10.16638/jki.1671-7988.2017.17.021
单天窗类型的车身顶盖钣金结构设计
张羽，刘峰，黄维
（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥230601）
摘要：天窗作为目前汽车重要的配置之一越来越多的被消费者需求。匹配单天窗类型的顶盖钣金结构设计不仅要满足天窗的安装承载基本功能，还要保证天窗的正常开闭功能及天窗部位的有效密封，正确的钣金结构设计可有效规避市场上天窗的漏水、异响等质量问题。
关键词：天窗；顶盖；天窗加强框；结构设计
中图分类号：U462.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)17-57-03
Small sunroof automobile’s sheet metal component structure design
Zhang Yu, Liu Feng, Huang Wei
（Anhui Jianghuai Automobile group Co., Ltd, Anhui Hefei 230601）
Abstracts:Nowdays, Sunroof function is regard as one of important automobile’s configurations by consumers, not only vehicle’s roof structure design should meet the sun roof fundamental installation functions but also keep the sun roof’s “open and close” movement and sealing property, appropriate plate’s structure design can avoid sunroof waterproof and vehicle abnormal sound quality problems.
Keywords: sunroof; roof; roof’s strengthen structure; structure design
CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)17-57-03
引言
汽车天窗安装于车顶，能够有效地使车内空气流通，增加新鲜空气的进入，同时汽车车窗也可以开阔视野以及移动摄影摄像的拍摄需求，越来越多的被消费者所需求，天窗也作为各个汽车制造商基本配置之一。为匹配天窗的配置，白车身顶盖的钣金结构设计是非常重要，不仅要具备承载天窗安装及强度，保证天窗开闭的正常功能，还要满足天窗部位整车的密封。
1 单天窗类型的车身顶盖介绍
1.1 天窗的分类
汽车天窗按较顶盖的尺寸及形式可分为：单天窗，占顶盖比例较小，一般布置于前排座椅正上方，一般应用于轿车、SUV车型，MPV车型一般布置在二排座椅上方；双天窗，MPV车型应用居多，即顶盖上布置两个类型的单天窗，前一个布置在第一排座椅上方，第二个布置在第二排座椅上方；全景天窗，占顶盖尺寸2/3以上甚至是整块玻璃的车顶；如图1所示。若按天窗的开启方式可分为外滑式、内藏式、内藏外翻式等。目前内藏式被应用较广泛，故本文主要介绍内藏式的单天窗类型的顶盖钣金结构设计。
图1 天窗的类型
1.2 单天窗类型的车身顶盖组成
单天窗类型的顶盖组成从外观上一般由顶盖钣金总成与天窗总成组成，顶盖钣金总成（如图2所示）包含：1）、顶
作者简介：张羽，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。
汽车实用技术
58 2017年第17期
汽车天窗盖外板；2）顶盖前横梁；3）天窗加强框；4）顶盖加强横梁及尾横梁；其中天窗加强框为天窗提供安装、承载，是单天窗类型顶盖钣金结构设计的关键部件。
图2 单天窗类型的车身顶盖组成部分
2 单天窗类型的顶盖钣金结构设计
2.1 顶盖开口处结构设计
顶盖钣金的开口尺寸由天窗的尺寸决定，开口的周边结构设计需要满足天窗的密封、避免天窗开闭过程中刮擦天窗密封胶条，造成天窗漏水等质量问题，反馈到钣金的细节结构设计上主要关注以下几个关键部位及尺寸，如图3、4所示。
图3 顶盖开口处结构设计（一）
断面A所示的尺寸a1为天窗胶条的密封面，根据天窗胶条的要求设计；尺寸a2为保证天窗运动时减小钣金对胶条的摩擦，此尺寸一般设计为2mm；为了保证天窗开启后外观美观，a3的尺寸一般设计为2mm。
断面B所示位置为转角，因冲压限制，此处结构无法设计成断面A形式，所以尺寸b的设计不仅要保证胶条的密封面而且要保证天窗运动时钣金止口不能刮擦胶条，并考虑冲压成形性要求，此尺寸一般设计为15mm。
图4 顶盖开口处结构设计（二）
因内藏式的天窗在开启时，天窗向后运动，所以断面C 的设计要区别于断面B，如图四所示，在保证天窗固有的密封面尺寸要求前提下，钣金止口处要设计翻边，翻边的长度c1与角度c2要根据天窗的运动包络进行设计，参考尺寸：c1=2.5~4mm、c2=117°~140°。c3的尺寸设计要保证与天窗运动包络足够间隙的前提下，遮挡住加强板保证天窗开启后的钣金外观。
断面D为顶盖开口后部，一般采用包边结构，满足天窗胶条密封面尺寸及与天窗运动包络间隙要求的前提下根据制造厂包边机构要求进行结构设计。在此推荐一款成熟结构尺寸：d1=10.5mm、d2=2mm、d3=50°、d4=2mm、R1、R2、R3半径最小为2mm。
2.2 顶盖前横梁结构设计
天窗的开闭控制机构一般与前顶灯，天窗的电机一般布置在天窗的前部，在满足白车身整体性能设计前横梁的界面尺寸时，重点确认天窗电机与顶盖前横梁的设计间隙，最小间隙需满足≥10mm，如图5所示。
图5 天窗电机与顶盖前横梁间隙设计
2.3 天窗加强框结构设计
2.3.1 天窗加强框与侧围的连接的结构形式
通过市场上调研，天窗加强框与侧围通过支脚的结构连接，天窗加强框的连接支脚一般布置在天窗加强框的前后部位，主要分为3种：整体式，天窗加强框自带连接支脚，此形式强度好、精度高，但材料利用率低；分体式，天窗加强框通过连接支架与侧围连接，此形式较整体式强度精度略差，但材料利用率较高；综合式，即前部通过支架连接，后部为天窗自带连接支脚。详见表1。
表1 天窗加强框支脚的结构形式
2.3.2 天窗加强框的关键尺寸设计
通过前面断面知，天窗加强框的与顶盖的连接形式为前部与两侧在顶盖开口翻边处焊接，后部采用包边；与顶盖的本体面采用隔振胶的连接方式。天窗加强框的关键尺寸设计
张羽等：单天窗类型的车身顶盖钣金结构设计59 2017年第17期
要根据天窗总成的大小、重量及自身的材料利用率等综合约束条件决定，通过市场上部分成熟车型的调研，天窗加强框的相关关键尺寸见图6与表2，可供设计时参考。
图6 天窗加强框的关键尺寸示意
2.4 天窗运动校核
天窗钣金初步设计完成后，必须进行天窗的运动干涉校核即通过顶盖钣金与天窗运动包络进行间隙检查，一般设计上要求安全间隙≥10mm。此为设计过程最关键的检查项，否则会导致天窗无法正常开启。
表2 部分车型的天窗加强框相关尺寸参数
3 结论
因单天窗类型的顶盖钣金结构除了与天窗匹配部位的周边钣金结构同无天窗的顶盖钣金结构不同外，其余部位设计要点基本一致，故本文主要针对匹配内藏式单天窗类型的顶盖钣金包括顶盖开口部位的结构、顶盖加强框的关键尺寸等关键结构及参数进行阐述，供行业内相关设计人员进行参考借鉴。
（上接第50页）
图9 前下部防护P2点碰撞测试X向位移结果
图10 前下部防护P2点碰撞测试各零件应变结果P2点测试后，前下部防护安装支架、连接支架、横向构件等零件的最大应变小于其材料的断裂延伸率，仿真分析安全，如图10所示。
3 结论
通过结构优化设计，将截面形状受力更好的横向构件、加强P1点强度的斜支撑支架及可靠性较高的压铸铝支架相互焊接，构成强度大、可靠性高、轻量化的前下部防护总成。安装支架设计为与车架腹面、翼面同时相连的结构，进一步提升前下部防护的可靠性和维修性。
通过CAE仿真分析，验证本文提到的前下部防护装置满足法规要求。此外，该前下部防护各零件加工工艺可行、材料及生产成本较低，优化设计达到了预期效果。
参考文献
[1] 商用车前下部防护要求.GB 26511-2011.