基于汽车顶棚设计相关问题的思考

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[摘 要]本文首先概述了汽车顶棚的结构及制造工艺，然后分析了顶棚与周边件的配合设计、顶棚自身的性能设计，最后阐述了汽车顶棚的发展趋势，本文在此提出了自己的观点和看法，可供同行参考和借鉴。

[关键词]汽车顶棚； 结构； 制造工艺； 配合设计

中图分类号：U463.83.9.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）42-0135-01

一、前言

近年来，我国在汽车制造中取得了很大的成绩，随之而来的汽车顶棚设计方面的问题也越来越多。新时期下，我们要加强对汽车顶棚设计相关问题的思考，根据实际情况，设计出合理的顶棚设计方案，确保汽车的质量安全。

二、汽车顶棚结构形式

平板顶棚，由一块薄平板形成，与车身骨架焊接在一起，构造简单，是最早使用的结构形式，成本低，但刚度也低，振动特性差；

凸面顶棚，是目前十分常见的顶棚结构形式，采用沿平板顶棚纵向冲压凹凸面工艺提高顶棚刚度，进而提高固有频率、降低振幅。

弧形顶棚，即沿车身纵向呈弧形的薄板，是目前汽车设计主要采用的顶棚结构形式。

三、顶棚结构及工艺

1、结构

汽车顶棚一般由面料层、基材层和背面无纺布层组成，其中面料层面向乘客，体现顶棚的外观效果，一般采用无纺布、针织面料、TPO和PVC膜。基材层是顶棚除外观性能以外其他性能的主要决定者，一般采用PU玻纤板、PP玻纤板、瓦楞纸板、麻纤维板等。

面料材料中的TPO和PVC由于气味性较差且受热易融化变软、受冷易开裂等缺点，逐渐被淘汰；基材材料中的瓦楞纸板和麻纤维板由于克重较大、潮湿易霉变且吸隔音性能较差等缺点的影响，在汽车顶棚设计中的使用越来越少。因此，目前的汽车顶棚在设计时面料层一般选用无纺布或者针织面料，基材层一般选用PU玻纤板或者PP玻纤板。

2、工艺

顶棚成型工艺有干法成型和湿法成型。

（1）干法工艺

具体方法如下：

1）先将PU/PP、胶粉、玻纤、胶片、无纺布（面料）复合成多层板材。

2）再将多层复合板加热至软化温度，其中软化温度因材料而不同。此时胶粉、胶片等低熔点材料熔化成液态并均匀附在基材表面，加热后的材料进入冷态模具压制成型（压制过程中材料快速冷却并固化）。

（2）湿法成型

湿法成型分为一步法和两步法。

一步法湿法工艺具体方法如下：将胶滚涂至PU板表面并喷洒固化剂和水，使之与玻毡、无纺布、胶片及面料等材料叠合后送入高温模具压制成型（此时胶水与水及催化剂快速反应并固化）。模具温度取决于胶水固化温度。

两步法湿法工艺具体方法如下：（1）先将胶滚涂至PU板表面并喷洒固化剂和水，使之与玻毡、无纺布、胶片等材料叠合后送入高温模具压制成顶棚基材（同一步法）。（2）再在顶棚基材表面喷洒胶，将基材与面料送入高温模具压制顶棚。

上述干法工艺和湿法（一步/两步）工艺是目前汽车顶棚制造采用最频繁的工艺，不仅工艺流程简单，而且较高水平的机械自动化有效地节省了人工成本，提高了制造精度。

四、顶棚与周边件的配合设计

1、顶棚与周边件配合的搭接量设计

设计顶棚与周边件配合的搭接量时，应考虑顶棚和周边件的制造精度、车身的制造精度及安装精度，定义合适的搭接量，保证实物装配时搭接配合合理及装配后的外观良好。

2、顶棚与周边件的间隙配合

设计顶棚与周边件配合的间隙时，除了需要考虑装配和外观以外，还需要考虑操作舒适性等人机工程方面的要求。如开启遮阳板时，遮阳板与顶棚凸起间隙如果较小则影响手部操作舒适性，间隙较大则影响外观效果；同样，顶把手使用状态时，握手部分与顶棚间隙如果较小则影响乘员操作舒适性。

3、顶棚的安装

一般的PPIPU玻纤板基材的顶棚安装采用卡接固定和黏接固定两种方式。卡接固定是利用明卡扣或者暗卡扣将顶棚固定在车身钣金上，黏接固定是利用黏胶或者毡扣将顶棚固定在车身钣金上。

4、顶棚内饰的设计

顶棚内饰是汽车整车内饰的重要组成部分，它的主要作用是提高车内的装饰性，同时还可以提高与车外的隔热、绝热效果，降低车内噪声，提高吸声效果，提高乘员乘坐的舒适性和安全性。由于太阳直射车顶，汽车顶部温度较高，因此顶棚内饰的耐热性和耐候性指标要求较严。

对不同档次的顶棚内饰在材料上、结构上有所不同，为提高隔声、隔热、降低噪声等效果，多采用各种纤维毡、聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫等与其他材质粘合在一起的结构作为衬垫，并与蒙皮材料（如无纺布、针织物等）通过一定的方式粘合形成一体。汽车顶棚内饰主要有软顶和硬顶两种。汽车顶棚内饰材料的发展趋势是高强度模塑基材。

五、顶棚的性能

1、外观

顶棚作为汽车内饰中重要的外观件，在一定程度上影响着消费者购买意愿，所以顶棚表面应匀整、清洁、无凹陷、凸起、折痕、起皱、疵点、色斑、污斑等缺陷，切割边、孔整洁、无毛刺，饰材与基材黏结完好；顶棚表面的颜色和花纹应与经规定程序批准的色板或样品一致。

2、挥发及气味

随着人们使用汽车的频率越来越高，人们停留在车内的时间越来越长。车内空气质量也越来越受到消费者的关注和重视。车内低劣的空气质量严重威胁着人们的健康。车内空气的气味性直接引起乘客的抱怨，而车内零部件挥发出来的有毒气体更是影响着乘客的身体健康。

国家也相继颁布了标准，如2004年7月14日，国家环保总局正式启动国家环保标准《车内空气污染物浓度限值和测量方法》的制定工作，2007年l2月，2008年3月1日实施HJ/400-2007《车内挥发性有机物和醛酮类物质采样测定方法》，2011年10月27日国家环保部和国家质检总局联合了GB/T27630《乘用车内空气质量评价指南》，对苯、甲苯、甲醛等8种车内常见的挥发性有机物浓度设定了限值。各大主机厂也专门针对车内空气质量制定并试运行了相关零部件的标准。

顶棚作为舱内覆盖面积较大的内饰件，是车内空气质量提升的重点关注件，设计阶段就应该从选材和工艺等方面对其进行要求。

3、其他性能

主要指顶棚材料的阻燃、强度、色牢度、抗静电及耐老化等等。

顶棚材料的阻燃性非常重要，直接关系乘员的生命安全，国家标准GB8410中对内饰材料的燃烧性能进行了明确规定。

顶棚的强度要求包括材料层之间的剥离强度。顶棚本身的弯曲强度、压痕恢复率和耐磨损强度。顶棚强度不仅影响着顶棚及顶棚周边件的安装，还对车辆使用中顶内饰的外观、性能有着很大影响。

色牢度是指顶棚面料层颜色保持的能力，包括摩擦色牢和光照色牢，顶棚面料需进行相应的色牢试验，并用相关标准进行灰度等级评定。

顶棚老化是指顶棚经过多次气候交变可能产生的分层、鼓包、异味、变色等外观缺陷。顶棚在使用过程中要保证在一定数量周期的气候交变后仍不会老化，就必须进行防静电处理，把静电减少到最低标准。在使用过程中，要求不得产生静电作用，不允许产生起毛、起球、吸灰等现象。

六、聚氨酯材料在汽车顶棚中的发展趋势

聚氨酯发泡板型汽车顶棚不仅在耐温、防霉、强度等方面满足汽车顶棚的基本性能要求，而且具有比麻纤维型、PP纤维板型顶棚更好的隔热、吸音等方面的性能，聚氨酯发泡材料在汽车顶棚上的应用具有很好的市场前景。

七、结束语

汽车顶棚设计是汽车制造的重要环节，顶棚设计的好坏对于汽车整体有着重要的影响。因此，加强汽车顶棚设计相关问题的分析，对于保证汽车整体质量具有积极的促进作用。

参考文献

[1]谷正气.轿车车身[M].北京：人民交通出版社，2014：61-88.

[2]王健犀.汽车顶蓬基材的现状与发展[J].汽车工艺与材料，2015（12）：23-24.