浅谈汽车顶棚设计方法

随着人们生活水平的提高，消费者对整车造型的美观性，特别是对内饰件的美观性、舒适性要求越来越高。汽车顶棚作为汽车内饰件的重要组成部分，是在车身顶盖钣金下面加装的内饰零件，除提高车内装饰性外，还可起到隔音、吸音、隔热的作用[1-4]。顶棚集成有车顶控制台、遮阳板、把手、空调风道、线束、头部吸能块、隔音隔热块、阅读灯及相关电子设备，其设计与制造是整车的重要一环。笔者从成型工艺、材料及顶棚与周边件的匹配关系着手，剖述了汽车顶棚的设计开发过程。

汽车顶棚一般分为软顶衬和成型顶衬两类，成型顶衬应用较多。成型顶衬的结构一般由表皮和基材组成，成型的工艺根据基材的材质而定，大多采用将表皮材料和顶衬基材复合，可用模具成型制成[2-5]。目前，汽车顶棚制造工艺分为干法工艺与湿法工艺两种。成型顶衬的表皮材料一般有 PVC 薄膜、无纺布或针织面料，通常会在表皮后面复合一层软质海绵来改善顶衬成型后的外观效果及触感。成型顶衬的基材种类很多，有热塑性类、热固性类和复合类板材等。热塑性板材，如改性PS、PP、PU，不经发泡的PP木粉板、ABS板等。热固性板材有经过热固性树脂填充的再生纤维毡、麻纤维、玻璃纤维、玻璃棉等。复合类板材，用发泡的PE、PU、玻璃纤维、无纺布等多层材料复合而成，再经模压成型。目前常用的基材有PU复合板材、PP+玻璃纤维、PF（酚醛树脂）+纤维和瓦楞纸等。PU复合板材一般是由无纺布、玻璃纤维、胶膜或胶水和 PU 泡沫复合成的多层材料，具有良好的吸声性和耐热性、高温尺寸稳定性和自增强特性等优点[3-8]。

汽车顶棚的周边件较多，比如立柱、顶棚把手等，汽车顶棚与周边件的匹配状态的好坏是决定顶棚设计是否合理的重要指标。

2.1 顶棚与立柱的搭接

顶棚与立柱饰板的配合在车内属于比较重要的匹配外观，配合不好会影响乘客的舒适性，为了提高匹配质量，要求两者搭接量一般控制在7 mm~8 mm，配合时需要有一定的过盈量 [9]，保证两者配合更加紧密。顶棚面料中如果有海绵层，过盈量控制在 1.5 mm~2 mm；如果顶棚面料为针刺无纺布，过盈量则控制在 1 mm~1.5 mm。顶棚与立柱护板的配合方式一般分为搭接配合、对接配合两种。顶棚与立柱搭接配合如图 1 所示，顶棚与立柱对接配合如图 2 所示。如果顶棚与立柱护板为搭接配合，那么因顶棚弹性大，故为了保证立柱护板能够更紧包裹顶棚翻边，立柱护板靠近顶棚一侧的固定点，距离立柱护板边界控制在50 mm以内；而由于对接配合，立柱与顶棚的间隙不可控，所以搭接配合较为常见。

2.2 顶棚与前挡玻璃的搭接

顶棚与前挡风窗玻璃的配合间隙一般保持在 3 mm 以上，且为了防止在车外看见顶棚边界，顶棚边缘离前挡风玻璃黑边的距离要大于 6 mm，如图 3所示。

2.3 顶棚扶手握手空间要求

当乘客扶手开启到最大角度时，为保证乘客整只手握住顶棚扶手而不与顶棚产生磕碰 [10]，扶手背面到顶棚平面距离应不小于35 mm，顶棚扶手侧面到顶棚面距离（手指伸展方向）应不小于 35 mm，顶棚扶手内部长度不小于 100 mm，顶棚另一侧面与扶手的间距应不小于6 mm，确保扶手能够绕其轴进行旋转，如图4所示。

2.4 顶棚与遮阳板的匹配要求

遮阳板手拉特征尺寸要求：指尖操作空间不小于15 mm，Y向宽度不小于100 mm，遮阳板与顶棚面差应保持遮阳板低于顶棚1.5 mm，如图5所示；遮阳板运动包络与顶棚最小间隙为3 mm，如图6所示，遮阳板与顶棚保持均匀干涉量 1 mm~2 mm，且遮阳板固定座需压住顶棚至少3 mm，防止顶棚漏边。

2.5 顶棚与顶灯的匹配要求

顶棚与前顶灯要保持 5 mm 以上的搭接量，过盈量保持在 2 mm~3 mm。因前顶灯一般面积较大，故顶棚上需增加支架，支架上最少为前顶灯预留4个固定点（侧面最少各一个），顶灯前后两端最少要有一端固定在车身钣金上。顶棚与顶灯配合处两者的面差不能大于2 mm，如图7所示。

2.6 顶棚与密封条的匹配要求

顶棚与密封条的匹配如图8 所示，密封条一般要压住顶棚边缘5 mm 以上，且密封条的唇边和顶棚的干涉量一般为2.5 mm。

2.7 顶棚定位策略

顶棚因本身面积大、周边件多，故造成与周边件配合难度大，需要增加相应的定位点，顶棚的定位方式如图9所示。根据安装要求，顶棚先安装主定位固定点，然后是辅助定位，最后再安装乘客扶手、遮阳板等零部件[6]。

为保障乘客乘车安全和乘坐的舒适性，顶棚的各项性能必须满足设计要求。各项指标要求必须根据DVP中的要求寻找有资质的试验机构进行试验测试，特别是气味试验、阻燃性试验、VOC试验及禁用物质等几项强制性检验，需满足以下要求：

1）气味试验：气味评分等级≤3.0级。

2）阻燃性试验：顶棚的燃烧性能试验需满足 GB 8410—2006《汽车内饰材料的燃烧特性》阻燃性要求，顶棚燃烧速率≤100mm/min。

3）VOC 要求：要求顶棚的 VOC 能通过 2 000 L袋子法试验，其中甲醛含量≤10mg/kg。

4）禁用物质要求：符合GB/T 30512—2014《汽车禁用物质要求》的标准。

5）耐热老化性能：试验后表面与试验前状态相比，不允许出现任何变化，如装饰材料部分脱层、起翘、凸起、变色等。

6）耐低温冲击性能：试验后每一个试样都不允许产生裂纹或破裂现象。

综上所述，笔者介绍了汽车顶棚的成型工艺，分析了顶棚与立柱、前挡玻璃、扶手、遮阳板、顶灯、密封条等周边件的搭接关系，可为顶棚的设计开发提供相应参考。同时，介绍了顶棚零件试制过程需要满足的试验项，如气味、VOC、阻燃性等要求。

参考文献：

[1] 孙大鹏，黄千千. 汽车顶棚概论与设计 [J]. 汽车实用技术，2018(10)：88-90.

[2] 关杰，王士川. 汽车顶棚内饰设计及工艺 [J]. 汽车零部件，2018(5)：47-49.

[3] 谢建东，吴红广，余李辉.汽车顶棚制造工艺及相关故障解析[J].时代汽车，2022(13)：114-116.

[4] 赵东明. 汽车顶棚总成的生产工艺研究 [J].内燃机与配件，2020(7)：116-117.

[5] 薛振荣，张拓.汽车顶棚用聚醚与聚酯海绵对比分析[J].汽车工程师，2017(9)：57-58.

[6] 唐纱丽，陈慰来，马晨.多梳经编汽车顶棚织物的设计与仿真[J].现代纺织技术，2022，30(4)：149-155.

[7] 刘淑征，曹学文.轻质GMT在汽车顶棚中的应用[J].内燃机与配件，2017(18)：115-116.

[8] 孙成武，刘婷婷，陈林萍，等.汽车顶棚设计[J].汽车零部件，2014(3)：59-63.

[9] 张志军. 汽车内饰设计概论 [M]. 北京：人民交通出版社，2008.

[10] 曹渡.汽车内外饰设计与实战 [M].北京：机械工业出版社，2017.

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