全景天窗常見(jiàn)問(wèn)題及設(shè)計(jì)優(yōu)化

王麗敏

摘 要：隨著汽車消費(fèi)逐漸升級(jí)，全景天窗配置率越來(lái)越高，消費(fèi)者對(duì)全景天窗的要求也越來(lái)越高。全景天窗是個(gè)較為復(fù)雜的系統(tǒng)，問(wèn)題也較多。本文對(duì)全景天窗常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行了探討，并提出了各類問(wèn)題對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化思路。

關(guān)鍵詞：全景天窗;異響;過(guò)熱;漏水

1 引言

全景天窗目前主流結(jié)構(gòu)分為外滑式和內(nèi)臧式結(jié)構(gòu)。而外滑式結(jié)構(gòu)是主流結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)車型也比較多，比較典型的車型是大眾途觀。本文針對(duì)外滑式全景天窗常見(jiàn)問(wèn)題，異響、漏水、駕乘人員灼熱感三個(gè)大方面問(wèn)題進(jìn)行了梳理，并對(duì)如何避免各類問(wèn)題的出現(xiàn)提出了可行的優(yōu)化思路。

2 天窗結(jié)構(gòu)介紹

天窗按照玻璃開(kāi)啟分類，可分為外滑式和內(nèi)臧式，其運(yùn)動(dòng)方式、空間布置等特點(diǎn)如圖1所示。外滑式：滑動(dòng)玻璃運(yùn)行至固定玻璃上方。內(nèi)臧式：滑動(dòng)玻璃運(yùn)行至固定玻璃下方。

不同形式的全景天窗所存在的問(wèn)題也有所不同。本中將以外滑式全景天窗結(jié)構(gòu)為例。全景天窗具體零件組成。如圖2所示。

全景天窗子級(jí)零件較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)全景天窗的設(shè)計(jì)及制造要求高。全景天窗大致結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，問(wèn)題出現(xiàn)點(diǎn)也相對(duì)集中。有些問(wèn)題甚至是行業(yè)難題。

3 全景天窗異響問(wèn)題

天窗異響形式分類：1.汽車在行駛過(guò)程中，全景天窗異響;2.車輛靜態(tài)下天窗自身運(yùn)行異響。

3.1 汽車在行駛過(guò)程中，全景天窗異響

當(dāng)汽車在行駛過(guò)程中，全景天窗產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲的時(shí)候，首先需要確定天窗的振動(dòng)噪聲源及產(chǎn)生機(jī)制。然后針對(duì)不同的振動(dòng)噪聲源采取相應(yīng)對(duì)策。天窗噪聲振動(dòng)激勵(lì)主要有：發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)、路面激勵(lì)、風(fēng)扇等旋轉(zhuǎn)機(jī)械激勵(lì)、風(fēng)激勵(lì)、摩擦和撞擊激勵(lì)。下面將簡(jiǎn)單介紹這些振動(dòng)源和應(yīng)對(duì)措施。

3.1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)和路面等異響源

汽車在使用過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)和路面等激勵(lì)通過(guò)車輛的傳動(dòng)系統(tǒng)。排氣系統(tǒng)和懸架系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)車身傳給天窗，若天窗的固有頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)怠速和路面等激勵(lì)重合，會(huì)導(dǎo)致明顯的振動(dòng)，因振動(dòng)產(chǎn)生異響，如怠速時(shí)的轟鳴聲、加速時(shí)天窗的抖動(dòng)等，這些天窗問(wèn)題都會(huì)影響乘員的舒適性，從而影響消費(fèi)者對(duì)整車質(zhì)量的評(píng)價(jià)。因而，在天窗開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，天窗的固有頻率模態(tài)成為一個(gè)關(guān)鍵的考核指標(biāo)。

在整車開(kāi)發(fā)前期階段，為了使各個(gè)系統(tǒng)的模態(tài)分離和解耦，需制定整車模態(tài)規(guī)劃表，目的是規(guī)范各系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。因此在天窗前期開(kāi)發(fā)階段，也必須基于整車的發(fā)動(dòng)機(jī)類型、怠速范圍、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、道路情況和天窗等因素，確定天窗在各個(gè)狀態(tài)下的頻率。建議天窗的固有頻率和激勵(lì)頻率之間要差3Hz以上。

3.1.2 風(fēng)激勵(lì)引起的異響源

在長(zhǎng)時(shí)間的駕駛汽車過(guò)程中，開(kāi)啟天窗可很快改善車內(nèi)的空氣質(zhì)量，但是天窗開(kāi)啟之后往往會(huì)引起氣動(dòng)噪聲，盡快頻率低（<20Hz），但強(qiáng)度卻很高（>100dB）。雖然此聲音不易被人耳聽(tīng)到，但是所產(chǎn)生的脈動(dòng)壓力卻使駕乘人員感到不安，甚至煩躁和疲倦，影響駕乘的舒適性。

由于天窗開(kāi)啟之后，車廂內(nèi)形成空腔。車外高速的氣流與車內(nèi)相對(duì)靜止的氣體存在一個(gè)剪切層。當(dāng)車內(nèi)、外的氣流速度差超過(guò)一個(gè)臨界值后，剪切層就會(huì)處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，最終形成漩渦，并周期性的散發(fā)，當(dāng)漩渦的散發(fā)頻率與車廂的空氣固定頻率一致時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生風(fēng)振噪聲。

控制風(fēng)振噪聲最基本的方法就是打破氣流在天窗前后邊緣的運(yùn)動(dòng)，或者不讓氣流吹到天窗。當(dāng)擋風(fēng)網(wǎng)彈起之后，需要高于滑動(dòng)玻璃開(kāi)啟至最大位置時(shí)玻璃的前邊界3mm。

天窗異響通常通過(guò)試驗(yàn)識(shí)別，也可通過(guò)CAE來(lái)預(yù)測(cè)。試驗(yàn)識(shí)別異響主要是在實(shí)際的道路和實(shí)驗(yàn)室臺(tái)架的兩個(gè)環(huán)境中通過(guò)主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)測(cè)試來(lái)識(shí)別異響。異響CAE分析主要通過(guò)剛度和模態(tài)等分析方法。

3.1.3 撞擊異響噪聲源

天窗異響噪聲是指汽車在行駛中或天窗在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)的非正常、沒(méi)有規(guī)律的聲音、異響的隨機(jī)性強(qiáng)，重復(fù)一致性差。撞擊異響是指兩個(gè)零件相互發(fā)生碰撞而發(fā)出的敲擊聲。比如汽車在凹凸路面行駛的時(shí)候，遮陽(yáng)簾結(jié)構(gòu)與玻璃撞擊異響。

產(chǎn)生天窗異響的原因有很多，主要是：間隙設(shè)計(jì)不合理、尺寸公差控制不好、裝配精度不高和安裝不牢靠、接觸面材料兼容性差、結(jié)構(gòu)的剛度和模態(tài)不合理等[1]。

3.2 車輛靜態(tài)下天窗自身運(yùn)行異響

尖叫異響通常是指材料之間的摩擦而引起的聲音。比如某天窗運(yùn)行停止和啟動(dòng)的時(shí)候，機(jī)械滑塊與導(dǎo)軌之間相互摩擦并存在粘滑效應(yīng)，容易產(chǎn)生尖叫異響。

由于天窗在開(kāi)啟和關(guān)閉的運(yùn)行過(guò)程中，外密封條與玻璃之間會(huì)發(fā)生相對(duì)運(yùn)行，這種運(yùn)動(dòng)引起外密封條的擠壓和摩擦，當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)就會(huì)產(chǎn)生異響。外密封條與玻璃的靜摩擦力與動(dòng)摩擦力差異較大是引起裝車后天窗開(kāi)啟關(guān)閉運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生異響的主要原因，與玻璃接觸的部位是玻璃密封條外層的涂層部分，因此，選擇合適的涂層型號(hào)，以及控制良好的涂層質(zhì)量，是解決異響的關(guān)鍵[2]。

滑動(dòng)玻璃包邊與擋風(fēng)網(wǎng)摩擦異響，滑動(dòng)玻璃包邊與外密封條摩擦異響;除了尺寸控制，接觸面的耐磨性需要好，潤(rùn)滑脂的選型也極為關(guān)鍵。材料之間的兼容性也極為重要。比EPDM材質(zhì)的外密封條與PVC材質(zhì)的玻璃包邊在天窗運(yùn)行過(guò)程中就比較容易發(fā)生異響，所以玻璃包邊建議采用PU材質(zhì)。

天窗與車頂一般采用螺栓螺母緊固。如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選用的緊固不合理，容易造成車輛行駛過(guò)程中造成扭矩衰退，甚至松動(dòng)。引起天窗與車頂相互敲擊異響。

一般固定位置的結(jié)構(gòu)需要是完整的，不開(kāi)小口;螺母一般采用完成法蘭面的結(jié)構(gòu)。

4 全景天窗漏水問(wèn)題

天窗漏水進(jìn)入乘員艙是比較常見(jiàn)的問(wèn)題，此問(wèn)題嚴(yán)重影響整車質(zhì)量表現(xiàn)，甚至引發(fā)安全問(wèn)題，引起召回事故，如水進(jìn)入側(cè)氣簾爆破結(jié)構(gòu)上，生銹，導(dǎo)致不知情的情況下，意外爆破，涉及人員安全。

在天窗設(shè)計(jì)上，天窗本體在導(dǎo)軌、前/后排都設(shè)計(jì)了排水結(jié)構(gòu)。目的是將由玻璃和外密封條之間進(jìn)入的水，排至天窗排水出口處，再由天窗排水管導(dǎo)流至車外。

天窗漏水進(jìn)入乘員艙，原因可大致分為幾類。玻璃與外密封條密封性不足，導(dǎo)致進(jìn)入的水量過(guò)大，超出了天窗的排水能力。排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)，水流路徑上有遮擋結(jié)構(gòu)，影響了排水速度。還有就是導(dǎo)軌和前后排搭接處，密封沒(méi)有做好，存在漏水點(diǎn)。外密封條與玻璃的干涉量設(shè)計(jì)合理。同時(shí)需要控制鈑金及天窗Y向尺寸，由于Y向可調(diào)節(jié)難度很大。

在考慮天窗玻璃與外密封條進(jìn)水量的時(shí)候，需要將用戶使用場(chǎng)景考慮進(jìn)來(lái)，甚至一些極限工況，比較水一旦進(jìn)入乘員艙很難清理干凈。除了常規(guī)的要求，需增加高壓水洗車工況。水進(jìn)入量大，排水不及時(shí)，水就會(huì)進(jìn)入乘員艙。

在天窗排水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，需綜合考慮各種工況，設(shè)定合適的排水路徑及排水結(jié)構(gòu)。避免排水路徑上有凸起的結(jié)構(gòu)，堵礙了水流的流暢性。

天窗出水口處的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尤其重要，畢竟所有的水都需要通過(guò)排水出口排出的。根據(jù)天窗尺寸，設(shè)定相應(yīng)的出水口直徑。另外用戶在使用的過(guò)程中，難免有雜質(zhì)異物進(jìn)入排水路徑，異物隨著水流流至出水口處，堵住出水口，導(dǎo)致水無(wú)法及時(shí)排出。所以在出水口處必須設(shè)計(jì)遮擋異物進(jìn)入出水口的結(jié)構(gòu)。

導(dǎo)軌與前后排的密封通過(guò)密封條膠密封的，密封膠的性能較為關(guān)鍵，其次是密封寬度需要保證合理的數(shù)值，建議是20mm。

進(jìn)入出水口的水通過(guò)排水管排出車外，排水管尺寸及結(jié)構(gòu)對(duì)排水也極為重要。排水管的內(nèi)徑?jīng)Q定了排水管的排水能力，全景天窗的排水管內(nèi)徑一般是10.5mm。排水管都是軟質(zhì)材料制作而成的，水管布置的流暢性對(duì)排水速度影響較大。排水管拐彎半徑過(guò)小，可能造成在裝配的過(guò)程中水管打折，無(wú)法自身恢復(fù)，水無(wú)法及時(shí)排出。建議水管拐彎半徑需大于60mm。

擋風(fēng)網(wǎng)的設(shè)計(jì)需要考慮各種工況下，網(wǎng)布在夾在玻璃和外密封條之間，造成玻璃和外密封條之間在異常縫隙，進(jìn)水量增大。在戶外用車環(huán)境下，風(fēng)速3級(jí)及以上，風(fēng)由車后往車前吹，天窗在關(guān)閉過(guò)程中，擋風(fēng)網(wǎng)布被吹至滑動(dòng)玻璃前沿與車頂之間，擋風(fēng)網(wǎng)布被夾，水從玻璃與外密封條間的縫隙進(jìn)入，出現(xiàn)漏水問(wèn)題。在設(shè)計(jì)擋風(fēng)網(wǎng)布的過(guò)程中，除了需校核滑動(dòng)玻璃開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)擋風(fēng)布彈出和收縮的路徑，同時(shí)也需要考慮外界因素對(duì)擋風(fēng)網(wǎng)布的影響。

5 全景天窗駕乘人員頭部灼熱感問(wèn)題

車輛在高溫環(huán)境下，尤其是炎熱的夏天，熱量會(huì)通過(guò)天窗玻璃專遞進(jìn)入導(dǎo)乘員艙，造成前排駕乘人員頭部感覺(jué)到灼熱，用車體驗(yàn)差。此問(wèn)題也是普遍存在的。

針對(duì)此問(wèn)題，設(shè)計(jì)思路上可從玻璃厚度、玻璃類型上入手，目的是阻隔熱量的傳遞。

降低玻璃的透光率是一個(gè)有限的途征。試驗(yàn)證明透光率18.5%的天窗玻璃總隔熱率是58%，透光率10.2%的天窗玻璃，總隔熱率可提高至64%，隔熱效果較為明顯。但過(guò)低的透光率影響采光，需要綜合考慮選定合適的玻璃透光率，建議一般是10% 左右為佳。貼隔熱膜也是方式之一，但成本高。在玻璃內(nèi)表面涂上特殊的涂層，也可降低熱量的輻射。

全景天窗都有遮陽(yáng)簾機(jī)構(gòu)，目的就是為了遮擋陽(yáng)光的。增加遮陽(yáng)簾的遮光率，是行之有效的方式。一般遮陽(yáng)簾遮光率設(shè)定為100%，可有效隔擋熱量。

6 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)外滑式全景天窗常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行了探討，重點(diǎn)對(duì)異響、漏水、駕乘人員頭部灼熱感三個(gè)大方面問(wèn)題進(jìn)行了介紹，并就避免類似問(wèn)題的發(fā)生，提出了可行的優(yōu)化思路和具體建議值。

參考文獻(xiàn)：

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