汽車天窗的發展歷史及新技術應用初探

梁志 楊斌

眾泰汽車工程研究院 浙江省杭州市 310018

1 引言

汽車天窗最初是汽車的換氣設備，其主要的功能是在不影響汽車功能的條件下改善汽車封閉空間的現實條件，從而提高使用者的舒適度。隨著汽車產業的不斷發展和科學技術的飛躍進步，汽車的整體性能不斷提高，汽車的天窗成為技術發展的一個重要目標，其結果是汽車天窗功能逐漸多樣化，天窗甚至成為人民通過汽車實現娛樂的一個工具。近幾年來，汽車天窗更是被視為是改變汽車環境的一個關鍵，這符合節能可持續發展的理念，而這意味著汽車天窗成為汽車產業競爭的一個焦點，尤其是汽車天窗的新技術，往往能夠成為企業在汽車產業中致勝的關鍵。

2 汽車天窗的發展歷史概述

汽車天窗是汽車結構的組成部分，是指通過固定式或者是可操作打開的形式安裝在汽車頂部的玻璃窗裝置，對天窗的調節能夠增強汽車內的空氣流動從而為汽車車主及其乘客帶來新鮮的空氣，同時也能增加視野，滿足汽車用戶實際的需要。汽車天窗最初是為了滿足部分車主進行移動攝影的實際需要而設計的。在1937年，納什汽車公司首先在其生產的一類型的汽車中增加了天窗配置，被業內稱為是最早的汽車天窗模型。

1973年，約翰·福特阿特金森首先在其生產的 Ford Lincoln Continental Mark 型汽車上安裝了滑動式打開天窗，能夠更好地滿足自動化、高效化的要求，從而被各個主機廠所引用。這時期的天窗是簡單的機械結構，材質是最普通的鋼化玻璃。20世紀90年代，電動天窗開始采用隔熱功能的不透明玻璃，更加美觀實用。21世紀初，歐洲的汽車市場開創了夾層天窗玻璃的時代，能夠更好地隔熱并隔音。這是首次在天窗結構設計中考慮到隔音的問題。2012年開始，智能可光控天窗成為天窗市場的有一個創新產品。在這種智能模式中，用戶可以有手動和自動兩種方式來控制天窗玻璃的顏色，進而選擇透過天窗進入車內的日光量。

近幾年，隨著技術的進步，在原有的智能系統的基礎上，又產生了LED環境照明天窗和太陽能光伏天窗等新型的天窗技術，不僅滿足了人性化要求，更彰顯了環保了的新理念。

從整體上看，現階段汽車天窗可以被分為手動天窗和電動天窗兩種類型，隨著技術的不斷進步，電動天窗及電子天窗系統是市場上最常見的天窗。手動天窗分為手動杠桿驅動和曲柄連桿驅動這兩類。而電動天窗是靠電動導軌滑動來驅動天窗的閉合。

從汽車天窗的發展歷史進程中可以看出，汽車天窗發展的功能性、美觀性、智能性逐漸成為其最主要的特征，而隨著信息技術的不斷進步，這種性能特征將會在汽車天窗的發展中更加明顯。

3 汽車天窗的主要類型

汽車天窗具體來說其內部構件包括導軌、前槽梁、中橫梁、驅動軌、升降支架等組成部分。汽車天窗按照綜合性能的不同特點可以被分為內藏式天窗、外滑式天窗、全景天窗和多功能天窗這四種類型。

內藏式天窗就是在設計中將滑動面板內嵌于頂篷的鈑金和內襯之間，從而使天窗玻璃呈現出“內藏結構”。這種類型的天窗缺點是比較“厚重”，比較占用車內的空間。

外滑式天窗是目前比較大眾化的天窗類型。這種天窗是在汽車天窗位置打開一個窗口，玻璃面板在其兩側的導軌上滑動從而打開天窗，這樣不僅能夠為車內打開更多的空間，還能降低風動產生的噪音。外滑式天窗是導軌天窗的一種典型。

全景天窗是一種面積比較大的天窗類型，從外觀上看天窗玻璃占據的面積比重非常大，有的甚至是整塊車頂玻璃都是天窗的面積。這種天窗的優點比較明顯，即視野開闊、通風良好，甚至是成為乘客求生的一種通道。但是不可否認的是這種天窗一般成本較高，但是其實用性并不明顯，如天窗落塵難以徹底清理、車身的整體剛性度下降從而降低汽車的安全系數。

多功能天窗特殊之處是其天窗玻璃數量多于一般的天窗，有2片甚至是3片以上。這種天窗一般安裝在豪華車或者是展覽車上，滿足汽車天窗的美觀性。隨著技術的不斷進步，這種天窗類型具有十分廣闊的市場前景。

4 汽車天窗的新技術及其應用

汽車天窗技術的關鍵性要求是玻璃與車頂外觀面達到高度契合，實現天窗功能的最大化。一般來說，其設計的總體要求是天窗的設置和安裝應該與車內的空間形成感觀上的一致并根據大眾乘客的身高來確定天窗的位置。最主要的是天窗需要防止雨水的滲透，減少汽車行駛的阻力。目前，在汽車天窗技術中，智能可控光技術和LED環境照明天窗技術的應用成為其主要的發展趨勢。

4.1 智能可控光技術

智能可控光技術就是指車內的駕駛人員通過懸浮顆粒裝置（SPD）來操控車內室的燈光系統的一項技術。這項技術核心在于在極短的時間內改變天窗玻璃對射入光線的透射率，從而改變汽車內部的光線狀態。

在懸浮顆粒裝置中，一般需要先安裝一個電路系統，通過智能控制改變電壓，進而電壓能改變SPD膜中的分析排列，從而改變對外部光線的照射，進而調節車內的光線。也就是說，智能可控光技術是通過電路電壓改變SPD膜分子結構的排列方式來自動完成天窗廣信的調節的。

智能可控光技術的優勢比較明顯，主要表現在以下幾個方面：

（1）天窗光線調節的時間比較短，能夠快速完成光線的調節。智能系統利用電壓的瞬間改變就完成了天窗玻璃的光線調節，由此可以看出，快速、高效是其最明顯的優勢。

（2）這項技術能夠在天窗安裝的時候不占用車內的傳統空間，從而使車內的空間更加寬闊，避免汽車天窗帶來的空間壓迫感，是汽車天窗理念的一次創新。

（3）自發改變外部光線的射入，不僅體現了人性化的設計思路，更能夠在最短的時間內保護車內的乘客，從而最大發揮天窗的效用。

（4）這項技術能夠通過光線調節來改變車內的熱量，從而降低車內空調的耗能，有效節約能源。

智能可控光技術是目前汽車天窗的一項技術亮點，在很多車型的應用上已經趨于成熟。尤其是近幾年的時間，我國各個主要的汽車生產商也開始引用這項天窗技術，受到消費者的廣泛好評。更重要的是，這項人性化并具有明顯環保里面的技術已經廣泛應用到辦公樓、住宅樓等建筑的玻璃設計和安裝上，技術的市場前景十分廣闊。

4.2 LED環境照明天窗

隨著技術的不斷進步，汽車成為人們居家生活中不可或缺的一個重要工具。在在這種現實中，人們對汽車的舒適度和便民性要求提高。LED照明燈在汽車的設計和生產中占據越來越重要的位置，汽車的側燈、尾燈都開始應用LED燈進行照明，取得了很好的市場反餉。因此，很多汽車生產商開始將LED燈的汽車設計技術應用到汽車天窗的設計中，形成LED環境照明天窗的技術。

LED環境照明天窗的技術原理比較簡單，就是用LED燈的必要原件集成安裝在天窗玻璃上，并設計一個電子的回路，從而通過電子回路控制LED燈光，不僅起到照明的作用，還十分美觀。LED環境照明天窗的技術也是一項具有創新意義的技術舉措，將LED燈的簡單、實用的性能特點與天窗的位置和功能特征結合在一起，從而實現了汽車天窗上的LED燈光照明。

在這項技術中，安裝的過程中需要注意的是LED的元件需要通過粘貼連接或者是內嵌在天窗玻璃的內部，在外部以電線來連接車身的總電路。如果是元件布置在玻璃的周邊位置，則需要通過注塑包將其進行緊密封裝。這是LED環境照明天窗設計安裝的技術要點。

5 結語

綜上所述，隨著汽車的智能化發展，汽車天窗的技術性能越來越高，電子、材料等先進的技術和材料在天窗中的應用推動汽車產業的不斷進步。汽車天窗技術最早產生于歐洲的汽車產業，并伴隨著技術創新不斷發展，至今已經發展到外滑式天窗、全景式天窗等多種種類。目前，汽車天窗在設計和生產中新技術的應用主要體現在智能可控光技術和LED環境照明技術這兩個方向。未來，汽車天窗的技術含量和水平將會進一步提高，也預示著天窗技術將會成為汽車產業競爭的目標之一。