汽車前屏風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要素解析

汽車前屏風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要素解析

車身的玻璃和車身的結(jié)合是完全協(xié)調(diào)和美觀的。前玻璃的設(shè)計(jì)具有一定的傾斜角度和一定的曲率和光順，可減少氣流的漩渦和殘余流，從而達(dá)到較低的水平。汽車前擋風(fēng)玻璃不僅對(duì)整車造型美觀性產(chǎn)生影響,而且對(duì)乘員安全性、整車風(fēng)阻系數(shù)、NVH特性等有重要影響,所以前擋風(fēng)玻璃系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在整車設(shè)計(jì)過程中有著至關(guān)作用。1夾層玻璃內(nèi)周圈前擋風(fēng)玻璃系統(tǒng)由底涂、清洗劑、天線、玻璃膠、限位塊、擋膠條、內(nèi)外飾膠條、前擋風(fēng)玻璃、內(nèi)后視鏡底座、釘柱或止動(dòng)塊、雨量傳感器等構(gòu)成。目前汽車前擋風(fēng)玻璃均采用由外層玻璃、中間夾層、內(nèi)層玻璃三部分組成的夾層玻璃。中間夾層普遍使用聚乙烯醇縮丁醛(PVB),夾層厚度一般為0.76mm,夾層上部還可以設(shè)計(jì)遮陽(yáng)彩帶。為了遮擋內(nèi)飾切邊、內(nèi)后視鏡或雨量傳感器,使顧客目視美觀,也為了保護(hù)玻璃膠不被光照暴曬,夾層玻璃內(nèi)側(cè)周圈設(shè)計(jì)一定寬度的黑色陶瓷釉,即玻璃黑邊。某些主機(jī)廠為了涂膠、安裝定位塊方便,還會(huì)要求在黑邊上印刷涂膠軌跡線或定位標(biāo)記。有些車型為了滿足雨刮臂的定位或者避讓車身VIN碼,需要在玻璃黑邊上設(shè)計(jì)避讓缺口。為了弱化顧客視覺突變和包容黑邊制造偏差,還會(huì)設(shè)計(jì)一定寬度、漸變的過渡花點(diǎn),即玻璃花邊。2《系統(tǒng)》表1：《系統(tǒng)》規(guī)在整車開發(fā)過程中,前擋風(fēng)玻璃系統(tǒng)是較早介入對(duì)造型CAS面進(jìn)行工程分析的系統(tǒng)之一。在設(shè)計(jì)人員拿到初版造型面之后,需要按照各子系統(tǒng)設(shè)計(jì)要素對(duì)造型進(jìn)行校核,這一階段的分析結(jié)果,往往會(huì)對(duì)最終整車造型及結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響,下面就按照常規(guī)設(shè)計(jì)流程,對(duì)前擋風(fēng)玻璃系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要素進(jìn)行解析。2.1第1階段:pds和dcd在開發(fā)初期,主機(jī)廠會(huì)根據(jù)標(biāo)桿車、車型市場(chǎng)定位,進(jìn)行整車產(chǎn)品定義(PDS)和設(shè)計(jì)概念描述(DCD)、潛在失效模式(DFMEA)編寫。同一車型,根據(jù)不同的市場(chǎng)需求、成本,其配置會(huì)有所不同,這都反映在PDS和DCD文件中。車身附件工程師必須對(duì)項(xiàng)目組所發(fā)布PDS進(jìn)行分析,并編制DFMEA和DCD兩份文件,這一階段主要分析內(nèi)容如下:(1)PDS:玻璃類型、遮光帶、內(nèi)飾高低配置、頂蓋飾條、雨量傳感器等配置。(2)DCD:描述前擋風(fēng)玻璃系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、對(duì)標(biāo)分析、設(shè)計(jì)規(guī)范、成本等。(3)DFMEA:通過對(duì)過往問題的回顧,避免同樣設(shè)計(jì)問題在新產(chǎn)品中發(fā)生。2.2前知識(shí)密度調(diào)控汽車玻璃主要有輥壓成型、自重成型和壓制成型三種成型工藝,車身附件工程師必須要根據(jù)潛在供應(yīng)商制造能力,按照制造需求對(duì)造型面進(jìn)行校核,這一階段主要分析內(nèi)容如下:(1)對(duì)玻璃型面進(jìn)行反射線和高斯曲率分析,反射線可以評(píng)估型面是否光順,曲率半徑過小、變化劇烈會(huì)影響玻璃的光學(xué)特性并導(dǎo)致制造成本加大,所以最小曲率值盡量要大于1000mm且曲率過渡平緩,對(duì)于具有特殊功能的玻璃對(duì)U向、V向曲率值要求更為嚴(yán)格。(2)前擋玻璃拱高要求按位置不同可分為垂直面(Y0)拱高、邊部拱高、水平面拱高三部分,拱高過大則增加玻璃成型難度和成本。如圖1所示。前擋風(fēng)玻璃拱高一般技術(shù)要求如下:一是,水平面最大拱高(與A柱配合最寬處)A:若50mm≤A≤115mm則滿足要求,不需修改;若115mm<A≤185mm則有風(fēng)險(xiǎn),需要與供應(yīng)商協(xié)商;若A>185mm則必須調(diào)整。二是,垂直面最大拱高(球面值)B:若3mm≤B≤15mm則不需修改;若15mm<B≤19mm則有風(fēng)險(xiǎn),需要與供應(yīng)商協(xié)商;若B>19mm則必須調(diào)整。三是,邊部拱高(距邊部100mm處)C:若|B-C|≤5mm則不需修改;若|B-C|>5mm則有風(fēng)險(xiǎn),需要與供應(yīng)商協(xié)商。(3)玻璃規(guī)格也有相應(yīng)要求,玻璃規(guī)格L1XL2不能超過設(shè)備制造能力。根據(jù)前擋風(fēng)玻璃密度約為2.705g/cm3,即可計(jì)算出玻璃的總質(zhì)量。玻璃的總質(zhì)量直接影響到主機(jī)廠總裝車間制造,目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)主機(jī)廠擋風(fēng)玻璃裝配還是由兩名工人用吸盤進(jìn)行操作,玻璃過重會(huì)對(duì)工人后續(xù)調(diào)整玻璃位置產(chǎn)生影響,建議前擋風(fēng)玻璃總重不超過15kg。(4)在設(shè)計(jì)初期必須要考慮車輛維修要求,即合理設(shè)計(jì)前擋風(fēng)玻璃系統(tǒng)裝配順序。針對(duì)不同主機(jī)廠還要考慮總裝車間是使用機(jī)器人涂膠還是人工涂膠,人工涂膠除了需要考慮人工涂膠偏差較大外,還得考慮工人涂膠便利性。(5)車身附件工程師必須對(duì)常用玻璃裝配工具有所了解,常見裝配工具如膠槍、真空吸盤等。(6)為了消除玻璃毛邊裂紋等,前擋風(fēng)玻璃邊部會(huì)做磨邊處理,如果前擋玻璃邊部屬于裸露邊一般要求供應(yīng)商按照1#細(xì)磨邊,如果不屬于裸露邊可放寬要求為4#倒邊。2.3雨刮后產(chǎn)生的問題前擋風(fēng)玻璃系統(tǒng)由于直接影響整車空氣動(dòng)力學(xué)特性,還對(duì)乘員安全性起重要作用,所以對(duì)主要組件性能必須嚴(yán)格定義,主要組件的性能參數(shù)如底涂與玻璃膠接觸區(qū)域均勻涂覆,寬度至少10.0mm;釘柱粘接剪切力(常溫、高溫、低溫)至少80N;玻璃膠軌跡最小轉(zhuǎn)角R最小20mm,壓縮后最小寬度≥9.6mm;FMVSS要求汽車以100km/h速度與混凝土墻碰撞,車窗玻璃的粘接完整率必須在75%以上。除以上要求外,NVH、雨刮系統(tǒng)對(duì)前擋風(fēng)玻璃系統(tǒng)要求主要有以下幾點(diǎn):(1)玻璃越厚聲音透過損失也越大,相關(guān)測(cè)試結(jié)果,在受質(zhì)量控制的區(qū)域內(nèi),表面密度或頻率每增加一倍,隔聲量就會(huì)增加6分貝,但玻璃重量越大,成本也相應(yīng)增加,不符合輕量化設(shè)計(jì)。目前可通過在中間夾層加入隔音材料來增加隔音效果。而垂直安裝角度會(huì)影響空氣流動(dòng)和聲壓分布,垂直安裝角度越大對(duì)NVH提升貢獻(xiàn)率越大,但是角度越大對(duì)乘員頭部包絡(luò)空間影響越大,而且還會(huì)影響駕駛員視覺,且超過60°后,進(jìn)一步變大角度氣動(dòng)阻力系數(shù)的降低幅度也不太明顯,所以一般該角度會(huì)控制在66°以內(nèi)。(2)通過增加外飾膠條或整體注塑包邊結(jié)構(gòu)可以有效地消除高速行駛中的噪聲,但是要特別注意外飾膠條與頂蓋飾條、上安裝板飾板的搭接區(qū)域,建議參照對(duì)標(biāo)車進(jìn)行設(shè)計(jì)。外飾膠條在頂蓋與A柱搭接處容易發(fā)生卷邊,該問題可通過膠條接角或要求造型圓角R≥90mm來解決。(3)雨刮系統(tǒng)為了保證刮凈率對(duì)刮刷區(qū)域玻璃曲率一般要求最小曲率半徑R≥1500mm。2.4設(shè)計(jì)要素分析在進(jìn)行玻璃制造可行性分析的同時(shí),車身附件工程師要協(xié)同鈑金、內(nèi)外飾、ME、總布置等區(qū)域工程師,根據(jù)初版CAS面進(jìn)行斷面設(shè)計(jì),下面依據(jù)前擋風(fēng)玻璃系統(tǒng)設(shè)計(jì)要素,對(duì)與前擋風(fēng)玻璃系統(tǒng)相關(guān)的三個(gè)典型斷面(斷面位置如圖2所示)進(jìn)行分析:(1)下面為常見T01A典型斷面,因T07A與T01A斷面類似,故本文僅針對(duì)T01A分析,具體設(shè)計(jì)要素如圖3所示。T01A設(shè)計(jì)要素及推薦值(mm):(2)下面對(duì)T04A(見圖4)與T01A、T07A斷面不同之處進(jìn)行分析,具體設(shè)計(jì)要素如下:T04A設(shè)計(jì)要素及推薦值(mm):(3)除以上常規(guī)斷面形式,一些車型還會(huì)在A柱區(qū)域設(shè)計(jì)擋水條,此類型設(shè)計(jì)需要關(guān)注以下兩點(diǎn):第一,玻璃與擋水條距離至少3.0mm;第二,玻璃與玻璃安裝面重合寬度至少15.0mm。在完成以上設(shè)計(jì)主斷面后,下一步要對(duì)玻璃系統(tǒng)的定位進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì),并輸出給鈑金設(shè)計(jì)接口文件,特別注意玻璃黑邊會(huì)對(duì)整車外觀風(fēng)格產(chǎn)生影響,需要與造型人員確認(rèn)。2.5國(guó)內(nèi)玻璃系統(tǒng)法規(guī)對(duì)前玻璃在整車設(shè)計(jì)過程中,法規(guī)校核雖然屬于總布置工作內(nèi)容,但作為玻璃系統(tǒng)工程師必須知道自己所負(fù)責(zé)系統(tǒng)的法規(guī)項(xiàng)目,目前對(duì)前擋風(fēng)玻璃系統(tǒng)法規(guī)校核主要有前方視野、雨刮器刮刷面積、除霜和除霧系統(tǒng)要求三大項(xiàng)。3導(dǎo)導(dǎo)作用通過對(duì)