汽车天窗的发展历史及新技术应用

梁智勇

(桂林皮尔金顿安全玻璃有限公司，广西桂林 541004)

汽车天窗的发展历史及新技术应用

梁智勇

(桂林皮尔金顿安全玻璃有限公司，广西桂林 541004)

介绍汽车天窗的发展历史、基本类型、基本构成和一些新技术，以及在未来几年的发展前景。

汽车天窗；智能可控光技术;LED天窗

1 汽车天窗的发展历史

汽车天窗通过固定式或可操作打开的形式安装在汽车顶部，打开时可增加车内的空气流动，为车主及乘客带来新鲜的空气，同时也可增加视野，满足一些移动摄影的需求。1937年纳什汽车公司(Nash Motor Company)在其生产的一些车型中增加了天窗玻璃的配置，被认为是汽车行业里最早的汽车天窗模型。

而今天在各大主机厂最常见的滑动式打开天窗，则是由约翰.福特阿特金森(John Atkinson)1973年在Ford Lincoln Continental Mark IV车型(图1)上最先引入的[1]。

早期的天窗系统分为手动或者电动，但现在大部分都是电气或电子系统的。手动天窗(图2)可以分为手动杠杆驱动或者曲柄连杆驱动。电动天窗系统(图3)通常由一个电机和电缆采用导轨滑动的形式驱动。汽车天窗的主要功能有：通风换气、节能降耗、除雾、照明、开阔视野和健康舒适。

通过图4所示的天窗发展历史图可以清楚地看到：随着科技的进步和制造能力的提高，汽车天窗已经慢慢地由简单的一块玻璃，发展到造型美观、功能性能多样化和电子智能化集成化的一个系统工程。

2 汽车天窗的基本类型

2.1 内藏式天窗

内藏式天窗系统(图5)是将一块可滑动的面板嵌于顶篷钣金和内衬之间，这样的设计将会损失一些车内乘客的头部空间。很早以前这样一块可滑动的面板通常是由金属喷漆而成，现在已经由带遮阳帘的玻璃面板所取代，也称之为Moonroofs。

2.2 外滑式天窗

顶部安装的外滑式天窗(图6)是目前最流行、主机厂采用最多的一种天窗形式。这种结构需要在汽车顶篷钣金上开一个很大的口子，玻璃面板通过两侧安装好的导轨进行滑动打开，不会损失车内头部空间，但需要配合导流板降低风噪。

2.3 全景天窗

全景天窗(图7)一般面积较大，甚至是整块玻璃的车顶，坐在车中可以将上方的景象一览无余。全景天窗的优点是视野开阔、通风良好。不过全景天窗也有一些缺点：成本较高；落尘需要清理，否则影响视线；车身整体刚度下降，安全系数降低。主机厂需要有一定的经验知识，在设计时需要模拟和验证采用全景天窗时整车的刚度。

2.4 多功能天窗

多功能天窗(图8)一般由2片或3片以上的天窗玻璃组合而成，并集合了当下最新的一些技术和理念。一般用在豪华车和概念展车上，这些技术会逐渐通过降低成本、增加实用性慢慢进入到寻常家庭轿车。

3 汽车天窗的基本构成

主要构成零件有见图9。

4 关于汽车天窗的新技术

4.1 智能可控光技术

智能可控光技术是指车内驾驶人员手动或自动通过悬浮颗粒装置(Suspended Particle Device，SPD)操控室内灯光系统的技术。该技术可以在几秒钟之内改变天窗玻璃对射入光线的透射率，从几乎全黑变为透明状态，见图10。

基本原理(图11)：通过改变输入电压值来控制天窗玻璃中SPD膜内的分子排列(图12)，从而可以调节进入车内的日光量和热量。

该技术带来的好处：

(1)几秒钟之内快速调节进入汽车的日光量、眩光量和热量。

(2)在设计上避免了传统汽车在头部空间上的盲区，增加了头部空间感。

(3)减少太阳光和紫外线的射入量，保护乘客。

(4)降低空调的负载，节约能源。

(5)用户可自行控制阳光进入玻璃，享受自然阳光带来的心理和生理上的正面效应。

(6)引入最新的前沿技术，为汽车销售增加亮点。

该技术已在一些中高端汽车上成熟应用(见图13—14)，并有了良好的市场反馈，目前国内的各大主机厂也在准备引入该技术。同时该技术也逐渐应用到在住宅、办公室、机舱和火车玻璃上。

4.2 LED环境照明天窗

随着汽车越来越普及，人们对整车性能和舒适性的要求也越来越高，以前传统车内普通的照明灯已经无法满足人们的要求。LED在汽车灯光照明上的应用这几年突飞猛进，汽车主机厂把LED技术应用到前大灯、侧灯和尾灯得到了用户和市场很好的反响。目前宝马、PSA、奥迪、奔驰和特斯拉等OEMs都陆续推出了LED照明天窗，让人们眼前一亮，同时感叹科技的日新月异。

基本原理：通过将LED元件集成到天窗玻璃上形成电子回路，从而起到照明和美观的效果。LED晶片见图15， LED集成PCB板见图16。

基本结构：LED元件通过粘接或者内嵌安装在天窗玻璃总成里，并由线束或汇流牌等连接到车身电路。

LED元件布置在玻璃周边(见图17)，通过注塑包边将其封装，参考文献[2]。LED位置示意见图18。

LED元件集成在PCB板或者银浆上，布置在天窗玻璃面上。玻璃面LED布置断面见图19。

在汽车上，同样的日间行车灯，LED元件的能耗仅为卤素灯的1/20。LED元件的成本也逐年大幅降低，并且目前成本和价格仍然在以每年20%以上的幅度下降。目前用在汽车上的LED元件基本都能达到50 000 h的水平，而知名的汽车灯光供应商则能够提供寿命达100 000 h的LED元件，相比之下，氙灯的寿命仅为3 000 h左右。

特斯拉Tesla今年在日内瓦车展上展出了一款天马行空想象力和创造力的概念车——XchangE(见图20)，里面的LED天窗给所有人带来了视觉上强烈的震撼。

5 结束语

随着现代汽车电子化和智能化的迅猛发展，汽车天窗也由原先单纯机械化发展到了集合了电子、光学、材料学和光伏能源等技术的高科技产品。虽然汽车天窗产生并发展于欧洲，随着中国成为世界上第一大汽车市场，中国将会成为汽车天窗蜕变到智能天窗的最大战场。

【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.

全国智能机器人创新联盟在京成立

由中国人工智能学会发起的“全国智能机器人创新联盟”成立大会日前在京举行，该联盟将打造成一个全国智能机器人创新团队的协作平台，加速创新成果与产业对接的转化及融资平台。

“机器人革命”的重要特征和标志之一是智能机器人，智能化已成为新一代机器人的核心特征。随着人工智能技术的发展和《服务机器人科技发展“十二五”专项规划》的出台，智能机器人已成为当今前沿高技术研究最活跃的领域之一，智能机器人正逐步成为制造业、国防军事、公共安全、航空航天、医疗康复、农业林业、教育娱乐等诸多领域中的高新技术装备。

与主要发达国家相比，我国机器人产业发展速度慢、核心技术薄弱、市场份额和附加值较低，为了奋起直追，我国机器人产业呈现出抱团发展、结盟而行的大趋势。全国智能机器人创新联盟将以人工智能技术为核心和特色，以机器人为载体，以联合创新为宗旨，突破地域、单位、领域、技术的界限，将创新、研发、成果转化、投融资等各方力量整合成一个高效务实的创新体系，形成一种科研、产业、资本深度合作、创新链条更加灵巧、技术更新和成果转化更加快捷、产业更新换代不断加快的新型创新机制。

(来源：科技日报)

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，学士，工程师，从事汽车玻璃及附加值产品的设计与开发。E-mail:lzy63085@sohu.com。