汽车车顶嵌入式进气通风构件结构设计

　　做汽车外饰结构设计快十年，经手的进气类构件少说也有几十款，车顶嵌入式进气口这类部件，看着只是个外覆盖件，实际要平衡的工程边界条件比普通外饰件多不少。先从实际装车场景说，这类进气口大多用在硬派越野、性能改装车或者特种作业车辆的车顶位置，核心作用不是很多人以为的单纯装饰，一方面是给车内换气系统引入经过车顶上方的洁净空气，避免车轮卷起的扬尘、路面溅起的泥水从低位进气口进入风道，另一方面部分性能取向的车型会用这类进气口给后置中冷器、制动散热系统导入高速气流，还有部分房车版本会把这类构件和车内新风系统打通，提升驻车状态下的换气效率。

　　设计初期最先要卡的是安装边界，这类构件是嵌入车顶蒙皮安装的，首先要匹配车顶的曲面曲率，常规量产乘用车的车顶横向曲率半径在1200mm到1800mm之间，纵向曲率半径在2500mm到3500mm之间，构件的法兰安装边必须完全贴合车顶外曲面，不然打胶密封后很容易出现漏水隐患，安装边的宽度一般控制在25mm到30mm，既要留足结构胶的打胶宽度，也要给周边的装饰压条留出安装空间。构件的整体突出高度不能超过70mm，这个数值是综合了风阻、限高、行人保护要求算出来的，突出太高不仅高速风噪会陡增，过限高杆、下地库的时候也容易剐蹭，而且突出量超过法规要求的外饰件凸出限值，过不了公告检测。

　　再说到功能结构设计，进气口的迎风面开缝角度是反复算过CFD才定的，一般开缝的下切角度在12度到15度之间，这个角度既能保证车辆在60km/h以上行驶时，动压能把足够的空气压入风道，又能避免行车时的雨水顺着开缝直接灌进风道内部。开缝后面的挡水结构是两层设计，第一层是和上壳体一体成型的挡水檐，能挡住大部分正面冲进来的雨水，第二层是风道内部的导流隔板，把进来的空气做一次折流，混在气流里的水滴会因为惯性撞在隔板上，顺着隔板下方的排水槽流到构件两端的排水孔，直接排到车顶外表面，不会顺着风道进到车内或者散热系统里。

　　壳体的壁厚设计也有讲究，用改性PP加20%滑石粉的材料的话，主体壁厚控制在2.5mm，安装法兰边因为要打螺丝、压密封胶条，壁厚加到3mm，同时在法兰边和主体壳体连接的位置做一圈R3的圆角过渡，避免注塑的时候出现缩痕，也能减少应力集中，车辆长期在颠簸路面行驶的时候不会出现连接位置开裂。壳体内部的加强筋不能乱加，筋的高度不能超过壁厚的2倍，厚度是主体壁厚的0.6倍，而且筋的走向要顺着气流方向，不然会增加风道内的风阻，还会在高速气流通过的时候产生紊流噪音，之前有款初版设计就是加强筋横着做，跑到120km/h的时候进气口传出的啸叫比风噪还大，后来把筋的走向改成顺气流方向，又在筋的端部做了斜切倒角，噪音直接降了12个分贝。

　　还有安装点的布置，这类构件一般是用M6的自攻螺丝配合车顶的预埋安装座固定，安装点的间距控制在150mm到180mm之间，间距太大的话，车辆在高温暴晒下，塑料壳体热胀冷缩会出现拱起，和车顶之间出现缝隙，间距太小又会增加装配工作量，也多了漏水的风险点。每个安装点的位置都要做凸台，凸台高度比周边的密封胶条压缩后的厚度高1mm，这样打螺丝的时候能把密封胶条压到合适的压缩量，既不会因为压太死胶条失去弹性，也不会因为压不够出现缝隙。

　　实际做建模的时候，最先做的不是壳体外形，是先把车顶的安装面、周边的密封条安装位、内部风道的对接边界全部搭好基准面，然后再做外曲面的造型，外曲面不光要好看，还要做A面的曲率连续检查，高光下不能有扭曲的反光带，不然装车之后和周边的车顶曲面不协调，看起来很廉价。做完外曲面之后再偏置出壁厚，然后加内部的挡水结构、加强筋、安装凸台，最后还要做装配干涉检查，要保证构件装上去之后，和车顶蒙皮之间的间隙均匀，和周边的装饰条没有干涉，开关天窗的时候（如果是带天窗的车型）也不会碰到进气口的下边缘。

　　之前做过一款越野车型的同类型进气口，一开始没考虑到越野场景下的树枝剐蹭，把进气口的前缘做的太尖太薄，去阿拉善做路试的时候，跑了几十公里戈壁路，前缘就被打过来的小石子、刮过来的骆驼刺打出了好几个缺口，后来把前缘的圆角从R2改成R8，又把前缘位置的壁厚加到3.5mm，还在表面做了细皮纹处理，既提升了抗冲击能力，小的划痕也看不明显。还有排水孔的设计，一开始把排水孔开在构件的最低点，结果停车的时候树上掉的树籽、灰尘混着水把孔堵了，下大雨的时候风道里的水排不出去，直接渗到了车内顶棚，后来把排水孔改成直径8mm的圆孔，每个排水孔旁边加一个挡渣筋，挡住大的杂物，又在排水孔位置做了一个小的沉台，就算有小的泥沙沉积，也不会堵死排水通道。

　　这类构件的风阻系数优化也不能忽略，整个上壳体的侧面做了1:8的拔模斜度，尾部做了一个小的扰流斜面，让气流流过构件之后能快速贴合车顶曲面，不会在构件后面形成大的涡流区，别小看这一点优化，整个构件的风阻系数能降0.008，对于高速行驶的车辆来说，长期跑高速的话能省一点油，更重要的是能减少涡流带来的风噪。另外，进气口的进气流量也要匹配后端系统的需求，如果是接车内新风系统的话，按每小时300立方米的换气量算，开缝的有效通流面积要做到60平方厘米以上，如果是给中冷器供气的话，通流面积还要再加大40%，不然高负荷工况下进气量不够，会影响动力输出。