汽車側(cè)門升降玻璃的設(shè)計研究

王炳飛，李超帥，林森，于波，李瑞生

（華晨汽車工程研究院閉合件工程室，遼寧 沈陽 110141）

前言

汽車側(cè)門升降玻璃是玻璃升降系統(tǒng)的重要附件，在玻璃升降器的帶動下沿導槽密封條上升或下降運動。側(cè)門玻璃的直接配合零件有玻璃升降器與導槽密封條，其配合位置設(shè)計不合理易導致玻璃升降出現(xiàn)卡滯、脫槽或異響等問題，并加速玻璃邊界對導槽密封條的磨損，影響玻璃升降系統(tǒng)的使用壽命。本文從玻璃升降的原理出發(fā)，對側(cè)門升降玻璃的材質(zhì)、工藝以及結(jié)構(gòu)設(shè)計進行分析，為側(cè)門升降玻璃的設(shè)計提供了理論依據(jù)。

1 側(cè)門升降玻璃的分類

根據(jù)汽車安全玻璃的國家標準要求，汽車側(cè)門升降玻璃可采用夾層玻璃、鋼化玻璃、中空安全玻璃以及塑玻復合材料[1]。其中鋼化玻璃以其較低的生產(chǎn)成本與優(yōu)異的機械性能成為目前汽車市場的主流應用型式。高檔豪華汽車因其對玻璃隔音性能以及安全性能的需求更高，多采用夾層玻璃的型式。隨著電動汽車的發(fā)展以及汽車輕量化需求的提升，聚碳酸酯玻璃將成為未來汽車側(cè)窗玻璃應用的主流型式。

1.1 普通鋼化玻璃的生產(chǎn)工藝與產(chǎn)品特點

鋼化玻璃是一種預應力玻璃，為提高玻璃的強度，通常采用加熱驟冷的方式在玻璃表面形成壓應力層，玻璃承受外力時首先抵消表層應力，從而提高承載能力，增強玻璃自身的抗風壓性能、寒暑性能以及耐沖擊性能等。

汽車用普通鋼化玻璃的生產(chǎn)工藝主要有切割、磨邊、鉆孔、洗滌、印刷、鋼化、附件安裝與包裝等工序。其中鋼化工藝是其工藝過程的關(guān)鍵，玻璃在加熱爐中加熱到接近玻璃的軟化溫度后，通過外界施力使其變形的同時將高壓冷空氣吹向玻璃的兩面，使其快速均勻冷卻至室溫。這種玻璃處于內(nèi)部受拉，外部受壓的應力狀態(tài)，一旦局部發(fā)生破損，便會發(fā)生應力釋放，玻璃破碎成沒有尖銳棱角的小塊，不易傷人。

1.2 夾層玻璃的生產(chǎn)工藝與產(chǎn)品特點

夾層玻璃是一種三明治結(jié)構(gòu)，由兩片玻璃之間夾一層PVB中間膜構(gòu)成，經(jīng)過特殊的高溫預壓及高溫高壓工藝處理后，玻璃與PVB中間膜永久粘合為一體。

夾層玻璃的優(yōu)點是玻璃破碎后，玻璃在中間夾層的作用下仍保持一體性，碎塊與PVB中間膜粘合在一起，有效防止了玻璃碎片對乘員的傷害，安全性能得到有效提升。此外，PVB中間膜隔音隔熱性能優(yōu)異，可有效提升車輛的NVH性能與空調(diào)性能，但因其生產(chǎn)效率較低且成本較鋼化玻璃高，目前多被豪華車所采用。

1.3 聚碳酸酯玻璃的生產(chǎn)工藝與產(chǎn)品特點

聚碳酸酯是一種無色透明的無定形熱塑性工程塑料，具有高強度高韌性的特點，耐熱性能、抗沖擊性能、阻燃性能與尺寸穩(wěn)定性能優(yōu)異。相比較鋼化玻璃與夾層玻璃，聚碳酸酯玻璃具有以下優(yōu)勢：

（1）輕量化優(yōu)勢。聚碳酸酯玻璃的密度約為1.2g/cm3，無機玻璃的密度約為 2.5g/cm3，考慮聚碳酸酯玻璃略厚于無機玻璃，采用聚碳酸酯玻璃可減重約40%。

（2）安全性能優(yōu)勢。聚碳酸酯玻璃的抗沖擊性能遠高于鋼化玻璃以及夾層玻璃，可以有效防止車窗撞擊碎裂和乘客彈出車外造成的人身傷害。

（3）設(shè)計自由度優(yōu)勢。聚碳酸酯玻璃采用注塑工藝成型，可實現(xiàn)大曲率復雜型面的玻璃造型。

（4）零件集成優(yōu)勢。聚碳酸酯玻璃可實現(xiàn)玻璃與玻璃夾子等附件一體成型，減小后續(xù)連接帶來的公差累積，同時零件裝配也更加簡便。

（5）隔音隔熱性能優(yōu)勢。聚碳酸酯玻璃對車內(nèi)外高頻噪音（如發(fā)動機燃燒、活塞敲擊、進排氣、齒輪運行以及輪胎實行等噪聲）的減噪效果更好。聚碳酸酯的導熱系數(shù)約為0.2W/mK，遠小于無機玻璃的導熱系數(shù)0.5～1.0W/mK，隔熱性能更加優(yōu)越，且不易起霧，可以有效降低空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗，減少碳排放。

2 側(cè)門玻璃與密封條的邊界設(shè)計

側(cè)門玻璃在玻璃升降器的帶動下，沿導槽密封條上升或下降，玻璃邊界與導槽密封條的尺寸配合關(guān)系是設(shè)計的關(guān)鍵。

如圖1所示，在玻璃與車門上框密封條的配合位置，為減小玻璃上升過程對車門上框的沖擊噪音，導槽密封條通常設(shè)計緩沖唇邊結(jié)構(gòu)對玻璃沖擊進行緩沖，玻璃上邊界的設(shè)計需與上框密封條底邊留出緩沖唇邊厚度尺寸 a。在玻璃與車門前后導槽邊界配合位置，玻璃底邊與導槽密封條底邊的配合間隙尺寸b需綜合考慮車門結(jié)構(gòu)型式、車門制造精度以及玻璃升降器型式進行定義，尺寸b定義過小易導致玻璃升降運行卡滯，定義過大易導致玻璃升降運行晃動量大，甚至出現(xiàn)玻璃脫槽的問題。在玻璃與內(nèi)外水切密封條的配合位置，尺寸c應滿足玻璃運行全工況下不與內(nèi)外水切密封條唇邊脫離貼合，并考慮整車制造公差預留安全長度，在滿足功能需求的情況下，尺寸c應盡量減小，利于玻璃裝配及整車輕量化。

圖1 側(cè)門玻璃斷面定義圖示

在側(cè)門玻璃沿導槽密封條上升或下降的過程中，玻璃在前后導槽滑動摩擦力偏轉(zhuǎn)力矩的作用下發(fā)生前傾或后傾偏轉(zhuǎn)，玻璃圓角位置與導槽密封條底部易產(chǎn)生點面接觸，易加速導槽密封條的磨損。為延長導槽密封條的使用壽命，玻璃四個圓角位置設(shè)計時通常進行特殊的二次倒角，如圖2所示，將玻璃與導槽密封條底部的點面接觸優(yōu)化為線面接觸，從而減輕對密封條的磨損。

圖2 側(cè)門玻璃圓角位置二次倒角效果圖

3 側(cè)門玻璃與升降器的連接設(shè)計

側(cè)門玻璃與玻璃升降器的連接型式也是玻璃設(shè)計過程中需重點考慮的方面。側(cè)門玻璃與玻璃升降器滑塊連接固定的型式主要有以下幾種。

3.1 滑塊夾緊玻璃的型式

如圖3所示，為玻璃升降器滑塊通過橡膠墊片夾緊玻璃的連接型式，采用此種結(jié)構(gòu)型式玻璃無需打孔或粘結(jié)過渡夾子，升降器滑塊上的玻璃夾子通過螺栓打緊夾緊玻璃實現(xiàn)固定。此種結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)點是：（1）玻璃制造簡便；（2）可實現(xiàn)玻璃裝配位置的調(diào)節(jié)，以適應車門制造偏差。缺點是玻璃裝配過程中需操作者對玻璃位置進行調(diào)節(jié)，裝配時間長，效率低。

圖3 升降器滑塊夾緊玻璃結(jié)構(gòu)型式

3.2 自攻螺釘漲緊玻璃孔的型式

如圖4所示，為自攻螺釘漲緊玻璃孔型式，采用此種結(jié)構(gòu)型式玻璃需設(shè)計安裝孔，孔內(nèi)嵌套塑料卡扣，通過自攻螺釘漲緊塑料卡扣的方式將玻璃與升降器滑塊固定。此種結(jié)構(gòu)型式在長時間使用后易磨損松散，導致玻璃運行換向時產(chǎn)生異響，此外對嵌套塑料卡扣的材質(zhì)耐候性要求較高，否則在干冷環(huán)境下易發(fā)生脆斷。

圖4 自攻螺釘漲緊玻璃孔型式

3.3 玻璃粘接塑料夾子的型式

圖5 玻璃粘接塑料夾子的型式

如圖5所示，為玻璃粘接塑料夾子的型式，玻璃鋼化成型后在底部粘接塑料夾子，塑料夾子設(shè)計內(nèi)嵌螺母，通過螺栓打緊與玻璃升降器滑塊進行固定。此種結(jié)構(gòu)型式需重點控制塑料夾子與玻璃的粘接定位，定位不準易導致玻璃運行過程中偏磨單側(cè)導槽，加速導槽密封條的磨損。

3.4 一觸式玻璃固定型式

如圖6所示，為一觸式玻璃固定型式，采用此種結(jié)構(gòu)型式的玻璃需設(shè)計圓形開孔，玻璃升降器滑塊上設(shè)計坡度導向卡勾，玻璃裝配時自上而下落下，玻璃開孔與玻璃升降器滑塊導向卡勾卡接固定。此種結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)點是：（1）安裝簡便，取消打緊螺栓的操作；（2）節(jié)省布置空間，車門內(nèi)板無需設(shè)計安裝工具空間。（3）車門開孔減少，有利于車門密封性能的提升。缺點是玻璃拆卸需采用特制工具，售后維修不便。

圖6 一觸式玻璃固定型式

因夾層玻璃多為非鋼化玻璃，打孔后易開裂，若采用此種固定型式，需采用塑料夾子進行過渡，塑料夾子一端通過粘接與夾層玻璃固定，一端設(shè)計圓形開孔與升降器滑塊卡接固定。

4 結(jié)論

汽車側(cè)門玻璃與導槽密封條以及玻璃升降器的配合型式與尺寸是側(cè)門玻璃設(shè)計的關(guān)鍵，本文從玻璃升降的原理出發(fā)，對側(cè)門玻璃與密封條以及升降器的配合型式與關(guān)鍵尺寸進行分析，為側(cè)門玻璃的設(shè)計提供了理論依據(jù)，可有效防止因設(shè)計不合理導致的玻璃升降卡滯、脫槽或異響等問題出現(xiàn)。