汽車天窗的整體結構設計

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1、學士學位論文 第1章 緒 論 1.1 引言 汽車天窗在國外有100多年的歷史，已成為汽車文化的一部分。汽車在行駛特別是長途行駛的過程中，人們經(jīng)常會有疲勞或者困倦的感覺,這實際上是因為大腦缺氧,有時候通過側窗進行換氣，但是側窗打開之后，吹到入們身上的是漩渦狀氣流，會覺得風吹的很大,而且噪音、灰很大，同時有時會感覺到風吹的肩膀者疇。通過天窗通風會克服上述缺點。 開車的人都知道，一輛車里擠的人越多，車內(nèi)的空氣就越渾濁。如果在車內(nèi)吸煙，車里就更是煙霧繚繞，車里的氣味更是難聞。為消除這些讓人感覺不舒服的味道，許多人選擇購買車用香水，但這只能起到一定的除味效果。當然，打開側窗也

2、可起到換氣的作用，可車輛在運行中打開窗戶會產(chǎn)生很大的噪音，而且風直接沖撞到司機降低舒適感，坐在后排座位的人也會被側窗的風吹得睜不開眼。 汽車在行駛過程中若經(jīng)常打開窗戶，不僅影響車內(nèi)溫度，會帶進大量灰塵及傳入車外噪聲，而且由于高速行駛形成的風會直接沖撞到車內(nèi)的乘員，降低乘坐舒適度，因此現(xiàn)代汽車一般都關窗駕駛。對于車身密封性不良的汽車，雖然也能帶進部分新鮮空氣，但由于不能人為地控制進風，進風量難以符合要求，而且進風部位是隨機的，往往帶進大量灰塵、煙氣（發(fā)動機廢氣），污染車內(nèi)空氣。但若車內(nèi)無新鮮空氣補充，會使車內(nèi)空氣中二氧化碳含量增大、氧氣含量下降；車內(nèi)還會因抽煙、人體呼吸、食物及物品等使空氣氣味

3、不好，影響乘員身體健康；為了防止汽車前窗結霜凝霧，也需要引入新風，需要有通風裝置。 另外，通過天窗的玻璃可以自然采光，車室內(nèi)明亮并可以營造浪漫的氣氛，并給喜歡高檔車的顧客帶來了滿足感。因此，加裝天窗既為汽車改善通風狀況的有效方法。 1.2 天窗定義 天窗：是指安裝于汽車頂部、主體材料為玻璃的車身部件，并且該部件有一部分能夠由電機驅動并通過傳動機構將天窗玻璃沿滑槽前后移動、傾斜啟閉，且能按要求停留在任意位置。 天窗分為固定式天窗也叫全景式天窗和活動式天窗?；顒犹齑坝址譃槭謩邮讲Ａ齑凹半妱邮讲Ａ齑?。 1.3 汽車天窗的發(fā)展狀況 汽車天窗起源于20世紀初，最

4、早的出行時敞篷式布頂汽車，德國偉巴斯特公司在1932年生產(chǎn)出第一個功豪華汽車和公共汽車使用的折疊式的天窗，第一次將后加裝天窗推向舞臺。汽車本身的空間相對狹小、密封性較強，隨意，車內(nèi)空氣容易變得渾濁，盡管汽車本身都配備通風系統(tǒng)，而且需要的時候還可以打開車窗讓空氣流通?？墒?，行車時尤其是快速行駛時，開側窗通風不禁噪音大，而且灰塵多，因此，天窗這個時候就能顯示出其右實行了，安裝有天窗的汽車在行進過程中開啟天窗后，由于氣流的流動原理，能過快速有效地使車廂內(nèi)的空氣和車外的新鮮空氣進行交換，從而使汽車內(nèi)的含氧量大幅度增提高，無論時間是這還是乘客都不容易疲勞。另外，跟打開側窗相比，開啟天窗時，行駛中的造影相

5、對比較小，也增加了行車的舒適性。 中國國內(nèi)生產(chǎn)汽車天窗的廠家少之又少，而對天窗的研發(fā)設計對于我國汽車零部件市場的發(fā)展有開圖和推動作用。據(jù)不完全統(tǒng)計，在發(fā)達國家汽車天窗的普及率達50%，而在我國普及率僅為1%，差距較大。 世界上汽車天窗的著名生產(chǎn)廠家有德國尾巴斯特、德國奔馳、美國的ASC和荷蘭皇家汽車天窗公司。 出于成本及消費者習慣的考慮，80％的原裝車都沒有安裝天窗，大多數(shù)的消費者都是購買天窗后再加裝以滿足要求，在美國每年有數(shù)萬輛的家用轎車進行后安裝天窗，在韓國也有數(shù)萬輛以上，而中國現(xiàn)有原裝天窗的汽車還不帶汽車生產(chǎn)總量的1％。現(xiàn)在各個城市的私家車擁有量每年還在快速遞增，但帶天窗的的轎車

6、卻少之又少，這個天窗市場提供了廣闊的空間。 天窗發(fā)展時至今日，其類型也愈來愈多，按照操作方式一般分為手動旋轉式、手動上推式、電子按鍵式；按照開啟狀態(tài)又分為外掀式和內(nèi)藏式。外掀式的手動天窗多用于經(jīng)濟型轎車，而內(nèi)藏式的電動車窗則多用于商務車、高檔車。我設計的汽車天窗是內(nèi)藏式的天窗加上手動的擋光板，結果相對簡單低價，而且方便使用，可靠性穩(wěn)定。 1.4 汽車天窗的作用 (1) 汽車活動天窗是汽車乘坐室與外界的空氣直接交換通道，是改善汽車內(nèi)部溫度和空氣質(zhì)量的一種方法，而汽車內(nèi)部溫度和空氣質(zhì)量對駕乘人員在長時間駕駛車輛過程當中的舒適感以及駕駛安全性有著較大的影響。打開天窗，使車內(nèi)空氣

7、循環(huán)，使汽車內(nèi)部可以保持新鮮的空氣，可以排出煙味、酒味、霉味等，消除暖風空調(diào)的不適感，減小駕乘人員因空氣混濁所引起的昏睡感，增加汽車乘坐舒適度，減少司機的疲勞感并可以預防交通事故。 (2) 在濕度高的天氣和寒冷的季節(jié)可以防止玻璃上的濕氣。 (3) 悶熱的夏天，長時間停車再啟動時，打開天窗可盡快排出熱空氣，降低車內(nèi)溫度。 (4) 天窗本身配有的頂蓋支架增加了車內(nèi)的安全性，發(fā)生交通事故時天窗也可以用作緊急出口。在野外攝影、打獵時天窗起著同樣方便的作用。[6] 1.5 Inventor簡介 Inventor美國Autodesk公司推出的一款三維可視化實體模擬

8、軟件Autodesk; Inventor Professional（AIP），目前已推出最新版本AIP2011。Autodesk Inventor Professional包括Autodesk Inventor;三維設計軟件；還加入了用于纜線和束線設計、管道設計及PCB IDF文件輸入的專業(yè)功能模塊，并加入了由業(yè)界領先的ANSYS ;技術支持的FEA功能，可以直接在Autodesk Inventor軟件中進行應力分析。在此基礎上，集成的數(shù)據(jù)管理軟件; Vault用于安全地管理進展中的設計數(shù)據(jù)。由于Autodesk Inventor Professional集所有這些產(chǎn)品于一體，因此提供了一個

9、無風險的二維到三維轉換路徑?，F(xiàn)在，您能以自己的進度轉換到三維，保護現(xiàn)在的二維圖形和知識投資，并且清楚地知道自己在使用目前市場上DWG兼容性最強的平臺。 Inventor 軟件是一套全面的設計工具，用于創(chuàng)建和驗證完整的數(shù)字樣機；幫助制造商減少物理樣機投入，以更快的速度將更多的創(chuàng)新產(chǎn)品推向市場。 Autodesk Inventor 產(chǎn)品系列正在改變傳統(tǒng)的 CAD 工作流程：因為簡化了復雜三維模型的創(chuàng)建，工程師即可專注于設計的功能實現(xiàn)。通過快速創(chuàng)建數(shù)字樣機，并利用數(shù)字樣機來驗證設計的功能，工程師即可在投產(chǎn)前更容易發(fā)現(xiàn)設計中的錯誤。Inventor 能夠加速概念設計到產(chǎn)品制造的整個

10、流程，并憑借著這一創(chuàng)新方法，連續(xù) 7 年銷量居同類產(chǎn)品之首。 Inventor Professional 軟件支持設計人員在三維設計環(huán)境中重復使用其現(xiàn)有的 DWG 資源，體驗數(shù)字樣機帶來的便利。Inventor 可以直接讀寫 DWG 文件，而無需轉換文件格式；利用寶貴的DWG資源來創(chuàng)建三維零件模型，這是一種前所未有的體驗。Autodesk reg; Inventor Professional 軟件中不僅包含豐富的工具，可以輕松完成三維設計，還可以與其他廠商的制造業(yè)軟件實現(xiàn)良好的數(shù)據(jù)交互，從而簡化客戶與其他公司的協(xié)作。 Inventor Professional 提供了一套全面、集成

11、的設計工具，可用于創(chuàng)建完整的數(shù)字樣機，以驗證設計的外型、結構和功能。Inventor 創(chuàng)建的模型是一種精確的三維數(shù)字樣機，支持用戶在工作過程中驗證設計和工程數(shù)據(jù)，盡量減少對于物理樣機的依賴，這將減少進入制造環(huán)節(jié)后代價高昂的原型設計變更。 Inventor Professional 軟件融合了直觀的三維建模環(huán)境與功能設計工具。前者用于創(chuàng)建 零件和裝配模型，后者支持工程師專注于設計中的功能實現(xiàn)，并能創(chuàng)建智能零部件，如鋼結構、傳動機構、管路、電纜和線束等。 在投產(chǎn)前為了驗證設計的結果，往往需要花費高昂代價。而Inventor則具有內(nèi)嵌的、易于使用的運動仿真和應力分析功能，工程師可以在機器投產(chǎn)

12、前，利用這些功能和數(shù)字樣機來優(yōu)化、預測機器在未來的實際工作情況?！　? 　　利用已驗證的三維數(shù)字樣機來生成制造文檔，有助于在加工前減少錯誤和相關的 ECO（工程變更單）。Inventor 可快速、精確地從三維模型中生成工程圖。Inventor Professional 包含了Mechanical軟件，這是工程師從事高效二維機械繪圖的最佳選擇。 　　Inventor Professional與Autodesk 數(shù)據(jù)管理軟件的密切集成，有利于高效安全地交流設計數(shù)據(jù)，便于設計團隊與制造團隊及早開展協(xié)作。各個團隊都可以利用免費的Design Review軟件（評審、測量、標記和跟蹤設計）來管理和跟

13、蹤數(shù)字樣機中的所有零部件，從而更好地重復利用關鍵的設計數(shù)據(jù)、管理物料清單（BOM表），加強與其他團隊及合作伙伴之間的協(xié)作。 Autodesk推出了不同的產(chǎn)品配置，以滿足客戶具體的功能要求。沒有一家公司能夠比Autodesk更竭盡全力地幫助設計師們進行創(chuàng)新，并以更低的成本將更好的產(chǎn)品更快地投入市場 　　Autodesk Inventor 中包含從數(shù)字樣機中生成工程設計和制造文檔的全套工具。這些工具可減少設計錯誤，縮短設計交付時間。 　　Inventor 中的自動創(chuàng)建視圖功能和繪圖工具將工程圖的繪制效率提高到了新的水平。 此外，Inventor 還支持所有主流的繪圖標準，與三維模型的完全

14、關聯(lián)（在出現(xiàn)設計變更時，工程圖將同步更新），以及 DWG 輸出格式，因此是創(chuàng)建和共享 DWG 工程圖的理想選擇。 與傳統(tǒng)的二維制圖方法相比，可大幅減少工程圖的創(chuàng)建時間。自動制圖功能可以幫助用戶： 　　在工程圖中創(chuàng)建所需各種視圖，包括前視圖、側視圖、等軸測視圖、局部視圖、剖視圖和輔助視圖等，可以通過選項控制視圖中隱藏線的顯示方式。 　　通過從三維模型中檢索尺寸，放置到工程圖中（包括等軸測視圖尺寸），同時在三維模型發(fā)生變更時尺寸自動更新。使用一套全面的尺寸、標注和工程圖符號，快速靈活地完成工程圖的創(chuàng)建。創(chuàng)建位置視圖，以說明裝配的不同工作狀態(tài)。支持的工程圖標準有：ANSI、BSI、DIN、ES

15、KD、GB、ISO 和 JIS 等。[12] 1.6 課題研究的目的和意義 作為機械、電子等多種科學發(fā)展的重要成果，汽車早已成為人類現(xiàn)代生活中 不可缺少的重要做成部分，多年來，汽車生產(chǎn)制造也一直在迅速的發(fā)展，當全球范圍內(nèi)的經(jīng)濟一體化的趨勢有加速了這一發(fā)展速度，而傳統(tǒng)的手工設計和制造方式早已滿足不了生產(chǎn)發(fā)展的需要，Inventor技術的發(fā)展正是應了這種客觀實際的要求Inventor技術可以顯著的提高汽車產(chǎn)品的設計制造效率，提高設計制造的質(zhì)量，減少產(chǎn)品修改時間，從而大大速度按了從產(chǎn)品設計、產(chǎn)品試制、試驗到產(chǎn)品生產(chǎn)的整個周期。 在我國加入WTO后，國內(nèi)汽車工業(yè)面臨著很大的沖擊，同時也給

16、汽車發(fā)展提供了很好的機遇。所以我國今后汽車工業(yè)的發(fā)展重點將逐步轉向主要是獨立自主的汽車和汽車零部件隨著國內(nèi)汽車廠家越來越看重市場需求，許多中檔轎車甚至經(jīng)濟型家用轎車也紛紛將天窗總以為表追設備，在保證安全白的前提下，它成為越來越多車主的能過享受的便利設備。汽車天窗改變了傳統(tǒng)的換氣形式，風吹進變?yōu)榭諝獬槌鋈?。汽車高速行駛時，空氣分別從車的四周快速流過，再打開的天窗的外面形成負壓區(qū)，將車內(nèi)污濁的空氣抽出，達到換氣的目的。使用天窗除霧更快捷。夏天雨季雨水勤、濕度大、車內(nèi)外溫差大。前擋風玻璃容易形成霧氣。打開車頂天窗至通風位置，可以輕易消除前擋風玻璃的霧氣，保證行車安全。使用天窗換氣，既不必擔心車外惡劣

17、臟污的環(huán)境，也不必擔心與雨水吹進車內(nèi)。使用天窗還有節(jié)能的功效，在太陽的暴曬下1小時，車內(nèi)的溫度就可以輕易的達到70℃。打開天窗。利用負壓抽出燥熱的空氣換氣降溫，比使用汽車空調(diào)降溫的速度快2—3倍，還能節(jié)省下使用開車內(nèi)空調(diào)帶來的能源消耗，在節(jié)能的同時還做到了減少二氧化碳以及有害氣體的排放。 八十年代中后期開始，我國部分大型汽車企業(yè)研究中心為提高汽車設計水平，提高生產(chǎn)效率，縮短和西方發(fā)達國家的差距，開始從國外引進早期的CAD軟件等。該軟件的使用是設計人員開始擺脫了沿襲了幾十年的圖版繪圖的習慣，該軟件基于LINUX操作系統(tǒng)，運行速度快，圖形處理能力強，但同時因為早期的CAD系統(tǒng)都是建立在大型工

18、作站基礎上，因此價格昂貴，數(shù)量不多，應用的場合少，而且該軟件的使用復雜，對技術人員要求較高，所以不適合大量推廣。而就是年代初，隨著美國Autodesk公司的AutoCAD軟件的引進，由于該軟件界面友好，簡單易學，功能強大，逐漸成為現(xiàn)今汽車行業(yè)設計軟件的主流。Inventor軟件是美國Autodesk公司推出的一款三維可視化實體模擬軟件。它的引進給汽車設計帶來了新鮮血液，和現(xiàn)有的大多數(shù)三維繪圖軟件先比Inventor軟件功能更加的強大、使用更加的方便。設計者可根據(jù)設計構思和設計要求直接進行產(chǎn)品的三維幾何造型。及概念設計，并可以對模型進行平移、旋轉、縮放以及從不同的視角觀察三維設計效果，這完全可以

19、避免因空間想象錯誤而造成產(chǎn)品設計錯誤。 國外的天窗生產(chǎn)已形成一定的規(guī)模，而國內(nèi)專門生產(chǎn)天窗的廠家少之又少，據(jù)統(tǒng)計，按照每個天窗投資成本3000—5000計算，一年會生產(chǎn)3000—5000萬元的市場份額，因此利用Inventor對天窗進行設計對于開拓我國汽車零部件生產(chǎn)市場有著重要意義。 在現(xiàn)有的技術基礎上，選擇有力的運行機制，標準化的汽車零部件，對我國汽車工業(yè)發(fā)展有著重要的借鑒意義。[12] 第2章 天窗結構及性能要求 2.1 天窗工作原理 天窗裝置是利用流體力學的原理，將車內(nèi)的混濁氣體“抽”出，使空氣得到充分的交換。 在流體力學研究領域，實驗證明在流速高的情況下流

20、體對管壁的壓力小，在流速低的情況下流體對管壁的壓力大。汽車在高速行駛情況下，由于汽車頂蓋都具有一定的弧度，因此，外部氣流在流經(jīng)汽車頂蓋時速度會很高，外部空氣對汽車頂蓋的壓力小于車內(nèi)空氣對汽車頂蓋的壓力，車內(nèi)空氣向車外流動，壓力變小，外部新鮮空氣補充進車內(nèi)，這樣，車內(nèi)空氣得到循環(huán)，汽車內(nèi)部就可以保持新鮮的空氣。[1] 2.2 天窗的種類及特點 2.2.1 汽車天窗種類 表2.1 汽車天窗種類 天窗 固定式玻璃天窗 活動式玻璃天窗 滑簾式天窗 手動式玻璃天窗 電動式玻璃天窗 上推式天窗 推拉式天窗 外滑式天窗 內(nèi)滑式天窗 注：1. 固定式玻璃天窗也就是玻璃頂棚，不可活動

21、，不減弱甚至會加強整車強度及剛度。 2. 滑簾式天窗主體材料為可折疊的軟簾，軟簾沿滑槽前后移動、啟閉，且能按要求停留在任意位置。 2.2.2 汽車天窗特點 表2.2 天窗類型 種類 特點 上推式天窗 天窗不能移動，可繞前端轉動軸轉動翹起一定角度，安裝方便，操作簡單，天窗玻璃可拆卸，車內(nèi)頭頂空間損失小 推拉式天窗 天窗能向后移動，操作簡單方便，開度大，車內(nèi)頭頂空間損失小 表2.3 天窗特點 型式 外滑式 內(nèi)滑式 特點 1.天窗玻璃受到空氣阻力幫助開啟更為便捷。 2.天窗安裝更為容易。 1.車輛在高速行駛中不會受到外界風流沖擊的影響。 2.天窗在關閉狀態(tài)下，其

22、后側仍然能夠抬起一定間隙，同樣自然循環(huán)車內(nèi)空氣。 3.在天窗玻璃關閉時仍然可以通過遮陽板來遮避太陽光的照射。 運動及位置 天窗玻璃從關閉位置傾斜開啟一個角度，然后在頂蓋上部（外側）保持傾斜狀態(tài)向后滑動打開。 天窗玻璃從關閉位置傾斜開啟一個角度，然后回到關閉位置，并在頂蓋下部（內(nèi)側）向后滑動打開。 開度 a. 傾斜高度 b. 向后滑 ≈40～60mm ≈60﹪的玻璃寬度 ≈40～50mm ≈100﹪的玻璃寬度 電機位置 前置 前置或后置 車體結構 頂蓋外板開孔 頂蓋外板開孔、折邊焊加強框 結構與安裝 天窗上的螺釘應緊固，無松動現(xiàn)象；滑槽內(nèi)的運

23、動件應移動順暢，無卡滯現(xiàn)象和異常噪聲；遮陽簾在天窗上應安裝到位，且操作靈活，便于拆卸。 車內(nèi)頭頂空間損失 ≈35～45mm ≈50～60mm 安裝布置空間要求 安裝布置范圍小，用于車身頂蓋長度尺寸 安裝布置要求空間較大，用于車身尺寸相對較大的車型 設計制造 投資少，開發(fā)制造周期短（1年左右），產(chǎn)品有一定的通用性（在后加裝中可用于多種相近的車型） 為某一種車型單獨設計和制造，高投入，需2～3年的開發(fā)制造周期 費用情況 投入少，產(chǎn)量小，單價相對高 投入大，產(chǎn)量高，單價相對低 應用范圍 1.在后加裝天窗時使用，可用于車身頂蓋曲面及結構相接近的多種車型上； 2.經(jīng)過適

24、當?shù)墓に嚫倪M，也可以在車身尺寸較小的原廠車型上使用 應用于原廠生產(chǎn)的車型，單獨為該原廠車型設計和制造，不能與其他車型匹配 2.2.3 汽車天窗各組成零部件執(zhí)行標準 GB/T 2828 逐批檢查技術抽樣程序及抽樣表 QC/T 625 汽車用涂鍍層和化學處理層 GB/T 17340 汽車安全玻璃的尺寸、形狀、外觀 GB 9656 汽車用安全玻璃 GB/T 12421 客車門窗用橡膠密封條 QC/T 413 汽車電器設 備基本技術條件[6] 2.3 天窗的結構型式 2.3.1 天窗的結構

25、 （1）夾緊式結構 天窗分為天窗總成單元及安裝固定框兩部分，分別位于車身頂蓋的外側和內(nèi)側，通過緊固件使這兩部分閉合并同時夾住車身頂蓋的安裝固定方式為夾緊式結構。 （2）懸掛式結構 這種結構的天窗需要為其專門設計車身頂蓋，頂蓋要有一個翻邊孔；同時另需設計一個頂蓋加強件（沖壓件），并與車身頂蓋的翻邊孔焊接在一起。天窗總成作為一個整體，通過緊固件懸掛固定在加強件上。 表2.4 天窗夾緊式與懸掛式結構的比較 型式 夾緊式 懸掛式 外觀 天窗玻璃高于車身頂蓋 與車身頂蓋保持平整 安裝方式 1.天窗總成在上部； 2.安裝固定框在下部； 3.車身頂蓋在中間。 從頂蓋下部（車內(nèi)）

26、向上安裝；緊固件螺母焊接在頂蓋加強件上，通過螺栓從下部將天窗與加強件固定在一起 密封 天窗與車頂間由密封條強制密封，天窗玻璃與開口框架處由密封條強制密封 玻璃周邊密封條與車頂翻邊配合，密封條有一定的壓縮量，起到密封作用。 排水系統(tǒng) 不需要，天窗與車身強制密封，雨水無法進入車身 需要。天窗及車身結構中需要一套排水系統(tǒng)將滲入天窗內(nèi)部的雨水排到車身外部 車身頂蓋的結構設計 在車身頂蓋上設計一個簡單的沖切孔，不需要加強件 需要在車身頂蓋上設計一個翻邊孔，另外需要設計一個加強件，并與頂蓋孔的翻邊焊接在一起 車身的制造 僅需另外制造一副頂蓋沖孔模；制造精度要求相對低

27、 1.在頂蓋制造上另外需要多副模具，如頂蓋沖孔落料、翻邊、整形等； 2.需要一套模具制造加強框； 3.需要定位及焊接工裝將加強框與頂蓋焊接。制造過程復雜，精度要求較高（天窗的密封性能以及與頂蓋的外觀配合受尺寸精度的影響較大）；輔助工裝要求高（如定位夾具、檢具等） 車身制造周期及費用 車身制造周期較短，費用相對較低 車身制造周期較長，費用相對較高 2.3.2 天窗的密封（排水）方式 （1)主動式密封方式 通過天窗與頂蓋之間的密封，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(nèi)部。 （2)被動式密封（排水）方式 通過天窗玻

28、璃周邊的密封條與車頂翻邊的密封結合，阻止灰塵及大部分雨水；同時，天窗總成內(nèi)部需要設計有流水槽及排水導管接頭，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。 在天窗總成內(nèi)部框架的4個拐角處各設計一個排水導管接頭，排水導管接頭連通流水槽并外接排水導管，前部的排水導管通過車身A柱，后部的排水導管通過車身C柱或D柱，將雨水導出車身。[6] 2.4 天窗的性能要求 作為整車的一個功能性部件，天窗除應滿足整車常規(guī)要求，如安全性、可靠性、耐久性以及舒適性等，還要有自身的一些特點，因此，天窗應滿足以下方面要求： 2.4.1 安全性 表2.5 天窗系統(tǒng)應滿足下表所列的各項要求

29、 要求 型式 外滑式 內(nèi)滑式 系統(tǒng)的強度（關閉位置） 500N向上沖擊力 天窗保持正常的功能 1800N向上沖擊力 天窗玻璃不能破碎，并與天窗總成框架連接牢固 >1800N向上沖擊力 天窗玻璃在與窗總成框架連接失效前，首先粉碎 在開啟位置玻璃受垂直載荷的位移 在玻璃后端中點施加220N的垂直載荷（上或下） <10mm <25mm 系統(tǒng)可靠性 關閉位置承受890N向下均勻載荷 保持原有各項性能 電機被堵轉運行1h后 電機保持原有各項性能，并且不能有過熱、冒煙或產(chǎn)生異味的現(xiàn)象 在玻璃角度完全開啟位置，承受450N的側向力 系統(tǒng)不能有物理損壞及功能失效 在玻

30、璃角度完全開啟位置，承受450N垂直載荷（上或下） 系統(tǒng)不能有物理損壞及功能失效 玻璃開度為25mm時，在前部承受680N的向后推力 系統(tǒng)不能損壞，玻璃后移量<10mm 2.4.2 性能要求 表2.6 性能要求 外觀要求 1天窗的金屬件必須經(jīng)過防腐蝕處理，或使用具有防腐蝕性的材料制造。 2天窗的塑料件表面應光滑平整、無氣泡，無影響使用的變形。 3 天窗金屬零件的涂鍍層和化學處理層應符合QC/T 625中相關條款的有關規(guī)定。 4 天窗的玻璃表面應符合GB/T 17340中6有關前風窗以外玻璃規(guī)定，其余性能符合《GB 9656 汽車用安全玻璃》的規(guī)定。 5 天窗密封條的表面質(zhì)

31、量和性能要求應符合GB/T 12421規(guī)定。 性能要求 1基本性能 （1）工作電壓 天窗在11V～15V電壓下應運行平穩(wěn)，不允許有異常噪聲和卡滯現(xiàn)象。 （2）電流特性 天窗的工作電流不大于3.2 A，堵轉電流小于15A，防夾電流不大于5A。 2 密封性 在一定的實驗條件下，天窗的玻璃與框架之間的防水密封性好，不允許有滲漏現(xiàn)象。 3 耐振性 天窗經(jīng)QC/T413規(guī)定的掃頻振動試驗后符合第1條的規(guī)定。 4 耐久性 天窗應能經(jīng)受15000次的工作循環(huán)，試驗后的基本性能應符合第1條的規(guī)定。 5 耐溫性 天窗應能在-30℃～85℃的環(huán)境溫度范圍內(nèi)工作，經(jīng)高低溫試驗后應符合第1

32、條的規(guī)定。 6 耐濕熱性 天窗應能經(jīng)受耐濕熱試驗，試驗后應符合第1條的規(guī)定。 7 安全性 天窗應具有防夾保護功能，當關閉天窗時，如遇到障礙物，天窗能自動運行開啟至極限位置。 8 防盜性 天窗應具有自動關閉功能。當車鑰匙打到OFF位時，如果此時天窗不在關閉的位置，10秒后會自動關閉。 實驗方法 1試驗條件及設備 （1）試驗電源采用足夠容量的直流穩(wěn)壓電源。 （2）試驗電壓為（120.3）V，接線電阻為（0.250.02）Ω。 （3）環(huán)境溫度為（5～40）℃。 （4）天窗的各項試驗可在模擬狀態(tài)下進行。 （5）耐久性試驗的一個工作循環(huán)為30秒。天窗玻璃開啟至極限位置，斷電10

33、秒，然后再通電使玻璃關閉至最終位置，斷電10秒。 2外觀檢查 3基本性能試驗 a) 工作電壓的試驗 將天窗分別接入11V～15V的兩個電壓，各運行兩個工作循環(huán)。運行效果應符合基本性能要求中的規(guī)定。 b) 電流測量 當天窗在試驗電壓下，用電流表測量天窗運行的工作電流，然后將玻璃開啟到極限位置時，使電機堵轉，測量其堵轉電流；用同樣的方法測量天窗玻璃關閉時的工作電流及堵轉電流。檢驗結果應符合基本性能要求中相應的規(guī)定。 4密封性試驗 將天窗安裝在噴淋試驗裝置（保證天窗上淋到的水均勻，不得有死區(qū)存在），噴頭出水口離天窗距離約為700mm，噴嘴的噴射壓力為69~147kpa，降雨強度為4～

34、6mm/min試驗條件下，噴嘴的軸線與車輛基準Z平面垂直，噴嘴朝向車體，使天窗淋雨15min。觀察試驗效果，不允許有滲漏現(xiàn)象。 5耐振性試驗 在QC/T413規(guī)定的掃頻振動試驗條件下進行掃頻振動試驗，試驗后符合基本性能要求中的規(guī)定。 6耐久性試驗 天窗在試驗電壓下，按如下規(guī)定的試驗溫度在試驗裝置上進行耐久性試驗，試驗后按基本性能要求檢驗天窗的基本性能，按密封性要求檢查天窗的密封性。 環(huán)境溫度 ：5000個工作循環(huán)；–20℃：2000個工作循環(huán)； +70℃：3000個工作循環(huán)； 環(huán)境溫度： 5000個工作循環(huán)； 7耐溫試驗 7.1天窗放入室溫開始的低溫箱中，達到（–303）℃的

35、低溫并保持2h后，自低溫箱中取出10min內(nèi)完成產(chǎn)品性能測試，試驗后應符合基本性能要求中的規(guī)定。 7.2天窗放入室溫開始的高溫箱中，達到（851）℃溫度后再保持2h，自高溫箱中取出2min內(nèi)完成產(chǎn)品性能測試，試驗后應符合基本性能要求中的規(guī)定。 8恒定濕熱試驗 天窗放入恒定濕熱試驗箱。調(diào)節(jié)試驗箱，使溫度為（402）℃，相對濕度90%～95%（先調(diào)節(jié)溫度，當達到溫度后再加濕），連續(xù)保持24h，取出在正常大氣下放置1～2h，應符合基本性能要求中規(guī)定。 9安全性試驗 將天窗按實際使用狀態(tài)安裝，并使天窗按自動工作方式開啟至極限位置，然后在其關閉的過程中，設置一障礙物，以阻止玻璃繼續(xù)運行。此時測

36、得最大電流值不得大于基本性能要求中的相關項目所規(guī)定的值。（此項僅適用于防夾方式）防盜性 將天窗按實際使用狀態(tài)安裝，并使天窗按自動工作方式開啟一定位置，然后將車鑰匙打倒OFF位，等待10秒后，天窗自動運行至關閉位置。 11噪聲檢驗 將天窗放在噪聲測試房內(nèi)，噪音測試房內(nèi)本底噪聲應小于20dB，測試天窗運行一個周期的噪聲應≤ 70 dB。 2.4.3 天窗玻璃的光學性能 天窗玻璃光學性能的考核主要有以下幾個指標： （1）透光率 （2）光反射率 （3）總能量傳導率 （4）總能量反射率 （5）紫外線傳導率 2.4.4 密封性 對于安裝天窗系統(tǒng)的汽車而言，不但要保證天窗與車身之間

37、密封，而且要保證天窗系統(tǒng)自身密封，或是能完全阻止灰塵及雨水等進入車身內(nèi)部，或是在密封的同時還能利用天窗的排水系統(tǒng)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，絕對不允許在汽車內(nèi)部有水跡。[7] 2.4.5 天窗系統(tǒng)對風噪的影響 （1）一定車速下，打開的天窗玻璃會產(chǎn)生一定的噪聲，在產(chǎn)品設計時應注意控制這一噪聲源。通常在車速為25～110km/h時，由此產(chǎn)生的風噪不能超過9db。 （2）天窗玻璃密封條與車身結合的部位也可能產(chǎn)生噪音，在產(chǎn)品設計時應考慮結合部位的間隙以及平整度，將其噪聲對車內(nèi)的影響控制在2db以內(nèi)。 （3）天窗系統(tǒng)中的空氣導流板也可能產(chǎn)生風噪，應注意其形狀、角度和高度

38、，將其產(chǎn)生的風噪控制在3db以內(nèi)。[7] 2.5 本章小結 本章是對天窗結構和性能的研究，現(xiàn)有天窗的類型很多，天窗的樣式繁多，在研究過后選定電動汽車天窗做為設計方向，天窗樣式多種化體現(xiàn)了世界汽車天窗生產(chǎn)工業(yè)的成熟，我國的天窗生產(chǎn)量有很大的市場。 第3章 汽車天窗設計 3.1天窗結構和工作原理設計 3.1.1 滑動機構 天窗滑動機構，主要有驅動電機、驅動齒輪、滑動螺桿、（前）枕座等構成。工作時，驅動電機所產(chǎn)生的轉矩由驅動齒輪傳送給滑動螺桿，直至后枕座。根據(jù)驅動電機的正轉和反轉，來決定向前滑動還是向后滑動，也就決定了車頂玻璃打開還是關閉。 3.1.2 連接機構

39、 如圖3.2所示，主要由（前）后枕座、軟軸、連桿、導向柱、托架等組成。兩導向柱向槽內(nèi)前后移動并配合電機傳動軟軸帶動，實現(xiàn)天窗的實現(xiàn)閉合和開啟。 汽車天窗連接機構由電動機提供動力，電動機帶動驅動齒輪轉動（如圖3.3a），驅動齒輪選裝帶動渦輪式軟軸轉動，軟軸再穿過后枕座時和后枕座的蝸桿槽（如圖3.3b）通過推拉作用帶動汽車天窗，電動機的正（反）向轉動后枕座向前或向后運動。 如圖3.5天窗支架抬起，之前一直推動汽車天窗支架閉合運動的后枕座上的推動柱也和天窗支架之間脫離，當兩個部件之間脫離時，汽車天窗后枕座也脫離了整體天窗繼續(xù)在滑軌上獨立向前運動，同時，固定在汽車天窗后枕座上的后導向

40、柱脫離了推動部件的束縛，開始在天窗后枕座的帶動下向前運動，和前導向柱的作用相似后導向柱向前運動，同時后導向柱在后導向軌道里向前運動，從而再次向上推動汽車天窗支架使天窗向上，后導向柱的推動作用是汽車天窗向上彌補35mm的高度差，使天窗玻璃上的密封膠條和車頂相接，從而實現(xiàn)天窗的完全關閉。 （a） （b） 圖 3.2 汽車天窗連接機構 （2）汽車天窗向后運動開啟 如圖3.6，電動機反轉，驅動齒輪帶動蝸桿式軟軸反轉，蝸桿式軟軸反轉使得后枕座通過蝸桿槽的作用力在滑軌上向后運動，在天窗后枕座運動過程，后枕座上的后導向柱也在天窗支架

41、上的后導向滑軌上向后運動，在這一運動過程中后枕座上的推動柱再次和天窗支架結合，后枕座向后運動。在閉合過程中回位部件上的回位磁鐵的磁力作用使得前導向柱回位。天窗支架向下使天窗再次回到開啟前的狀態(tài)，得到一個到多落差使天窗能過行進到車頂內(nèi)部。實現(xiàn)天窗的打開。打開過程中斜降形成高度差為天窗順利內(nèi)藏提供先決條件。 (a) （b） 圖3.3 基本驅動部分 3.2 汽車天窗動力機構 3.2.1 驅動機構 車頂?shù)尿寗訖C構由電動機、驅動齒輪、凸輪、限位開關等組成。電動機通過蝸輪、中間齒輪1和中間齒輪2進行減速, 將動力傳遞給驅動齒輪后移動滑動螺桿。由驅動齒輪再作一次減速,將動力傳送給

42、凸輪。 限位開關1和限位開關2二個限位開關, 它們的閉合與斷開靠凸輪來檢測車頂玻璃所處的位置,然后將此檢測信號送給電子控制器( ECU)。限位開關1檢測車頂玻璃停止的位置,即在全關閉位置前約200mm處和在斜降過程中的全關閉位置;限位開關檢測車頂玻璃在滑動過程中的全關閉位置。 3.2.2 車頂開關 車頂開關包括滑動開關和傾斜開關,見圖3.7,工作中它們將開關信號送至電子控制( ECU) 。 滑動開關推向打開一側,車頂玻璃便滑動打開;推向關閉一側時它就作滑動關閉。在滑動關閉，即使滑動開關處于關閉一側,但一旦運行至全。關閉位置前約200 mm時, 車頂玻璃的滑動便會立即停止(限位開

43、關作用)。一旦放松或再次推動滑動開關時,車頂玻璃便會完全關閉。當傾斜開關推向斜升(UP)一側時,車頂玻璃便會斜升;推向斜降(DOWN)一側時,車頂玻璃就會斜降。車頂玻璃是不會在同時既作傾斜又作滑動運動的。 (a) （b） （c） 圖3.4 閉合天窗前段 (a) （b） 圖3.5天窗閉合后段 3.2.3 電子控制系統(tǒng)及其工作過程 汽車電動車頂天窗的電子控制系統(tǒng)主要由電源及電源繼電器、車頂開關(滑動和傾斜),限位開關(限位開關1和限位開關2)、電子控制器( ECU)、執(zhí)行器(驅動電動機)等組成。該系統(tǒng)的工作共有9種狀態(tài)(或過程),即: 滑動打開、滑動關閉、全

44、關閉前200 mm處停止、從停止到全關閉、全關閉時的停止、斜升、斜升提醒、斜降、斜降至全關閉位置時的停止。 （1）滑動打開 此時限位開關1和限位開關2均保持閉合。另外只要玻璃處于全開與全閉之間,限位開關2就保持閉合。 當滑動開關推至打開位置時,0信號就由與門A的a、b兩端輸入,其輸出為0,與非門A的輸出則為1。 由于滑動開關置于打開位置,故有0信號輸入到與非門B的b端, 從而使該門輸出1 信號;或門B的輸出為1,使三極管T2有基極電流,T2導通。 當T2導通時,繼電器2線圈通電,其觸點閉合,驅動電動機電路接通,電流方向由下至上,驅動電動機正轉,使車頂玻璃滑動打開。 （a）

45、 （b） （c） （d） 圖3.6 天窗開啟運動 圖3.7 車頂開關 圖3.8 電子控制系統(tǒng)的工作原理圖 （2）滑動關閉 由于限位開關1和限位開關2閉合,或門C的兩端輸入均為0信號,其輸出為0 ,當此信號輸送給觸發(fā)器時,觸發(fā)器的輸出亦為0,與此同時,0信號也送至與非門C的a端。 當滑動開關推至關閉時,由1到0的信號輸送至雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的S端,觸發(fā)器輸出的0 信號送至其R端, 故使雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出為1。 與非門D的輸入端a端為0,b端為1,其輸出為1;與此相類似,與非門C 的輸入端a為 0 ,b 為1,其輸出亦為1。 此時, 與門B的兩輸入端a、b均為1,其輸

46、出為1。 由于或門A輸入1信號,其輸出亦為1,三極管T1有基極電流,T1導通。1當T1導通時,繼電器1線圈通電,其觸點閉合,驅動電動機電路接通,電流方向由上至下,驅動電動機反轉,使車頂玻璃滑動關閉。 （3） 全關閉(位置)前200mm處停止 當車頂玻璃滑動到全關閉位置前200mm處時,限位開關1斷開,或門C的輸出由0變到1,并將1信號送至觸發(fā)器;觸發(fā)器的輸出立刻變?yōu)?,然后又回到0。 由于滑動開關一直置于關閉位置,0信號送至雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的S端,因此雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出端Q由1到0,與非門D、與非門C、與門B和或門A的輸出均由1到0,這便使三極管T1的基極電流中斷,T1截止。

47、當T1 截止時,繼電器1線圈斷電,其觸點斷開(直接搭鐵),驅動電動機電路被切斷而停止轉動,從而使車頂玻璃的滑動停止。 （4）從停止到全關閉 由上所述,車頂玻璃在關閉過程中自動停止之后,滑動開關應被斷開(OFF),見圖3.9a,此時,1信號既送至雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的S端,又送給與非門D的輸入端a;觸發(fā)器輸出的0信號送至雙穩(wěn)態(tài)觸 發(fā)器的R端,因而使其Q端輸出信號為1,故使與非門D輸出0信號。當滑動開關再次推至關閉位置時,即滑動開關接通,見圖3.9b,0信號送至雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的S端和與非門D的輸入端a;觸發(fā)器的0輸出送至雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的R端,使其Q端輸出信號為1,故使與非門D輸出1信號。 由于上述結果

48、,與非門C的a端由限位開關2輸入0信號,b端由與非門D輸入1信號, 因而其輸出則為1;這樣與門B的輸出信號亦為1,此信號送給或門A。 由于或門A的輸出為1,使得三極管T1有基極電流通過,T1導通,繼電器1線圈通電, 其觸點閉合,驅動電動機電路接通而恢復反轉,使車頂玻璃全關閉。 圖3.9 天窗從停止到全關閉過程中滑動開關的狀態(tài)圖 （5）全關閉位置是的停止 如果車頂玻璃滑動到全關閉之后,滑動開關仍保持在關閉位置,限位開關2就會自動斷開,此時或門C的輸入由0到1,輸出也為0到1。 觸發(fā)器的輸入同樣由0到1,而其輸出立刻由0到1,然后又變?yōu)?;由于滑動開關保持在關閉位置,雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器S端為0,故使其輸出端Q則由1到0 ,與非門D、與非門C、與門B、或門A的輸出均為1到0 ,引起三極管T1的基極電流從有到無,最后使T1截止。 T1截止,繼電器1線圈斷電,其觸點斷開(直接搭鐵),使驅動電動機電路切斷而停轉, 車頂玻璃便在全關閉位置完全停止。 （6） 斜升 車頂玻璃在斜升和全關閉位置之間,限位開關2處于斷開狀態(tài),此結果引起與門C的輸入端b獲得1信號,其a端也為1(來自與非門E的輸出),因而與門C的輸出也為1;而其中與非門E的輸入是傾斜開關置于斜升(UP)后送 23