SUV车型顶盖设计要点

2021-12-29庄京彪王军丽

汽车零部件 2021年12期

庄京彪，王军丽

(三一重机有限公司，江苏昆山 215300)

0 引言

顶盖作为汽车车身轮廓尺寸比较大的外覆盖件，在整车中起着重要作用。顶盖的设计不仅要兼顾造型设计的要求，又要满足一定的强度和刚度要求。顶盖设计要确保顶盖外表面在受外力施压时，具备一定的抗凹性，不轻易发生变形；保证车辆侧翻时顶盖具有足够的强度保护车内乘员；保证车辆在侧碰时，顶盖横梁将碰撞力分散传递，防止车身过度变形侵入，保护乘员的生存空间。文中以SUV车身设计开发为例，详细介绍了顶盖断面结构设计要求和方法。

1 顶盖设计相关法规

1.1 车顶抗压法规GB 26134—2010

此法规主要评价汽车在发生翻滚时车顶抗挤压的能力，其要求主要为：压板在向下127 mm的运动行程中所受到的最大阻力不得小于1.5倍车重；如果车重的 1.5倍大于22 240 N，则要求不得小于22 240 N，要求所受最大阻力不小于2.5倍车重[1]。

顶盖结构的左右两侧都要满足以上要求，试验如图1所示。

1.2 乘用车外部凸出物GB 11566—2009

此标准不适用于在汽车满载、车门车窗及各种入口均处于关闭状态时，外表面位于以下位置的零件[2]：

(1)高出地面1 800 mm的部分;

(2)低于底线的零部件;

(3)在工作状态或静止状态下，均不能被直径100 mm的球体所触及的零部件。

顶盖凸出的圆角半径R至少为2.5 mm，推荐值R3.0 mm(不适用于突出高度h<1.5 mm的零件及突出高度1.5 mm ≤h<5 mm，但零件朝外部分是圆滑的零件)，若材料硬度不超过邵氏硬度60时，R可小于2.5 mm。

顶盖突出物示意如图2所示。

图2 顶盖突出物示意

2 顶盖结构及性能要求

顶盖总成包括顶盖外板、前后横梁以及中间横梁，带天窗的顶盖总成还包含天窗加强框，顶盖总成结构如图3和图4所示。横梁起支撑顶盖，增加顶盖刚度，减少车辆行驶时的振动，增强暴风雪天气，顶盖的抗雪压能力。顶盖横梁连接左右侧围，对整车骨架的强度和刚度起到重要作用，尤其在整车侧碰时起到传递和分散碰撞力的作用，另外横梁为顶灯、遮阳板、顶棚等提供安装点。

顶盖的性能及工艺性要求如下：

(1)保车身受到外部力(冲击或者振动)有足够的强度和刚性。

(2)隔离车辆外的异物(水、灰尘)维持舒适的室内空间。

(3)满足顶压试验要求。

(4)满足顶棚、遮阳板、内后视镜等内饰的安装，满足室内顶灯、线束等电气装置及其他系统装置的安装，保证正常使用及维修等需要。

(5)满足成形、焊装及涂装工艺要求。

图3 顶盖总成结构

图4 顶盖总成结构(带天窗)

3 顶盖断面设计要点介绍

汽车顶盖为大尺寸覆盖件，表面曲率较小，没有复杂的局部特征，拉延成形过程中，板料的塑性变形相对较小，成形后易产生回弹，顶盖外板A面纵向中间断面的拟合半径要求小于6 000 mm，若大于此值，建议顶盖增加加强筋，如图5所示。

图5 顶盖外板纵向中间断面

顶盖前端与风挡玻璃搭接，风挡玻璃分为有装饰条和无装饰条两种，图6为有装饰条的前风挡玻璃顶盖前断面，顶盖和装饰条的配合断差一般为2 mm，无装饰条的风挡玻璃，断差一般为4～5 mm。图中L1=20～30 mm;L2=11～16 mm;L3=2.5～3.3 mm;L4=6 mm。

顶盖后部与后背门配合，间隙/面差一般为7 mm/1 mm，顶盖为了避让后背门开闭时的运动轨迹，需与后背门至少保持5 mm的间隙，因此顶盖后部凹陷台阶面一般存在冲压负角，需要考虑冲压的可行性，负角不小于40°，如图7所示。顶盖后部布置有背门铰链安装点，铰链安装面需要设计成有凸台面的形状，以提高刚性[3]。

图6 A-A断面

图7 B-B断面

顶盖后部安装密封条，密封条与背门密封面压缩，阻止雨水，灰尘进入车内，同时阻断环境噪声进入车内，提升车内的静谧性。密封条安装止口与密封面尽量垂直，角度控制在90°～95°以内。理论上，背门密封面上部与密封条接触面的延长线应通过铰链中心，才能保证背门与密封条密封关系的正确，通常密封面延长线难以完全做到通过铰链中心，尽量保证偏差在5°以内[4]，如图8所示。

图8 顶盖后部止口角度

配置天窗的车型，顶盖中间部位有天窗开口，开口周边有翻边，与天窗密封条配合。

一般主机厂为了节约成本，带天窗和不带天窗的顶盖共用一套模具。由于顶盖存在弧度，天窗开口成形为压缩翻边，翻边部位容易起皱，影响顶盖的表面质量，开口部位的形状尺寸设计对于成形后的表面质量影响较大。

顶盖天窗开口尺寸如图9所示。

图9 顶盖天窗开口尺寸

由图可知：

(1)B

(2)R1=①=②(理想情况);

(3)R2=60～65 mm;

(4)R3=③(理想情况),考虑外观，满足成形性的情况下，此边一般为直线;

(5)C、D根据天窗大小而定。

翻边的结构尺寸如图10所示。

图10 天窗开口翻边尺寸

对于内藏式天窗，顶盖开口翻边充当密封面，翻边的高度既要保证有效的密封尺寸，又要保证不与天窗的运动轨迹干涉。图10中，a=14～18 mm；b=5～8 mm;c=4～5 mm,天窗配合面宽度，根据天窗密封条压缩密封要求定义(不包含倒角)；R=1.5～2 mm，顶盖天窗开口处圆角，在模具能够实现的情况下，外角R取小不取大；d=14～18 mm；k=22～30；e=1 mm；f=2 mm；g=5 mm；m=2 mm；h=4 mm。

顶盖侧面与侧围搭接形式如图11所示，图中两种不同的搭接方式，代表着两种不同形式的顶盖装饰条结构，图11(a)为顶盖局部翻竖边，装饰条卡扣卡接在竖边部位;图11(b)为燕尾槽搭接，装饰条卡接在燕尾槽中。

图11 D-D断面

顶盖与侧围点焊连接，有效焊接边L≥13 mm，既要保证顶盖涂胶宽度的要求，又要满足焊接宽度的要求。需要校核搭接部位的宽度d=27 mm，保证焊钳能有效地焊接，避免与钣金产生运动干涉，如图12所示。

图12 焊枪操作空间

4 顶盖横梁设计

4.1 前横梁

前横梁为阅读灯、遮阳板、顶棚提供安装点，前横梁与车身的连接方式分为两类：(1)前横梁与顶盖先焊接，后与左右侧围焊接和螺接；(2)前横梁利用搭扣初定位与侧围焊接。前横梁一般为U形截面，截面的高度影响驾驶员的前方视野及顶棚的高度，设计时一般合理控制其高度。前横梁前端与顶盖点焊连接，后部与顶盖设计有配合间隙，间隙中涂膨胀胶支撑顶盖。前横梁后部与顶盖之间的结构尺寸设计如图13所示。