基于采用全景天幕乘用车顶棚内饰无拉手设计的研究

摘 要：随着新能源汽车的异军突起，全景天幕作为高科技新技术给消费者带来全新的驾乘体验，随着全景天幕的普及，给汽车内饰设计也提出新挑战，与此相关的内饰设计风格与相关工艺也随之发生变化，所以本文就此设计上的变化及创新提出一些新的思路供研究。在传统汽车中，拉手是顶饰的重要组成部件，但在新能源汽车设计中，拉手逐渐被取消。本文以面料、玻纤、PU（polyurethane，聚氨基甲酸酯，后文简称为PU）层复合并用湿法工艺制成的顶棚为例介绍采用全景天幕乘用车顶棚内饰无拉手设计方案的研究。

关键词：全景天幕顶棚内饰 拉手 新能源汽车 展开性能

1 引言

2020年10月20日，国务院印发“新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）”，提出了：到2025年，新能源汽车销售达到汽车销售总量20%；到2035年，纯电动汽车成为汽车销售主流的美好愿景。[1]该规划提及国家把“碳达峰、碳中和”的双碳政策写入国家战略，对国内新能源汽车企业的发展起到了关键的助推作用。一时间，市场上出现了新能源汽车蓬勃发展的壮观局面，大有赶超传统燃油汽车的趋势。

2 汽车顶棚内饰简介

传统汽车的顶饰系统主要组成为顶棚、遮阳板、拉手等。随着汽车市场发展。顶棚内饰系统又分全顶顶棚、天窗顶棚、全景天幕顶棚等。

从材质来看，顶棚分面料复合泡沫的软顶，面料、玻纤、PU层复合的硬顶与面料复合注塑骨架的硬顶等。目前最常见的是面料、玻纤、PU层复合的硬顶。

主要由面料、玻纤、PU层复合的硬顶按工艺区别，又有干法顶棚与湿法顶棚之分。干法顶棚与湿法顶棚工艺的区别主要在于：干法工艺为将面料、复合胶、玻纤与PU层按一定顺序叠放后，在烘箱加热升温，冷模压制成型；湿法工艺为PU层辊胶后添加玻纤热膜压制骨架后，再喷胶压合面料与骨架。

湿法工艺顶棚在NVH性能上，无论是吸声、隔声，还是语言清晰度，都较干法工艺顶棚更优秀。[2]随着消费者对整车舒适度要求的提高，汽车市场更倾向于选用湿法工艺顶棚。

本文主要以如图1所示，一种无拉手的，由面料、玻纤、PU层复合的全景天幕湿法顶棚为例，研究顶棚开发中所需要注意的一些要点。

2.1 带拉手顶棚

顶棚拉手的设计是为了使乘员在颠簸路段做辅助支撑作用，避免乘员在颠簸剧烈的路段因身体晃动产生与车身的碰撞，对乘员身体造成伤害。[3]拉手一般布置在乘员侧，通过紧固件固定在车身支架上，在固定拉手的同时，也将顶棚固定在车身上。

2.2 无拉手顶棚

随着国家基础设施的全面建设，城市路况及乡村路况都得到了极大的改善，顶棚拉手逐渐失去了设计的必要性，很多豪华轿跑都选用了无拉手的顶棚设计。无拉手的顶棚既提升了汽车内饰整体观感，又节省了拉手支架所需要的布置空间，增加车内使用空间。

3 从汽车侧面帘式气囊碰撞展开试验看顶棚设计

全国道路交通事故统计年报自2016以后不再公开，在2007-2016年间，道路交通事故中死亡人数与受伤人数总体呈逐渐下降趋势，[4]其中，汽车被动安全技术的发展与国内相关法规的完善功不可没。

汽车法规GB/T 20071-2006中第4.3.3条明确规定了“所有内部构件在脱落时均不得产生锋利的突出物或锯齿边，以防止增加乘员伤害的可能性。”[5]法规GB/T 38795-2020中也提到了汽车侧面帘式气囊（以下简称气帘或CAB）在展开时不得有因CAB展开而引起的硬质飞溅物。[6]

作为CAB展开的冲击对象，顶棚需要在上至85℃，下至-30℃的环境中保有整体固定性好、与立柱配合位置易打开、对CAB与乘员无伤害的特点。

3.1 顶棚本体加强结构设计要点

面料+玻纤+PU复合式的湿法顶棚本身硬度有限，在掏空内部避让天幕后，挠度过大，在搬运装配过程中极易弯折，因此需要在顶棚与天幕配合的内边设置顶棚天幕加强框，。天幕加强框一般为注塑或金属结构。注塑结构对空间要求比较高，当空间布置比较紧凑时，一般选用金属结构。如若天幕较大，可在金属加强框上再添加加强筋结构。

需要注意的一点是金属加强框在冲压工艺中可能留有毛刺，在CAB爆破过程中有划伤气帘的风险。如图5所示，需要做去毛刺或加包无纺布，用来保护气帘在爆破展开过程中不被划伤。

3.2 顶棚固定结构设计要点

无乘员扶手的全景天幕顶棚由于缺少有效硬连接，普通的搭扣和塑料卡扣很难承受CAB展开时所产生的冲击力，容易出现顶棚整体塌陷等乘员伤害的严重事故。目前有两种得到验证的设计方案。一种是将常用于立柱护板的气帘卡口应用在顶棚设计中，另一种是将螺栓固定点设置在金属支架上再巧妙的隐藏在阅读灯下或AIRBAG饰盖下。

在专利“一种车辆全景天窗顶棚固定装置及车辆”中，讲述了隐藏式螺栓固定点本身的结构要点。该翻边结构可以使整个侧壁支架形成一个天然的吸能传导装置，在CAB气帘爆破展开过程中可形变吸能保护顶棚本体的同时，使顶棚依旧固定在车身，不会塌陷。

如选用隐藏式螺栓固定点，还需注意下固定点的选用位置，要考虑顶棚整体强度结构和CAB布置。如图7所示，该CAB气体发生器的出气口虽然在顶棚中间位置，但由于气体发生器出气口朝后，在CAB起爆过程中，气体是先向后部冲击再充满整个气帘的。所以顶棚中部偏后的位置是受冲击最大的部位，如果在这里设置硬连接固定点可以更好的起到吸收冲击能量、保护顶棚整体结构的作用。图8为未设置硬连接固定点失败案例。

3.3 顶棚弱化线设计要点

顶棚本体上设计弱化线是为了在CAB爆破时，顶棚本体延弱化线处翻折，使CAB气帘能够顺利展开。传统汽车顶棚弱化线一般以刀具切割为主，后来人们为了节省工序，直接在顶棚本体上直接增加2～3mm深度V型槽结构，在顶棚本体压合过程中即完成V型槽的压合。

但是在全景天幕顶棚的设计中，由于顶棚中空结构加大了本体的挠度，为了减轻顶棚变形，顶棚本体中会加大玻纤的使用。此时如使用V型槽“弱化线”设计，增加玻纤含量的顶棚在本体本就硬度很强的情况下，模具压制出的 “弱化线”可能非但没起到弱化的作用，反而加强了顶棚的结构，使其无法起到翻折铰链的作用。在这种情况下，增加一道刀具切割弱化槽的工序是无法避免的。

还有一点需要注意的是顶棚弱化线与CAB中轴线的相对距离，通过CAB中轴线向顶棚做法线与顶棚橡胶的位置，Z向应低于顶棚弱化线。

4 从顶棚装车问题看设计

为增加整车大线生产效率，越来越多的工序被拆分到分装线或由供应商组装。当顶棚扬声器及线束等部件分装至顶棚再装车时，顶棚在试制过程中就会出现一个非常难处理的问题：顶棚异响。但如果将扬声器、线束等部件先固定至车身，再安装顶棚时，顶棚的扬声器面罩只要与扬声器保留好合理的间隙，就不会产生颠簸路摩擦异响或线束晃动异响。

5 结语

影响汽车顶棚产品质量的因素有很多，但是一般70%-95%的质量问题可以靠前期设计规避。其中包括但不限于产品结构的设计，材料的选用，生产零部件的工艺过程，装配到整车上的工艺过程以及产品在运输过程中的料架与包装方式的设计。在设计中规避可能产生的质量问题，在质量问题中可以优化设计。本文对采用全景天幕乘用车顶棚内饰无乘员拉手的设计进行了总结，通过有效的措施规避了一些典型问题，可以为同类设计提供一些借鉴和帮助。

参考文献：

[1]国务院办公厅关于印发新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）的通知[J].中华人民共和国国务院公报，2020，No.1714（31）：16-23.

[2]许林倩，岳志强，耿建，党程.干法顶棚和湿法顶棚NVH性能对比分析[J]. 时代汽车，2021，No.350（02）：160-161+169.

[3]孙成武，陈林萍，刘婷婷，曹维福.汽车顶棚拉手设计[J]. 汽车零部件，2014，（04）：63-66.

[4]秦恩国. 道路交通事故损失统计分析[J]. 内燃机与配件，2018，No.267（15）：192-194.

[5]GB 20071-2006，汽车侧面碰撞的乘员保护[S].

[6]GB/T 38795-2020，汽车侧面气囊和帘式气囊模块性能要求[S].