某敞篷车车篷固定铝支架的设计探析

徐林邦　温金华　赵巍　丘昌州　许声堂

摘 要：曾几何时，敞篷车总是离我们普通人的生活很遥远，但随着汽车用户的年轻化以及车企之间的竞争白热化，各式各样的敞篷车逐渐进入我们的视野，敞篷车的价格也在逐年降低和被人接受。特别是近些年国产汽车产业的崛起，自主品牌汽车产品配置更加适合年轻用户的需求，因敞篷车这种比较拉风的外观和结构形式，深受年轻用户的喜爱，一些中低端汽车产品也以其敞篷结构吸引年轻用户的眼球。本文就敞篷车车篷的设计结构和布置形式及其相关特点，引入阐述一种具有创新性设计的敞篷车车篷固定铝质支架的结构形式，该结构从一定意义上讲不但满足敞篷车车篷尾部装配环境要求，而且其外观质量和结构形式更加适合市场需求，具有一定的创新性设计思路。

关键词：汽车 敞篷车 车顶篷布总成 尾部固定铝支架 不锈钢 设计 结构

1 前言

在经济飞速发展的环境下，随着人们生活水平的提升，對汽车的要求也越来越多。对于很多人来说，内心深处或多或少都会有一种“敞篷情结”，这可能是影视剧中的情节对我们潜移默化的影响，也可能是自身性格的一种自然流露，不管是何原因，敞篷车的确带给我们很多快乐，诸如“全景天窗”抑或是“透明车顶”，在敞篷车面前都是“浮云”，与大自然“亲密接触”的最好方式无疑是将车顶完全打开。为了满足大众用户的需求，中国各个自主汽车品牌都在勇于尝试这个领域，表现出了无所畏惧的精神，特别是某南方汽车企业目前已经成功设计开发了一款属于我们国人自己的敞篷小汽车。随着汽车生产技术的进步和汽车产品价格日益平民化，敞篷汽车在中国将不再是豪华和奢侈的标志，敞篷汽车将逐步平民化，虽然敞篷车在A级到D级都有不同的车型，价格也由高到低分布，但是对于大多数敞篷汽车目前的价格逐渐在被年轻一代用户们接受，因价格不断降低敞篷车逐渐进入中产家庭用户的视野，敞篷汽车独有的特点给我们普通消费者带来了无穷乐趣。实际上，早在上个世纪九十年代，国外就已有了敞篷车，在国外敞篷车早已不再是奢华奢靡的代名词，近些年，由于汽车生产技术的国产化和零部件产品的替代化，汽车产品价格逐年走低，各大汽车厂商正密切关注年轻一代用户的用车心理，正在寻求开始更多的关注外观拉风、价格便宜、性能可靠，操纵性能优越的中低端敞篷汽车，从每年的互联网上曝光的汽车新品上看，这些年相继腾空飞出了很多款面向普通用户消费的敞篷车型。其中某西南方的一家车企近段时间上市的一款软顶敞篷汽车就是其中的一个典型代表。

2 敞篷车车篷总成系统构成及关键要点

敞篷车相对具有完整的A/B/C柱的汽车，其风格形式和结构状态完全不同。首先敞篷车的车顶是可以根据用户需要完全打开或闭合的；按照敞篷车车篷的结构特点和收纳方式，敞篷车的车顶可以分为硬质车顶和软质车顶。硬质车顶的敞篷汽车简单来讲其车顶是把传统焊接为为一体的钣金总成车顶根据车顶折叠运动需要分成多个模块，模块与模块之间通过复杂运动连接机构和密封结构相互连接在一起，在电动外力控制情况下实现车顶的折叠收纳和恢复，硬质车顶敞篷汽车由于车顶在打开和恢复的过程中，车顶外观造型结构和棱线并未发生变化，因此其车顶完全合上时，从外观并看不出是一辆顶棚可折叠可隐藏的敞篷车；软质车顶的敞篷车其车顶盖是由软质篷布及其相关支撑支架，运动连接结构组成的车顶篷布总成构成，其主要特点是顶盖是软质的，具有篷布的特点，车顶开启和闭合过程中，篷布是变形的，因此软质顶的敞篷车其外观造型一般比较单一，其外观形态由其内部支撑骨架来控制的，结构形式比较单一。敞篷车软质车顶总成（具体如图1所示）是软顶敞篷汽车的核心部件，软质车顶总成是一个复杂的机电一体化的系统，它主要包括了车顶锁止机构、折叠机构、顶架杆与尾架杆、主要支撑结构、驱动运动系统、折叠控制系统，以及张紧带、篷布总成和密封防水系统等等其他附属附件辅助机构和装置。这些零件通过齿轮传动运动形式来实现软质篷布总成的收折策略。折叠机构带动顶篷进行折叠收纳和恢复工作，要求工作可靠，运动精度小；车顶架与折叠机构相连，在顶篷展开时，保证顶棚帆布能通过骨架展开并形成软顶外观；车顶锁是软质顶棚总成的关键部件，它用于与固定车身之间稳定锁止和开启，必须保证其运动精度；驱动运动系统是软顶系统的主要驱动装置和动力来源；电器控制系统布置在汽车控制中枢上，控制驱动系统和车顶锁电机等部件；构成车顶总成关键零件和系统主要的设计要求为：篷布设计要考虑日常行驶和冬季状态的苛刻条件，要求易于保养和维护，提高耐用性和隔音隔热性，并且应易于拆换。篷布材料可以是帆布、乙烯和尼龙，结构往往是三层，包括外部织物、隔音隔热垫、内衬。出于外观考虑，顶篷外部往往会使用塑料外壳装饰。张紧带位于尾架杆位置的确定，也对支撑篷布的外形起到主要辅助作用。主支撑安装于车身上，用于连接顶篷和车身。密封元件对于敞篷也非常重要，要求具有良好的隔音隔热，密封性和抗腐蚀、老化能力。车篷尾部的支撑铝骨架作为帆布和后围之间连接件，其结构设计的好还直接关系软质车篷结构的稳定性和可靠性，因此以下着重从车顶篷布总成的尾部固定铝支架的设计上来展开本文重点。

3 车篷总成的尾部固定铝支架结设计

敞篷车车顶篷布总成，作为软顶敞篷汽车的核心部件，在该件的开发过程中，开发团队集结了材料选型、外观造型、尺寸工程、工装夹具、实验验证等各个专业方面人员，不遗余力的解决零件开发和试装验证过程中的外观、尺寸、装车匹配各个方面的问题。其中获得最多经验的要属车顶篷布总成的尾部固定铝支架（如图2所示）的开发，尾部固定铝支架作为篷布与车身间的关键连接件，由于该零件的结构设计必须满足强度、刚度以及防腐性能等要求，同时还需承载、固定、连接等功能，因此在考虑成本和轻量化因素的前提下，对该件的最优化结构设计就显得十分重要。

3.1 车篷总成尾部固定铝支架与周围件匹配关系及需要满足的要求

该敞篷车车顶篷布总成的尾部固定铝支架（如图2所示）与左右后侧围、后端板、铝支架安装板、篷布尾部紧固塑料支架、篷布尾部密封胶条均有装配和搭接关系，尺寸链较长，与周边件匹配关系较多。篷布尾部紧固铝支架作为篷布主体及尾部篷布辅料的连接件，将车顶篷布总成安装紧固于车身，要求匹配准确，安装精度满足要求，且稳定性较好，性能可靠。通过设计的截面数据显示，篷布尾部紧固铝支架首先与车顶篷布总成其它零部件连接和匹配，具体的装配方式及工艺为篷布尾部紧固塑料支架、篷布尾部密封胶条塞进铝支架的匹配齿槽内，然后灌胶紧固。从造型数据可以看出焊接在后侧围上的铝支架安装板作为篷布尾部紧固铝支架前端的预装定位夹片，整根尾部紧固铝支架与车身后侧围及后端板的装配关系为篷布尾部紧固铝支架螺钉紧固与车身钣金上。

3.2 车篷总成尾部固定铝支架的结构设计和材料选用

该敞篷车车顶篷布总成篷布尾部铝支架、车身后端板、车篷帆布通过铝支架紧固螺钉紧固，车篷布随驱动运动机构的开合运动进行折叠收纳和展开恢复，篷布尾部铝支架运动工况复杂，强度和刚性要求都很高，且使用环境较为恶劣，不满满足行车过程中抗震稳定性要求，而且在暴雨环境下，篷布前端头排水口如果出现排水不及时就会有回流到铝支架端头的隐患，考虑到不锈钢材质的支架其端头存在的缺陷，因此此篷布尾部紧固支架采用铝合金（AL）材料。同时对比参考其它车型行李架车杆及前防撞梁的材质和性能要求，最终该车型的车篷总成尾部固定铝支架选用的材质牌号为6063，材料性能要求为T6。

3.3 车篷总成尾部固定铝支架的设计结构详述

该敞篷车车顶篷布总成篷布尾部铝支架总长约2.4m，整根铝合金支架宽度要求均匀一致，因此可采用挤出成型。该尾部固定铝合金支架首先要求卡装到左右侧围上的铝支架安装板，然后采用螺钉紧固方式与车身侧围及后端板连接紧固。为了保证铝支架匹配安装到位，除了安装定位孔，其余紧固安装孔都设计为长孔。最终结合此篷布尾部固定铝支架的的装配环境要求、材料及结构特殊性，设计出满足既定性能要求和实际使用需求的尾部铝支架安装及结构方案如下：

3.4 车篷总成尾部固定铝支架工艺技术要求

①铝支架采用挤出成型工艺，铝合金挤出成型后2D拉弯工艺弯曲、弯曲成型，然后整形、时效处理、钻孔、喷涂工艺完成加工；

②铝支架与篷布尾部紧固塑料支架、篷布尾部密封胶条装配连接，然后灌胶紧固，车顶篷布总成装配完成；

③车顶篷布总成装车装配到车身上时，首先将铝支架安装到侧围上的U型铝支架安装板，左右各一处；然后将铝支架用螺钉与车身紧固；

4 小结

此结构实现了车顶篷布总成在车身上的紧固，解决了将篷布主体与尾部篷布辅料连接问题，满足了篷布尾部防水、排水要求。

參考文献：

[1]凡言. 敞篷车发展史[J]. 汽车与驾驶维修（汽车版）， 2015（09）：82-83.

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[3]Andy， Chris. “软硬兼施”的敞篷车顶篷设计[J]. 设计， 2010（09）：66-69.

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