汽車頂棚概論與設計

孫大鵬，黃千千

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

引言

汽車頂棚，英文名：Headliner。 指在車身頂蓋鈑金下面加裝的內飾件，其作用除提高車內裝飾性外，還起到隔音、吸音、隔熱的作用。頂棚集成有車頂控制臺、遮陽板、把手、空調風道、線束、頭部吸能塊、隔音隔熱塊、閱讀燈及相關電子設備，頂棚的設計與制造是整車的重要一環。

1 頂棚分類和材料

軟式頂棚的基材為單層或復合材質。與車身的連接方式為膠粘式。復合材質為PVC、無紡布、針織面料、發泡海綿等。優點是重量輕、成本低、觸感柔軟，缺點是安裝困難、對尺寸匹配要求高、變形量大、NVH性能差，不利于大規模批量化生產線的節拍安裝。

模壓成型頂棚為復合材料，由無紡布和基材組成。將復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、無紡布復合海綿；基材由 PP+玻纖、PF(酚醛樹脂)、瓦楞紙、再生纖維、PU復合板材復合而成，此類材料尺寸穩定性好、抗變形力高、隔熱隔音效果好，多數材料可回收利用。

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（或樹脂）陰陽模具中，經過加熱、加壓固化成型。

頂棚輪廓和開孔的成型：高壓水切割或模切（模具帶有銃頭）。具備工藝簡單、修改靈活、成本低廉的特點，但切割精度差導致尺寸控制差、容易產生毛邊等。模切割是在模具上預置刀頭，在頂棚模壓成型的同時開孔完成切割，其定位準確，誤差小，但調整成本高，通常作為頂棚安裝的基準孔位來設計，面和線的輪廓度控制在±1.5mm。

頂棚固定點安裝分布在頂棚四周的把手、遮陽板、中央控制器、車頂燈。如果沒有后頂燈，需2-3個塑料卡扣、尼龍搭扣、磁鐵實現自身固定。裝配順序為：1.后部固定點＞2.遮陽板安裝點＞3.頂燈安裝點＞4.門洞密封條＞5.乘客把手＞6.內飾護板。后部或遮陽板安裝點為安裝基準點。

3 頂棚主要性能和實驗要求

頂棚主要作用就是隔聲隔熱。噪音的來源主要分為內部噪音和外部噪音：內部噪源來自發動機變速箱。外部來自車外的風噪、噪音源的傳遞。減少鋼板的自身振動，在汽車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、發泡海綿塊、再生毛氈等。頂棚需要做以下實驗：燃燒性能，耐光色牢度，氣味；外觀方面有面料剝離強度、耐水解性、壓痕恢復、尺寸穩定性、下垂量和霉變實驗等。

4 頂棚關鍵斷面定義

汽車頂棚在設計初期就需要做出各個關鍵位置的斷面。用來布置相關的周邊件并且滿足相應法規和車內乘員的空間需求，斷面也是造型設計師的重要參考線。包括：

1.遮陽板安裝點、2.后擋風玻璃處、3.側氣簾X向剖面處、4.把手掛鉤處、5.天窗開口處、6.頂棚與立柱裝飾板的配合、7.側氣簾發生器處等。

4.1 遮陽板安裝點處

此處安裝底座與頂棚通常需要設定1.5mm的咬合量，與頂棚開口通常留有 6mm的重疊量，此處頂棚的厚度一般為8mm，遮陽板前端與頂棚留有 4mm的間隙，后端與頂棚留有15mm*15mm的手指間隙（非手指區域為8mm），且遮陽板與頂棚有1.5mm的干涉量。頂棚前端料厚5mm，與前擋風玻璃間隙 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，遮陽板垂直放下應處于駕駛員正前視野區域內。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 頂棚遮陽板安裝點處Y0典型斷面

4.2 后擋風玻璃處

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°，尾部的頂棚下限應該高于后視線（內后視鏡），頭部空間須要滿足假人頭部的包絡要求，如圖2所示。

圖2 頂棚后擋風玻璃處Y0典型斷面

4.3 側氣簾X向剖面處

頭頂處頂棚厚度為 8mm，頂棚與車頂鈑金的最小間隙15mm，側氣簾(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，否則氣囊爆破時可能會偏向別的方向，降低氣囊的保護效果。安裝點的布置要分布在邊緣，容易產生撕裂線，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%。和護板的配合不應太緊密，為了保證頂棚在氣囊爆破時能順利讓開，可以把頂棚 邊緣做成齒形。頂棚和密封條搭接的區域，為實現裝配效果，頂棚翻邊做局部減薄處理，料厚由7mm過渡到5mm。

圖3 頂棚側氣簾X向剖面典型斷面

4.4 天窗開口處

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

圖4 頂棚天窗開口典型斷面

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系到乘客對整車品質的直接感受，頂棚為軟質材料，立柱裝飾件為硬塑料件，為了達到良好的工藝匹配，兩者之間通常做一些細節處理來實現良好的裝配效果。頂棚上做出凹形臺階，護板搭接邊緣需要做局部減薄處理以消除裝配后的臺階差。立柱裝飾板壓頂棚干涉值為0.8mm～1.2mm，同時蓋住頂棚的長度≥8mm。

5 結語

汽車頂棚已經發展成高度模塊化的系統，各種功能模塊都集成在頂棚上，包括娛樂、安全、隔音隔熱等等，頂棚系統的設計要充分考慮布置、人機工程、頭部空間、安全碰撞、結構強度、工藝美觀等因素，在設計初期需要通過斷面布置、法規校核來規范。本文僅給頂棚工程師們提供設計參考，需要在汽車設計實踐中不斷地學習、積累、總結。

[1] 周強,成薇.汽車內飾模具結構及工藝概論[M].北京：人民交通出版社, 2014.10：110-117.

[2] 泛亞內飾教材編寫組.汽車內飾設計概論（第二版）[M].北京：人民交通出版社, 2012.1：127-131.