摘要
历代敞篷跑车的软顶随着每次车型的变化而演变，即使现在它们也是手动基准。“人车合一”是从第一代开始就没有变过的概念，但即使是软顶，也有从第一代开始就没有变过的概念，“简单、轻巧、开合方便、易于取放”。”由于车顶的重心位置高，且随着开合位置发生变化，对操控性影响较大，减重是一个重要因素。此外，也非常重视开闭操作性，因为希望您尽可能地开着车也能操作。在开发新Roadster时，为了在更高层次上实现上述概念，材料和结构使用CAE进行了更新和优化。此外，跑步时的安静性和质感也得到了改善。本文介绍了它们的实现方式和开发过程。
1.前言
1.1发展目标
适合敞篷车概念的车顶系统，让更多用户在更多场景中享受露天风采。为了在更高的层次上实现这些，此次对软顶的结构进行了全面审查。
从第一代开始，Roadster的软顶就以最轻、易操作、易用的理念发展。这次开发的新软件top遵循了这个想法，并以显着提高性能为目标而开发。
1.2发展理念
(1)最轻的软顶
旧款的软顶仍然保持一流的轻量化，但认为有必要大幅减轻重量，以满足客户的期望。具体而言，目标是在开发初期与之前的型号相比减轻3kg(17%)的重量。除了检查零件的形状和厚度外，还通过进入主要零件的材料更换来进行开发。
(2)坐着就可以开合的操作性
为了不错过开放式驾驶的机会，认为需要能够在坐着的时候轻轻地开合，所以设定了操作负载和开合轨迹的目标。特别是从打开状态开始的关闭操作是操作性最重要的部分，因为在关闭开始时很难施加力。
(3)提高静音性
通过即使在外出或高速行驶时也能实现舒适的车内空间，希望您可以扩展驾驶员的活动范围并享受汽车生活，而新的软顶则强调关闭时的安静。通过分析声源并有效地隔离和吸收声音，可以同时实现轻量化和吸音。
2.减重
2.1质量组成及材料选择
与之前的车型实现了简单的2分连杆和中心锁结构，并通过减少板厚和剩余厚度来追求轻量化，新的软顶沿用了简单的连杆和锁机构，同时连杆和锁结构大量使用铝（以下简称铝）以减轻重量。
对于占总重量55%的连杆总成，前头和主连杆由铝制成。车顶板是一种压制成型的铝制品。在之前的车型中，从车顶到立柱的主连杆由钢管和钢板材料的5个部件构成，但通过压铸铝一体成型，部件数量大幅减少。虽然主连杆的形状难以成型，但通过使其与减薄兼容，它已变得更轻。结果，整个软顶的重量比以前的模型减少了3公斤（图1）。
图1连杆组件的结构
检查规格的目的是从整体上改善质地和性能，而不是简单地减轻重量。车顶面板前后加大，车顶前半部分在外面板表面有拉力，提高开/关时的美观度和隔音效果。此外，一体式连杆结构使内侧表面具有平坦的形状，有助于改善内部纹理。
其他部分，顶锁撞针和楔块由锌压铸改为铝压铸，并减少了钢管和副链节的厚度。极限板厚和极限壁厚通过使用CAE来确定，这将在后面描述。
2.2利用CAE优化
为了在保证软顶所需的强度和刚度的同时实现轻量化结构，除静载荷条件外，还要考虑开合操作时的操作载荷、车顶挠曲量和连杆产生的应力优化的刚度分布。
图2显示了一个模型，用于评估打开和关闭操作期间的强度和刚度。整个软顶通过力学分析建模，可以计算开合时的操作载荷和施加在连杆上的载荷，对于连杆，FEM模型收缩为模态自由度和结合，以及屋顶和链接的挠度量可以评估应力。引擎盖布的阻力被建模为非线性弹簧元件，通过与测量的有和没有引擎盖布的操作负载值相关联，可以准确地预测从关闭状态到打开锁定状态施加到连杆的负载.它是一个模型。
图2软顶开合机构模型
使用这种分析技术，研究了操作载荷、屋顶挠度和连杆应力对每个连杆的板厚变化的影响，并确定了每个连杆的适当刚度分布。作为一个例子，图3显示了当某个连杆的板厚减小时，每个连杆的Mises应力（打开/关闭操作中的最大值）的变化。减少连杆A的板厚会增加应力，但会降低其他连杆的应力。这样，在考虑整体平衡的同时，减少了板厚，重新审视了形状，从而减轻了重量。
图3连杆的应力与厚度的关系
3.改进的可操作性
3.1目标
以在不遗漏这样的场景的情况下为用户提供“FunToOpen”的概念，为了实现让您坐在座椅上轻轻打开和关闭的可操作性，减少操作负载和打开和关闭轨迹是合适的。致力于转换。
在坐下关闭操作中，操作姿势的人感觉负担最大的区域是车顶从打开状态提升到接近头顶的区域，这里决定了可操作性的质量。通过人体工程学知识和显示器实验，将操作负载量化到日常生活中不会感到负担的水平，以及易于到达和施加力的操作轨迹。以可操作性为目标，从以前的机型大幅进化为目标，设定了从体格的一般成年男性到虚弱女性的使用目标。我们希望许多用户能够通过敞篷跑车传统的轻便易用的软顶享受马自达的开放式LWS（轻型运动）。
3.2实现手段
操作载荷由软顶车身的重量力矩、辅助弹簧、引擎盖的张力和摩擦阻力的总和决定。
闭合开始时最重要的操作载荷由其自重力矩和辅助力之间的关系决定。自重力矩可以通过减轻重量来减少，但无法控制特性。因此，优化辅助力的特性是降低操作负荷的关键。
在以前的型号中，通过主连杆旋转轴的辅助弹簧降低了操作负载，但辅助力与开度成正比，调整余量有限制。这次，通过连杆传递辅助弹簧力，优化了辅助力的特性（图4）。因此，关闭开始很轻，并且在关闭完成之前实现了平坦的操作负载（图5）。
图4辅助链接的结构
图5运行负载特性结果
辅助力通过桌面计算和CAE优化，引擎盖阻力和自重的影响使用之前的样机进行确认，通过优化弹簧设置位置调整操作感区域。
4.提高安静度
4.1目标
为了实现即使在高速行驶时也不会干扰乘员之间的对话的舒适内部空间，努力降低车顶关闭时的内部噪音。大多数人的谈话都在Hz到6.3kHz的频段内，我们的目标是降低该频段的房间声音。
从使用之前的模型（图6）进行室内声源探索的结果以及通过测量车辆各部分的声强度（图7）对面板辐射声的贡献分析，可以有效地抑制屋顶部分的声音。因此，设置内横梁和集箱饰板以提高隔音和吸音性能，并设置集箱板以减少颤振以降低房间噪音（图8）。
图6内部噪声（1kHz）
图7声强分布
图8内布和头饰边
4.2原型评估和规格确定
规格是通过单独检查软顶布的传输损耗和吸音系数（图9），以及使用配备前代原型车的前代原型车（图10）来确定的。
图9声强分布
图10内部噪声改善（1kHz）
因此们在ArtificationIndex上实现了7%的改进，该指标量化了对话的难易程度（图11）。
图11铰接指数（km/hOn-road）
5.总结
这一次，在确保软顶所需的商业性和可靠性的同时，实现了轻量化和提高可操作性，并实现了商业化。然而，并不满足于此，将根据这次获得的技术的反馈，继续开展活动，以大幅改进从第一代继承而来的概念。因此，希望更多的人能够体验到敞篷车的快感。
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