汽车顶棚设计指南

汽车顶棚设计指导
1、简要说明
顶棚是在车身顶盖钣金件下面加装的内饰件，其作用除提高车内装饰性外，还起隔音、吸音、隔热的作用。

它主要分为粘结式、吊装式和成型顶棚等三种。

（1）粘结式
这种形式将顶棚直接粘结在顶盖上，一般由面料和泡沫覆合而成，面层起装饰作用，泡沫层起绝热、吸音、隔音作用。

面层用机织布、编织布等织物或人造革、PVC 膜等材料制造；泡沫层用聚氨酯（PU）或交联聚乙烯（XPE）泡沫制造；面层和泡沫层用层压法或火焰法复合在一起。

其特点是简单易行。

成本最低，但装饰效果和功能均不如其它两种，故只用于简易车或货车上。

（2）吊装式
为了把外表面掉挂起来，采用棚杆结构。

在饰面与顶盖之间设有隔热的衬垫，衬垫一般是粘在顶盖内侧的。

吊挂的顶棚是在饰面上面缝制的布袋中穿过棚杆，棚杆弯曲成与顶盖横断面相近似的曲线。

棚杆多数为圆形断面，两端的固定方法有各种各样。

饰面的周边用粘结剂粘到车身顶盖的侧梁上，然后夹上卡扣，或者之直接装到风窗密封条或顶棚的里面，或者采用其它装配方法。

饰面可由人造革、帆布、织物等制成。

其优点是质量小、成本低，适于批量生产。

缺点是装配时衬垫系粘在顶盖上，因而使作业性和作业环境变坏；顶棚与顶盖之间的间隙较大，占用了室内空间；装饰效果布理想，棚杆与棚杆初的饰面避免不了上凸，使整个内饰有一段段凸起的感觉，行车时饰面也会颤动，故这种结构现也少用。

（3）成型顶棚
成型顶棚是预先把饰面与芯材负荷成一个整体，成为具有一定的刚性和立体形状的内饰件。

近年来，为适应汽车总高的降低、车辆装配工艺和作业环境的改善，以及按钮类等机能部件的安装等要求，采用了大量的成型顶棚。

其优点是：能够使顶棚接近顶盖，增大室内空间；造型上的自由度大；在车辆上安装时一般布使用粘结剂，从而改善了作业环境；成型顶棚便于遮阳板的收藏及顶灯等的安装。

其缺点需要大型成套的生产设备，使成本提高。

成型顶棚一般是一体成型的，但也有分成两块或多块结构的。

顶棚能保持预定的形状是由周边的紧固装置及遮阳板支座、顶灯座等部件的紧固来共同完成的，也有一些汽车将顶棚中间部分粘结在顶盖上。

目前我公司的生产的车都是成型顶棚：其中A11和A15用胶和卡扣等固定，S11、B11、T11都是采用卡扣等固定，基材有PU板、PS板等。

PU板成型顶棚详细结构如下：
①面饰层②粘结层③玻纤层④粘结层⑤ PU板⑥粘结层⑦玻纤层⑧粘
结层⑨底衬层
下图是B14整个顶棚系统的构成图：
主要包括顶棚、支撑架、遮阳板、乘客扶手、前后顶灯等。

2、设计构想
顶棚是车内部的一个大型覆盖件，和它配合的件很多，如立柱护板、遮阳板、乘客扶手、前后顶灯、天窗等，因此在设计初期对边界的确认非常重要，另外因顶棚是
一个外观件，其表面的颜色纹理需与整车内饰的风格相匹配，其开发流程一般如下：造型－A面设计－结构设计－模具开发－样件匹配。

结构设计周期一般为1－2个月，树脂模具的设计制作周期一般为1－1.5个月，金属模具设计制作周期一般为3－4个月。

在产品开发初期，一般先做树脂模具，在尺寸匹配确认后，再开金属模具。

2.1 人机工程分析
头部空间的校核：以95%的人体头部包络线进行评价，通过测量车身室内顶棚表面或凸起平面的标准切点到头部位置包络线的切线间的距离而得到头部间隙
目标值/经验值：
对同一种车型的头部空间一般以天窗版的顶棚为参考，一般设计满足天窗的顶棚的头部空间，普通顶棚也一定能满足，头部空间的确认方法如下：
①以H点为起点，做一条以Z轴夹8°的直线，与顶棚相交，交点到H点的距离一
般要L≥835mm。

现将不同车型的前排头部空间对比如下：
车型B11 B21 A21 S11 P11 B23 距离(L) 843 837 890 886 898 906
②头部空间值H61:
车型B11 B21 A21 S11 P11 B23
H61 843+102 837+102 890+102 886+102 898+102 906+102
2.2 与周边件的配合间隙、台阶、公差要求
1）顶棚和固定卡扣的配合
2）顶棚与A、B、C柱护板的配合
3）顶棚与门洞密封条的配合
4）顶棚与乘客扶手的配合
5）顶棚和前后顶灯的配合
6）顶棚和遮阳板的配合
7）顶棚和前后风挡玻璃配合
8）顶棚和天窗的配合
9)顶棚与帘式气囊的配合
标值/经验值：
1）卡扣要卡紧顶棚和钣金，0间隙配合，卡紧后要保证卡扣至少留有3个齿卡住钣
金；
2）A、B、C柱护板要压住顶棚一般不小于10mm，护板压顶棚的干涉量一般为1mm，
顶棚和护板的配合一般是在顶棚上做出凹的台阶，同时护板的边缘也要有平滑的过
度，不能有比较陡的倒角；
3）密封条一般要压住顶棚边缘5m6-8mm ，同时顶棚边缘和密封条要保留至少1mm 的
间隙，防止干涉，密封条的唇边和顶棚的干涉量一般为2.5mm；
4）扶手座要压住顶棚边缘至少3 mm。

5）在前后顶灯周围一般要做凹的台阶，顶灯要压住顶棚周边至少3mm ，一般5mm ； 6）遮阳板的固定座要压住顶棚边缘至少3mm ，一般5mm ，遮阳板的底部和顶棚一般要保留10mm 左右的间隙；
7）和风挡玻璃间隙一般在3mm ；
8）天窗密封条一般要压住顶棚周边10mm ，开口尺寸根据天窗的要求确定。

9)顶棚与帘式气囊的配合,帘式气囊的ramp 与顶棚的间隙要保证5mm. 校核过程及分析说明：
典型截面(用10个典型截面进行分析,一般在数据校核)
A-A. 此截面是驾驶员侧的Y 方向的截面，包括如下信息：95%假人的头部包络线与顶棚的距离，衡量指标按上面的头部空间的校核，遮阳板与顶棚的配合、顶棚与前后风挡的配合，同时要表明遮阳板在0-180°与顶棚配合的边界；
1-1．遮阳板与顶棚的配合;
遮阳板的固定座一般与顶棚过盈1.5mm.固定座压住顶棚一般是3-5mm,同时要保证遮阳板与顶棚配合的开启部分有足够的手的开启空间,可以用95%男性假人的手的宽度(85mm)和厚度(20mm)进行校核,一般的情况下在遮阳板Y 向的中间位置预留此空间即可;
1-2．顶棚与前风挡的配合;
顶棚与前风挡的间隙一般要求3mm 左右,顶棚到前风挡黑边的距离一般3-5mm
B-B.此截面是在Y 向(=0)的截面，包含2个主要特征：与前顶灯的配合、与后顶灯的
配合;具体要求如下:
1-1：顶棚与后顶灯的配合一般过盈1-1.5mm ，顶灯与顶棚的搭结部分在5-8mm 如果
顶灯在车身上没有固定，一般要设计金属框，增加顶灯的卡接；
2-2：顶棚与前顶灯的配合，一般要求顶灯与顶棚的搭结部分在5-8mm ，整体周边的
间隙要均匀,一般小于2.0mm ；
C-C ：此截面是在X 向的截面，包含3个主要特征：与密封条的配合、与遮阳板的配
合、帘式气囊的配合（如果设计布置）、与钣金的配合。

与钣金的配合在满足头
部空
间的情况下距离越大越好。

顶棚与密封条的配合一般要求密封条压住顶棚6-8mm,顶棚与密封条过盈的配合
一般2.5mm,同时顶棚边缘和密封条要保留至少1mm 的间隙;
1-2: 顶棚与帘式气囊的固定RAMP 的配合在布置帘式气囊的情况下，要注意气囊ramp
与顶棚的过渡配合，一般间隙要大于5mm ，同时B 柱与顶棚的对接面要有一定的角度,也可以根据气囊的开发需要进行配合。

遮阳板
D-D ：此截面主要表明是顶棚与B 柱的配合，一般没有帘式气囊的B 柱和顶棚的配合
是搭结（具体要求见2.2），有帘式气囊的配合一般是对接8mm 。

（X 向截面）
E-E ：此截面表明的是顶棚和乘客扶手的配合，布置时要充分考虑乘客扶手的开启，
要满足95％假人的手的拉起。

（X 向截面）
•顶棚与乘客扶手底座的配合过盈1-1.5mm,乘客扶手底座至少压住顶棚3mm(与遮阳
B 柱
对接不大于8mm
B 柱
顶棚
板同)
,顶棚与眼镜盒的配合过盈1-1.5mm,为满足眼镜盒的开启,一般眼镜盒和顶棚的间隙在5mm左右
G-G ：对天窗顶棚在X 和Y 向的天窗处的截面非常重要，此截面要表明顶棚与天窗密封条的配合，顶棚与天窗横梁的配合。

一般顶棚与天窗横梁的配合距离要大于10mm ，顶棚的边缘距离密封条的顶端要1.5－2.0mm 。

H-H:顶棚与柱和A 柱的配合,此截面是垂直顶棚与立柱的配合面
顶棚与A.B.C柱和柱的配合,台阶面配合一般压住大于10mm,间隙均匀一般要求1.5mm, 护板压顶棚的干涉量一般为1mm
I-I:顶棚与卡扣的配合
卡扣要卡紧顶棚和钣金，0间隙配合，卡紧后要保证卡扣至少留有3个齿卡住钣金
SECTION A-A 工艺方法：模压成型，具体的优缺点（模具材料的选择），主要从成本和产品满足的要求进行分析。

2.4 装配工艺可行性（要求装配工艺人员确认）
工艺方法：确定顶棚和周边件的装配顺序，分析对装配质量带来的影响，并提出建议
校核过程及分析说明：一般先固定后部的固定卡扣，然后是遮阳板的安装点，顶灯或中部的卡扣，接着是门洞密封条，然后是乘客扶手，最后是护板。

后部的固定点为安装基准点。

2.5 紧固方式
顶棚后部一般用塑料卡扣固定、前部用遮阳板的固定座进行固定，如果后部有顶灯的可以通过顶灯固定，如果没有可以用2－3个塑料卡扣固定，周围用乘客扶手固定。

2.6 风险分析
在顶棚的设计过程中除了上述的要点外，如果整车有curtain airbag的配置，在设计顶棚时要特别注意，主要有以下几点：
⑴顶棚和气囊模块的距离不能太大，否则气囊爆破时可能会偏向别的方向，降低了气
囊的保护效果；
⑵顶棚安装点的布置要分布在边缘，容易产生撕裂线，使的气囊顺利爆破出来；
⑶气囊撕裂线部分的顶棚厚度比正常位置一般要减薄30%；
⑷顶棚和护板的配合不应太紧密，为了保证顶棚在气囊爆破时能顺利让开，一般可以
把顶棚的边缘做成齿形，如下图所示：
⑸ 为了防止在气囊爆破时，护板摆动，顶棚和护板一般采用下面的配合方式：
乘客扶手处帘
式气囊弱化线
护板压住顶棚最大不超过8mm
2.7 主要性能要求
⑴耐热老化性能
试验后表面与供货状态相比，不允许出现任何变化，如装饰材料部分脱层、起泡、凸起、变色、明显的卷边处变平、边缘拱起等。

⑵低温存放性能
试验后表面与供货状态相比，不允许出现任何变化，如装饰材料部分脱层、起泡、凸起、变色、明显的卷边处变平、边缘拱起等。

⑶耐湿热性能
试验后表面与供货状态相比，不允许出现任何变化，如装饰材料部分脱层、起泡、凸起、变色、明显的卷边处变平、边缘拱起等。

⑷耐气候交变性能
试验后表面与供货状态相比，不允许出现任何变化，如装饰材料部分脱层、起泡、凸起、变色、明显的卷边处变平、边缘拱起等。

⑸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。

⑹饰材与基材间粘结性能
初始状态：F≥3N/5cm；
按5.4条，气候交变试验后：F≥3N/5cm。

⑺耐摩擦色牢度
①干态：变色≥4级，沾色≥4级；
②湿态：变色≥4级，沾色≥4级。

⑻耐水污染性能
试验后应无任何污点出现。

⑼抗微生物性能
试验后无任何异味、发霉等现象。

⑽燃烧特性
燃烧速度≤75mm/min 。

⑾耐光色牢度
试验后外观不允许出现翘曲、轮廓和曲面歪斜、接合面分离等缺陷，用放大镜( 6 -
9 ) 倍或类似的仪器看不见与初始状态相比有什么变化。

低档车：灰色标度≥3级按GB250标准评价。

中高档车：灰色标度≥4级按GB250标准评价。

⑿气味性要求
低档车：要求评分≤4.0级；
中档车：要求评分≤3.5级；
高档车：要求评分≤3.0级。

⒀甲醛含量
要求甲醛含量≤10mg/Kg
⒁气雾冷凝值
要求气雾冷凝值≤2mg
⒂有机物散发
要求有机物散发≤50ugc/g
⒃挠度
纵向≤14mm
横向≤15mm (天窗顶棚、有后顶灯顶棚除外)
⒄含水量变化率
含水量变化率≤6%
详细要求见标准Q/SQR.04.127-2005。

3、顶棚的结构及材料类型
3.1 基材
PU板基材、PS板基材、FS板基材、废纺毡基材、麻纤维板基材、瓦楞纸板等。

面饰材料
（1）针织面饰：经编、纬编等，以经编为主。

（2） PVC面饰
（3）无纺布面饰：针刺无纺布、缝编无纺布、热轧无纺布等
3.2 附件
灯框、线束、线桥、支承块、线夹、子母扣、去噪带等
顶棚设计、制造与质量保证
3.3 加工工艺
（1）加工工艺流程
以PU板做为骨架材料制作的顶棚，其主要工艺有干法和湿法两种。

a、干法工艺流程
u 复合工序：底层无纺布→放卷→撒玻纤→撒胶粘粉（PE) →放PU板→撒玻纤→撒胶粘粉（PE) →预热→加热→复合→冷却→收板→形成复合板u 模压工序：基材(加热)
｝→冷模压→顶棚成型
面饰层
u 切割安装工序：高压水或热切割→压铆灯固定框→安装附件→整理→顶棚总成→装箱→运输→顾客仓库或工位
b、湿法工艺流程
无纺布→放卷→撒玻纤→喷液体胶→喷水→放PU板→撒玻纤→喷液体胶→喷水→基材→热模压→顶壳→喷液体胶
｝→热模压→切割
面饰层
→压铆灯固定框→安装附件→顶棚总成
3.4 开发周期
顶棚数据的设计：在周边环境完全冻结的情况下，A面设计需要7-8周，结构设计需要2－3周；
顶棚模具的开发：MSC树脂模具一般3－4周；金属模具是11－12周。

顶棚检具的开发：
4、失效模式
4.1 性能失效
如表面变色等；
4.2 尺寸失效
主要是和周边件的配合不好。

5、特殊特性的定义
根据顶棚的制造和装配要求，确定产品的特殊特性，一般定位孔和配合面要行特殊的要求，具体的要求如下：。