汽車天窗系統的設計與開發

湯飛，張長春，范明華

（奇瑞商用車（安徽）有限公司，安徽 蕪湖 241009）

前言

汽車天窗是應人們乘車健康和舒適要求越來越高而產生的技術。因此天窗的功能應該包括：美觀、安全、健康、舒適、美等全方位的需求。同時還需要滿足通風要求，換氣緩和和行車安全等重要功能。

1 天窗的基本結構

根據運動軌跡的不同，電動天窗分為內藏式和外開式兩種類型。這兩種類型的在組成結構、運動原理方面基本相同。隨著用戶對汽車外觀的要求提高，內藏式天窗已逐步取代外開式天窗，成為汽車天窗的主流形式。下面就以內藏式天窗為基礎，對電動天窗的結構和原理進行詳細說明。

電機驅動系統包括微電機及電子控制系統，天窗的電子控制系統主要由電源及電源繼電器、開關、限位開關、電子控制器（ECU）、執行器等組成。

運動執行機構是電動天窗的核心部分，負責控制天窗遵循預定的軌跡來運動。通過運動執行機構，可以實現天窗的外掀、關閉、內藏等動作。

框架則支撐著整個天窗系統，同時應具備排水、控制運動方向等作用。

圖1

2 運動原理

天窗運動如圖所示。小定位銷運動軌跡參數與天窗運動軌跡參數的關系如圖所示。

圖2

運動執行機構的外掀是從關閉狀態開始，軟軸承帶動連桿向A 方向運動，當小銷軸到達導向塊的導向槽最低點處后繼續向前運動，使大銷軸與導向塊的導向槽2 接觸后達到止點，從而使車頂玻璃外掀。從關系圖上看，當小定位銷從斜升段與關閉段的臨界點沿著導向槽2 斜升段下滑時，天窗開始從關閉狀態逐漸開啟，直到滑到斜升段的最下端，天窗斜開到極限位置，斜開的最大角度為α，在豎直方向斜開的最大距離為h1。

運動執行機構的關閉狀態是指車頂玻璃與車頂曲面完全接合的狀態。當從外掀狀態向關閉狀態運動時，軟軸承沿B向運動，使小銷軸到達導向塊的導向槽的中間段。從關系圖上看，當小定位銷從斜升段的最低點沿著導向槽2 斜升段向上滑動時，天窗開始從斜開的極限位置逐漸斜降，直到斜升段與關閉段的臨界點，天窗即到達關閉位置。

在關閉狀態下，軟軸承帶動連桿繼續向B 方向運動，小銷軸到達導向塊的導向槽1 的最高點拖動導向塊運動，車頂玻璃隨之向后運動，此時滑枕也向后運動，直至達到限位開關位置，整個天窗玻璃隱藏到車頂下部。從關系圖上看，當小定位銷從關閉段與內藏段的臨界點沿著導向槽2 內藏段上滑時，天窗開始從關閉狀態逐漸斜降，直到滑到內藏段的最高點，天窗斜降到極限位置，斜降的最大角度為β，在豎直方向斜降的最大距離為h2。當天窗斜降到極限位置時，軟軸 承帶動連桿及導向塊繼續運動，滑枕也隨之運動，直到天窗玻璃內藏到車頂以下。

根據車型的具體結構和要求，可以確定天窗的斜升角度、斜升高度、斜降角度、斜降高度和滑動距離，對參數α、β、h1、h2 及限位開關的位置進行設計。

3 安裝方式

內藏式電動天窗主要采用懸掛式安裝結構，此種結構由下往上（車內）安裝，在加強環上的裝配孔處焊有點焊螺母，通過螺栓將天窗與加強件進行固定。天窗及車身結構中需要具備排水系統，將滲進天窗的雨水能夠及時地排到外部，同時頂蓋上需要設計翻邊孔，另需要設計加強件能夠和頂蓋焊接在一起。車身系統的制造過程非常復雜，而天窗的密封性與頂蓋的外觀配合受尺寸精度的影響也是非常大的。

4 密封排水設計

主動式密封是通過天窗與車頂之間的密封條進行密封，以及天窗玻璃與天窗開口處密封條的密封，阻止灰塵及雨水等進入天窗及車身內部。被動式密封（排水）設計通過天窗玻璃周邊的密封條與車頂翻邊的密封接合，阻擋灰塵及大部分的雨水。另外，天窗總成內部需要設計有流水槽和排水導管，將少量從玻璃密封條與車頂接合處滲入的雨水排到車身外部。

5 結論

隨著人類生活水平的不斷提高，以及汽車工業的不斷進步，帶天窗的乘用車已成為不可逆轉的發展趨勢，國內市場仍有著巨大的發展空間，加速對電動天窗的自主設計研發進度，早日使國產天窗占據主要市場，是建設汽車強國的重要措施之一。