汽車玻璃設計與發展研究

趙林平，盧生林，程源，王艷青，陳強

(奇瑞汽車股份有限公司，安徽蕪湖 241009)

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汽車玻璃設計與發展研究

趙林平，盧生林，程源，王艷青，陳強

(奇瑞汽車股份有限公司，安徽蕪湖 241009)

汽車設計是一個復雜的系統性工作，它不僅要考慮整車造型的時尚因素，又要考慮單個零件的工藝可行性及功能可靠。玻璃作為汽車的法規零件，從汽車造型設計到玻璃零件的設計，每一步都可能影響玻璃的性能。以汽車設計為主線，介紹汽車玻璃每個階段需要注意的事項，以確保玻璃能有更好的性能。

汽車設計；玻璃；性能

0 引言

2015年1月12日，中國汽車工業協會在北京發布2014年汽車業銷售數據。2014年，中國汽車產銷量分別達到2 372.29萬輛和2 349.19萬輛，同比增長7.26%和6.86%，再度問鼎全球第一大汽車銷售市場冠軍。2015年，中國汽車增速將與2014年基本持平，保持在7%左右，而車市總銷量將有望突破2 500萬輛。

汽車玻璃作為汽車重要的零部件，占汽車總質量的3%左右，主要用于新車制造市場和維修市場，因此汽車玻璃的需求與汽車產銷量和保有量密切相關。隨著近年來中國汽車工業的高速發展，中國汽車玻璃行業的市場需求量以同樣與較高的速度增長。

在當代汽車設計中，玻璃的造型直接影響了整車的造型。很多汽車，為了乘客的舒適性，更是大面積地使用了玻璃材料，采用全景天窗設計、雙天窗設計等。這些設計一方面要求玻璃有很好的機械性能，又對玻璃光學性能的要求越來越高。

玻璃新技術的發展和應用，已經很大程度上推動了汽車玻璃的大面積使用，而汽車玻璃在汽車上的大面積使用，也對汽車玻璃提出了更高的要求。

1 汽車玻璃分類

汽車安全玻璃分類方法一般有兩種：一種是按照玻璃在整車上的安裝位置進行分類，一種是按照工藝進行分類。

1.1 按照安裝位置分類

按照安裝位置汽車安全玻璃可劃分為前風擋玻璃(前風窗玻璃)、側窗玻璃、后風擋玻璃等。具體位置見圖1。

圖1 汽車安全玻璃具體位置示意圖

1.2 按照工藝分類

汽車安全玻璃按照工藝可分為夾層玻璃、鋼化玻璃、區域鋼化玻璃、中空安全玻璃、塑玻復合材料等。不同工藝的玻璃優缺點及常用的位置見表1。

表1 常用汽車安全玻璃的優缺點

2 汽車玻璃的設計

2.1 整車立項階段

不同的車型對玻璃的要求不同，一般沒有特殊要求的車型通常采用普通的綠色玻璃，鋼化玻璃厚度也是最常用的3.2～3.5mm，夾層玻璃通常是4.76～5.76mm。要根據競爭車型以及整車價格來確定采用什么樣的玻璃。

另外整車立項階段要根據開發的車型定位，對玻璃的配置進行分析，玻璃的配置在很大程度上影響了玻璃的價格。目前市場上常用的玻璃為普通綠色玻璃，中高端車型有部分車型采用吸熱綠色玻璃，高端車型前風擋玻璃部分車型采用隔音隔熱玻璃等，商務車型有部分采用隱私或者灰色玻璃等?？梢愿鶕袌鲂枰统杀具M行玻璃配置的選擇。

2.2 造型階段的玻璃設計

造型階段的設計主要是指從整車草圖設計開始，到整車A面凍結的過程，在這個階段有一定的工程設計內容。對于玻璃來說，主要是考慮玻璃的造型和整車的造型需要，同時要考慮玻璃的使用面積以及生產加工的難度。

2.2.1 草圖設計階段

草圖設計階段針對玻璃的考慮較少，主要是根據設計師的構想，對整車的造型進行設計。

當然造型設計師也要跟產品工程師進行溝通，明確哪些外觀是采用玻璃的，以便產品工程師對產品的可行性進行簡單的分析。根據車型的定位，對玻璃的成本進行分析，并提出是否更改的建議。

2.2.2 典型斷面設計階段

對于玻璃來說，典型斷面的設計非常重要，該設計工作決定了玻璃的厚度、與鈑金的配合等因素，不僅影響玻璃本身，同時影響玻璃周邊的零件設計。

前風擋、后風擋粘接玻璃斷面設計時要考慮玻璃的定位裝置、玻璃與鈑金的間隙、與頂棚及立柱護板以及前風擋下裝飾板等零件的配合方式等。

在整車的布置圖中，也要考慮玻璃的視野等方面的要求。例如前風擋玻璃黑邊的設計是否滿足法規的要求等，上、下視野等人機方面是否滿足要求等。

2.2.3A面設計階段

對于玻璃的設計來說，A面設計階段主要工作是根據典型斷面的設計、整車造型的CAS面來調整玻璃的曲面，滿足整車A面的要求。同時要考慮玻璃附件的外觀設計。例如玻璃周邊包邊膠條的設計、與鈑金的配合等因素，不僅影響玻璃本身，同時影響玻璃周邊的零件設計。

2.3 工程設計階段的玻璃設計

玻璃本身并沒有復雜的結構，所以在工程設計階段，主要的設計工作是玻璃上附件的設計以及玻璃周邊零件配合的設計。文中主要從玻璃與周邊鈑金的配合設計、周邊內飾零件的設計、玻璃本身附件的設計3個方面進行簡單描述。

2.3.1 玻璃與周邊鈑金的設計

玻璃與鈑金的配合主要是要考慮粘接玻璃(通過玻璃膠把玻璃粘接到車身上的玻璃)與鈑金之間的配合。如圖2所示，玻璃與鈑金要保證足夠的間隙a，同時考慮到公差的積累，玻璃與鈑金要有一定的面差b,以保證外觀。

圖2 玻璃與鈑金配合示意圖

為了使玻璃裝配得美觀、更好地吸收裝配誤差，可以在玻璃的周邊設計包邊，具體包邊的設計可以參考后文進行。在安裝玻璃時，為了保證玻璃的安裝位置，也通常在玻璃打膠的位置設計一個限位塊，以保證玻璃與鈑金之間的間隙。

2.3.2 玻璃與周邊內飾零件的設計

玻璃與周邊零件的配合，主要包括玻璃與立柱護板的配合設計、玻璃與頂棚的配合設計、前風擋玻璃與風擋下裝飾板的設計等。

護板與玻璃的配合示意圖如圖3所示，為了保證護板與鈑金不干涉，在設計時，護板距離鈑金止口一般有一定的間隙a。但是如果間隙太大，護板就會占用更大的空間，如果是在前風擋玻璃的設計中，就會影響A柱障礙角，影響視野。后風擋設計也會對視野造成一定的影響。為了保證護板與玻璃不發生干涉，通常設計足夠間隙b。

圖3 玻璃與護板配合示意圖

2.3.3 玻璃本身附件的設計

2.3.3.1 玻璃的磨邊設計

玻璃的磨邊設計通常有光滑邊、倒圓角、倒角幾種設計方式,示意圖見表2。

表2 玻璃磨邊型式

在通常情況下，裸露在外的玻璃邊以及運動玻璃邊通常設計成光滑邊。這種邊不僅更有利于玻璃滑動，而且有比較好的外觀，并不會因玻璃掰邊留下的快口傷人。圓角邊以及倒角邊通常用在不可見的玻璃邊部設計，例如包邊覆蓋邊部前后風擋的設計，以及有一體注塑包邊的側窗玻璃設計。

2.3.3.2 玻璃的包邊設計

一般情況下，前后風擋玻璃的兩側及上部均有包邊，包邊的型式按照包邊的結構來說有3種：一邊包邊、兩邊包邊、三邊包邊，包邊型式見表3。

表3 玻璃包邊型式

2.3.3.3 玻璃的定位裝置設計

玻璃的定位通常是用定位銷實現，一般情況下是在玻璃的上段粘接定位銷，定位銷通常采用雙面膠帶粘接、玻璃膠粘接、直接注塑等方式等。

2.3.3.4 后風擋加熱絲的設計

后風擋加熱絲是后風擋上最常見的配置，它的作用是在冬天，能通過電阻絲加熱，實現后風擋的除霜、除霧、除冰雪。

后風擋加熱絲的功率可以參考建材的行業標準按400～450W/m2進行設計，加熱絲的間距通常為25～30mm，加熱絲兩側的母線寬度盡量設計為15mm左右。

另外加熱絲母線盡量設計在玻璃黑邊內，避免透過玻璃能看見后風擋玻璃的加熱絲母線，影響外觀。加熱絲母線設計不要跟打膠軌跡線干涉，避免長期使用，玻璃膠在高溫作用下會老化。

2.3.3.5 玻璃上孔的設計

在很多玻璃上通常有孔的設計，例如滑動玻璃通常設計孔來實現玻璃與玻璃升降機構的聯結、兩廂車后風擋通常設計雨刮過孔等。

在這些孔的設計中，一定要根據供應商常用的鉆頭進行設計，特別是鋼化玻璃孔的設計一定要適中，既要保證雨刮等零件的正常工作，又不能太大。因為在玻璃鋼化的時候，孔的周邊會存在比較集中的應力，易導致玻璃自爆，無法正常工作。為降低由于開孔造成的應力問題，降低鋼化玻璃因為開孔產生自爆的可能性，要盡量保證開孔的邊部距離玻璃邊緣最好2倍孔的直徑以上。開孔示意圖如圖4所示。

3 玻璃新技術及發展趨勢研究

3.1 新技術應用

汽車的發展對汽車玻璃的發展起到決定性的作用，目前汽車玻璃的發展可以簡單概括為：玻璃越來越大，形狀越來越復雜，質量越來越輕，透光度越來越高，安全性越來越好。

3.1.1 太陽能控制玻璃

這種玻璃是在PVB上鍍一層膜，可以對太陽光的紅外線以及紫外線進行反射，避免太陽光對汽車內飾零件的傷害，同時在天氣炎熱的夏天，更有效地對車內環境進行保溫，減少空調的使用時間，節能環保，通常稱之為熱反射玻璃。太陽能控制玻璃的熱反射原理可以參照圖5。

圖5 太陽能控制玻璃原理示意圖

3.1.2 隔音隔熱夾層玻璃

為了提高舒適性，前風擋玻璃與側窗甚至后風擋可以考慮用夾層玻璃，夾層玻璃的隔熱、隔音效果都明顯高于普通的鋼化玻璃。目前市場上有一種特制的PVB膠片，它與普通的PVB膠片對比，能把夾層玻璃的隔音效果提高30%。圖6為某公司開發的隔音PVB膜的參數，最大能降低5dB。目前市場上有很多車型采用了隔音膠片，比較常見的車型有豐田汽車普銳斯、卡羅拉，通用汽車凱迪拉克、邁巴赫等。

圖6 隔音膠片與普通膠片對比圖(溫度20 ℃)

隔熱膠片也是最近幾年新開出來的膠片之一，通過在膠片內部增加隔熱微?？课仗柟鈨鹊募t外線來實現隔熱功能的。圖7是某公司隔熱膠片與一般膠片的隔熱性能對比圖。隔熱膠片相對一般PVB膠片來說，有效降低了紅外線的透過率，而紅外線是主要的熱量來源，故可以有效降低車內溫度，起到節能環保的功能。更能有效地吸收人們感覺灼熱的1 300～1 800nm長的紅外線。

圖7 隔熱膠片與普通膠片對比圖

某公司曾經做了一個測試：在太陽光下，對采用隔熱膠片和普通膠片兩種車型的方向盤溫度進行測量，如圖8所示，停車20～50min，溫度相差10 ℃左右。在目前市場上，常見的車型有采用隔熱膠片的有長安鈴木雨燕、神龍汽車畢加索、標致307等。

圖8 隔熱膠片與普通膠片方向盤溫度對比圖

3.2 發展趨勢

隨著汽車的發展，對汽車玻璃提出了更高的要求，綜合來看，汽車玻璃的發展可以用更安全、更輕量、更舒適來概括。

更安全，除了體現在PVB的發展外，還可以采用4層夾層玻璃，即在夾層玻璃的內表面附加上一層厚的聚氨基甲酸酯膜。附加層是一種透明、柔軟、高強度、高彈性并且能自動修復的特殊塑料，當駕駛員頭部撞擊到玻璃內表面時，附加層具有良好的緩沖作用，能大大提高安全性。

采用塑玻復合材料做為汽車的前風擋玻璃，因內部有一層塑料，在碰撞的過程中，前排乘客與前風擋撞擊時，塑料會發生變形，吸收一定的能量，減少對乘客的傷害。

還有一些其他的技術，可以間接提高安全性能。例如前風擋夾絲技術，該技術主要是在前風擋兩層玻璃之間夾鎢絲，寒冷的冬天在車高速行駛時玻璃上結霜，前風擋玻璃中間的鎢絲在通電情況下，能夠產生熱量，除去霜層，以保證行車安全。

更輕量，主要體現在滿足整車性能及玻璃本身的性能要求外，減薄夾層玻璃中每片玻璃的厚度。比如將3mm玻璃減薄到2.0～2.3mm，這樣質量可以減輕20%～30%。但是由于玻璃的性能參數跟玻璃的厚度有直接的關系，在整車要求比較高的情況下，通常采用光學性能比較好的玻璃，例如：太陽能控制玻璃等，以達到輕量化的最終目的。

另外采用塑玻復合材料，也能降低夾層玻璃的質量。這種玻璃通常采用玻璃與聚碳酸酯夾層制造。玻璃的質量能降低30%～50%。但是目前該項技術存在很多風險，例如對塑料材料的高低溫老化等性能有著非常高的要求。這種技術也存在成本高的問題，只有少量高檔車上使用。

更舒適，除了體現在抬頭顯示系統、智能玻璃、隔音隔熱膠片、熱反射玻璃等新技術應用外，一些雨量傳感器玻璃的使用、高速電子收費系統的應用等，都體現了更人性化、更方便，為駕駛員及乘客提供一個更舒適的駕乘環境。

4 總結

在汽車的設計中，玻璃的設計只是很少的一部分。在設計中，除了配合的厚度以及配置的選擇外，玻璃與周邊零件的配合、玻璃的安裝定位方式也非常重要。要根據整車的實際情況，進行合理的設計和優化，要確保外觀美觀，又要保證玻璃的功能正常。

玻璃的發展趨勢，很多人概括為面積越來越大、造型越來越復雜、安全性越來越高。但是總的來看，作者認為主要的發展趨勢可以概括為更安全、更安靜、更舒適 、更環保。玻璃的發展和汽車的發展互相促進。

【1】石新勇.安全玻璃[M].北京：化學工業出版社，2006:141-150.

【2】魏昆鵬.從設計角度減少鋼化玻璃自爆的方法探討[C]//汽車內外飾產品及新材料國際研討會,2009:161-164.

【3】辛崇飛.節能環保形勢下Solar-X熱反射汽車夾層玻璃的研制和市場前景[C]// 汽車內外飾產品及新材料國際研討會，2009:179-181.

【4】GB9656-2003 汽車安全玻璃國家標準[S].

【5】JC/T672-1997 汽車后窗加熱玻璃[S].

【6】GB11562 汽車駕駛員前方視野要求及測量方法[S].

ResearchofAutomobileGlassDesignandDevelopment

ZHAOLinping,LUShenglin,CHENGYuan,WANGYanqing,CHENQiang

(CheryAutomobileCo.,Ltd.,WuhuAnhui241009,China)

Automobiledesignisanelaboratework，thestylingofthemodelisnotonlytallywiththemode,butalsoallpartscanbemadeandhavenormalfunctions．Theglassislawpart，theprocessdesignoftheglassisveryimportant,becauseitmayaffectthecapabilityofautomobileglass．Takingdesignofautomobileasmainline,thenoticesindifferentdesignphaseofautomobileglassweredescribedtoinsurethattheautomobileglasshadgoodcapability．

Automobiledesign；Glass；Capability

2015-11-29

趙林平(1981-)，女，本科，研究方向為項目管理。E-mail:zhaolinping@mychery.com。

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