汽車天窗的發(fā)展歷史及新技術(shù)應(yīng)用初探

梁志 楊斌

眾泰汽車工程研究院 浙江省杭州市 310018

1 引言

汽車天窗最初是汽車的換氣設(shè)備，其主要的功能是在不影響汽車功能的條件下改善汽車封閉空間的現(xiàn)實條件，從而提高使用者的舒適度。隨著汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的飛躍進步，汽車的整體性能不斷提高，汽車的天窗成為技術(shù)發(fā)展的一個重要目標(biāo)，其結(jié)果是汽車天窗功能逐漸多樣化，天窗甚至成為人民通過汽車實現(xiàn)娛樂的一個工具。近幾年來，汽車天窗更是被視為是改變汽車環(huán)境的一個關(guān)鍵，這符合節(jié)能可持續(xù)發(fā)展的理念，而這意味著汽車天窗成為汽車產(chǎn)業(yè)競爭的一個焦點，尤其是汽車天窗的新技術(shù)，往往能夠成為企業(yè)在汽車產(chǎn)業(yè)中致勝的關(guān)鍵。

2 汽車天窗的發(fā)展歷史概述

汽車天窗是汽車結(jié)構(gòu)的組成部分，是指通過固定式或者是可操作打開的形式安裝在汽車頂部的玻璃窗裝置，對天窗的調(diào)節(jié)能夠增強汽車內(nèi)的空氣流動從而為汽車車主及其乘客帶來新鮮的空氣，同時也能增加視野，滿足汽車用戶實際的需要。汽車天窗最初是為了滿足部分車主進行移動攝影的實際需要而設(shè)計的。在1937年，納什汽車公司首先在其生產(chǎn)的一類型的汽車中增加了天窗配置，被業(yè)內(nèi)稱為是最早的汽車天窗模型。

1973年，約翰·福特阿特金森首先在其生產(chǎn)的 Ford Lincoln Continental Mark 型汽車上安裝了滑動式打開天窗，能夠更好地滿足自動化、高效化的要求，從而被各個主機廠所引用。這時期的天窗是簡單的機械結(jié)構(gòu)，材質(zhì)是最普通的鋼化玻璃。20世紀(jì)90年代，電動天窗開始采用隔熱功能的不透明玻璃，更加美觀實用。21世紀(jì)初，歐洲的汽車市場開創(chuàng)了夾層天窗玻璃的時代，能夠更好地隔熱并隔音。這是首次在天窗結(jié)構(gòu)設(shè)計中考慮到隔音的問題。2012年開始，智能可光控天窗成為天窗市場的有一個創(chuàng)新產(chǎn)品。在這種智能模式中，用戶可以有手動和自動兩種方式來控制天窗玻璃的顏色，進而選擇透過天窗進入車內(nèi)的日光量。

近幾年，隨著技術(shù)的進步，在原有的智能系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，又產(chǎn)生了LED環(huán)境照明天窗和太陽能光伏天窗等新型的天窗技術(shù)，不僅滿足了人性化要求，更彰顯了環(huán)保了的新理念。

從整體上看，現(xiàn)階段汽車天窗可以被分為手動天窗和電動天窗兩種類型，隨著技術(shù)的不斷進步，電動天窗及電子天窗系統(tǒng)是市場上最常見的天窗。手動天窗分為手動杠桿驅(qū)動和曲柄連桿驅(qū)動這兩類。而電動天窗是靠電動導(dǎo)軌滑動來驅(qū)動天窗的閉合。

從汽車天窗的發(fā)展歷史進程中可以看出，汽車天窗發(fā)展的功能性、美觀性、智能性逐漸成為其最主要的特征，而隨著信息技術(shù)的不斷進步，這種性能特征將會在汽車天窗的發(fā)展中更加明顯。

3 汽車天窗的主要類型

汽車天窗具體來說其內(nèi)部構(gòu)件包括導(dǎo)軌、前槽梁、中橫梁、驅(qū)動軌、升降支架等組成部分。汽車天窗按照綜合性能的不同特點可以被分為內(nèi)藏式天窗、外滑式天窗、全景天窗和多功能天窗這四種類型。

內(nèi)藏式天窗就是在設(shè)計中將滑動面板內(nèi)嵌于頂篷的鈑金和內(nèi)襯之間，從而使天窗玻璃呈現(xiàn)出“內(nèi)藏結(jié)構(gòu)”。這種類型的天窗缺點是比較“厚重”，比較占用車內(nèi)的空間。

外滑式天窗是目前比較大眾化的天窗類型。這種天窗是在汽車天窗位置打開一個窗口，玻璃面板在其兩側(cè)的導(dǎo)軌上滑動從而打開天窗，這樣不僅能夠為車內(nèi)打開更多的空間，還能降低風(fēng)動產(chǎn)生的噪音。外滑式天窗是導(dǎo)軌天窗的一種典型。

全景天窗是一種面積比較大的天窗類型，從外觀上看天窗玻璃占據(jù)的面積比重非常大，有的甚至是整塊車頂玻璃都是天窗的面積。這種天窗的優(yōu)點比較明顯，即視野開闊、通風(fēng)良好，甚至是成為乘客求生的一種通道。但是不可否認的是這種天窗一般成本較高，但是其實用性并不明顯，如天窗落塵難以徹底清理、車身的整體剛性度下降從而降低汽車的安全系數(shù)。

多功能天窗特殊之處是其天窗玻璃數(shù)量多于一般的天窗，有2片甚至是3片以上。這種天窗一般安裝在豪華車或者是展覽車上，滿足汽車天窗的美觀性。隨著技術(shù)的不斷進步，這種天窗類型具有十分廣闊的市場前景。

4 汽車天窗的新技術(shù)及其應(yīng)用

汽車天窗技術(shù)的關(guān)鍵性要求是玻璃與車頂外觀面達到高度契合，實現(xiàn)天窗功能的最大化。一般來說，其設(shè)計的總體要求是天窗的設(shè)置和安裝應(yīng)該與車內(nèi)的空間形成感觀上的一致并根據(jù)大眾乘客的身高來確定天窗的位置。最主要的是天窗需要防止雨水的滲透，減少汽車行駛的阻力。目前，在汽車天窗技術(shù)中，智能可控光技術(shù)和LED環(huán)境照明天窗技術(shù)的應(yīng)用成為其主要的發(fā)展趨勢。

4.1 智能可控光技術(shù)

智能可控光技術(shù)就是指車內(nèi)的駕駛?cè)藛T通過懸浮顆粒裝置（SPD）來操控車內(nèi)室的燈光系統(tǒng)的一項技術(shù)。這項技術(shù)核心在于在極短的時間內(nèi)改變天窗玻璃對射入光線的透射率，從而改變汽車內(nèi)部的光線狀態(tài)。

在懸浮顆粒裝置中，一般需要先安裝一個電路系統(tǒng)，通過智能控制改變電壓，進而電壓能改變SPD膜中的分析排列，從而改變對外部光線的照射，進而調(diào)節(jié)車內(nèi)的光線。也就是說，智能可控光技術(shù)是通過電路電壓改變SPD膜分子結(jié)構(gòu)的排列方式來自動完成天窗廣信的調(diào)節(jié)的。

智能可控光技術(shù)的優(yōu)勢比較明顯，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）天窗光線調(diào)節(jié)的時間比較短，能夠快速完成光線的調(diào)節(jié)。智能系統(tǒng)利用電壓的瞬間改變就完成了天窗玻璃的光線調(diào)節(jié)，由此可以看出，快速、高效是其最明顯的優(yōu)勢。

（2）這項技術(shù)能夠在天窗安裝的時候不占用車內(nèi)的傳統(tǒng)空間，從而使車內(nèi)的空間更加寬闊，避免汽車天窗帶來的空間壓迫感，是汽車天窗理念的一次創(chuàng)新。

（3）自發(fā)改變外部光線的射入，不僅體現(xiàn)了人性化的設(shè)計思路，更能夠在最短的時間內(nèi)保護車內(nèi)的乘客，從而最大發(fā)揮天窗的效用。

（4）這項技術(shù)能夠通過光線調(diào)節(jié)來改變車內(nèi)的熱量，從而降低車內(nèi)空調(diào)的耗能，有效節(jié)約能源。

智能可控光技術(shù)是目前汽車天窗的一項技術(shù)亮點，在很多車型的應(yīng)用上已經(jīng)趨于成熟。尤其是近幾年的時間，我國各個主要的汽車生產(chǎn)商也開始引用這項天窗技術(shù)，受到消費者的廣泛好評。更重要的是，這項人性化并具有明顯環(huán)保里面的技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到辦公樓、住宅樓等建筑的玻璃設(shè)計和安裝上，技術(shù)的市場前景十分廣闊。

4.2 LED環(huán)境照明天窗

隨著技術(shù)的不斷進步，汽車成為人們居家生活中不可或缺的一個重要工具。在在這種現(xiàn)實中，人們對汽車的舒適度和便民性要求提高。LED照明燈在汽車的設(shè)計和生產(chǎn)中占據(jù)越來越重要的位置，汽車的側(cè)燈、尾燈都開始應(yīng)用LED燈進行照明，取得了很好的市場反餉。因此，很多汽車生產(chǎn)商開始將LED燈的汽車設(shè)計技術(shù)應(yīng)用到汽車天窗的設(shè)計中，形成LED環(huán)境照明天窗的技術(shù)。

LED環(huán)境照明天窗的技術(shù)原理比較簡單，就是用LED燈的必要原件集成安裝在天窗玻璃上，并設(shè)計一個電子的回路，從而通過電子回路控制LED燈光，不僅起到照明的作用，還十分美觀。LED環(huán)境照明天窗的技術(shù)也是一項具有創(chuàng)新意義的技術(shù)舉措，將LED燈的簡單、實用的性能特點與天窗的位置和功能特征結(jié)合在一起，從而實現(xiàn)了汽車天窗上的LED燈光照明。

在這項技術(shù)中，安裝的過程中需要注意的是LED的元件需要通過粘貼連接或者是內(nèi)嵌在天窗玻璃的內(nèi)部，在外部以電線來連接車身的總電路。如果是元件布置在玻璃的周邊位置，則需要通過注塑包將其進行緊密封裝。這是LED環(huán)境照明天窗設(shè)計安裝的技術(shù)要點。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著汽車的智能化發(fā)展，汽車天窗的技術(shù)性能越來越高，電子、材料等先進的技術(shù)和材料在天窗中的應(yīng)用推動汽車產(chǎn)業(yè)的不斷進步。汽車天窗技術(shù)最早產(chǎn)生于歐洲的汽車產(chǎn)業(yè)，并伴隨著技術(shù)創(chuàng)新不斷發(fā)展，至今已經(jīng)發(fā)展到外滑式天窗、全景式天窗等多種種類。目前，汽車天窗在設(shè)計和生產(chǎn)中新技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在智能可控光技術(shù)和LED環(huán)境照明技術(shù)這兩個方向。未來，汽車天窗的技術(shù)含量和水平將會進一步提高，也預(yù)示著天窗技術(shù)將會成為汽車產(chǎn)業(yè)競爭的目標(biāo)之一。