全景天窗常見問題及設計優化

王麗敏

摘 要：隨著汽車消費逐漸升級，全景天窗配置率越來越高，消費者對全景天窗的要求也越來越高。全景天窗是個較為復雜的系統，問題也較多。本文對全景天窗常見問題進行了探討，并提出了各類問題對應的設計優化思路。

關鍵詞：全景天窗;異響;過熱;漏水

1 引言

全景天窗目前主流結構分為外滑式和內臧式結構。而外滑式結構是主流結構，試驗車型也比較多，比較典型的車型是大眾途觀。本文針對外滑式全景天窗常見問題，異響、漏水、駕乘人員灼熱感三個大方面問題進行了梳理，并對如何避免各類問題的出現提出了可行的優化思路。

2 天窗結構介紹

天窗按照玻璃開啟分類，可分為外滑式和內臧式，其運動方式、空間布置等特點如圖1所示。外滑式：滑動玻璃運行至固定玻璃上方。內臧式：滑動玻璃運行至固定玻璃下方。

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

全景天窗子級零件較多，結構復雜，對全景天窗的設計及制造要求高。全景天窗大致結構相對穩定，問題出現點也相對集中。有些問題甚至是行業難題。

3 全景天窗異響問題

天窗異響形式分類：1.汽車在行駛過程中，全景天窗異響;2.車輛靜態下天窗自身運行異響。

3.1 汽車在行駛過程中，全景天窗異響

當汽車在行駛過程中，全景天窗產生振動和噪聲的時候，首先需要確定天窗的振動噪聲源及產生機制。然后針對不同的振動噪聲源采取相應對策。天窗噪聲振動激勵主要有：發動機激勵、路面激勵、風扇等旋轉機械激勵、風激勵、摩擦和撞擊激勵。下面將簡單介紹這些振動源和應對措施。

3.1.1 發動機和路面等異響源

汽車在使用過程中，發動機和路面等激勵通過車輛的傳動系統。排氣系統和懸架系統，經過車身傳給天窗，若天窗的固有頻率與發動機怠速和路面等激勵重合，會導致明顯的振動，因振動產生異響，如怠速時的轟鳴聲、加速時天窗的抖動等，這些天窗問題都會影響乘員的舒適性，從而影響消費者對整車質量的評價。因而，在天窗開發的過程中，天窗的固有頻率模態成為一個關鍵的考核指標。

在整車開發前期階段，為了使各個系統的模態分離和解耦，需制定整車模態規劃表，目的是規范各系統的開發。因此在天窗前期開發階段，也必須基于整車的發動機類型、怠速范圍、風扇轉速、道路情況和天窗等因素，確定天窗在各個狀態下的頻率。建議天窗的固有頻率和激勵頻率之間要差3Hz以上。

3.1.2 風激勵引起的異響源

在長時間的駕駛汽車過程中，開啟天窗可很快改善車內的空氣質量，但是天窗開啟之后往往會引起氣動噪聲，盡快頻率低（<20Hz），但強度卻很高（>100dB）。雖然此聲音不易被人耳聽到，但是所產生的脈動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。

由于天窗開啟之后，車廂內形成空腔。車外高速的氣流與車內相對靜止的氣體存在一個剪切層。當車內、外的氣流速度差超過一個臨界值后，剪切層就會處于不穩定的狀態，最終形成漩渦，并周期性的散發，當漩渦的散發頻率與車廂的空氣固定頻率一致時，就會產生風振噪聲。

控制風振噪聲最基本的方法就是打破氣流在天窗前后邊緣的運動，或者不讓氣流吹到天窗。當擋風網彈起之后，需要高于滑動玻璃開啟至最大位置時玻璃的前邊界3mm。

天窗異響通常通過試驗識別，也可通過CAE來預測。試驗識別異響主要是在實際的道路和實驗室臺架的兩個環境中通過主觀評價和客觀評價測試來識別異響。異響CAE分析主要通過剛度和模態等分析方法。

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動過程中出現的非正常、沒有規律的聲音、異響的隨機性強，重復一致性差。撞擊異響是指兩個零件相互發生碰撞而發出的敲擊聲。比如汽車在凹凸路面行駛的時候，遮陽簾結構與玻璃撞擊異響。

產生天窗異響的原因有很多，主要是：間隙設計不合理、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、結構的剛度和模態不合理等[1]。

3.2 車輛靜態下天窗自身運行異響

尖叫異響通常是指材料之間的摩擦而引起的聲音。比如某天窗運行停止和啟動的時候，機械滑塊與導軌之間相互摩擦并存在粘滑效應，容易產生尖叫異響。

由于天窗在開啟和關閉的運行過程中，外密封條與玻璃之間會發生相對運行，這種運動引起外密封條的擠壓和摩擦，當出現問題時就會產生異響。外密封條與玻璃的靜摩擦力與動摩擦力差異較大是引起裝車后天窗開啟關閉運動中產生異響的主要原因，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，以及控制良好的涂層質量，是解決異響的關鍵[2]。

滑動玻璃包邊與擋風網摩擦異響，滑動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，潤滑脂的選型也極為關鍵。材料之間的兼容性也極為重要。比EPDM材質的外密封條與PVC材質的玻璃包邊在天窗運行過程中就比較容易發生異響，所以玻璃包邊建議采用PU材質。

天窗與車頂一般采用螺栓螺母緊固。如結構設計和選用的緊固不合理，容易造成車輛行駛過程中造成扭矩衰退，甚至松動。引起天窗與車頂相互敲擊異響。

一般固定位置的結構需要是完整的，不開小口;螺母一般采用完成法蘭面的結構。

4 全景天窗漏水問題

天窗漏水進入乘員艙是比較常見的問題，此問題嚴重影響整車質量表現，甚至引發安全問題，引起召回事故，如水進入側氣簾爆破結構上，生銹，導致不知情的情況下，意外爆破，涉及人員安全。

在天窗設計上，天窗本體在導軌、前/后排都設計了排水結構。目的是將由玻璃和外密封條之間進入的水，排至天窗排水出口處，再由天窗排水管導流至車外。

天窗漏水進入乘員艙，原因可大致分為幾類。玻璃與外密封條密封性不足，導致進入的水量過大，超出了天窗的排水能力。排水結構設計不當，水流路徑上有遮擋結構，影響了排水速度。還有就是導軌和前后排搭接處，密封沒有做好，存在漏水點。外密封條與玻璃的干涉量設計合理。同時需要控制鈑金及天窗Y向尺寸，由于Y向可調節難度很大。

在考慮天窗玻璃與外密封條進水量的時候，需要將用戶使用場景考慮進來，甚至一些極限工況，比較水一旦進入乘員艙很難清理干凈。除了常規的要求，需增加高壓水洗車工況。水進入量大，排水不及時，水就會進入乘員艙。

在天窗排水結構設計上，需綜合考慮各種工況，設定合適的排水路徑及排水結構。避免排水路徑上有凸起的結構，堵礙了水流的流暢性。

天窗出水口處的結構設計尤其重要，畢竟所有的水都需要通過排水出口排出的。根據天窗尺寸，設定相應的出水口直徑。另外用戶在使用的過程中，難免有雜質異物進入排水路徑，異物隨著水流流至出水口處，堵住出水口，導致水無法及時排出。所以在出水口處必須設計遮擋異物進入出水口的結構。

導軌與前后排的密封通過密封條膠密封的，密封膠的性能較為關鍵，其次是密封寬度需要保證合理的數值，建議是20mm。

進入出水口的水通過排水管排出車外，排水管尺寸及結構對排水也極為重要。排水管的內徑決定了排水管的排水能力，全景天窗的排水管內徑一般是10.5mm。排水管都是軟質材料制作而成的，水管布置的流暢性對排水速度影響較大。排水管拐彎半徑過小，可能造成在裝配的過程中水管打折，無法自身恢復，水無法及時排出。建議水管拐彎半徑需大于60mm。

擋風網的設計需要考慮各種工況下，網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，進水量增大。在戶外用車環境下，風速3級及以上，風由車后往車前吹，天窗在關閉過程中，擋風網布被吹至滑動玻璃前沿與車頂之間，擋風網布被夾，水從玻璃與外密封條間的縫隙進入，出現漏水問題。在設計擋風網布的過程中，除了需校核滑動玻璃開啟和關閉時擋風布彈出和收縮的路徑，同時也需要考慮外界因素對擋風網布的影響。

5 全景天窗駕乘人員頭部灼熱感問題

車輛在高溫環境下，尤其是炎熱的夏天，熱量會通過天窗玻璃專遞進入導乘員艙，造成前排駕乘人員頭部感覺到灼熱，用車體驗差。此問題也是普遍存在的。

針對此問題，設計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有限的途征。試驗證明透光率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。

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

6 結語

本文對外滑式全景天窗常見問題進行了探討，重點對異響、漏水、駕乘人員頭部灼熱感三個大方面問題進行了介紹，并就避免類似問題的發生，提出了可行的優化思路和具體建議值。

參考文獻：

[1]蔣振宇.汽車天窗噪聲源介紹和模態分析與優化[J].汽車零部件，2017（09）.

[2]李惟鋆.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，2012（7）.