汽車側門升降玻璃的設計研究

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

汽車側門升降玻璃是玻璃升降系統的重要附件，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，其配合位置設計不合理易導致玻璃升降出現卡滯、脫槽或異響等問題，并加速玻璃邊界對導槽密封條的磨損，影響玻璃升降系統的使用壽命。本文從玻璃升降的原理出發，對側門升降玻璃的材質、工藝以及結構設計進行分析，為側門升降玻璃的設計提供了理論依據。

1 側門升降玻璃的分類

根據汽車安全玻璃的國家標準要求，汽車側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成本與優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窗玻璃應用的主流型式。

1.1 普通鋼化玻璃的生產工藝與產品特點

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。這種玻璃處于內部受拉，外部受壓的應力狀態，一旦局部發生破損，便會發生應力釋放，玻璃破碎成沒有尖銳棱角的小塊，不易傷人。

1.2 夾層玻璃的生產工藝與產品特點

夾層玻璃是一種三明治結構，由兩片玻璃之間夾一層PVB中間膜構成，經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異，可有效提升車輛的NVH性能與空調性能，但因其生產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工藝與產品特點

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、阻燃性能與尺寸穩定性能優異。相比較鋼化玻璃與夾層玻璃，聚碳酸酯玻璃具有以下優勢：

（1）輕量化優勢。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）設計自由度優勢。聚碳酸酯玻璃采用注塑工藝成型，可實現大曲率復雜型面的玻璃造型。

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

（5）隔音隔熱性能優勢。聚碳酸酯玻璃對車內外高頻噪音（如發動機燃燒、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約為0.2W/mK，遠小于無機玻璃的導熱系數0.5～1.0W/mK，隔熱性能更加優越，且不易起霧，可以有效降低空調系統的能源消耗，減少碳排放。

2 側門玻璃與密封條的邊界設計

側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系是設計的關鍵。

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，導槽密封條通常設計緩沖唇邊結構對玻璃沖擊進行緩沖，玻璃上邊界的設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需綜合考慮車門結構型式、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，甚至出現玻璃脫槽的問題。在玻璃與內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 側門玻璃斷面定義圖示

在側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力矩的作用下發生前傾或后傾偏轉，玻璃圓角位置與導槽密封條底部易產生點面接觸，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化為線面接觸，從而減輕對密封條的磨損。

圖2 側門玻璃圓角位置二次倒角效果圖

3 側門玻璃與升降器的連接設計

側門玻璃與玻璃升降器的連接型式也是玻璃設計過程中需重點考慮的方面。側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，采用此種結構型式玻璃無需打孔或粘結過渡夾子，升降器滑塊上的玻璃夾子通過螺栓打緊夾緊玻璃實現固定。此種結構型式的優點是：（1）玻璃制造簡便；（2）可實現玻璃裝配位置的調節，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節，裝配時間長，效率低。

圖3 升降器滑塊夾緊玻璃結構型式

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，采用此種結構型式玻璃需設計安裝孔，孔內嵌套塑料卡扣，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。此種結構型式在長時間使用后易磨損松散，導致玻璃運行換向時產生異響，此外對嵌套塑料卡扣的材質耐候性要求較高，否則在干冷環境下易發生脆斷。

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，塑料夾子設計內嵌螺母，通過螺栓打緊與玻璃升降器滑塊進行固定。此種結構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，采用此種結構型式的玻璃需設計圓形開孔，玻璃升降器滑塊上設計坡度導向卡勾，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。此種結構型式的優點是：（1）安裝簡便，取消打緊螺栓的操作；（2）節省布置空間，車門內板無需設計安裝工具空間。（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，一端設計圓形開孔與升降器滑塊卡接固定。

4 結論

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