汽车天窗的发展历史及新技术应用初探

梁志 杨斌

众泰汽车工程研究院 浙江省杭州市 310018

1 引言

汽车天窗最初是汽车的换气设备，其主要的功能是在不影响汽车功能的条件下改善汽车封闭空间的现实条件，从而提高使用者的舒适度。随着汽车产业的不断发展和科学技术的飞跃进步，汽车的整体性能不断提高，汽车的天窗成为技术发展的一个重要目标，其结果是汽车天窗功能逐渐多样化，天窗甚至成为人民通过汽车实现娱乐的一个工具。近几年来，汽车天窗更是被视为是改变汽车环境的一个关键，这符合节能可持续发展的理念，而这意味着汽车天窗成为汽车产业竞争的一个焦点，尤其是汽车天窗的新技术，往往能够成为企业在汽车产业中致胜的关键。

2 汽车天窗的发展历史概述

汽车天窗是汽车结构的组成部分，是指通过固定式或者是可操作打开的形式安装在汽车顶部的玻璃窗装置，对天窗的调节能够增强汽车内的空气流动从而为汽车车主及其乘客带来新鲜的空气，同时也能增加视野，满足汽车用户实际的需要。汽车天窗最初是为了满足部分车主进行移动摄影的实际需要而设计的。在1937年，纳什汽车公司首先在其生产的一类型的汽车中增加了天窗配置，被业内称为是最早的汽车天窗模型。

1973年，约翰·福特阿特金森首先在其生产的 Ford Lincoln Continental Mark 型汽车上安装了滑动式打开天窗，能够更好地满足自动化、高效化的要求，从而被各个主机厂所引用。这时期的天窗是简单的机械结构，材质是最普通的钢化玻璃。20世纪90年代，电动天窗开始采用隔热功能的不透明玻璃，更加美观实用。21世纪初，欧洲的汽车市场开创了夹层天窗玻璃的时代，能够更好地隔热并隔音。这是首次在天窗结构设计中考虑到隔音的问题。2012年开始，智能可光控天窗成为天窗市场的有一个创新产品。在这种智能模式中，用户可以有手动和自动两种方式来控制天窗玻璃的颜色，进而选择透过天窗进入车内的日光量。

近几年，随着技术的进步，在原有的智能系统的基础上，又产生了LED环境照明天窗和太阳能光伏天窗等新型的天窗技术，不仅满足了人性化要求，更彰显了环保了的新理念。

从整体上看，现阶段汽车天窗可以被分为手动天窗和电动天窗两种类型，随着技术的不断进步，电动天窗及电子天窗系统是市场上最常见的天窗。手动天窗分为手动杠杆驱动和曲柄连杆驱动这两类。而电动天窗是靠电动导轨滑动来驱动天窗的闭合。

从汽车天窗的发展历史进程中可以看出，汽车天窗发展的功能性、美观性、智能性逐渐成为其最主要的特征，而随着信息技术的不断进步，这种性能特征将会在汽车天窗的发展中更加明显。

3 汽车天窗的主要类型

汽车天窗具体来说其内部构件包括导轨、前槽梁、中横梁、驱动轨、升降支架等组成部分。汽车天窗按照综合性能的不同特点可以被分为内藏式天窗、外滑式天窗、全景天窗和多功能天窗这四种类型。

内藏式天窗就是在设计中将滑动面板内嵌于顶篷的钣金和内衬之间，从而使天窗玻璃呈现出“内藏结构”。这种类型的天窗缺点是比较“厚重”，比较占用车内的空间。

外滑式天窗是目前比较大众化的天窗类型。这种天窗是在汽车天窗位置打开一个窗口，玻璃面板在其两侧的导轨上滑动从而打开天窗，这样不仅能够为车内打开更多的空间，还能降低风动产生的噪音。外滑式天窗是导轨天窗的一种典型。

全景天窗是一种面积比较大的天窗类型，从外观上看天窗玻璃占据的面积比重非常大，有的甚至是整块车顶玻璃都是天窗的面积。这种天窗的优点比较明显，即视野开阔、通风良好，甚至是成为乘客求生的一种通道。但是不可否认的是这种天窗一般成本较高，但是其实用性并不明显，如天窗落尘难以彻底清理、车身的整体刚性度下降从而降低汽车的安全系数。

多功能天窗特殊之处是其天窗玻璃数量多于一般的天窗，有2片甚至是3片以上。这种天窗一般安装在豪华车或者是展览车上，满足汽车天窗的美观性。随着技术的不断进步，这种天窗类型具有十分广阔的市场前景。

4 汽车天窗的新技术及其应用

汽车天窗技术的关键性要求是玻璃与车顶外观面达到高度契合，实现天窗功能的最大化。一般来说，其设计的总体要求是天窗的设置和安装应该与车内的空间形成感观上的一致并根据大众乘客的身高来确定天窗的位置。最主要的是天窗需要防止雨水的渗透，减少汽车行驶的阻力。目前，在汽车天窗技术中，智能可控光技术和LED环境照明天窗技术的应用成为其主要的发展趋势。

4.1 智能可控光技术

智能可控光技术就是指车内的驾驶人员通过悬浮颗粒装置（SPD）来操控车内室的灯光系统的一项技术。这项技术核心在于在极短的时间内改变天窗玻璃对射入光线的透射率，从而改变汽车内部的光线状态。

在悬浮颗粒装置中，一般需要先安装一个电路系统，通过智能控制改变电压，进而电压能改变SPD膜中的分析排列，从而改变对外部光线的照射，进而调节车内的光线。也就是说，智能可控光技术是通过电路电压改变SPD膜分子结构的排列方式来自动完成天窗广信的调节的。

智能可控光技术的优势比较明显，主要表现在以下几个方面：

（1）天窗光线调节的时间比较短，能够快速完成光线的调节。智能系统利用电压的瞬间改变就完成了天窗玻璃的光线调节，由此可以看出，快速、高效是其最明显的优势。

（2）这项技术能够在天窗安装的时候不占用车内的传统空间，从而使车内的空间更加宽阔，避免汽车天窗带来的空间压迫感，是汽车天窗理念的一次创新。

（3）自发改变外部光线的射入，不仅体现了人性化的设计思路，更能够在最短的时间内保护车内的乘客，从而最大发挥天窗的效用。

（4）这项技术能够通过光线调节来改变车内的热量，从而降低车内空调的耗能，有效节约能源。

智能可控光技术是目前汽车天窗的一项技术亮点，在很多车型的应用上已经趋于成熟。尤其是近几年的时间，我国各个主要的汽车生产商也开始引用这项天窗技术，受到消费者的广泛好评。更重要的是，这项人性化并具有明显环保里面的技术已经广泛应用到办公楼、住宅楼等建筑的玻璃设计和安装上，技术的市场前景十分广阔。

4.2 LED环境照明天窗

随着技术的不断进步，汽车成为人们居家生活中不可或缺的一个重要工具。在在这种现实中，人们对汽车的舒适度和便民性要求提高。LED照明灯在汽车的设计和生产中占据越来越重要的位置，汽车的侧灯、尾灯都开始应用LED灯进行照明，取得了很好的市场反饷。因此，很多汽车生产商开始将LED灯的汽车设计技术应用到汽车天窗的设计中，形成LED环境照明天窗的技术。

LED环境照明天窗的技术原理比较简单，就是用LED灯的必要原件集成安装在天窗玻璃上，并设计一个电子的回路，从而通过电子回路控制LED灯光，不仅起到照明的作用，还十分美观。LED环境照明天窗的技术也是一项具有创新意义的技术举措，将LED灯的简单、实用的性能特点与天窗的位置和功能特征结合在一起，从而实现了汽车天窗上的LED灯光照明。

在这项技术中，安装的过程中需要注意的是LED的元件需要通过粘贴连接或者是内嵌在天窗玻璃的内部，在外部以电线来连接车身的总电路。如果是元件布置在玻璃的周边位置，则需要通过注塑包将其进行紧密封装。这是LED环境照明天窗设计安装的技术要点。

5 结语

综上所述，随着汽车的智能化发展，汽车天窗的技术性能越来越高，电子、材料等先进的技术和材料在天窗中的应用推动汽车产业的不断进步。汽车天窗技术最早产生于欧洲的汽车产业，并伴随着技术创新不断发展，至今已经发展到外滑式天窗、全景式天窗等多种种类。目前，汽车天窗在设计和生产中新技术的应用主要体现在智能可控光技术和LED环境照明技术这两个方向。未来，汽车天窗的技术含量和水平将会进一步提高，也预示着天窗技术将会成为汽车产业竞争的目标之一。