汽車(chē)天窗的發(fā)展歷史及新技術(shù)應(yīng)用

梁智勇

(桂林皮爾金頓安全玻璃有限公司，廣西桂林 541004)

汽車(chē)天窗的發(fā)展歷史及新技術(shù)應(yīng)用

梁智勇

(桂林皮爾金頓安全玻璃有限公司，廣西桂林 541004)

介紹汽車(chē)天窗的發(fā)展歷史、基本類(lèi)型、基本構(gòu)成和一些新技術(shù)，以及在未來(lái)幾年的發(fā)展前景。

汽車(chē)天窗；智能可控光技術(shù);LED天窗

1 汽車(chē)天窗的發(fā)展歷史

汽車(chē)天窗通過(guò)固定式或可操作打開(kāi)的形式安裝在汽車(chē)頂部，打開(kāi)時(shí)可增加車(chē)內(nèi)的空氣流動(dòng)，為車(chē)主及乘客帶來(lái)新鮮的空氣，同時(shí)也可增加視野，滿(mǎn)足一些移動(dòng)攝影的需求。1937年納什汽車(chē)公司(Nash Motor Company)在其生產(chǎn)的一些車(chē)型中增加了天窗玻璃的配置，被認(rèn)為是汽車(chē)行業(yè)里最早的汽車(chē)天窗模型。

而今天在各大主機(jī)廠最常見(jiàn)的滑動(dòng)式打開(kāi)天窗，則是由約翰.福特阿特金森(John Atkinson)1973年在Ford Lincoln Continental Mark IV車(chē)型(圖1)上最先引入的[1]。

早期的天窗系統(tǒng)分為手動(dòng)或者電動(dòng)，但現(xiàn)在大部分都是電氣或電子系統(tǒng)的。手動(dòng)天窗(圖2)可以分為手動(dòng)杠桿驅(qū)動(dòng)或者曲柄連桿驅(qū)動(dòng)。電動(dòng)天窗系統(tǒng)(圖3)通常由一個(gè)電機(jī)和電纜采用導(dǎo)軌滑動(dòng)的形式驅(qū)動(dòng)。汽車(chē)天窗的主要功能有：通風(fēng)換氣、節(jié)能降耗、除霧、照明、開(kāi)闊視野和健康舒適。

通過(guò)圖4所示的天窗發(fā)展歷史圖可以清楚地看到：隨著科技的進(jìn)步和制造能力的提高，汽車(chē)天窗已經(jīng)慢慢地由簡(jiǎn)單的一塊玻璃，發(fā)展到造型美觀、功能性能多樣化和電子智能化集成化的一個(gè)系統(tǒng)工程。

2 汽車(chē)天窗的基本類(lèi)型

2.1 內(nèi)藏式天窗

內(nèi)藏式天窗系統(tǒng)(圖5)是將一塊可滑動(dòng)的面板嵌于頂篷鈑金和內(nèi)襯之間，這樣的設(shè)計(jì)將會(huì)損失一些車(chē)內(nèi)乘客的頭部空間。很早以前這樣一塊可滑動(dòng)的面板通常是由金屬?lài)娖岫?，現(xiàn)在已經(jīng)由帶遮陽(yáng)簾的玻璃面板所取代，也稱(chēng)之為Moonroofs。

2.2 外滑式天窗

頂部安裝的外滑式天窗(圖6)是目前最流行、主機(jī)廠采用最多的一種天窗形式。這種結(jié)構(gòu)需要在汽車(chē)頂篷鈑金上開(kāi)一個(gè)很大的口子，玻璃面板通過(guò)兩側(cè)安裝好的導(dǎo)軌進(jìn)行滑動(dòng)打開(kāi)，不會(huì)損失車(chē)內(nèi)頭部空間，但需要配合導(dǎo)流板降低風(fēng)噪。

2.3 全景天窗

全景天窗(圖7)一般面積較大，甚至是整塊玻璃的車(chē)頂，坐在車(chē)中可以將上方的景象一覽無(wú)余。全景天窗的優(yōu)點(diǎn)是視野開(kāi)闊、通風(fēng)良好。不過(guò)全景天窗也有一些缺點(diǎn)：成本較高；落塵需要清理，否則影響視線；車(chē)身整體剛度下降，安全系數(shù)降低。主機(jī)廠需要有一定的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，在設(shè)計(jì)時(shí)需要模擬和驗(yàn)證采用全景天窗時(shí)整車(chē)的剛度。

2.4 多功能天窗

多功能天窗(圖8)一般由2片或3片以上的天窗玻璃組合而成，并集合了當(dāng)下最新的一些技術(shù)和理念。一般用在豪華車(chē)和概念展車(chē)上，這些技術(shù)會(huì)逐漸通過(guò)降低成本、增加實(shí)用性慢慢進(jìn)入到尋常家庭轎車(chē)。

3 汽車(chē)天窗的基本構(gòu)成

主要構(gòu)成零件有見(jiàn)圖9。

4 關(guān)于汽車(chē)天窗的新技術(shù)

4.1 智能可控光技術(shù)

智能可控光技術(shù)是指車(chē)內(nèi)駕駛?cè)藛T手動(dòng)或自動(dòng)通過(guò)懸浮顆粒裝置(Suspended Particle Device，SPD)操控室內(nèi)燈光系統(tǒng)的技術(shù)。該技術(shù)可以在幾秒鐘之內(nèi)改變天窗玻璃對(duì)射入光線的透射率，從幾乎全黑變?yōu)橥该鳡顟B(tài)，見(jiàn)圖10。

基本原理(圖11)：通過(guò)改變輸入電壓值來(lái)控制天窗玻璃中SPD膜內(nèi)的分子排列(圖12)，從而可以調(diào)節(jié)進(jìn)入車(chē)內(nèi)的日光量和熱量。

該技術(shù)帶來(lái)的好處：

(1)幾秒鐘之內(nèi)快速調(diào)節(jié)進(jìn)入汽車(chē)的日光量、眩光量和熱量。

(2)在設(shè)計(jì)上避免了傳統(tǒng)汽車(chē)在頭部空間上的盲區(qū)，增加了頭部空間感。

(3)減少太陽(yáng)光和紫外線的射入量，保護(hù)乘客。

(4)降低空調(diào)的負(fù)載，節(jié)約能源。

(5)用戶(hù)可自行控制陽(yáng)光進(jìn)入玻璃，享受自然陽(yáng)光帶來(lái)的心理和生理上的正面效應(yīng)。

(6)引入最新的前沿技術(shù)，為汽車(chē)銷(xiāo)售增加亮點(diǎn)。

該技術(shù)已在一些中高端汽車(chē)上成熟應(yīng)用(見(jiàn)圖13—14)，并有了良好的市場(chǎng)反饋，目前國(guó)內(nèi)的各大主機(jī)廠也在準(zhǔn)備引入該技術(shù)。同時(shí)該技術(shù)也逐漸應(yīng)用到在住宅、辦公室、機(jī)艙和火車(chē)玻璃上。

4.2 LED環(huán)境照明天窗

隨著汽車(chē)越來(lái)越普及，人們對(duì)整車(chē)性能和舒適性的要求也越來(lái)越高，以前傳統(tǒng)車(chē)內(nèi)普通的照明燈已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足人們的要求。LED在汽車(chē)燈光照明上的應(yīng)用這幾年突飛猛進(jìn)，汽車(chē)主機(jī)廠把LED技術(shù)應(yīng)用到前大燈、側(cè)燈和尾燈得到了用戶(hù)和市場(chǎng)很好的反響。目前寶馬、PSA、奧迪、奔馳和特斯拉等OEMs都陸續(xù)推出了LED照明天窗，讓人們眼前一亮，同時(shí)感嘆科技的日新月異。

基本原理：通過(guò)將LED元件集成到天窗玻璃上形成電子回路，從而起到照明和美觀的效果。LED晶片見(jiàn)圖15， LED集成PCB板見(jiàn)圖16。

基本結(jié)構(gòu)：LED元件通過(guò)粘接或者內(nèi)嵌安裝在天窗玻璃總成里，并由線束或匯流牌等連接到車(chē)身電路。

LED元件布置在玻璃周邊(見(jiàn)圖17)，通過(guò)注塑包邊將其封裝，參考文獻(xiàn)[2]。LED位置示意見(jiàn)圖18。

LED元件集成在PCB板或者銀漿上，布置在天窗玻璃面上。玻璃面LED布置斷面見(jiàn)圖19。

在汽車(chē)上，同樣的日間行車(chē)燈，LED元件的能耗僅為鹵素?zé)舻?/20。LED元件的成本也逐年大幅降低，并且目前成本和價(jià)格仍然在以每年20%以上的幅度下降。目前用在汽車(chē)上的LED元件基本都能達(dá)到50 000 h的水平，而知名的汽車(chē)燈光供應(yīng)商則能夠提供壽命達(dá)100 000 h的LED元件，相比之下，氙燈的壽命僅為3 000 h左右。

特斯拉Tesla今年在日內(nèi)瓦車(chē)展上展出了一款天馬行空想象力和創(chuàng)造力的概念車(chē)——XchangE(見(jiàn)圖20)，里面的LED天窗給所有人帶來(lái)了視覺(jué)上強(qiáng)烈的震撼。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著現(xiàn)代汽車(chē)電子化和智能化的迅猛發(fā)展，汽車(chē)天窗也由原先單純機(jī)械化發(fā)展到了集合了電子、光學(xué)、材料學(xué)和光伏能源等技術(shù)的高科技產(chǎn)品。雖然汽車(chē)天窗產(chǎn)生并發(fā)展于歐洲，隨著中國(guó)成為世界上第一大汽車(chē)市場(chǎng)，中國(guó)將會(huì)成為汽車(chē)天窗蛻變到智能天窗的最大戰(zhàn)場(chǎng)。

【1】 Anonymous.Sliding roof on automobile admits sunlight to interior[J].Popular Mechanics,1937(7).

【2】 VERRAT Adele， MOTTELET Beatrice.Module a diodes electroluminescentes pour vehicule,support a diodes,fabrications:FR2937710(A1)[P].2012.

【3】 VERRAT Debailleul Adele.Illuminating glazing unit for a vehicle:FR2986186(A1)[P].2012.

全國(guó)智能機(jī)器人創(chuàng)新聯(lián)盟在京成立

由中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)發(fā)起的“全國(guó)智能機(jī)器人創(chuàng)新聯(lián)盟”成立大會(huì)日前在京舉行，該聯(lián)盟將打造成一個(gè)全國(guó)智能機(jī)器人創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的協(xié)作平臺(tái)，加速創(chuàng)新成果與產(chǎn)業(yè)對(duì)接的轉(zhuǎn)化及融資平臺(tái)。

“機(jī)器人革命”的重要特征和標(biāo)志之一是智能機(jī)器人，智能化已成為新一代機(jī)器人的核心特征。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展和《服務(wù)機(jī)器人科技發(fā)展“十二五”專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃》的出臺(tái)，智能機(jī)器人已成為當(dāng)今前沿高技術(shù)研究最活躍的領(lǐng)域之一，智能機(jī)器人正逐步成為制造業(yè)、國(guó)防軍事、公共安全、航空航天、醫(yī)療康復(fù)、農(nóng)業(yè)林業(yè)、教育娛樂(lè)等諸多領(lǐng)域中的高新技術(shù)裝備。

與主要發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度慢、核心技術(shù)薄弱、市場(chǎng)份額和附加值較低，為了奮起直追，我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出抱團(tuán)發(fā)展、結(jié)盟而行的大趨勢(shì)。全國(guó)智能機(jī)器人創(chuàng)新聯(lián)盟將以人工智能技術(shù)為核心和特色，以機(jī)器人為載體，以聯(lián)合創(chuàng)新為宗旨，突破地域、單位、領(lǐng)域、技術(shù)的界限，將創(chuàng)新、研發(fā)、成果轉(zhuǎn)化、投融資等各方力量整合成一個(gè)高效務(wù)實(shí)的創(chuàng)新體系，形成一種科研、產(chǎn)業(yè)、資本深度合作、創(chuàng)新鏈條更加靈巧、技術(shù)更新和成果轉(zhuǎn)化更加快捷、產(chǎn)業(yè)更新?lián)Q代不斷加快的新型創(chuàng)新機(jī)制。

(來(lái)源：科技日?qǐng)?bào))

History and New Technology Application about Automotive Sunroof

LIANG Zhiyong

(Guilin Pilkington Safety Glass Company Ltd.,Guilin Guangxi 541004,China)

The development history,base types,construction and some latest technologies about automotive sunroof were introduced.Its market prospect was looked forward.

Automotive sunroof; Smart SPD;LED sunroof

2014-11-14

梁智勇(1980—)，男，學(xué)士，工程師，從事汽車(chē)玻璃及附加值產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。E-mail:lzy63085@sohu.com。