基于采用全景天幕乘用車頂棚內飾無拉手設計的研究

摘 要：隨著新能源汽車的異軍突起，全景天幕作為高科技新技術給消費者帶來全新的駕乘體驗，隨著全景天幕的普及，給汽車內飾設計也提出新挑戰，與此相關的內飾設計風格與相關工藝也隨之發生變化，所以本文就此設計上的變化及創新提出一些新的思路供研究。在傳統汽車中，拉手是頂飾的重要組成部件，但在新能源汽車設計中，拉手逐漸被取消。本文以面料、玻纖、PU（polyurethane，聚氨基甲酸酯，后文簡稱為PU）層復合并用濕法工藝制成的頂棚為例介紹采用全景天幕乘用車頂棚內飾無拉手設計方案的研究。

關鍵詞：全景天幕頂棚內飾 拉手 新能源汽車 展開性能

1 引言

2020年10月20日，國務院印發“新能源汽車產業發展規劃（2021-2035年）”，提出了：到2025年，新能源汽車銷售達到汽車銷售總量20%；到2035年，純電動汽車成為汽車銷售主流的美好愿景。[1]該規劃提及國家把“碳達峰、碳中和”的雙碳政策寫入國家戰略，對國內新能源汽車企業的發展起到了關鍵的助推作用。一時間，市場上出現了新能源汽車蓬勃發展的壯觀局面，大有趕超傳統燃油汽車的趨勢。

2 汽車頂棚內飾簡介

傳統汽車的頂飾系統主要組成為頂棚、遮陽板、拉手等。隨著汽車市場發展。頂棚內飾系統又分全頂頂棚、天窗頂棚、全景天幕頂棚等。

從材質來看，頂棚分面料復合泡沫的軟頂，面料、玻纖、PU層復合的硬頂與面料復合注塑骨架的硬頂等。目前最常見的是面料、玻纖、PU層復合的硬頂。

主要由面料、玻纖、PU層復合的硬頂按工藝區別，又有干法頂棚與濕法頂棚之分。干法頂棚與濕法頂棚工藝的區別主要在于：干法工藝為將面料、復合膠、玻纖與PU層按一定順序疊放后，在烘箱加熱升溫，冷模壓制成型；濕法工藝為PU層輥膠后添加玻纖熱膜壓制骨架后，再噴膠壓合面料與骨架。

濕法工藝頂棚在NVH性能上，無論是吸聲、隔聲，還是語言清晰度，都較干法工藝頂棚更優秀。[2]隨著消費者對整車舒適度要求的提高，汽車市場更傾向于選用濕法工藝頂棚。

本文主要以如圖1所示，一種無拉手的，由面料、玻纖、PU層復合的全景天幕濕法頂棚為例，研究頂棚開發中所需要注意的一些要點。

2.1 帶拉手頂棚

頂棚拉手的設計是為了使乘員在顛簸路段做輔助支撐作用，避免乘員在顛簸劇烈的路段因身體晃動產生與車身的碰撞，對乘員身體造成傷害。[3]拉手一般布置在乘員側，通過緊固件固定在車身支架上，在固定拉手的同時，也將頂棚固定在車身上。

2.2 無拉手頂棚

隨著國家基礎設施的全面建設，城市路況及鄉村路況都得到了極大的改善，頂棚拉手逐漸失去了設計的必要性，很多豪華轎跑都選用了無拉手的頂棚設計。無拉手的頂棚既提升了汽車內飾整體觀感，又節省了拉手支架所需要的布置空間，增加車內使用空間。

3 從汽車側面簾式氣囊碰撞展開試驗看頂棚設計

全國道路交通事故統計年報自2016以后不再公開，在2007-2016年間，道路交通事故中死亡人數與受傷人數總體呈逐漸下降趨勢，[4]其中，汽車被動安全技術的發展與國內相關法規的完善功不可沒。

汽車法規GB/T 20071-2006中第4.3.3條明確規定了“所有內部構件在脫落時均不得產生鋒利的突出物或鋸齒邊，以防止增加乘員傷害的可能性。”[5]法規GB/T 38795-2020中也提到了汽車側面簾式氣囊（以下簡稱氣簾或CAB）在展開時不得有因CAB展開而引起的硬質飛濺物。[6]

作為CAB展開的沖擊對象，頂棚需要在上至85℃，下至-30℃的環境中保有整體固定性好、與立柱配合位置易打開、對CAB與乘員無傷害的特點。

3.1 頂棚本體加強結構設計要點

面料+玻纖+PU復合式的濕法頂棚本身硬度有限，在掏空內部避讓天幕后，撓度過大，在搬運裝配過程中極易彎折，因此需要在頂棚與天幕配合的內邊設置頂棚天幕加強框，。天幕加強框一般為注塑或金屬結構。注塑結構對空間要求比較高，當空間布置比較緊湊時，一般選用金屬結構。如若天幕較大，可在金屬加強框上再添加加強筋結構。

需要注意的一點是金屬加強框在沖壓工藝中可能留有毛刺，在CAB爆破過程中有劃傷氣簾的風險。如圖5所示，需要做去毛刺或加包無紡布，用來保護氣簾在爆破展開過程中不被劃傷。

3.2 頂棚固定結構設計要點

無乘員扶手的全景天幕頂棚由于缺少有效硬連接，普通的搭扣和塑料卡扣很難承受CAB展開時所產生的沖擊力，容易出現頂棚整體塌陷等乘員傷害的嚴重事故。目前有兩種得到驗證的設計方案。一種是將常用于立柱護板的氣簾卡口應用在頂棚設計中，另一種是將螺栓固定點設置在金屬支架上再巧妙的隱藏在閱讀燈下或AIRBAG飾蓋下。

在專利“一種車輛全景天窗頂棚固定裝置及車輛”中，講述了隱藏式螺栓固定點本身的結構要點。該翻邊結構可以使整個側壁支架形成一個天然的吸能傳導裝置，在CAB氣簾爆破展開過程中可形變吸能保護頂棚本體的同時，使頂棚依舊固定在車身，不會塌陷。

如選用隱藏式螺栓固定點，還需注意下固定點的選用位置，要考慮頂棚整體強度結構和CAB布置。如圖7所示，該CAB氣體發生器的出氣口雖然在頂棚中間位置，但由于氣體發生器出氣口朝后，在CAB起爆過程中，氣體是先向后部沖擊再充滿整個氣簾的。所以頂棚中部偏后的位置是受沖擊最大的部位，如果在這里設置硬連接固定點可以更好的起到吸收沖擊能量、保護頂棚整體結構的作用。圖8為未設置硬連接固定點失敗案例。

3.3 頂棚弱化線設計要點

頂棚本體上設計弱化線是為了在CAB爆破時，頂棚本體延弱化線處翻折，使CAB氣簾能夠順利展開。傳統汽車頂棚弱化線一般以刀具切割為主，后來人們為了節省工序，直接在頂棚本體上直接增加2～3mm深度V型槽結構，在頂棚本體壓合過程中即完成V型槽的壓合。

但是在全景天幕頂棚的設計中，由于頂棚中空結構加大了本體的撓度，為了減輕頂棚變形，頂棚本體中會加大玻纖的使用。此時如使用V型槽“弱化線”設計，增加玻纖含量的頂棚在本體本就硬度很強的情況下，模具壓制出的 “弱化線”可能非但沒起到弱化的作用，反而加強了頂棚的結構，使其無法起到翻折鉸鏈的作用。在這種情況下，增加一道刀具切割弱化槽的工序是無法避免的。

還有一點需要注意的是頂棚弱化線與CAB中軸線的相對距離，通過CAB中軸線向頂棚做法線與頂棚橡膠的位置，Z向應低于頂棚弱化線。

4 從頂棚裝車問題看設計

為增加整車大線生產效率，越來越多的工序被拆分到分裝線或由供應商組裝。當頂棚揚聲器及線束等部件分裝至頂棚再裝車時，頂棚在試制過程中就會出現一個非常難處理的問題：頂棚異響。但如果將揚聲器、線束等部件先固定至車身，再安裝頂棚時，頂棚的揚聲器面罩只要與揚聲器保留好合理的間隙，就不會產生顛簸路摩擦異響或線束晃動異響。

5 結語

影響汽車頂棚產品質量的因素有很多，但是一般70%-95%的質量問題可以靠前期設計規避。其中包括但不限于產品結構的設計，材料的選用，生產零部件的工藝過程，裝配到整車上的工藝過程以及產品在運輸過程中的料架與包裝方式的設計。在設計中規避可能產生的質量問題，在質量問題中可以優化設計。本文對采用全景天幕乘用車頂棚內飾無乘員拉手的設計進行了總結，通過有效的措施規避了一些典型問題，可以為同類設計提供一些借鑒和幫助。

參考文獻：

[1]國務院辦公廳關于印發新能源汽車產業發展規劃（2021—2035年）的通知[J].中華人民共和國國務院公報，2020，No.1714（31）：16-23.

[2]許林倩，岳志強，耿建，黨程.干法頂棚和濕法頂棚NVH性能對比分析[J]. 時代汽車，2021，No.350（02）：160-161+169.

[3]孫成武，陳林萍，劉婷婷，曹維福.汽車頂棚拉手設計[J]. 汽車零部件，2014，（04）：63-66.

[4]秦恩國. 道路交通事故損失統計分析[J]. 內燃機與配件，2018，No.267（15）：192-194.

[5]GB 20071-2006，汽車側面碰撞的乘員保護[S].

[6]GB/T 38795-2020，汽車側面氣囊和簾式氣囊模塊性能要求[S].