论文部分内容阅读
摘 要：本文从汽车天窗的分类方式入手，简要介绍了内藏式普通电动天窗、可开启式全景天窗的结构特点，并以天窗密封条的安装方式为切入点，浅谈天窗的平台化策略。最后对天窗新技术的应用及发展趋势进行了简要介绍。
关键词：汽车天窗 天窗结构 天窗平台化 发展趋势
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
汽车天窗安装于车顶，可以增加车内采光，开启后还可实现通风换气，增加车内空气流动，实现车内快速降温，冬天还能为前挡风玻璃除雾。根据可查证资料，历史上最早配备天窗的汽车是1932年生产的奥斯汀七厢轿车，这在汽车界掀起了一股不小的热潮[1]。随着汽车的发展，天窗成为了大多数汽车的基本配置，天窗更加轻量化、智能化，功能更加多样化，也越来越受到广大消费者的青睐。
2 汽车天窗分类及结构
汽车天窗的分类方式有很多种。按驱动方式可以分为手动式天窗、电动式天窗。电动式天窗通过车内开关或汽车钥匙控制天窗玻璃、遮阳帘运动，实现天窗起翘、一键开启和关闭等功能，在天窗运动的过程中具备防夹功能，还可以实现语音控制。按装配工艺可以分为底部安装式天窗、顶部安装式天窗。按结构形式可以分为内藏式普通天窗、外滑式全景天窗、斜顶开式全景天窗、分段式全景天窗、固定式全景天窗（全景天幕）等。
目前汽车天窗配置主要是普通电动天窗和可开启式全景天窗，而分段式全景天窗常见于MPV等较大型汽车上。固定式全景天窗又称为全景天幕，几乎覆盖了整个汽车顶盖，整车造型可以更炫酷，不仅极大拓展了车内采光，还可以结合玻璃智能调光技术，使天窗更加智能化。
2.1 内藏式普通电动天窗
内藏式普通电动天窗主要由天窗框架总成、玻璃总成、遮阳板总成、机械组总成、驱动机构、挡风板总成等构成，如图1所示。天窗框架总成包括前梁、铝轨、中横梁、排水槽等。常见的前梁结构有对穿孔式和铜管包塑式，对穿孔式前梁重量轻，零件成本低，但模具较复杂。
铝轨通过挤出、冲压工艺成型后，再进行表面处理，铝轨后部卡接排水嘴，可导水到天窗排水管。普通天窗通常采用银色阳极氧化，可用侧饰帘遮挡铝轨及玻璃螺钉，还能起到防夹的作用。天窗玻璃常用3.5mm厚的灰色钢化玻璃，与玻璃框架成型后卡接密封条，构成玻璃总成，再将玻璃总成用螺栓锁附在机械组总成上实现运动。玻璃与玻璃框架的成型工艺主要有包边成型和粘贴成型工艺。包边成型将玻璃、玻璃框架与包边材通过注塑机包边，密封条卡接在包边材上，可分为半包和全包工艺。全包工艺通过包边材将玻璃框架完全包覆，只露出与机械组总成的连接部位，这种工艺成型的玻璃总成更美观，但也更重。包边材料有PU（聚氨酯）、PVC（聚氯乙烯）等，密封条常用EPDM（三元乙丙）。根据经验，PVC与EPDM材料兼容性不好，天窗易产生异响风险，因此包边材料建议选择PU。而粘贴成型工艺将玻璃与玻璃框架粘接后，密封条卡接在玻璃与玻璃框架之间，这种工艺省去了包边模具，成本更低。
2.2 可开启式全景天窗
可开启式全景天窗主要由天窗框架总成、玻璃总成、遮阳帘总成、机械组总成、挡风网总成、密封条、玻璃电机、遮阳帘电机等构成，如图2所示。天窗框架总成主要包括前梁、后梁、铝轨，一般在天窗框架内部卡接框架胶条，起到遮挡作用。玻璃总成分为移动玻璃和固定玻璃，常用4mm厚的钢化玻璃，成型工艺与普通天窗类似。
天窗遮阳帘分为有卷轴式和无轴式，关闭后可遮光隔热，全景天窗常匹配卷轴式遮阳帘。在遮阳帘关闭过程中，遮阳帘电机带动帘布展开，从而带动卷轴转动，再带动卷轴内的扭簧转动，蓄积弹性势能;在遮阳帘打开过程中，在扭簧作用下，带动卷轴反转，实现帘布卷绕，扭簧释放弹性势能。天窗遮阳帘装在后梁前需预紧扭簧，保证遮阳帘全开时也有卷收力，張紧帘布避免出现褶皱。帘布根据遮光率不同可分为全遮光（99%以上遮光率）和半遮光帘布（95%遮光率、90%遮光率等）。
遮阳帘的帘布在铝轨中运动，为避免帘布褶皱，需带防脱结构，主要有超声焊PDF（Prevent Derailing Function）、缝纫导向条（特氟龙/TPO）等，如图3。超声焊PDF面料占用空间小，头部空间影响小，成本较低;缝纫特氟龙面料占用空间中等，头部空间影响中等，成本中等;缝纫TPO面料占用空间大，头部空间影响大，成本较高，较牢固。
3 汽车天窗平台化策略
天窗产品开发分为2种策略：全新开发、平台化开发。天窗平台化分为完全共用化和部分共用化，完全共用化指车身顶盖根据天窗结构来设计造型，天窗无须重新开发零件，但这对整车造型有一定的限制。部分共用化指天窗根据整车造型重新调整天窗框架、天窗玻璃等，共用驱动机构、机械组等，是多数车企采用的平台化策略。通过天窗平台化，可以缩短开发周期，减少开发费用，降低开发风险，从而保证了天窗的可靠性。 下面从天窗密封条安装方式着手，浅谈可开启式全景天窗的部分共用化策略。目前，天窗密封条有三种安装方案（图4）：卡接在天窗、粘贴在车身（无定位）、粘贴在车身（带卡接定位）。密封条卡接在天窗的方案，车厂无需安装密封条，可节约工时，车顶翻边成型较简单，但断面尺寸大，装配后易鼓起褶皱，外观效果较差，拐角处需涂胶固定。密封条粘贴在车身（无定位）的方案，密封条为单泡型，断面尺寸小，外观优于卡接在天窗的方案，车顶翻边成型简单，但是没有定位基准，装配一致性较难保证，对粘贴面质量及工序要求高。密封条粘贴在车身（带卡接定位）的方案，密封条为单泡型，断面尺寸小，密封条与车身装配后卡接定位，外观匹配最优，且安装方便，但车顶翻边成型复杂，需投入弧焊或二保焊设备。
方案一只要车顶曲率发生调整就要重新开发前梁、后梁、铝轨和玻璃，不利于天窗平台化。方案二和方案三均可沿用铝轨和前后梁，其中密封条粘贴在车身（带卡接定位）的方案，密封条的外观商品性最好，但对车顶翻边工艺要求较高，只要前期投入了一定的设备后，非常容易实现天窗的平台化。
4 汽车天窗发展趋势
随着汽车智能化的发展，不少新技术在天窗上得到了应用，下面对应用了这些技术的天窗进行简要介绍。
4.1 智能可控光玻璃天窗
智能可控光技术将PDLC膜或SPD膜或EC膜等复合在两层玻璃之间，形成特殊的调光夹层玻璃，利用电流通断实现玻璃透明与否，这种技术不仅能实现调光、隔热、保护隐私等功能，还能省去天窗遮阳帘，使乘员的头部空间更大。
4.2 太阳能玻璃天窗
太阳能玻璃天窗是将太阳能电池膜夹在两块玻璃之间，车辆行驶中将太阳能转化为电能，为整车电池充电，可以提升整车电池的使用寿命，还可以降低传统燃油车的油耗，提升新能源汽车的续航里程。
4.3 星空顶天窗
星空顶天窗在天窗玻璃印上反光图案，光源设置在天窗铝轨，不同颜色的灯光照射下，在车顶勾勒出不同颜色的影像。
5 结论
近年来，汽车天窗的普及率逐渐提升，特别是可开启式全景天窗和全景天幕的出现，不仅提高了汽车的颜值，还提升了用户的体验。伴随着新技术的应用，相信未来的天窗功能会更多样化。
参考文献：
[1]陳云亮.汽车天窗的发展历史及新技术应用[J]. 时代汽车，2020，000（003）：72-73.
[2]李洪波，韩光省，裴军伟，等.汽车天窗功能及新技术应用浅析[J].汽车电器，2019，000（010）：49-50.
[3]李伟鏊. 汽车天窗玻璃密封条开启、关闭异响问题的研究[J].汽车实用技术，2012，000（007）：64-68.
关键词：汽车天窗 天窗结构 天窗平台化 发展趋势
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
汽车天窗安装于车顶，可以增加车内采光，开启后还可实现通风换气，增加车内空气流动，实现车内快速降温，冬天还能为前挡风玻璃除雾。根据可查证资料，历史上最早配备天窗的汽车是1932年生产的奥斯汀七厢轿车，这在汽车界掀起了一股不小的热潮[1]。随着汽车的发展，天窗成为了大多数汽车的基本配置，天窗更加轻量化、智能化，功能更加多样化，也越来越受到广大消费者的青睐。
2 汽车天窗分类及结构
汽车天窗的分类方式有很多种。按驱动方式可以分为手动式天窗、电动式天窗。电动式天窗通过车内开关或汽车钥匙控制天窗玻璃、遮阳帘运动，实现天窗起翘、一键开启和关闭等功能，在天窗运动的过程中具备防夹功能，还可以实现语音控制。按装配工艺可以分为底部安装式天窗、顶部安装式天窗。按结构形式可以分为内藏式普通天窗、外滑式全景天窗、斜顶开式全景天窗、分段式全景天窗、固定式全景天窗（全景天幕）等。
目前汽车天窗配置主要是普通电动天窗和可开启式全景天窗，而分段式全景天窗常见于MPV等较大型汽车上。固定式全景天窗又称为全景天幕，几乎覆盖了整个汽车顶盖，整车造型可以更炫酷，不仅极大拓展了车内采光，还可以结合玻璃智能调光技术，使天窗更加智能化。
2.1 内藏式普通电动天窗
内藏式普通电动天窗主要由天窗框架总成、玻璃总成、遮阳板总成、机械组总成、驱动机构、挡风板总成等构成，如图1所示。天窗框架总成包括前梁、铝轨、中横梁、排水槽等。常见的前梁结构有对穿孔式和铜管包塑式，对穿孔式前梁重量轻，零件成本低，但模具较复杂。
铝轨通过挤出、冲压工艺成型后，再进行表面处理，铝轨后部卡接排水嘴，可导水到天窗排水管。普通天窗通常采用银色阳极氧化，可用侧饰帘遮挡铝轨及玻璃螺钉，还能起到防夹的作用。天窗玻璃常用3.5mm厚的灰色钢化玻璃，与玻璃框架成型后卡接密封条，构成玻璃总成，再将玻璃总成用螺栓锁附在机械组总成上实现运动。玻璃与玻璃框架的成型工艺主要有包边成型和粘贴成型工艺。包边成型将玻璃、玻璃框架与包边材通过注塑机包边，密封条卡接在包边材上，可分为半包和全包工艺。全包工艺通过包边材将玻璃框架完全包覆，只露出与机械组总成的连接部位，这种工艺成型的玻璃总成更美观，但也更重。包边材料有PU（聚氨酯）、PVC（聚氯乙烯）等，密封条常用EPDM（三元乙丙）。根据经验，PVC与EPDM材料兼容性不好，天窗易产生异响风险，因此包边材料建议选择PU。而粘贴成型工艺将玻璃与玻璃框架粘接后，密封条卡接在玻璃与玻璃框架之间，这种工艺省去了包边模具，成本更低。
2.2 可开启式全景天窗
可开启式全景天窗主要由天窗框架总成、玻璃总成、遮阳帘总成、机械组总成、挡风网总成、密封条、玻璃电机、遮阳帘电机等构成，如图2所示。天窗框架总成主要包括前梁、后梁、铝轨，一般在天窗框架内部卡接框架胶条，起到遮挡作用。玻璃总成分为移动玻璃和固定玻璃，常用4mm厚的钢化玻璃，成型工艺与普通天窗类似。
天窗遮阳帘分为有卷轴式和无轴式，关闭后可遮光隔热，全景天窗常匹配卷轴式遮阳帘。在遮阳帘关闭过程中，遮阳帘电机带动帘布展开，从而带动卷轴转动，再带动卷轴内的扭簧转动，蓄积弹性势能;在遮阳帘打开过程中，在扭簧作用下，带动卷轴反转，实现帘布卷绕，扭簧释放弹性势能。天窗遮阳帘装在后梁前需预紧扭簧，保证遮阳帘全开时也有卷收力，張紧帘布避免出现褶皱。帘布根据遮光率不同可分为全遮光（99%以上遮光率）和半遮光帘布（95%遮光率、90%遮光率等）。
遮阳帘的帘布在铝轨中运动，为避免帘布褶皱，需带防脱结构，主要有超声焊PDF（Prevent Derailing Function）、缝纫导向条（特氟龙/TPO）等，如图3。超声焊PDF面料占用空间小，头部空间影响小，成本较低;缝纫特氟龙面料占用空间中等，头部空间影响中等，成本中等;缝纫TPO面料占用空间大，头部空间影响大，成本较高，较牢固。
3 汽车天窗平台化策略
天窗产品开发分为2种策略：全新开发、平台化开发。天窗平台化分为完全共用化和部分共用化，完全共用化指车身顶盖根据天窗结构来设计造型，天窗无须重新开发零件，但这对整车造型有一定的限制。部分共用化指天窗根据整车造型重新调整天窗框架、天窗玻璃等，共用驱动机构、机械组等，是多数车企采用的平台化策略。通过天窗平台化，可以缩短开发周期，减少开发费用，降低开发风险，从而保证了天窗的可靠性。 下面从天窗密封条安装方式着手，浅谈可开启式全景天窗的部分共用化策略。目前，天窗密封条有三种安装方案（图4）：卡接在天窗、粘贴在车身（无定位）、粘贴在车身（带卡接定位）。密封条卡接在天窗的方案，车厂无需安装密封条，可节约工时，车顶翻边成型较简单，但断面尺寸大，装配后易鼓起褶皱，外观效果较差，拐角处需涂胶固定。密封条粘贴在车身（无定位）的方案，密封条为单泡型，断面尺寸小，外观优于卡接在天窗的方案，车顶翻边成型简单，但是没有定位基准，装配一致性较难保证，对粘贴面质量及工序要求高。密封条粘贴在车身（带卡接定位）的方案，密封条为单泡型，断面尺寸小，密封条与车身装配后卡接定位，外观匹配最优，且安装方便，但车顶翻边成型复杂，需投入弧焊或二保焊设备。
方案一只要车顶曲率发生调整就要重新开发前梁、后梁、铝轨和玻璃，不利于天窗平台化。方案二和方案三均可沿用铝轨和前后梁，其中密封条粘贴在车身（带卡接定位）的方案，密封条的外观商品性最好，但对车顶翻边工艺要求较高，只要前期投入了一定的设备后，非常容易实现天窗的平台化。
4 汽车天窗发展趋势
随着汽车智能化的发展，不少新技术在天窗上得到了应用，下面对应用了这些技术的天窗进行简要介绍。
4.1 智能可控光玻璃天窗
智能可控光技术将PDLC膜或SPD膜或EC膜等复合在两层玻璃之间，形成特殊的调光夹层玻璃，利用电流通断实现玻璃透明与否，这种技术不仅能实现调光、隔热、保护隐私等功能，还能省去天窗遮阳帘，使乘员的头部空间更大。
4.2 太阳能玻璃天窗
太阳能玻璃天窗是将太阳能电池膜夹在两块玻璃之间，车辆行驶中将太阳能转化为电能，为整车电池充电，可以提升整车电池的使用寿命，还可以降低传统燃油车的油耗，提升新能源汽车的续航里程。
4.3 星空顶天窗
星空顶天窗在天窗玻璃印上反光图案，光源设置在天窗铝轨，不同颜色的灯光照射下，在车顶勾勒出不同颜色的影像。
5 结论
近年来，汽车天窗的普及率逐渐提升，特别是可开启式全景天窗和全景天幕的出现，不仅提高了汽车的颜值，还提升了用户的体验。伴随着新技术的应用，相信未来的天窗功能会更多样化。
参考文献：
[1]陳云亮.汽车天窗的发展历史及新技术应用[J]. 时代汽车，2020，000（003）：72-73.
[2]李洪波，韩光省，裴军伟，等.汽车天窗功能及新技术应用浅析[J].汽车电器，2019，000（010）：49-50.
[3]李伟鏊. 汽车天窗玻璃密封条开启、关闭异响问题的研究[J].汽车实用技术，2012，000（007）：64-68.