汽車天窗的發展歷史及新技術應用

梁智勇

(桂林皮爾金頓安全玻璃有限公司，廣西桂林 541004)

汽車天窗的發展歷史及新技術應用

梁智勇

(桂林皮爾金頓安全玻璃有限公司，廣西桂林 541004)

介紹汽車天窗的發展歷史、基本類型、基本構成和一些新技術，以及在未來幾年的發展前景。

汽車天窗；智能可控光技術;LED天窗

1 汽車天窗的發展歷史

汽車天窗通過固定式或可操作打開的形式安裝在汽車頂部，打開時可增加車內的空氣流動，為車主及乘客帶來新鮮的空氣，同時也可增加視野，滿足一些移動攝影的需求。1937年納什汽車公司(Nash Motor Company)在其生產的一些車型中增加了天窗玻璃的配置，被認為是汽車行業里最早的汽車天窗模型。

而今天在各大主機廠最常見的滑動式打開天窗，則是由約翰.福特阿特金森(John Atkinson)1973年在Ford Lincoln Continental Mark IV車型(圖1)上最先引入的[1]。

早期的天窗系統分為手動或者電動，但現在大部分都是電氣或電子系統的。手動天窗(圖2)可以分為手動杠桿驅動或者曲柄連桿驅動。電動天窗系統(圖3)通常由一個電機和電纜采用導軌滑動的形式驅動。汽車天窗的主要功能有：通風換氣、節能降耗、除霧、照明、開闊視野和健康舒適。

通過圖4所示的天窗發展歷史圖可以清楚地看到：隨著科技的進步和制造能力的提高，汽車天窗已經慢慢地由簡單的一塊玻璃，發展到造型美觀、功能性能多樣化和電子智能化集成化的一個系統工程。

2 汽車天窗的基本類型

2.1 內藏式天窗

內藏式天窗系統(圖5)是將一塊可滑動的面板嵌于頂篷鈑金和內襯之間，這樣的設計將會損失一些車內乘客的頭部空間。很早以前這樣一塊可滑動的面板通常是由金屬噴漆而成，現在已經由帶遮陽簾的玻璃面板所取代，也稱之為Moonroofs。

2.2 外滑式天窗

頂部安裝的外滑式天窗(圖6)是目前最流行、主機廠采用最多的一種天窗形式。這種結構需要在汽車頂篷鈑金上開一個很大的口子，玻璃面板通過兩側安裝好的導軌進行滑動打開，不會損失車內頭部空間，但需要配合導流板降低風噪。

2.3 全景天窗

全景天窗(圖7)一般面積較大，甚至是整塊玻璃的車頂，坐在車中可以將上方的景象一覽無余。全景天窗的優點是視野開闊、通風良好。不過全景天窗也有一些缺點：成本較高；落塵需要清理，否則影響視線；車身整體剛度下降，安全系數降低。主機廠需要有一定的經驗知識，在設計時需要模擬和驗證采用全景天窗時整車的剛度。

2.4 多功能天窗

多功能天窗(圖8)一般由2片或3片以上的天窗玻璃組合而成，并集合了當下最新的一些技術和理念。一般用在豪華車和概念展車上，這些技術會逐漸通過降低成本、增加實用性慢慢進入到尋常家庭轎車。

3 汽車天窗的基本構成

主要構成零件有見圖9。

4 關于汽車天窗的新技術

4.1 智能可控光技術

智能可控光技術是指車內駕駛人員手動或自動通過懸浮顆粒裝置(Suspended Particle Device，SPD)操控室內燈光系統的技術。該技術可以在幾秒鐘之內改變天窗玻璃對射入光線的透射率，從幾乎全黑變為透明狀態，見圖10。

基本原理(圖11)：通過改變輸入電壓值來控制天窗玻璃中SPD膜內的分子排列(圖12)，從而可以調節進入車內的日光量和熱量。

該技術帶來的好處：

(1)幾秒鐘之內快速調節進入汽車的日光量、眩光量和熱量。

(2)在設計上避免了傳統汽車在頭部空間上的盲區，增加了頭部空間感。

(3)減少太陽光和紫外線的射入量，保護乘客。

(4)降低空調的負載，節約能源。

(5)用戶可自行控制陽光進入玻璃，享受自然陽光帶來的心理和生理上的正面效應。

(6)引入最新的前沿技術，為汽車銷售增加亮點。

該技術已在一些中高端汽車上成熟應用(見圖13—14)，并有了良好的市場反饋，目前國內的各大主機廠也在準備引入該技術。同時該技術也逐漸應用到在住宅、辦公室、機艙和火車玻璃上。

4.2 LED環境照明天窗

隨著汽車越來越普及，人們對整車性能和舒適性的要求也越來越高，以前傳統車內普通的照明燈已經無法滿足人們的要求。LED在汽車燈光照明上的應用這幾年突飛猛進，汽車主機廠把LED技術應用到前大燈、側燈和尾燈得到了用戶和市場很好的反響。目前寶馬、PSA、奧迪、奔馳和特斯拉等OEMs都陸續推出了LED照明天窗，讓人們眼前一亮，同時感嘆科技的日新月異。

基本原理：通過將LED元件集成到天窗玻璃上形成電子回路，從而起到照明和美觀的效果。LED晶片見圖15， LED集成PCB板見圖16。

基本結構：LED元件通過粘接或者內嵌安裝在天窗玻璃總成里，并由線束或匯流牌等連接到車身電路。

LED元件布置在玻璃周邊(見圖17)，通過注塑包邊將其封裝，參考文獻[2]。LED位置示意見圖18。

LED元件集成在PCB板或者銀漿上，布置在天窗玻璃面上。玻璃面LED布置斷面見圖19。

在汽車上，同樣的日間行車燈，LED元件的能耗僅為鹵素燈的1/20。LED元件的成本也逐年大幅降低，并且目前成本和價格仍然在以每年20%以上的幅度下降。目前用在汽車上的LED元件基本都能達到50 000 h的水平，而知名的汽車燈光供應商則能夠提供壽命達100 000 h的LED元件，相比之下，氙燈的壽命僅為3 000 h左右。

特斯拉Tesla今年在日內瓦車展上展出了一款天馬行空想象力和創造力的概念車——XchangE(見圖20)，里面的LED天窗給所有人帶來了視覺上強烈的震撼。

5 結束語

隨著現代汽車電子化和智能化的迅猛發展，汽車天窗也由原先單純機械化發展到了集合了電子、光學、材料學和光伏能源等技術的高科技產品。雖然汽車天窗產生并發展于歐洲，隨著中國成為世界上第一大汽車市場，中國將會成為汽車天窗蛻變到智能天窗的最大戰場。

【1】 Anonymous.Sliding roof on automobile admits sunlight to interior[J].Popular Mechanics,1937(7).

【2】 VERRAT Adele， MOTTELET Beatrice.Module a diodes electroluminescentes pour vehicule,support a diodes,fabrications:FR2937710(A1)[P].2012.

【3】 VERRAT Debailleul Adele.Illuminating glazing unit for a vehicle:FR2986186(A1)[P].2012.

全國智能機器人創新聯盟在京成立

由中國人工智能學會發起的“全國智能機器人創新聯盟”成立大會日前在京舉行，該聯盟將打造成一個全國智能機器人創新團隊的協作平臺，加速創新成果與產業對接的轉化及融資平臺。

“機器人革命”的重要特征和標志之一是智能機器人，智能化已成為新一代機器人的核心特征。隨著人工智能技術的發展和《服務機器人科技發展“十二五”專項規劃》的出臺，智能機器人已成為當今前沿高技術研究最活躍的領域之一，智能機器人正逐步成為制造業、國防軍事、公共安全、航空航天、醫療康復、農業林業、教育娛樂等諸多領域中的高新技術裝備。

與主要發達國家相比，我國機器人產業發展速度慢、核心技術薄弱、市場份額和附加值較低，為了奮起直追，我國機器人產業呈現出抱團發展、結盟而行的大趨勢。全國智能機器人創新聯盟將以人工智能技術為核心和特色，以機器人為載體，以聯合創新為宗旨，突破地域、單位、領域、技術的界限，將創新、研發、成果轉化、投融資等各方力量整合成一個高效務實的創新體系，形成一種科研、產業、資本深度合作、創新鏈條更加靈巧、技術更新和成果轉化更加快捷、產業更新換代不斷加快的新型創新機制。

(來源：科技日報)

History and New Technology Application about Automotive Sunroof

LIANG Zhiyong

(Guilin Pilkington Safety Glass Company Ltd.,Guilin Guangxi 541004,China)

The development history,base types,construction and some latest technologies about automotive sunroof were introduced.Its market prospect was looked forward.

Automotive sunroof; Smart SPD;LED sunroof

2014-11-14

梁智勇(1980—)，男，學士，工程師，從事汽車玻璃及附加值產品的設計與開發。E-mail:lzy63085@sohu.com。