王丽敏
摘 要：随着汽车消费逐渐升级，全景天窗配置率越来越高，消费者对全景天窗的要求也越来越高。全景天窗是個较为复杂的系统，问题也较多。本文对全景天窗常见问题进行了探讨，并提出了各类问题对应的设计优化思路。
关键词：全景天窗;异响;过热;漏水
1 引言
全景天窗目前主流结构分为外滑式和内臧式结构。而外滑式结构是主流结构，试验车型也比较多，比较典型的车型是大众途观。本文针对外滑式全景天窗常见问题，异响、漏水、驾乘人员灼热感三个大方面问题进行了梳理，并对如何避免各类问题的出现提出了可行的优化思路。
2 天窗结构介绍
天窗按照玻璃开启分类，可分为外滑式和内臧式，其运动方式、空间布置等特点如图1所示。外滑式：滑动玻璃运行至固定玻璃上方。内臧式：滑动玻璃运行至固定玻璃下方。
不同形式的全景天窗所存在的问题也有所不同。本中将以外滑式全景天窗结构为例。全景天窗具体零件组成。如图2所示。
全景天窗子级零件较多，结构复杂，对全景天窗的设计及制造要求高。全景天窗大致结构相对稳定，问题出现点也相对集中。有些问题甚至是行业难题。
3 全景天窗异响问题
天窗异响形式分类：1.汽车在行驶过程中，全景天窗异响;2.车辆静态下天窗自身运行异响。
3.1 汽车在行驶过程中，全景天窗异响
当汽车在行驶过程中，全景天窗产生振动和噪声的时候，首先需要确定天窗的振动噪声源及产生机制。然后针对不同的振动噪声源采取相应对策。天窗噪声振动激励主要有：发动机激励、路面激励、风扇等旋转机械激励、风激励、摩擦和撞击激励。下面将简单介绍这些振动源和应对措施。
3.1.1 发动机和路面等异响源
汽车在使用过程中，发动机和路面等激励通过车辆的传动系统。排气系统和悬架系统，经过车身传给天窗，若天窗的固有频率与发动机怠速和路面等激励重合，会导致明显的振动，因振动产生异响，如怠速时的轰鸣声、加速时天窗的抖动等，这些天窗问题都会影响乘员的舒适性，从而影响消费者对整车质量的评价。因而，在天窗开发的过程中，天窗的固有频率模态成为一个关键的考核指标。
在整车开发前期阶段，为了使各个系统的模态分离和解耦，需制定整车模态规划表，目的是规范各系统的开发。因此在天窗前期开发阶段，也必须基于整车的发动机类型、怠速范围、风扇转速、道路情况和天窗等因素，确定天窗在各个状态下的频率。建议天窗的固有频率和激励频率之间要差3Hz以上。
3.1.2 风激励引起的异响源
在长时间的驾驶汽车过程中，开启天窗可很快改善车内的空气质量，但是天窗开启之后往往会引起气动噪声，尽快频率低（<20Hz），但强度却很高（>100dB）。虽然此声音不易被人耳听到，但是所产生的脉动压力却使驾乘人员感到不安，甚至烦躁和疲倦，影响驾乘的舒适性。
由于天窗开启之后，车厢内形成空腔。车外高速的气流与车内相对静止的气体存在一个剪切层。当车内、外的气流速度差超过一个临界值后，剪切层就会处于不稳定的状态，最终形成漩涡，并周期性的散发，当漩涡的散发频率与车厢的空气固定频率一致时，就会产生风振噪声。
控制风振噪声最基本的方法就是打破气流在天窗前后边缘的运动，或者不让气流吹到天窗。当挡风网弹起之后，需要高于滑动玻璃开启至最大位置时玻璃的前边界3mm。
天窗异响通常通过试验识别，也可通过CAE来预测。试验识别异响主要是在实际的道路和实验室台架的两个环境中通过主观评价和客观评价测试来识别异响。异响CAE分析主要通过刚度和模态等分析方法。
3.1.3 撞击异响噪声源
天窗异响噪声是指汽车在行驶中或天窗在运动过程中出现的非正常、没有规律的声音、异响的随机性强，重复一致性差。撞击异响是指两个零件相互发生碰撞而发出的敲击声。比如汽车在凹凸路面行驶的时候，遮阳帘结构与玻璃撞击异响。
产生天窗异响的原因有很多，主要是：间隙设计不合理、尺寸公差控制不好、装配精度不高和安装不牢靠、接触面材料兼容性差、结构的刚度和模态不合理等[1]。
3.2 车辆静态下天窗自身运行异响
尖叫异响通常是指材料之间的摩擦而引起的声音。比如某天窗运行停止和启动的时候，机械滑块与导轨之间相互摩擦并存在粘滑效应，容易产生尖叫异响。
由于天窗在开启和关闭的运行过程中，外密封条与玻璃之间会发生相对运行，这种运动引起外密封条的挤压和摩擦，当出现问题时就会产生异响。外密封条与玻璃的静摩擦力与动摩擦力差异较大是引起装车后天窗开启关闭运动中产生异响的主要原因，与玻璃接触的部位是玻璃密封条外层的涂层部分，因此，选择合适的涂层型号，以及控制良好的涂层质量，是解决异响的关键[2]。
滑动玻璃包边与挡风网摩擦异响，滑动玻璃包边与外密封条摩擦异响;除了尺寸控制，接触面的耐磨性需要好，润滑脂的选型也极为关键。材料之间的兼容性也极为重要。比EPDM材质的外密封条与PVC材质的玻璃包边在天窗运行过程中就比较容易发生异响，所以玻璃包边建议采用PU材质。
天窗与车顶一般采用螺栓螺母紧固。如结构设计和选用的紧固不合理，容易造成车辆行驶过程中造成扭矩衰退，甚至松动。引起天窗与车顶相互敲击异响。
一般固定位置的结构需要是完整的，不开小口;螺母一般采用完成法兰面的结构。
4 全景天窗漏水问题
天窗漏水进入乘员舱是比较常见的问题，此问题严重影响整车质量表现，甚至引发安全问题，引起召回事故，如水进入侧气帘爆破结构上，生锈，导致不知情的情况下，意外爆破，涉及人员安全。
在天窗设计上，天窗本体在导轨、前/后排都设计了排水结构。目的是将由玻璃和外密封条之间进入的水，排至天窗排水出口处，再由天窗排水管导流至车外。
天窗漏水进入乘员舱，原因可大致分为几类。玻璃与外密封条密封性不足，导致进入的水量过大，超出了天窗的排水能力。排水结构设计不当，水流路径上有遮挡结构，影响了排水速度。还有就是导轨和前后排搭接处，密封没有做好，存在漏水点。外密封条与玻璃的干涉量设计合理。同时需要控制钣金及天窗Y向尺寸，由于Y向可调节难度很大。
在考虑天窗玻璃与外密封条进水量的时候，需要将用户使用场景考虑进来，甚至一些极限工况，比较水一旦进入乘员舱很难清理干净。除了常规的要求，需增加高压水洗车工况。水进入量大，排水不及时，水就会进入乘员舱。
在天窗排水结构设计上，需綜合考虑各种工况，设定合适的排水路径及排水结构。避免排水路径上有凸起的结构，堵碍了水流的流畅性。
天窗出水口处的结构设计尤其重要，毕竟所有的水都需要通过排水出口排出的。根据天窗尺寸，设定相应的出水口直径。另外用户在使用的过程中，难免有杂质异物进入排水路径，异物随着水流流至出水口处，堵住出水口，导致水无法及时排出。所以在出水口处必须设计遮挡异物进入出水口的结构。
导轨与前后排的密封通过密封条胶密封的，密封胶的性能较为关键，其次是密封宽度需要保证合理的数值，建议是20mm。
进入出水口的水通过排水管排出车外，排水管尺寸及结构对排水也极为重要。排水管的内径决定了排水管的排水能力，全景天窗的排水管内径一般是10.5mm。排水管都是软质材料制作而成的，水管布置的流畅性对排水速度影响较大。排水管拐弯半径过小，可能造成在装配的过程中水管打折，无法自身恢复，水无法及时排出。建议水管拐弯半径需大于60mm。
挡风网的设计需要考虑各种工况下，网布在夹在玻璃和外密封条之间，造成玻璃和外密封条之间在异常缝隙，进水量增大。在户外用车环境下，风速3级及以上，风由车后往车前吹，天窗在关闭过程中，挡风网布被吹至滑动玻璃前沿与车顶之间，挡风网布被夹，水从玻璃与外密封条间的缝隙进入，出现漏水问题。在设计挡风网布的过程中，除了需校核滑动玻璃开启和关闭时挡风布弹出和收缩的路径，同时也需要考虑外界因素对挡风网布的影响。
5 全景天窗驾乘人员头部灼热感问题
车辆在高温环境下，尤其是炎热的夏天，热量会通过天窗玻璃专递进入导乘员舱，造成前排驾乘人员头部感觉到灼热，用车体验差。此问题也是普遍存在的。
针对此问题，设计思路上可从玻璃厚度、玻璃类型上入手，目的是阻隔热量的传递。
降低玻璃的透光率是一个有限的途征。试验证明透光率18.5%的天窗玻璃总隔热率是58%，透光率10.2%的天窗玻璃，总隔热率可提高至64%，隔热效果较为明显。但过低的透光率影响采光，需要综合考虑选定合适的玻璃透光率，建议一般是10% 左右为佳。贴隔热膜也是方式之一，但成本高。在玻璃内表面涂上特殊的涂层，也可降低热量的辐射。
全景天窗都有遮阳帘机构，目的就是为了遮挡阳光的。增加遮阳帘的遮光率，是行之有效的方式。一般遮阳帘遮光率设定为100%，可有效隔挡热量。
6 结语
本文对外滑式全景天窗常见问题进行了探讨，重点对异响、漏水、驾乘人员头部灼热感三个大方面问题进行了介绍，并就避免类似问题的发生，提出了可行的优化思路和具体建议值。
参考文献：
[1]蒋振宇.汽车天窗噪声源介绍和模态分析与优化[J].汽车零部件，2017（09）.
[2]李惟鋆.汽车天窗玻璃密封条开启、关闭异响问题的研究[J] .汽车实用技术，2012（7）.
