汽车玻璃设计与发展研究

赵林平，卢生林，程源，王艳青，陈强

(奇瑞汽车股份有限公司，安徽芜湖 241009)



汽车玻璃设计与发展研究

赵林平，卢生林，程源，王艳青，陈强

(奇瑞汽车股份有限公司，安徽芜湖 241009)

汽车设计是一个复杂的系统性工作，它不仅要考虑整车造型的时尚因素，又要考虑单个零件的工艺可行性及功能可靠。玻璃作为汽车的法规零件，从汽车造型设计到玻璃零件的设计，每一步都可能影响玻璃的性能。以汽车设计为主线，介绍汽车玻璃每个阶段需要注意的事项，以确保玻璃能有更好的性能。

汽车设计；玻璃；性能

0 引言

2015年1月12日，中国汽车工业协会在北京发布2014年汽车业销售数据。2014年，中国汽车产销量分别达到2 372.29万辆和2 349.19万辆，同比增长7.26%和6.86%，再度问鼎全球第一大汽车销售市场冠军。2015年，中国汽车增速将与2014年基本持平，保持在7%左右，而车市总销量将有望突破2 500万辆。

汽车玻璃作为汽车重要的零部件，占汽车总质量的3%左右，主要用于新车制造市场和维修市场，因此汽车玻璃的需求与汽车产销量和保有量密切相关。随着近年来中国汽车工业的高速发展，中国汽车玻璃行业的市场需求量以同样与较高的速度增长。

在当代汽车设计中，玻璃的造型直接影响了整车的造型。很多汽车，为了乘客的舒适性，更是大面积地使用了玻璃材料，采用全景天窗设计、双天窗设计等。这些设计一方面要求玻璃有很好的机械性能，又对玻璃光学性能的要求越来越高。

玻璃新技术的发展和应用，已经很大程度上推动了汽车玻璃的大面积使用，而汽车玻璃在汽车上的大面积使用，也对汽车玻璃提出了更高的要求。

1 汽车玻璃分类

汽车安全玻璃分类方法一般有两种：一种是按照玻璃在整车上的安装位置进行分类，一种是按照工艺进行分类。

1.1 按照安装位置分类

按照安装位置汽车安全玻璃可划分为前风挡玻璃(前风窗玻璃)、侧窗玻璃、后风挡玻璃等。具体位置见图1。

图1 汽车安全玻璃具体位置示意图

1.2 按照工艺分类

汽车安全玻璃按照工艺可分为夹层玻璃、钢化玻璃、区域钢化玻璃、中空安全玻璃、塑玻复合材料等。不同工艺的玻璃优缺点及常用的位置见表1。

表1 常用汽车安全玻璃的优缺点

2 汽车玻璃的设计

2.1 整车立项阶段

不同的车型对玻璃的要求不同，一般没有特殊要求的车型通常采用普通的绿色玻璃，钢化玻璃厚度也是最常用的3.2～3.5mm，夹层玻璃通常是4.76～5.76mm。要根据竞争车型以及整车价格来确定采用什么样的玻璃。

另外整车立项阶段要根据开发的车型定位，对玻璃的配置进行分析，玻璃的配置在很大程度上影响了玻璃的价格。目前市场上常用的玻璃为普通绿色玻璃，中高端车型有部分车型采用吸热绿色玻璃，高端车型前风挡玻璃部分车型采用隔音隔热玻璃等，商务车型有部分采用隐私或者灰色玻璃等。可以根据市场需要和成本进行玻璃配置的选择。

2.2 造型阶段的玻璃设计

造型阶段的设计主要是指从整车草图设计开始，到整车A面冻结的过程，在这个阶段有一定的工程设计内容。对于玻璃来说，主要是考虑玻璃的造型和整车的造型需要，同时要考虑玻璃的使用面积以及生产加工的难度。

2.2.1 草图设计阶段

草图设计阶段针对玻璃的考虑较少，主要是根据设计师的构想，对整车的造型进行设计。

当然造型设计师也要跟产品工程师进行沟通，明确哪些外观是采用玻璃的，以便产品工程师对产品的可行性进行简单的分析。根据车型的定位，对玻璃的成本进行分析，并提出是否更改的建议。

2.2.2 典型断面设计阶段

对于玻璃来说，典型断面的设计非常重要，该设计工作决定了玻璃的厚度、与钣金的配合等因素，不仅影响玻璃本身，同时影响玻璃周边的零件设计。

前风挡、后风挡粘接玻璃断面设计时要考虑玻璃的定位装置、玻璃与钣金的间隙、与顶棚及立柱护板以及前风挡下装饰板等零件的配合方式等。

在整车的布置图中，也要考虑玻璃的视野等方面的要求。例如前风挡玻璃黑边的设计是否满足法规的要求等，上、下视野等人机方面是否满足要求等。

2.2.3A面设计阶段

对于玻璃的设计来说，A面设计阶段主要工作是根据典型断面的设计、整车造型的CAS面来调整玻璃的曲面，满足整车A面的要求。同时要考虑玻璃附件的外观设计。例如玻璃周边包边胶条的设计、与钣金的配合等因素，不仅影响玻璃本身，同时影响玻璃周边的零件设计。

2.3 工程设计阶段的玻璃设计

玻璃本身并没有复杂的结构，所以在工程设计阶段，主要的设计工作是玻璃上附件的设计以及玻璃周边零件配合的设计。文中主要从玻璃与周边钣金的配合设计、周边内饰零件的设计、玻璃本身附件的设计3个方面进行简单描述。

2.3.1 玻璃与周边钣金的设计

玻璃与钣金的配合主要是要考虑粘接玻璃(通过玻璃胶把玻璃粘接到车身上的玻璃)与钣金之间的配合。如图2所示，玻璃与钣金要保证足够的间隙a，同时考虑到公差的积累，玻璃与钣金要有一定的面差b,以保证外观。

图2 玻璃与钣金配合示意图

为了使玻璃装配得美观、更好地吸收装配误差，可以在玻璃的周边设计包边，具体包边的设计可以参考后文进行。在安装玻璃时，为了保证玻璃的安装位置，也通常在玻璃打胶的位置设计一个限位块，以保证玻璃与钣金之间的间隙。

2.3.2 玻璃与周边内饰零件的设计

玻璃与周边零件的配合，主要包括玻璃与立柱护板的配合设计、玻璃与顶棚的配合设计、前风挡玻璃与风挡下装饰板的设计等。

护板与玻璃的配合示意图如图3所示，为了保证护板与钣金不干涉，在设计时，护板距离钣金止口一般有一定的间隙a。但是如果间隙太大，护板就会占用更大的空间，如果是在前风挡玻璃的设计中，就会影响A柱障碍角，影响视野。后风挡设计也会对视野造成一定的影响。为了保证护板与玻璃不发生干涉，通常设计足够间隙b。

图3 玻璃与护板配合示意图

2.3.3 玻璃本身附件的设计

2.3.3.1 玻璃的磨边设计

玻璃的磨边设计通常有光滑边、倒圆角、倒角几种设计方式,示意图见表2。

表2 玻璃磨边型式

在通常情况下，裸露在外的玻璃边以及运动玻璃边通常设计成光滑边。这种边不仅更有利于玻璃滑动，而且有比较好的外观，并不会因玻璃掰边留下的快口伤人。圆角边以及倒角边通常用在不可见的玻璃边部设计，例如包边覆盖边部前后风挡的设计，以及有一体注塑包边的侧窗玻璃设计。

2.3.3.2 玻璃的包边设计

一般情况下，前后风挡玻璃的两侧及上部均有包边，包边的型式按照包边的结构来说有3种：一边包边、两边包边、三边包边，包边型式见表3。

表3 玻璃包边型式

2.3.3.3 玻璃的定位装置设计

玻璃的定位通常是用定位销实现，一般情况下是在玻璃的上段粘接定位销，定位销通常采用双面胶带粘接、玻璃胶粘接、直接注塑等方式等。

2.3.3.4 后风挡加热丝的设计

后风挡加热丝是后风挡上最常见的配置，它的作用是在冬天，能通过电阻丝加热，实现后风挡的除霜、除雾、除冰雪。

后风挡加热丝的功率可以参考建材的行业标准按400～450W/m2进行设计，加热丝的间距通常为25～30mm，加热丝两侧的母线宽度尽量设计为15mm左右。

另外加热丝母线尽量设计在玻璃黑边内，避免透过玻璃能看见后风挡玻璃的加热丝母线，影响外观。加热丝母线设计不要跟打胶轨迹线干涉，避免长期使用，玻璃胶在高温作用下会老化。

2.3.3.5 玻璃上孔的设计

在很多玻璃上通常有孔的设计，例如滑动玻璃通常设计孔来实现玻璃与玻璃升降机构的联结、两厢车后风挡通常设计雨刮过孔等。

在这些孔的设计中，一定要根据供应商常用的钻头进行设计，特别是钢化玻璃孔的设计一定要适中，既要保证雨刮等零件的正常工作，又不能太大。因为在玻璃钢化的时候，孔的周边会存在比较集中的应力，易导致玻璃自爆，无法正常工作。为降低由于开孔造成的应力问题，降低钢化玻璃因为开孔产生自爆的可能性，要尽量保证开孔的边部距离玻璃边缘最好2倍孔的直径以上。开孔示意图如图4所示。

3 玻璃新技术及发展趋势研究

3.1 新技术应用

汽车的发展对汽车玻璃的发展起到决定性的作用，目前汽车玻璃的发展可以简单概括为：玻璃越来越大，形状越来越复杂，质量越来越轻，透光度越来越高，安全性越来越好。

3.1.1 太阳能控制玻璃

这种玻璃是在PVB上镀一层膜，可以对太阳光的红外线以及紫外线进行反射，避免太阳光对汽车内饰零件的伤害，同时在天气炎热的夏天，更有效地对车内环境进行保温，减少空调的使用时间，节能环保，通常称之为热反射玻璃。太阳能控制玻璃的热反射原理可以参照图5。

图5 太阳能控制玻璃原理示意图

3.1.2 隔音隔热夹层玻璃

为了提高舒适性，前风挡玻璃与侧窗甚至后风挡可以考虑用夹层玻璃，夹层玻璃的隔热、隔音效果都明显高于普通的钢化玻璃。目前市场上有一种特制的PVB胶片，它与普通的PVB胶片对比，能把夹层玻璃的隔音效果提高30%。图6为某公司开发的隔音PVB膜的参数，最大能降低5dB。目前市场上有很多车型采用了隔音胶片，比较常见的车型有丰田汽车普锐斯、卡罗拉，通用汽车凯迪拉克、迈巴赫等。

图6 隔音胶片与普通胶片对比图(温度20 ℃)

隔热胶片也是最近几年新开出来的胶片之一，通过在胶片内部增加隔热微粒靠吸收太阳光内的红外线来实现隔热功能的。图7是某公司隔热胶片与一般胶片的隔热性能对比图。隔热胶片相对一般PVB胶片来说，有效降低了红外线的透过率，而红外线是主要的热量来源，故可以有效降低车内温度，起到节能环保的功能。更能有效地吸收人们感觉灼热的1 300～1 800nm长的红外线。

图7 隔热胶片与普通胶片对比图

某公司曾经做了一个测试：在太阳光下，对采用隔热胶片和普通胶片两种车型的方向盘温度进行测量，如图8所示，停车20～50min，温度相差10 ℃左右。在目前市场上，常见的车型有采用隔热胶片的有长安铃木雨燕、神龙汽车毕加索、标致307等。

图8 隔热胶片与普通胶片方向盘温度对比图

3.2 发展趋势

随着汽车的发展，对汽车玻璃提出了更高的要求，综合来看，汽车玻璃的发展可以用更安全、更轻量、更舒适来概括。

更安全，除了体现在PVB的发展外，还可以采用4层夹层玻璃，即在夹层玻璃的内表面附加上一层厚的聚氨基甲酸酯膜。附加层是一种透明、柔软、高强度、高弹性并且能自动修复的特殊塑料，当驾驶员头部撞击到玻璃内表面时，附加层具有良好的缓冲作用，能大大提高安全性。

采用塑玻复合材料做为汽车的前风挡玻璃，因内部有一层塑料，在碰撞的过程中，前排乘客与前风挡撞击时，塑料会发生变形，吸收一定的能量，减少对乘客的伤害。

还有一些其他的技术，可以间接提高安全性能。例如前风挡夹丝技术，该技术主要是在前风挡两层玻璃之间夹钨丝，寒冷的冬天在车高速行驶时玻璃上结霜，前风挡玻璃中间的钨丝在通电情况下，能够产生热量，除去霜层，以保证行车安全。

更轻量，主要体现在满足整车性能及玻璃本身的性能要求外，减薄夹层玻璃中每片玻璃的厚度。比如将3mm玻璃减薄到2.0～2.3mm，这样质量可以减轻20%～30%。但是由于玻璃的性能参数跟玻璃的厚度有直接的关系，在整车要求比较高的情况下，通常采用光学性能比较好的玻璃，例如：太阳能控制玻璃等，以达到轻量化的最终目的。

另外采用塑玻复合材料，也能降低夹层玻璃的质量。这种玻璃通常采用玻璃与聚碳酸酯夹层制造。玻璃的质量能降低30%～50%。但是目前该项技术存在很多风险，例如对塑料材料的高低温老化等性能有着非常高的要求。这种技术也存在成本高的问题，只有少量高档车上使用。

更舒适，除了体现在抬头显示系统、智能玻璃、隔音隔热胶片、热反射玻璃等新技术应用外，一些雨量传感器玻璃的使用、高速电子收费系统的应用等，都体现了更人性化、更方便，为驾驶员及乘客提供一个更舒适的驾乘环境。

4 总结

在汽车的设计中，玻璃的设计只是很少的一部分。在设计中，除了配合的厚度以及配置的选择外，玻璃与周边零件的配合、玻璃的安装定位方式也非常重要。要根据整车的实际情况，进行合理的设计和优化，要确保外观美观，又要保证玻璃的功能正常。

玻璃的发展趋势，很多人概括为面积越来越大、造型越来越复杂、安全性越来越高。但是总的来看，作者认为主要的发展趋势可以概括为更安全、更安静、更舒适 、更环保。玻璃的发展和汽车的发展互相促进。

【1】石新勇.安全玻璃[M].北京：化学工业出版社，2006:141-150.

【2】魏昆鹏.从设计角度减少钢化玻璃自爆的方法探讨[C]//汽车内外饰产品及新材料国际研讨会,2009:161-164.

【3】辛崇飞.节能环保形势下Solar-X热反射汽车夹层玻璃的研制和市场前景[C]// 汽车内外饰产品及新材料国际研讨会，2009:179-181.

【4】GB9656-2003 汽车安全玻璃国家标准[S].

【5】JC/T672-1997 汽车后窗加热玻璃[S].

【6】GB11562 汽车驾驶员前方视野要求及测量方法[S].

ResearchofAutomobileGlassDesignandDevelopment

ZHAOLinping,LUShenglin,CHENGYuan,WANGYanqing,CHENQiang

(CheryAutomobileCo.,Ltd.,WuhuAnhui241009,China)

Automobiledesignisanelaboratework，thestylingofthemodelisnotonlytallywiththemode,butalsoallpartscanbemadeandhavenormalfunctions．Theglassislawpart，theprocessdesignoftheglassisveryimportant,becauseitmayaffectthecapabilityofautomobileglass．Takingdesignofautomobileasmainline,thenoticesindifferentdesignphaseofautomobileglassweredescribedtoinsurethattheautomobileglasshadgoodcapability．

Automobiledesign；Glass；Capability

2015-11-29

赵林平(1981-)，女，本科，研究方向为项目管理。E-mail:zhaolinping@mychery.com。

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