汽車前屏風系統(tǒng)的設計要素解析

汽車前屏風系統(tǒng)的設計要素解析

車身的玻璃和車身的結合是完全協(xié)調和美觀的。前玻璃的設計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，從而達到較低的水平。汽車前擋風玻璃不僅對整車造型美觀性產(chǎn)生影響,而且對乘員安全性、整車風阻系數(shù)、NVH特性等有重要影響,所以前擋風玻璃系統(tǒng)的設計在整車設計過程中有著至關作用。1夾層玻璃內周圈前擋風玻璃系統(tǒng)由底涂、清洗劑、天線、玻璃膠、限位塊、擋膠條、內外飾膠條、前擋風玻璃、內后視鏡底座、釘柱或止動塊、雨量傳感器等構成。目前汽車前擋風玻璃均采用由外層玻璃、中間夾層、內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,夾層上部還可以設計遮陽彩帶。為了遮擋內飾切邊、內后視鏡或雨量傳感器,使顧客目視美觀,也為了保護玻璃膠不被光照暴曬,夾層玻璃內側周圈設計一定寬度的黑色陶瓷釉,即玻璃黑邊。某些主機廠為了涂膠、安裝定位塊方便,還會要求在黑邊上印刷涂膠軌跡線或定位標記。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計避讓缺口。為了弱化顧客視覺突變和包容黑邊制造偏差,還會設計一定寬度、漸變的過渡花點,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,前擋風玻璃系統(tǒng)是較早介入對造型CAS面進行工程分析的系統(tǒng)之一。在設計人員拿到初版造型面之后,需要按照各子系統(tǒng)設計要素對造型進行校核,這一階段的分析結果,往往會對最終整車造型及結構產(chǎn)生較大影響,下面就按照常規(guī)設計流程,對前擋風玻璃系統(tǒng)的設計要素進行解析。2.1第1階段:pds和dcd在開發(fā)初期,主機廠會根據(jù)標桿車、車型市場定位,進行整車產(chǎn)品定義(PDS)和設計概念描述(DCD)、潛在失效模式(DFMEA)編寫。同一車型,根據(jù)不同的市場需求、成本,其配置會有所不同,這都反映在PDS和DCD文件中。車身附件工程師必須對項目組所發(fā)布PDS進行分析,并編制DFMEA和DCD兩份文件,這一階段主要分析內容如下:(1)PDS:玻璃類型、遮光帶、內飾高低配置、頂蓋飾條、雨量傳感器等配置。(2)DCD:描述前擋風玻璃系統(tǒng)結構、對標分析、設計規(guī)范、成本等。(3)DFMEA:通過對過往問題的回顧,避免同樣設計問題在新產(chǎn)品中發(fā)生。2.2前知識密度調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)潛在供應商制造能力,按照制造需求對造型面進行校核,這一階段主要分析內容如下:(1)對玻璃型面進行反射線和高斯曲率分析,反射線可以評估型面是否光順,曲率半徑過小、變化劇烈會影響玻璃的光學特性并導致制造成本加大,所以最小曲率值盡量要大于1000mm且曲率過渡平緩,對于具有特殊功能的玻璃對U向、V向曲率值要求更為嚴格。(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。前擋風玻璃拱高一般技術要求如下: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則有風險,需要與供應商協(xié)商;若A>185mm則必須調整。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則有風險,需要與供應商協(xié)商;若B>19mm則必須調整。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則有風險,需要與供應商協(xié)商。(3)玻璃規(guī)格也有相應要求,玻璃規(guī)格L1XL2不能超過設備制造能力。根據(jù)前擋風玻璃密度約為2.705g/cm3,即可計算出玻璃的總質量。玻璃的總質量直接影響到主機廠總裝車間制造,目前國內大多數(shù)主機廠擋風玻璃裝配還是由兩名工人用吸盤進行操作,玻璃過重會對工人后續(xù)調整玻璃位置產(chǎn)生影響,建議前擋風玻璃總重不超過15kg。(4)在設計初期必須要考慮車輛維修要求,即合理設計前擋風玻璃系統(tǒng)裝配順序。針對不同主機廠還要考慮總裝車間是使用機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,前擋風玻璃邊部會做磨邊處理,如果前擋玻璃邊部屬于裸露邊一般要求供應商按照1#細磨邊,如果不屬于裸露邊可放寬要求為4#倒邊。2.3雨刮后產(chǎn)生的問題前擋風玻璃系統(tǒng)由于直接影響整車空氣動力學特性,還對乘員安全性起重要作用,所以對主要組件性能必須嚴格定義,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)對前擋風玻璃系統(tǒng)要求主要有以下幾點:(1)玻璃越厚聲音透過損失也越大,相關測試結果,在受質量控制的區(qū)域內,表面密度或頻率每增加一倍,隔聲量就會增加6分貝,但玻璃重量越大,成本也相應增加,不符合輕量化設計。目前可通過在中間夾層加入隔音材料來增加隔音效果。而垂直安裝角度會影響空氣流動和聲壓分布,垂直安裝角度越大對NVH提升貢獻率越大,但是角度越大對乘員頭部包絡空間影響越大,而且還會影響駕駛員視覺,且超過60°后,進一步變大角度氣動阻力系數(shù)的降低幅度也不太明顯,所以一般該角度會控制在66°以內。(2)通過增加外飾膠條或整體注塑包邊結構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,建議參照對標車進行設計。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)為了保證刮凈率對刮刷區(qū)域玻璃曲率一般要求最小曲率半徑R≥1500mm。2.4設計要素分析在進行玻璃制造可行性分析的同時,車身附件工程師要協(xié)同鈑金、內外飾、ME、總布置等區(qū)域工程師,根據(jù)初版CAS面進行斷面設計,下面依據(jù)前擋風玻璃系統(tǒng)設計要素,對與前擋風玻璃系統(tǒng)相關的三個典型斷面(斷面位置如圖2所示)進行分析:(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T01A分析,具體設計要素如圖3所示。T01A設計要素及推薦值(mm):(2)下面對T04A(見圖4)與T01A、T07A斷面不同之處進行分析,具體設計要素如下:T04A設計要素及推薦值(mm):(3)除以上常規(guī)斷面形式,一些車型還會在A柱區(qū)域設計擋水條,此類型設計需要關注以下兩點: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。在完成以上設計主斷面后,下一步要對玻璃系統(tǒng)的定位進行詳細設計,并輸出給鈑金設計接口文件,特別注意玻璃黑邊會對整車外觀風格產(chǎn)生影響,需要與造型人員確認。2.5國內玻璃系統(tǒng)法規(guī)對前玻璃在整車設計過程中,法規(guī)校核雖然屬于總布置工作內容,但作為玻璃系統(tǒng)工程師必須知道自己所負責系統(tǒng)的法規(guī)項目,目前對前擋風玻璃系統(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。3導導作用通過對