汽車天窗發(fā)展及結(jié)構(gòu)淺析

賴文林

摘 要：本文從汽車天窗的分類方式入手，簡要介紹了內(nèi)藏式普通電動天窗、可開啟式全景天窗的結(jié)構(gòu)特點，并以天窗密封條的安裝方式為切入點，淺談天窗的平臺化策略。最后對天窗新技術(shù)的應用及發(fā)展趨勢進行了簡要介紹。

關鍵詞：汽車天窗 天窗結(jié)構(gòu) 天窗平臺化 發(fā)展趨勢

Analysis on the Development and Structure of Automobile Sunroof

Lai Wenlin

Abstract：This article starts with the classification of automobile sunroofs， briefly introduces the structural characteristics of the built-in ordinary electric sunroof and openable panoramic sunroof， and discusses the platformization strategy of the sunroof with the installation method of the sunroof seal as the starting point. Finally， the application and development trend of the new skylight technology are briefly introduced.

Key words：automobile sunroof， sunroof structure， sunroof platformization， development trend

1 引言

汽車天窗安裝于車頂，可以增加車內(nèi)采光，開啟后還可實現(xiàn)通風換氣，增加車內(nèi)空氣流動，實現(xiàn)車內(nèi)快速降溫，冬天還能為前擋風玻璃除霧。根據(jù)可查證資料，歷史上最早配備天窗的汽車是1932年生產(chǎn)的奧斯汀七廂轎車，這在汽車界掀起了一股不小的熱潮[1]。隨著汽車的發(fā)展，天窗成為了大多數(shù)汽車的基本配置，天窗更加輕量化、智能化，功能更加多樣化，也越來越受到廣大消費者的青睞。

2 汽車天窗分類及結(jié)構(gòu)

汽車天窗的分類方式有很多種。按驅(qū)動方式可以分為手動式天窗、電動式天窗。電動式天窗通過車內(nèi)開關或汽車鑰匙控制天窗玻璃、遮陽簾運動，實現(xiàn)天窗起翹、一鍵開啟和關閉等功能，在天窗運動的過程中具備防夾功能，還可以實現(xiàn)語音控制。按裝配工藝可以分為底部安裝式天窗、頂部安裝式天窗。按結(jié)構(gòu)形式可以分為內(nèi)藏式普通天窗、外滑式全景天窗、斜頂開式全景天窗、分段式全景天窗、固定式全景天窗（全景天幕）等。

目前汽車天窗配置主要是普通電動天窗和可開啟式全景天窗，而分段式全景天窗常見于MPV等較大型汽車上。固定式全景天窗又稱為全景天幕，幾乎覆蓋了整個汽車頂蓋，整車造型可以更炫酷，不僅極大拓展了車內(nèi)采光，還可以結(jié)合玻璃智能調(diào)光技術(shù)，使天窗更加智能化。

2.1 內(nèi)藏式普通電動天窗

內(nèi)藏式普通電動天窗主要由天窗框架總成、玻璃總成、遮陽板總成、機械組總成、驅(qū)動機構(gòu)、擋風板總成等構(gòu)成，如圖1所示。天窗框架總成包括前梁、鋁軌、中橫梁、排水槽等。常見的前梁結(jié)構(gòu)有對穿孔式和銅管包塑式，對穿孔式前梁重量輕，零件成本低，但模具較復雜。

鋁軌通過擠出、沖壓工藝成型后，再進行表面處理，鋁軌后部卡接排水嘴，可導水到天窗排水管。普通天窗通常采用銀色陽極氧化，可用側(cè)飾簾遮擋鋁軌及玻璃螺釘，還能起到防夾的作用。天窗玻璃常用3.5mm厚的灰色鋼化玻璃，與玻璃框架成型后卡接密封條，構(gòu)成玻璃總成，再將玻璃總成用螺栓鎖附在機械組總成上實現(xiàn)運動。玻璃與玻璃框架的成型工藝主要有包邊成型和粘貼成型工藝。包邊成型將玻璃、玻璃框架與包邊材通過注塑機包邊，密封條卡接在包邊材上，可分為半包和全包工藝。全包工藝通過包邊材將玻璃框架完全包覆，只露出與機械組總成的連接部位，這種工藝成型的玻璃總成更美觀，但也更重。包邊材料有PU（聚氨酯）、PVC（聚氯乙烯）等，密封條常用EPDM（三元乙丙）。根據(jù)經(jīng)驗，PVC與EPDM材料兼容性不好，天窗易產(chǎn)生異響風險，因此包邊材料建議選擇PU。而粘貼成型工藝將玻璃與玻璃框架粘接后，密封條卡接在玻璃與玻璃框架之間，這種工藝省去了包邊模具，成本更低。

2.2 可開啟式全景天窗

可開啟式全景天窗主要由天窗框架總成、玻璃總成、遮陽簾總成、機械組總成、擋風網(wǎng)總成、密封條、玻璃電機、遮陽簾電機等構(gòu)成，如圖2所示。天窗框架總成主要包括前梁、后梁、鋁軌，一般在天窗框架內(nèi)部卡接框架膠條，起到遮擋作用。玻璃總成分為移動玻璃和固定玻璃，常用4mm厚的鋼化玻璃，成型工藝與普通天窗類似。

天窗遮陽簾分為有卷軸式和無軸式，關閉后可遮光隔熱，全景天窗常匹配卷軸式遮陽簾。在遮陽簾關閉過程中，遮陽簾電機帶動簾布展開，從而帶動卷軸轉(zhuǎn)動，再帶動卷軸內(nèi)的扭簧轉(zhuǎn)動，蓄積彈性勢能;在遮陽簾打開過程中，在扭簧作用下，帶動卷軸反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)簾布卷繞，扭簧釋放彈性勢能。天窗遮陽簾裝在后梁前需預緊扭簧，保證遮陽簾全開時也有卷收力，張緊簾布避免出現(xiàn)褶皺。簾布根據(jù)遮光率不同可分為全遮光（99%以上遮光率）和半遮光簾布（95%遮光率、90%遮光率等）。

遮陽簾的簾布在鋁軌中運動，為避免簾布褶皺，需帶防脫結(jié)構(gòu)，主要有超聲焊PDF（Prevent Derailing Function）、縫紉導向條（特氟龍/TPO）等，如圖3。超聲焊PDF面料占用空間小，頭部空間影響小，成本較低;縫紉特氟龍面料占用空間中等，頭部空間影響中等，成本中等;縫紉TPO面料占用空間大，頭部空間影響大，成本較高，較牢固。

3 汽車天窗平臺化策略

天窗產(chǎn)品開發(fā)分為2種策略：全新開發(fā)、平臺化開發(fā)。天窗平臺化分為完全共用化和部分共用化，完全共用化指車身頂蓋根據(jù)天窗結(jié)構(gòu)來設計造型，天窗無須重新開發(fā)零件，但這對整車造型有一定的限制。部分共用化指天窗根據(jù)整車造型重新調(diào)整天窗框架、天窗玻璃等，共用驅(qū)動機構(gòu)、機械組等，是多數(shù)車企采用的平臺化策略。通過天窗平臺化，可以縮短開發(fā)周期，減少開發(fā)費用，降低開發(fā)風險，從而保證了天窗的可靠性。

下面從天窗密封條安裝方式著手，淺談可開啟式全景天窗的部分共用化策略。目前，天窗密封條有三種安裝方案（圖4）：卡接在天窗、粘貼在車身（無定位）、粘貼在車身（帶卡接定位）。密封條卡接在天窗的方案，車廠無需安裝密封條，可節(jié)約工時，車頂翻邊成型較簡單，但斷面尺寸大，裝配后易鼓起褶皺，外觀效果較差，拐角處需涂膠固定。密封條粘貼在車身（無定位）的方案，密封條為單泡型，斷面尺寸小，外觀優(yōu)于卡接在天窗的方案，車頂翻邊成型簡單，但是沒有定位基準，裝配一致性較難保證，對粘貼面質(zhì)量及工序要求高。密封條粘貼在車身（帶卡接定位）的方案，密封條為單泡型，斷面尺寸小，密封條與車身裝配后卡接定位，外觀匹配最優(yōu)，且安裝方便，但車頂翻邊成型復雜，需投入弧焊或二保焊設備。

方案一只要車頂曲率發(fā)生調(diào)整就要重新開發(fā)前梁、后梁、鋁軌和玻璃，不利于天窗平臺化。方案二和方案三均可沿用鋁軌和前后梁，其中密封條粘貼在車身（帶卡接定位）的方案，密封條的外觀商品性最好，但對車頂翻邊工藝要求較高，只要前期投入了一定的設備后，非常容易實現(xiàn)天窗的平臺化。

4 汽車天窗發(fā)展趨勢

隨著汽車智能化的發(fā)展，不少新技術(shù)在天窗上得到了應用，下面對應用了這些技術(shù)的天窗進行簡要介紹。

4.1 智能可控光玻璃天窗

智能可控光技術(shù)將PDLC膜或SPD膜或EC膜等復合在兩層玻璃之間，形成特殊的調(diào)光夾層玻璃，利用電流通斷實現(xiàn)玻璃透明與否，這種技術(shù)不僅能實現(xiàn)調(diào)光、隔熱、保護隱私等功能，還能省去天窗遮陽簾，使乘員的頭部空間更大。

4.2 太陽能玻璃天窗

太陽能玻璃天窗是將太陽能電池膜夾在兩塊玻璃之間，車輛行駛中將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，為整車電池充電，可以提升整車電池的使用壽命，還可以降低傳統(tǒng)燃油車的油耗，提升新能源汽車的續(xù)航里程。

4.3 星空頂天窗

星空頂天窗在天窗玻璃印上反光圖案，光源設置在天窗鋁軌，不同顏色的燈光照射下，在車頂勾勒出不同顏色的影像。

5 結(jié)論

近年來，汽車天窗的普及率逐漸提升，特別是可開啟式全景天窗和全景天幕的出現(xiàn)，不僅提高了汽車的顏值，還提升了用戶的體驗。伴隨著新技術(shù)的應用，相信未來的天窗功能會更多樣化。

參考文獻：

[1]陳云亮.汽車天窗的發(fā)展歷史及新技術(shù)應用[J]. 時代汽車，2020，000（003）：72-73.

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[3]李偉鏊. 汽車天窗玻璃密封條開啟、關閉異響問題的研究[J].汽車實用技術(shù)，2012，000（007）：64-68.