内装式全景天窗设计方法

本文介绍了内装式全景天窗设计方法，包括开发流程、设计方案选择、外形尺寸匹配、位置和曲率匹配设计、头部空间设计，与车身接口的设计几部分，为新车型内装式全景天窗的设计提供了指导，也为全景天窗模块化应用提供了前提条件。
前言
内装式全景天窗指由车身内部从下方向上方装的天窗，天窗环境件为加强环、顶盖和天窗密封条、顶棚。内装式天窗对顶盖和加强环安装界面的尺寸公差要求，相对外装式全景天窗要低，且易于与顶盖匹配。为提高神龙公司第一款SUV车型T88的市场竞争力，在T88 2014/2015年型上导入内装式可开启全景天窗，并顺利实现工业化。
T88全景天窗是神龙公司第一款内装式可开启全景天窗，也是东风公司第一款。由T88全景天窗开发总结出的内装式全景天窗设计方法，为神龙公司P84等后续项目提供了经验借鉴和参照，也为A88C等车型的全景天窗模块化应用降成本提供了前提条件。
1内装式全景天窗设计开发流程
根据神龙公司车型开发要求，依据神龙公司的目管理流程和全景天窗设计开发的特点，制定了内装式全景天窗完整的设计开发流程，如图1。
2内装式全景天窗设计方案选择
根据整车造型、车型市场定位、环境件的局限性以及经济性等限制条件，内装式全景天窗可做如下控制方式和部件的选择。
2.1全景天窗控制方式
根据市场需求和整车架构的限制，全景天窗玻璃和遮阳帘可以选择如下功能：玻璃带防夹功能、玻璃带中控功能、遮阳帘带防夹功能、遮阳帘带中控功能、遮阳帘与玻璃带逻辑关系。其中，玻璃防夹为法规GB11552/2009要求，全景天窗必须具备该功能。逻辑关系指玻璃和遮阳帘的以下功能：
（1）前玻璃在全关和起翘位置之前运动时，卷阳帘保持静止。
（2）前玻璃由起翘位置滑动开启，遮阳帘同方向卷收，有延时。但如果遮阳帘开口本来就大于玻璃，则遮阳帘保持静止，直到前玻璃运动到开口与遮阳帘相同的前一刻，遮阳帘开始卷收。
（3）使用点动/一键或旋钮功能，前玻璃滑动停止时，遮阳帘也随之停止，但遮阳帘开口始终大于玻璃开口。可通过单独的翘板式开关控制遮阳帘到最大卷收位置。
（4）前玻璃滑动关闭时，遮阳帘不随之关闭。遮阳帘的关闭可通过单独的翘板式开关控制。
2.2全景天窗玻璃和帘布的选择
内装式全景天窗玻璃和帘布影响到全景天窗的造型风格、整车性能等，因此，二者的选择尤为重要。
2.2.1玻璃的选择
全景天窗通常玻璃面积较大，因此，玻璃的选择很大程度上影响到光照进入车内的能量，进而影响到乘客的舒适度。内装式全景天窗通常为钢化玻璃，一般用灰玻来提高玻璃的隔热性能，目前常用的有两种：圣戈班的Venus VG10和福耀的FG10，厚度4mm，TE值均能达到B为Y0处顶盖前后横梁之间的X向距离，LS为天窗总长度。
3.2全景天窗总宽度
全景天窗总宽度主要受两侧侧围总成之间的空间距离限制，在项目前期阶段数据不完整或未固化冻结的状态下，可用顶盖宽度来代替判断。一般情况下应满足如下条件，见表2：
其中，WRMIN为顶盖最小宽度，WS为全景天窗总宽度。
3.3玻璃尺寸
对全景天窗而言，在天窗总成的长度和宽度满足要求的前提下，当然是尽量使得玻璃尺寸更大，特别是X向尺寸可选择的范围比较大，同时可活动的前玻璃尺寸要优先保证更大尺寸。
玻璃尺寸的选择，往往还需要与竞品车进行对比，其中还要包括可开启尺寸、内部透视尺寸等。
4内装式全景天窗位置及曲率匹配设计
全景天窗数据往往并不在要适配车型的整车坐标系下，需要通过多次平移和旋转来调整天窗姿态，使得天窗在一个恰当的位置。
由于全景天窗玻璃在任意的车型中，必然是相对XZ平面严格镜像对称，这样对于全景天窗的6个自由度X，X，Y，Y，Z，Z，其中的X，Y，Z是不需要调整的，只需要来确定剩下的X，Y，Z三个调整量。
4.1全景天窗在整车上的位置
在全景天窗的尺寸确定之后，全景天窗在整车上的位置，主要取决于前排乘员的舒适性考虑。一方面，是全景天窗对座舱特别是前排乘员换气效果，另一方面是前排乘员抬头透光角度。
结合车身内部结构的限制，一般按如下规则来确定天窗的大致位置，见表3： 　　其中，D，为Y0处全景天窗玻璃面到顶盖前端的X向距离。
4.2天窗玻璃面与顶盖的A面匹配
在匹配前，需要先确定玻璃面与车顶的面差关系，这由全景天窗自身结构特点来确定。
接下来测量分析玻璃面与顶盖之间的偏差具体情况，就得到两者偏差的最大值和最小值，可以作为一项技术条件输出，以便造型部门预判调整顶盖A面的可行性，或确定该偏差是否在可接受范围内。
另外，由于对全景天窗进行了绕Y向旋转，将导致全景天窗的前后排水角发生相应变化。旋转后的排水角还能否满足要求，是否要进行局部设计更改，也需要得到确认。（相对原设计姿态，一般旋转角度在±0.5。以内，可以预估接受。）
5内装式全景天窗头部空间设计
5.1头部空间的做法
在摆好天窗的位置之后，对应的头部空间值就可以做出来了。
如果没有原顶篷数据，或者需要判断原定义是否还有富余空间没有利用，则一般可按如下规则进行设定：D2≥11mm。
D，为各头部球与全景天窗断面之间的间隙值，其中5mm为顶篷距离全景天窗的最小间隙要求值，余下的6mm为顶篷的极限最薄料厚。当然，最终需要顶篷的产品负责人确认反馈各头部空间值对顶篷工艺可行性的结论，因为顶篷无法确保处处都能做到最薄料厚，还要考虑顶篷内部结构的可行性。
5.2头部空间的评价
得到头部空间值后，如果没有满足设定的目标门槛值，或者相比竞品车处于劣势，这时需要回头再来调整天窗的位置，以得到更大的头部空间值，甚至要对天窗的尺寸进行适当增减，以服从对头部空间值的要求。目标门槛值通常由整车定义部门给出。必要时，还需安排在骡子车上试制试装一个符合头部空间设计值的顶篷，针对头部空间进行主观评价，以冻结头部空间的设计值，同时也冻结了天窗的位置和尺寸。
6内装式全景天窗系统与车身接口的设计
全景天窗位置和尺寸确定完成后，就要开始进行车身结构的设计了。相对全新车型的车身设计而言，由于全景天窗与车身的接口不多，相关的环境件也较少，而且都集中在车身顶部，因此分析起来也相对比较简单。
6.1全景天窗与车身的界面
Τ瞪砝唇玻首先要考虑全景天窗的定位和固定装配方式，因为这与车身顶部的结构形式密切相关，其次是全景天窗与车身之间的密封，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向都是靠打紧面贴合来定位，X向和Y向则采用孔定位。
孔定位的优点是装配方便，利于实现机械自动化，可以缩短装配工时，也可以满足天窗生产、检测、装配等过程中各工装的定位基准统一，最终确保产品的尺寸符合性。缺点是，相对于小天窗用玻璃定位而言，孔定位对车身的尺寸公差要求较严，否则无法满足天窗与顶盖之间的界面尺寸，增加了钣金件的工艺调试难度。
6.1.2全景天窗固定方式
全景天窗与车身的固定，都是通过M6×100的紧固件拧紧连接，但具体又有些差异。
（1）螺母拧紧
车身上带焊接螺栓，然后通过螺母将天窗拧紧。
优点是，天窗装配时，螺栓头外露，方便人工找正，可缩短装配工时。但另一方面，螺栓焊接带来了垂直度的影响，往往螺栓根部的位置由冲孔可以保证，而头部受底平面轮廓度及焊接变形等影响偏差较大，螺栓越长，这种影响越大，进而引起天窗与车身合装时错孔。
（2）螺栓拧紧
车身上带焊接螺母，然后通过螺栓将天窗拧紧。
优点是，不存在螺栓垂直度的影响，对天窗上的过孔尺寸和位置要求略低，易于保证装配性。缺点是，天窗装配时螺母不可见，不便于人工找正，影响装配工时。
经过综合考虑，目前神龙公司全部采用螺栓焊接螺母拧紧。但竞品车采用螺母焊接螺栓拧紧的方式也较为普遍。
大多数情况下，全景天窗的定位和固定，都是直接在同一个车身零件上，即天窗加强框总成。
受天窗的固定点及玻璃开口位置与车身顶盖A面的限制，可能导致天窗加强框上对应的固定面在Z向无法直接与天窗贴合。从天窗加强框的冲压成型可行性、焊装涂胶宽度及总装紧固空间要求来考虑，以螺栓拧紧为例，车身对天窗固定点的位置有如下要求，如图2：
而天窗为了尽量缩小尺寸（特别是Y向宽度），以适配更多车型，且天窗需要满足振动耐久等各种苛刻的性能要求，L和H这两个尺寸要求往往无法满足。这时需要通过采用凸台螺钉焊接，或者总装增加衬套来实现，还有的专门为此焊接一个小支架。
6.1.3全景天窗与车身密封
密封是布置全景天窗时需要关注的一项关键性能，一般依靠控制密封条的压缩来实现，使得车身内部与外部隔绝，达到降噪、防水防尘、保温等目的。天窗与车身的密封压缩量过小会造成密封不良，过大，则造成运动异响。
全景天窗与小天窗不同，需要在车身上独立装配一圈密封条，这是由全景天窗的结构特点决定的：外开时，前玻璃为活动玻璃，而后玻璃为固定玻璃，前玻璃上的机械组在Y向两侧需要运动穿过后玻璃的密封界面，必须依靠外部的密封条来偏移压缩面；前后玻璃之间两侧拐角处的密封，也需要外部的密封条来保证；全景天窗的玻璃尺寸较大，特别是在关闭状态下，需要将外部噪音与座舱之间隔断，因此也需要在车身布置该密封条，如图3和图4。
其中的天窗顶盖密封条，一方面与玻璃总成密封，另一方面在两侧与导轨密封，在前后端与天窗框架密封，除了自身的尺寸公差和相关性能要求较高，对装配区域的车身要求也较高，如图5：
7结束语
全天窗已经越来越多地应用到SUV甚至是普通轿车上，其中内装式全景天窗因易于与环境件匹配，在各主机厂有越来越多的应用。本文根据T88全景天窗的开发经验，总结出内装式全景天窗的设计方法，将给后续车型全景天窗的设计开发和模块化提供借鉴。