汽车天窗系统的设计与开发

汤飞，张长春，范明华

（奇瑞商用车（安徽）有限公司，安徽 芜湖 241009）

前言

汽车天窗是应人们乘车健康和舒适要求越来越高而产生的技术。因此天窗的功能应该包括：美观、安全、健康、舒适、美等全方位的需求。同时还需要满足通风要求，换气缓和和行车安全等重要功能。

1 天窗的基本结构

根据运动轨迹的不同，电动天窗分为内藏式和外开式两种类型。这两种类型的在组成结构、运动原理方面基本相同。随着用户对汽车外观的要求提高，内藏式天窗已逐步取代外开式天窗，成为汽车天窗的主流形式。下面就以内藏式天窗为基础，对电动天窗的结构和原理进行详细说明。

电机驱动系统包括微电机及电子控制系统，天窗的电子控制系统主要由电源及电源继电器、开关、限位开关、电子控制器（ECU）、执行器等组成。

运动执行机构是电动天窗的核心部分，负责控制天窗遵循预定的轨迹来运动。通过运动执行机构，可以实现天窗的外掀、关闭、内藏等动作。

框架则支撑着整个天窗系统，同时应具备排水、控制运动方向等作用。

图1

2 运动原理

天窗运动如图所示。小定位销运动轨迹参数与天窗运动轨迹参数的关系如图所示。

图2

运动执行机构的外掀是从关闭状态开始，软轴承带动连杆向A 方向运动，当小销轴到达导向块的导向槽最低点处后继续向前运动，使大销轴与导向块的导向槽2 接触后达到止点，从而使车顶玻璃外掀。从关系图上看，当小定位销从斜升段与关闭段的临界点沿着导向槽2 斜升段下滑时，天窗开始从关闭状态逐渐开启，直到滑到斜升段的最下端，天窗斜开到极限位置，斜开的最大角度为α，在竖直方向斜开的最大距离为h1。

运动执行机构的关闭状态是指车顶玻璃与车顶曲面完全接合的状态。当从外掀状态向关闭状态运动时，软轴承沿B向运动，使小销轴到达导向块的导向槽的中间段。从关系图上看，当小定位销从斜升段的最低点沿着导向槽2 斜升段向上滑动时，天窗开始从斜开的极限位置逐渐斜降，直到斜升段与关闭段的临界点，天窗即到达关闭位置。

在关闭状态下，软轴承带动连杆继续向B 方向运动，小销轴到达导向块的导向槽1 的最高点拖动导向块运动，车顶玻璃随之向后运动，此时滑枕也向后运动，直至达到限位开关位置，整个天窗玻璃隐藏到车顶下部。从关系图上看，当小定位销从关闭段与内藏段的临界点沿着导向槽2 内藏段上滑时，天窗开始从关闭状态逐渐斜降，直到滑到内藏段的最高点，天窗斜降到极限位置，斜降的最大角度为β，在竖直方向斜降的最大距离为h2。当天窗斜降到极限位置时，软轴 承带动连杆及导向块继续运动，滑枕也随之运动，直到天窗玻璃内藏到车顶以下。

根据车型的具体结构和要求，可以确定天窗的斜升角度、斜升高度、斜降角度、斜降高度和滑动距离，对参数α、β、h1、h2 及限位开关的位置进行设计。

3 安装方式

内藏式电动天窗主要采用悬挂式安装结构，此种结构由下往上（车内）安装，在加强环上的装配孔处焊有点焊螺母，通过螺栓将天窗与加强件进行固定。天窗及车身结构中需要具备排水系统，将渗进天窗的雨水能够及时地排到外部，同时顶盖上需要设计翻边孔，另需要设计加强件能够和顶盖焊接在一起。车身系统的制造过程非常复杂，而天窗的密封性与顶盖的外观配合受尺寸精度的影响也是非常大的。

4 密封排水设计

主动式密封是通过天窗与车顶之间的密封条进行密封，以及天窗玻璃与天窗开口处密封条的密封，阻止灰尘及雨水等进入天窗及车身内部。被动式密封（排水）设计通过天窗玻璃周边的密封条与车顶翻边的密封接合，阻挡灰尘及大部分的雨水。另外，天窗总成内部需要设计有流水槽和排水导管，将少量从玻璃密封条与车顶接合处渗入的雨水排到车身外部。

5 结论

随着人类生活水平的不断提高，以及汽车工业的不断进步，带天窗的乘用车已成为不可逆转的发展趋势，国内市场仍有着巨大的发展空间，加速对电动天窗的自主设计研发进度，早日使国产天窗占据主要市场，是建设汽车强国的重要措施之一。