內(nèi)裝式全景天窗設(shè)計方法

左志軍等

摘要：本文介紹了內(nèi)裝式全景天窗設(shè)計方法，包括開發(fā)流程、設(shè)計方案選擇、外形尺寸匹配、位置和曲率匹配設(shè)計、頭部空間設(shè)計，與車身接口的設(shè)計幾部分，為新車型內(nèi)裝式全景天窗的設(shè)計提供了指導，也為全景天窗模塊化應(yīng)用提供了前提條件。

關(guān)鍵詞：內(nèi)裝式；全景天窗；設(shè)計

中圖分類號：U463 文獻標識碼：A 文章編號：1005-2550（2018）01-0024-05

前言

內(nèi)裝式全景天窗指由車身內(nèi)部從下方向上方裝的天窗，天窗環(huán)境件為加強環(huán)、頂蓋和天窗密封條、頂棚。內(nèi)裝式天窗對頂蓋和加強環(huán)安裝界面的尺寸公差要求，相對外裝式全景天窗要低，且易于與頂蓋匹配。為提高神龍公司第一款SUV車型T88的市場競爭力，在T88 2014/2015年型上導入內(nèi)裝式可開啟全景天窗，并順利實現(xiàn)工業(yè)化。

T88全景天窗是神龍公司第一款內(nèi)裝式可開啟全景天窗，也是東風公司第一款。由T88全景天窗開發(fā)總結(jié)出的內(nèi)裝式全景天窗設(shè)計方法，為神龍公司P84等后續(xù)項目提供了經(jīng)驗借鑒和參照，也為A88C等車型的全景天窗模塊化應(yīng)用降成本提供了前提條件。

1內(nèi)裝式全景天窗設(shè)計開發(fā)流程

根據(jù)神龍公司車型開發(fā)要求，依據(jù)神龍公司的項目管理流程和全景天窗設(shè)計開發(fā)的特點，制定了內(nèi)裝式全景天窗完整的設(shè)計開發(fā)流程，如圖1。

2內(nèi)裝式全景天窗設(shè)計方案選擇

根據(jù)整車造型、車型市場定位、環(huán)境件的局限性以及經(jīng)濟性等限制條件，內(nèi)裝式全景天窗可做如下控制方式和部件的選擇。

2.1全景天窗控制方式

根據(jù)市場需求和整車架構(gòu)的限制，全景天窗玻璃和遮陽簾可以選擇如下功能：玻璃帶防夾功能、玻璃帶中控功能、遮陽簾帶防夾功能、遮陽簾帶中控功能、遮陽簾與玻璃帶邏輯關(guān)系。其中，玻璃防夾為法規(guī)GB11552/2009要求，全景天窗必須具備該功能。邏輯關(guān)系指玻璃和遮陽簾的以下功能：

（1）前玻璃在全關(guān)和起翹位置之前運動時，卷陽簾保持靜止。

（2）前玻璃由起翹位置滑動開啟，遮陽簾同方向卷收，有延時。但如果遮陽簾開口本來就大于玻璃，則遮陽簾保持靜止，直到前玻璃運動到開口與遮陽簾相同的前一刻，遮陽簾開始卷收。

（3）使用點動/一鍵或旋鈕功能，前玻璃滑動停止時，遮陽簾也隨之停止，但遮陽簾開口始終大于玻璃開口。可通過單獨的翹板式開關(guān)控制遮陽簾到最大卷收位置。

（4）前玻璃滑動關(guān)閉時，遮陽簾不隨之關(guān)閉。遮陽簾的關(guān)閉可通過單獨的翹板式開關(guān)控制。

2.2全景天窗玻璃和簾布的選擇

內(nèi)裝式全景天窗玻璃和簾布影響到全景天窗的造型風格、整車性能等，因此，二者的選擇尤為重要。

2.2.1玻璃的選擇

全景天窗通常玻璃面積較大，因此，玻璃的選擇很大程度上影響到光照進入車內(nèi)的能量，進而影響到乘客的舒適度。內(nèi)裝式全景天窗通常為鋼化玻璃，一般用灰玻來提高玻璃的隔熱性能，目前常用的有兩種：圣戈班的Venus VG10和福耀的FG10，厚度4mm，TE值均能達到<11%。Venus VG10在AUDI A6L、VolvoS60和AUDI 03等車型上廣泛應(yīng)用，但需要進口。FG10目前在國內(nèi)應(yīng)用較少，幾乎只有AUDI Q5一款車型的全景天窗在應(yīng)用，但有成本優(yōu)勢。

2.2.2簾布的選擇

內(nèi)裝式全景天窗，如果玻璃與遮陽簾無邏輯關(guān)系，為避免在玻璃開啟而遮陽簾遮蔽狀態(tài)下、高速下遮陽簾抖動，只能選擇遮光率小于94%的簾布。如果玻璃與遮陽簾有邏輯關(guān)系，遮陽簾遮光率可任意選擇。遮陽簾顏色紋理風格與頂棚、A柱和C柱裝飾板一致。

3內(nèi)裝式全景天窗外形尺寸的匹配

對市場銷售而言，當然是天窗玻璃越大越有競爭力。但對布置方案來講，為了兼顧各方面的影響，只存在一個合適的尺寸范圍。

另外，對天窗生產(chǎn)廠家而言，從成本和收益的角度出發(fā)，天窗的外形尺寸必然是系列化的，而不是為每一款車完全定制一個最合適的尺寸，這對主機廠來講也降低了采購成本。

3.1天窗總長度

一般情況下應(yīng)滿足如下條件，見表1。

其中，D_B為Y0處頂蓋前后橫梁之間的X向距離，L_S為天窗總長度。

3.2全景天窗總寬度

全景天窗總寬度主要受兩側(cè)側(cè)圍總成之間的空間距離限制，在項目前期階段數(shù)據(jù)不完整或未固化凍結(jié)的狀態(tài)下，可用頂蓋寬度來代替判斷。一般情況下應(yīng)滿足如下條件，見表2：

其中，W_RMIN為頂蓋最小寬度，W_S為全景天窗總寬度。

3.3玻璃尺寸

對全景天窗而言，在天窗總成的長度和寬度滿足要求的前提下，當然是盡量使得玻璃尺寸更大，特別是X向尺寸可選擇的范圍比較大，同時可活動的前玻璃尺寸要優(yōu)先保證更大尺寸。

玻璃尺寸的選擇，往往還需要與競品車進行對比，其中還要包括可開啟尺寸、內(nèi)部透視尺寸等。

4內(nèi)裝式全景天窗位置及曲率匹配設(shè)計

全景天窗數(shù)據(jù)往往并不在要適配車型的整車坐標系下，需要通過多次平移和旋轉(zhuǎn)來調(diào)整天窗姿態(tài)，使得天窗在一個恰當?shù)奈恢谩?/p>

由于全景天窗玻璃在任意的車型中，必然是相對XZ平面嚴格鏡像對稱，這樣對于全景天窗的6個自由度X，X，Y，Y，Z，Z，其中的X，Y，Z是不需要調(diào)整的，只需要來確定剩下的X，Y，Z三個調(diào)整量。

4.1全景天窗在整車上的位置

在全景天窗的尺寸確定之后，全景天窗在整車上的位置，主要取決于前排乘員的舒適性考慮。一方面，是全景天窗對座艙特別是前排乘員換氣效果，另一方面是前排乘員抬頭透光角度。

結(jié)合車身內(nèi)部結(jié)構(gòu)的限制，一般按如下規(guī)則來確定天窗的大致位置，見表3：

其中，D，為Y0處全景天窗玻璃面到頂蓋前端的X向距離。

4.2天窗玻璃面與頂蓋的A面匹配

在匹配前，需要先確定玻璃面與車頂?shù)拿娌铌P(guān)系，這由全景天窗自身結(jié)構(gòu)特點來確定。

接下來測量分析玻璃面與頂蓋之間的偏差具體情況，就得到兩者偏差的最大值和最小值，可以作為一項技術(shù)條件輸出，以便造型部門預(yù)判調(diào)整頂蓋A面的可行性，或確定該偏差是否在可接受范圍內(nèi)。

另外，由于對全景天窗進行了繞Y向旋轉(zhuǎn)，將導致全景天窗的前后排水角發(fā)生相應(yīng)變化。旋轉(zhuǎn)后的排水角還能否滿足要求，是否要進行局部設(shè)計更改，也需要得到確認。（相對原設(shè)計姿態(tài)，一般旋轉(zhuǎn)角度在±0.5。以內(nèi)，可以預(yù)估接受。）

5內(nèi)裝式全景天窗頭部空間設(shè)計

5.1頭部空間的做法

在擺好天窗的位置之后，對應(yīng)的頭部空間值就可以做出來了。

如果沒有原頂篷數(shù)據(jù)，或者需要判斷原定義是否還有富余空間沒有利用，則一般可按如下規(guī)則進行設(shè)定：D₂≥11mm。

D，為各頭部球與全景天窗斷面之間的間隙值，其中5mm為頂篷距離全景天窗的最小間隙要求值，余下的6mm為頂篷的極限最薄料厚。當然，最終需要頂篷的產(chǎn)品負責人確認反饋各頭部空間值對頂篷工藝可行性的結(jié)論，因為頂篷無法確保處處都能做到最薄料厚，還要考慮頂篷內(nèi)部結(jié)構(gòu)的可行性。

5.2頭部空間的評價

得到頭部空間值后，如果沒有滿足設(shè)定的目標門檻值，或者相比競品車處于劣勢，這時需要回頭再來調(diào)整天窗的位置，以得到更大的頭部空間值，甚至要對天窗的尺寸進行適當增減，以服從對頭部空間值的要求。目標門檻值通常由整車定義部門給出。必要時，還需安排在騾子車上試制試裝一個符合頭部空間設(shè)計值的頂篷，針對頭部空間進行主觀評價，以凍結(jié)頭部空間的設(shè)計值，同時也凍結(jié)了天窗的位置和尺寸。

6內(nèi)裝式全景天窗系統(tǒng)與車身接口的設(shè)計

全景天窗位置和尺寸確定完成后，就要開始進行車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計了。相對全新車型的車身設(shè)計而言，由于全景天窗與車身的接口不多，相關(guān)的環(huán)境件也較少，而且都集中在車身頂部，因此分析起來也相對比較簡單。

6.1全景天窗與車身的界面

對車身來講，首先要考慮全景天窗的定位和固定裝配方式，因為這與車身頂部的結(jié)構(gòu)形式密切相關(guān)，其次是全景天窗與車身之間的密封，以及天窗排水管的走向布置。

6.1.1全景天窗定位方式

全景天窗的z向都是靠打緊面貼合來定位，X向和Y向則采用孔定位。

孔定位的優(yōu)點是裝配方便，利于實現(xiàn)機械自動化，可以縮短裝配工時，也可以滿足天窗生產(chǎn)、檢測、裝配等過程中各工裝的定位基準統(tǒng)一，最終確保產(chǎn)品的尺寸符合性。缺點是，相對于小天窗用玻璃定位而言，孔定位對車身的尺寸公差要求較嚴，否則無法滿足天窗與頂蓋之間的界面尺寸，增加了鈑金件的工藝調(diào)試難度。

6.1.2全景天窗固定方式

全景天窗與車身的固定，都是通過M6×100的緊固件擰緊連接，但具體又有些差異。

（1）螺母擰緊

車身上帶焊接螺栓，然后通過螺母將天窗擰緊。

優(yōu)點是，天窗裝配時，螺栓頭外露，方便人工找正，可縮短裝配工時。但另一方面，螺栓焊接帶來了垂直度的影響，往往螺栓根部的位置由沖孔可以保證，而頭部受底平面輪廓度及焊接變形等影響偏差較大，螺栓越長，這種影響越大，進而引起天窗與車身合裝時錯孔。

（2）螺栓擰緊

車身上帶焊接螺母，然后通過螺栓將天窗擰緊。

優(yōu)點是，不存在螺栓垂直度的影響，對天窗上的過孔尺寸和位置要求略低，易于保證裝配性。缺點是，天窗裝配時螺母不可見，不便于人工找正，影響裝配工時。

經(jīng)過綜合考慮，目前神龍公司全部采用螺栓焊接螺母擰緊。但競品車采用螺母焊接螺栓擰緊的方式也較為普遍。

大多數(shù)情況下，全景天窗的定位和固定，都是直接在同一個車身零件上，即天窗加強框總成。

受天窗的固定點及玻璃開口位置與車身頂蓋A面的限制，可能導致天窗加強框上對應(yīng)的固定面在Z向無法直接與天窗貼合。從天窗加強框的沖壓成型可行性、焊裝涂膠寬度及總裝緊固空間要求來考慮，以螺栓擰緊為例，車身對天窗固定點的位置有如下要求，如圖2：

而天窗為了盡量縮小尺寸（特別是Y向?qū)挾龋赃m配更多車型，且天窗需要滿足振動耐久等各種苛刻的性能要求，L和H這兩個尺寸要求往往無法滿足。這時需要通過采用凸臺螺釘焊接，或者總裝增加襯套來實現(xiàn)，還有的專門為此焊接一個小支架。

6.1.3全景天窗與車身密封

密封是布置全景天窗時需要關(guān)注的一項關(guān)鍵性能，一般依靠控制密封條的壓縮來實現(xiàn)，使得車身內(nèi)部與外部隔絕，達到降噪、防水防塵、保溫等目的。天窗與車身的密封壓縮量過小會造成密封不良，過大，則造成運動異響。

全景天窗與小天窗不同，需要在車身上獨立裝配一圈密封條，這是由全景天窗的結(jié)構(gòu)特點決定的：外開時，前玻璃為活動玻璃，而后玻璃為固定玻璃，前玻璃上的機械組在Y向兩側(cè)需要運動穿過后玻璃的密封界面，必須依靠外部的密封條來偏移壓縮面；前后玻璃之間兩側(cè)拐角處的密封，也需要外部的密封條來保證；全景天窗的玻璃尺寸較大，特別是在關(guān)閉狀態(tài)下，需要將外部噪音與座艙之間隔斷，因此也需要在車身布置該密封條，如圖3和圖4。

其中的天窗頂蓋密封條，一方面與玻璃總成密封，另一方面在兩側(cè)與導軌密封，在前后端與天窗框架密封，除了自身的尺寸公差和相關(guān)性能要求較高，對裝配區(qū)域的車身要求也較高，如圖5：

7結(jié)束語

全天窗已經(jīng)越來越多地應(yīng)用到SUV甚至是普通轎車上，其中內(nèi)裝式全景天窗因易于與環(huán)境件匹配，在各主機廠有越來越多的應(yīng)用。本文根據(jù)T88全景天窗的開發(fā)經(jīng)驗，總結(jié)出內(nèi)裝式全景天窗的設(shè)計方法，將給后續(xù)車型全景天窗的設(shè)計開發(fā)和模塊化提供借鑒。