chǎn)品負(fù)責(zé)人確認(rèn)反饋各頭部空間值對(duì)頂篷工藝可行性的結(jié)論，因?yàn)轫斉駸o法確保處處都能做到最薄料厚，還要考慮頂篷內(nèi)部結(jié)構(gòu)的可行性。

5.2頭部空間的評(píng)價(jià)

得到頭部空間值后，如果沒有滿足設(shè)定的目標(biāo)門檻值，或者相比競(jìng)品車處于劣勢(shì)，這時(shí)需要回頭再來調(diào)整天窗的位置，以得到更大的頭部空間值，甚至要對(duì)天窗的尺寸進(jìn)行適當(dāng)增減，以服從對(duì)頭部空間值的要求。目標(biāo)門檻值通常由整車定義部門給出。必要時(shí)，還需安排在騾子車上試制試裝一個(gè)符合頭部空間設(shè)計(jì)值的頂篷，針對(duì)頭部空間進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，以凍結(jié)頭部空間的設(shè)計(jì)值，同時(shí)也凍結(jié)了天窗的位置和尺寸。

6內(nèi)裝式全景天窗系統(tǒng)與車身接口的設(shè)計(jì)

全景天窗位置和尺寸確定完成后，就要開始進(jìn)行車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)了。相對(duì)全新車型的車身設(shè)計(jì)而言，由于全景天窗與車身的接口不多，相關(guān)的環(huán)境件也較少，而且都集中在車身頂部，因此分析起來也相對(duì)比較簡(jiǎn)單。

6.1全景天窗與車身的界面

對(duì)車身來講，首先要考慮全景天窗的定位和固定裝配方式，因?yàn)檫@與車身頂部的結(jié)構(gòu)形式密切相關(guān)，其次是全景天窗與車身之間的密封，以及天窗排水管的走向布置。

6.1.1全景天窗定位方式

全景天窗的z向都是靠打緊面貼合來定位，X向和Y向則采用孔定位。

孔定位的優(yōu)點(diǎn)是裝配方便，利于實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化，可以縮短裝配工時(shí)，也可以滿足天窗生產(chǎn)、檢測(cè)、裝配等過程中各工裝的定位基準(zhǔn)統(tǒng)一，最終確保產(chǎn)品的尺寸符合性。缺點(diǎn)是，相對(duì)于小天窗用玻璃定位而言，孔定位對(duì)車身的尺寸公差要求較嚴(yán)，否則無法滿足天窗與頂蓋之間的界面尺寸，增加了鈑金件的工藝調(diào)試難度。

6.1.2全景天窗固定方式

全景天窗與車身的固定，都是通過M6×100的緊固件擰緊連接，但具體又有些差異。

（1）螺母擰緊

車身上帶焊接螺栓，然后通過螺母將天窗擰緊。

優(yōu)點(diǎn)是，天窗裝配時(shí)，螺栓頭外露，方便人工找正，可縮短裝配工時(shí)。但另一方面，螺栓焊接帶來了垂直度的影響，往往螺栓根部的位置由沖孔可以保證，而頭部受底平面輪廓度及焊接變形等影響偏差較大，螺栓越長(zhǎng)，這種影響越大，進(jìn)而引起天窗與車身合裝時(shí)錯(cuò)孔。

（2）螺栓擰緊

車身上帶焊接螺母，然后通過螺栓將天窗擰緊。

優(yōu)點(diǎn)是，不存在螺栓垂直度的影響，對(duì)天窗上的過孔尺寸和位置要求略低，易于保證裝配性。缺點(diǎn)是，天窗裝配時(shí)螺母不可見，不便于人工找正，影響裝配工時(shí)。

經(jīng)過綜合考慮，目前神龍公司全部采用螺栓焊接螺母擰緊。但競(jìng)品車采用螺母焊接螺栓擰緊的方式也較為普遍。

大多數(shù)情況下，全景天窗的定位和固定，都是直接在同一個(gè)車身零件上，即天窗加強(qiáng)框總成。

受天窗的固定點(diǎn)及玻璃開口位置與車身頂蓋A面的限制，可能導(dǎo)致天窗加強(qiáng)框上對(duì)應(yīng)的固定面在Z向無法直接與天窗貼合。從天窗加強(qiáng)框的沖壓成型可行性、焊裝涂膠寬度及總裝緊固空間要求來考慮，以螺栓擰緊為例，車身對(duì)天窗固定點(diǎn)的位置有如下要求，如圖2：

而天窗為了盡量縮小尺寸（特別是Y向?qū)挾龋赃m配更多車型，且天窗需要滿足振動(dòng)耐久等各種苛刻的性能要求，L和H這兩個(gè)尺寸要求往往無法滿足。這時(shí)需要通過采用凸臺(tái)螺釘焊接，或者總裝增加襯套來實(shí)現(xiàn)，還有的專門為此焊接一個(gè)小支架。

6.1.3全景天窗與車身密封

密封是布置全景天窗時(shí)需要關(guān)注的一項(xiàng)關(guān)鍵性能，一般依靠控制密封條的壓縮來實(shí)現(xiàn)，使得車身內(nèi)部與外部隔絕，達(dá)到降噪、防水防塵、保溫等目的。天窗與車身的密封壓縮量過小會(huì)造成密封不良，過大，則造成運(yùn)動(dòng)異響。

全景天窗與小天窗不同，需要在車身上獨(dú)立裝配一圈密封條，這是由全景天窗的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定的：外開時(shí)，前玻璃為活動(dòng)玻璃，而后玻璃為固定玻璃，前玻璃上的機(jī)械組在Y向兩側(cè)需要運(yùn)動(dòng)穿過后玻璃的密封界面，必須依靠外部的密封條來偏移壓縮面；前后玻璃之間兩側(cè)拐角處的密封，也需要外部的密封條來保證；全景天窗的玻璃尺寸較大，特別是在關(guān)閉狀態(tài)下，需要將外部噪音與座艙之間隔斷，因此也需要在車身布置該密封條，如圖3和圖4。

其中的天窗頂蓋密封條，一方面與玻璃總成密封，另一方面在兩側(cè)與導(dǎo)軌密封，在前后端與天窗框架密封，除了自身的尺寸公差和相關(guān)性能要求較高，對(duì)裝配區(qū)域的車身要求也較高，如圖5：

7結(jié)束語

全天窗已經(jīng)越來越多地應(yīng)用到SUV甚至是普通轎車上，其中內(nèi)裝式全景天窗因易于與環(huán)境件匹配，在各主機(jī)廠有越來越多的應(yīng)用。本文根據(jù)T88全景天窗的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出內(nèi)裝式全景天窗的設(shè)計(jì)方法，將給后續(xù)車型全景天窗的設(shè)計(jì)開發(fā)和模塊化提供借鑒。