一种汽车前风挡玻璃及其前风挡玻璃造型型面校核标准方法

摘要

本发明提供一种汽车前风挡玻璃及其前风挡玻璃造型型面校核标准方法，包括：前风挡玻璃，其特征在于，所述汽车前风挡玻璃由位于外层的绿玻，位于中间夹层的PVB薄膜和位于内层的高铝硅玻璃组成，汽车前风挡玻璃造型型面校核标准方法包括：步骤S1：前风挡玻璃规格尺寸的校核；步骤S2：前风挡玻璃拱高的测量；步骤S3：前风挡玻璃的曲率测量；步骤S4：前风挡玻璃的九点球面确定；步骤S5：前风挡玻璃的装车角度确定。本发明的优点是：够准确、高效的为汽车前风挡玻璃设计及后期成型提供准确的校核，让设计者在设计阶段就能够掌握造型型面的影响，提出校核技术指标点分别为尺寸、拱高、曲率、九点球面和装车角并且给出相应的经验参考值。

说明书

技术领域

本发明涉及汽车玻璃技术领域，更为具体地，涉及一种汽车前风挡玻璃及其前风挡玻璃造型型面校核标准方法。

背景技术

众所周知，最早的汽车设计者是没有考虑为汽车设计风挡玻璃的，那么为了防止行车过程中飞沙及昆虫对驾驶员的影响，驾驶员往往需要戴护目镜。可是，随着车速的提升，护目镜已经难以达到防风避沙的功能了，尤其是对脸部的保护。于是在上世纪二十年代，设计者们就开始在汽车上加装玻璃以期达到挡风的目的，这就是最原始的汽车前挡风玻璃。受到当时科技水平的限制，汽车前挡风玻璃就是普通的平板玻璃经过简单机械加工制作而成。这种前风挡玻璃的弊病就是不仅会对驾驶员视野光线造成影响，而且在发生事故破碎后还会对受伤人员造成严重的二次伤害。因此，研发人员对汽车前风挡玻璃的优化设计一直在探索中。

随着现代科技的进步和现代工业的迅猛发展，如今汽车的各项性能已经得到了质的飞跃。伴随着路况的改善和车速的进一步提升，人们对于汽车安全性能、操控性能、舒适度及美观性的需求也日益提升。其中汽车安全玻璃的重要性也逐渐受到人们的重视，尤其汽车前风挡玻璃的设计不仅要保障足够的安全性能，而且更应该体现出现代人的审美风格以及智能化的影子。目前，有报道称作为汽车被动安全设施之一和外观零件的汽车安全玻璃已经占汽车总质量的百分之三。而且随着中国汽车工业和中国汽车玻璃行业的技术提升，在当下的汽车设计中，设计者们更是最大限度的使用汽车安全玻璃以期达到消费者的审美需求。这样一来汽车安全玻璃的表面积约占汽车总面积的三分之一甚至更多。这一设计理念在全景天窗的设计、双天窗的设计及大板面汽车前风挡玻璃的设计等设计中均有很好的体现。

作为在汽车安全玻璃中设计复杂、工艺严格、技术先进的汽车前挡风玻璃从问世到至今一直备受研究者的青睐，这不仅因为其技术水平高、加工装配难度大，更因其是行车安全的重要防护措施之一。目前，汽车前风挡玻璃选材主要以夹层玻璃为主。对于夹层玻璃而言玻璃原片的选择以及中间夹层材料的改性直接影响到自身性能。目前市场上汽车前风挡玻璃常采用绿玻+PVB(聚乙烯醇缩丁醛)+白玻的结构，对于白玻与绿玻一般选取钠钙硅玻璃，其原片经过切割、掰边、磨边、洗涤烘干、配片、烘弯、合片、高温高压和终检等步骤制成满足尺寸形状，符合光学性能和机械性能相关要求的前风挡玻璃。对于夹层材料而言，人们对其研究也一直在进行着。有研究表明经过对PVB材料的微观改性不仅能增强整个夹层玻璃的机械强度，亦能赋予其新的功能。比如通过调控PVB分子链中的-OH基团的数量，可以达到低温降噪的目的；采用多层叠加的结构，可以让PVB在降噪的同时又能优化其力学性能与机械强度。除了对汽车夹层玻璃材料的改性研究之外，设计者对前风挡玻璃的造型设计也一直在改善与探索中。如今的汽车前挡风玻璃已经做成具有一定曲率的整幅式大曲面型。因此在汽车前风挡玻璃设计中拱高、球面、最小曲率、厚度、中高等均会决定着前风挡玻璃在成型阶段能否成型。可是目前，并没有统一标准对汽车前风挡玻璃造型型面设计进行准确的校核评估，这对前风挡玻璃的前期造型设计及后期成型工艺造成了极大的困扰。

随着科技的发展，汽车前风挡玻璃更加追求功能化、安全化、轻量化，造型尺寸也向着科学化、符合流体力学要求方向发展。为满足这些要求，不得不对汽车前风挡玻璃已有的设计参数进行调控，这一改变便使前风挡玻璃的设计面临着新的挑战。因此，能够提出汽车前风挡玻璃造型型面校核标准并且通过优化设计使其轻量化，对汽车安全玻璃行业和中国汽车工业的发展都具有积极的推动作用。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种汽车前风挡玻璃及其前风挡玻璃造型型面校核标准方法，用于制造一款较薄的、轻量化的前风挡玻璃，以及，提出一种汽车前风挡玻璃造型型面校核标准，以克服上述现有技术的不足。

本发明提供的汽车前风挡玻璃包括：前风挡玻璃，所做的改进是，所述汽车前风挡玻璃由位于外层的绿玻，位于中间夹层的PVB薄膜和位于内层的高铝硅玻璃组成，其中，所述绿玻选用厚度为2.0mm，所述PVB薄膜选用厚度为 0.76mm，所述高铝硅玻璃选用厚度为1.2mm，所述前风挡玻璃四周黑边布置区域要满足每根A柱的障碍角≤6°，所述前风挡玻璃四周黑边的覆盖宽度≥5mm，所述前风挡玻璃于四周黑边的间隙≥3mm，所述前风挡玻璃倾斜角控制在32° -34°。

作为优选，所述汽车前风挡玻璃的厚度为3.96mm，所述前风挡玻璃的板面的尺寸为长×宽为1509.9321mm×1069.1514mm。

作为优选，所述前风挡玻璃的车前风挡玻璃系统由底涂、清洗、天线、玻璃胶、限位块、挡胶条、内外饰胶条、前挡风玻璃、内后视镜底座、钉柱或止动块、雨量传感器等构成。

本发明另一个目的是提供一种制造汽车前风挡玻璃的方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：前风挡玻璃的型式设计；

通过对前风挡玻璃进行尺寸设计，所述前风挡玻璃的板面的尺寸为长×宽为1509.9321mm×1069.1514mm；所述汽车前风挡玻璃的厚度为3.96mm；

步骤S2：汽车前风挡夹层玻璃结构设计；

最外层原片选用为传统汽车前风挡玻璃所用的2.0mm绿玻，该玻璃的光学性能良好，其可见光透过率为80％。选用这种玻璃除了因其机械性能及光学性能满足要求外，还有个重要因素就是它能够减少眩光并且吸收部分热量以避免因为眩目给驾驶者带来危险，同时还能够在阳光充足的时候为车内带来一些荫凉；夹层材料仍然选择0.76mm的PVB材料；因为PVB薄膜在同类材料中其粘弹性很好，选用这种材料制作的夹层玻璃在遭到外力破坏时玻璃碎片仍能够紧密的粘在PVB薄膜上，这有效的解决了玻璃这种脆性材料破碎后残片易飞溅、易导致二次伤害的缺点；而且用PVB作为夹层材料的夹层玻璃可以有效的缓解外力入侵，还会使玻璃在破裂时裂纹集中，以至于给驾驶员在事故中提一个良好的视野；最内层材料则选择用1.2mm的高铝硅玻璃代替2.0mm的钠钙硅玻璃；

步骤S3：前风挡玻璃造型阶段设计；

步骤S31：设计前风窗玻璃的透明区域，以符合驾驶员视野要求；

步骤S32：设计黑边布置区域，以满足每根A柱的障碍角不能大于6度；

步骤S33：设计前风挡玻璃倾斜角控制在32°-34°范围内，以保证安全；

步骤S34：对内后视镜底座黑边进行控制，防止前风挡玻璃在加工的过程中变形；

步骤S35：控制前风挡玻璃四周黑边的覆盖宽度要达到5mm以上；

步骤S36：控制前风挡玻璃于四周的间隙要保证在3mm以上。

本发明另一个目的是提供一种汽车前风挡玻璃造型型面校核标准方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：前风挡玻璃规格尺寸的校核；

利用CATIA软件进行规格尺寸的校核，其中，利用CATIA软件进行汽车前风挡玻璃零件数模建立后，打开零件数模，然后选取测量工具进行尺寸测量，尺寸的测量除了对设备有帮助外，还可以进行成型工艺的选择，不同的成型工艺所需要的成本也不相同；当尺寸控制在长1600mm×宽900mm左右时，建议选择高温熔压成型；

步骤S2：前风挡玻璃拱高的测量；

利用CATIA软件在前风挡玻璃玻璃设计过程中对拱高进行测量，其中，对拱高一般控制在50mm到115mm之间，当拱高在115mm到185mm之间，由于玻璃是脆性材料，拱高过大会使加工后的前风挡玻璃应力集中从而强度减低甚至会有自爆的危险；当拱高大于185mm则会很危险甚至不能成型；所述前风挡玻璃玻璃的拱高是指沿着风挡玻璃主曲方向，截出若干玻璃截面，在这一系列的截面中，其中最长弦线与所在截面内玻璃面的最大距离称为玻璃的拱高；

步骤S3：前风挡玻璃的曲率测量；

利用CATIA软件对前风挡玻璃设计中的曲率半径进行测量，通过CATIA软件进行观察前风挡玻璃每个部分的曲率半径值；其中，汽车前风挡玻璃的最小曲率半径≥700mm；对于有特殊要求的汽车前风挡玻璃，可以在经验值左右进行调整来达到设计所需要的目标曲率半径值；所述对前风挡玻璃的曲率半径用于评价玻璃型面的反射线和高斯曲率，以及，评价玻璃是否光顺；

步骤S4：前风挡玻璃的九点球面确定；

利用CATIA软件对前风挡玻璃设计中的九点球面进行确定，在汽车前风挡玻璃设计以及后期加工生产的过程中，通过CATIA软件确定九点球面，九点球面的把控非常重要，球面值不宜过大否则可能因为玻璃型面太凸出而无法成型，甚至面临着自爆的风险，尤其以中间点的球面值最为关键，不易过大尽量保证平面形状；中间三点的球面经验值控制在38.50mm-40.90mm，公差值为±2.5mm 之间；其中，汽车前风挡玻璃的球面是指以汽车玻璃纵向轴线为基准线，左右距离轴线各220mm左右平行轴线画做基础线，然后以横向轴线为基准线，最后在平行横向轴线并且距离横向轴线500mm左右绘制上下两条基准线，横纵基准线的交点即为所要测量球面度的九点；

步骤S5：前风挡玻璃的装车角度确定

利用CATIA软件对前风挡玻璃装车角度设计进行测量，并将前风挡玻璃设计成倾斜状，这样就会降低风阻再结合流线型的车身设计，就会将风阻降到最小化，还有个重要因素就是这样设计可以降低在发生事故时对人脑的损伤，其中，装车角度的存在主要是为避免由于“镜面成像效应”而影响驾驶员的视觉判断。

作为优选，所述前风挡玻璃的尺寸为1509.9321mm×1069.1514mm；拱高为90.895mm；曲率半径最小值为735.1mm；九点球面最大值为40.45mm；装车角为 32deg，上述指标点均满足经验值，可以进行加工生产。

本发明的优点及积极效果是：

1、本发明能够准确、高效的为汽车前风挡玻璃设计及后期成型提供准确的校核，让设计者在设计阶段就能够掌握造型型面的影响，提出校核技术指标点分别为尺寸、拱高、曲率、九点球面和装车角并且给出相应的经验参考值。

2、本发明经过对高铝硅玻璃进行了离子交换强化处理后，再结合高铝硅玻璃和钠钙硅玻璃的折射率、可见光透过率、抗压强度和抗折强度的数据模拟分析，发现可以用1.2mm的高铝硅玻璃代替2.0mm的钠钙硅玻璃作为汽车前风挡夹层玻璃的内层玻璃原片，这样在保证机械强度和光学性能的同时又做到了轻量化的目的。

3.本发明通过计算可以发现，以某车型的汽车前风挡玻璃为例，虽然价格较贵，但是在改用轻量化设计的前风挡玻璃后比原来每公里降低油耗0.018L。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为现有汽车前风挡玻璃结构分解图。

图2为根据本发明实施例的汽车前风挡玻璃结构示意图。

图3为图2的A-A放大图。

图4为根据本发明实施例的高铝硅玻璃、钠钙硅玻璃及国标的折射率对比图。

图5为根据本发明实施例的高铝硅玻璃、钠钙硅玻璃及国标的可见光透过率图。

图6为根据本发明实施例的高铝硅玻璃和钠钙硅玻璃抗压。

图7为根据本发明实施例的高铝硅玻璃和钠钙硅玻璃抗折强度曲线。

其中的附图标记包括：前风挡玻璃1、绿玻101、PVB薄膜102、高铝硅玻璃103。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。

实施例1

参阅图2-3，本发明提供的汽车前风挡玻璃包括：前风挡玻璃1，所述汽车前风挡玻璃1由位于外层的绿玻101，位于中间夹层的PVB薄膜102和位于内层的高铝硅玻璃103组成，其中，所述绿玻101选用厚度为2.0mm，所述PVB薄膜 102选用厚度为0.76mm，所述高铝硅玻璃103选用厚度为1.2mm，所述前风挡玻璃1四周黑边布置区域要满足每根A柱的障碍角≤6°，所述前风挡玻璃1四周黑边的覆盖宽度≥5mm，所述前风挡玻璃1于四周黑边的间隙≥3mm，所述前风挡玻璃1倾斜角控制在32°-34°。

本实施例中的汽车前风挡玻璃1的厚度为3.96mm，所述前风挡玻璃1的板面的尺寸为长×宽为1509.9321mm×1069.1514mm。

本实施例中的前风挡玻璃1的车前风挡玻璃系统由底涂、清洗、天线、玻璃胶、限位块、挡胶条、内外饰胶条、前挡风玻璃、内后视镜底座、钉柱或止动块、雨量传感器等构成。

实施例2

参阅图1可知，目前汽车前风挡玻璃1的内层玻璃原片为白玻(大部分为普通的钠钙硅玻璃)，当其作为汽车玻璃使用时为了达到相应的机械性能就必须增加其厚度。为了使汽车玻璃轻量化，就必须获得一种质量轻、强度高的玻璃来代替白玻。高铝硅玻璃103中由于Al2O3在玻璃结构中都是以铝氧四面体AlO4 结构的形式存在，这种结构的突出优点就是修补了玻璃网络结构的不完整性，因此也就加强了其机械性能与光学性能，使其成为今后汽车玻璃轻量化设计的最佳候选材料。

高铝硅玻璃与其他以非晶态存在的玻璃一样，其抗折强度较低。这也是其作为汽车前风挡玻璃材料需要着重考虑的问题。微裂纹学说提出：微裂纹的存在是让玻璃的强度降低、脆性变大的主要原因。也正是因为玻璃表面应力的累积，才导致易产生微裂纹进而随着裂纹的扩展玻璃就会变得易破碎。正是由于玻璃这种自身的缺陷影响其在应用中的发展前景。随着深入的研究发现高铝硅玻璃相中[AlO4]的体积比[SiO4]的体积大，因此其内部的空隙会很大。正是因为这种特性的存在，有利于提高在进行离子交换增强处理时离子交换效率，从而进一步加强其机械性能与化学稳定性。

以此技术为根据，本申请人还调查了公司A、公司B、公司C、公司D和公司E五家汽车玻璃原片公司生产的关于2.0mm-2.2mm厚度的钠钙硅玻璃和厚度为0.8mm-1.2mm的高铝硅玻璃的机械性能与光学性能的相关参数。根据五家汽车玻璃公司的数据对两种玻璃的光学性能进行了对比，相关数据绘制了柱状图，参阅图4所示。

参阅图4、图5可知，两种玻璃的折射率、可见光透过率均成稳定分布，而且几乎持平。钠钙硅玻璃的折射率总体比高铝硅玻璃稍大，但高铝硅玻璃折射率平均高于国家标准0.20ND，符合设计标准。对于可见光透过率，高铝硅玻璃优于钠钙硅玻璃而且平均高于国家标准20％。综合两图数据可以确定两种玻璃的光学性能相差不大且均满足国家标准。

参阅图6、图7可知，为根据五家公司提供的两种玻璃机械性能参数，对相关数据进行了曲线绘制。进行对比分析可知，高铝硅玻璃的抗压强度相比于钠钙硅玻璃要强得多，平均相差50MPa。但是钠钙硅玻璃相较于高铝硅玻璃的抗压强度的稳定性更高，这一现象可能由于各厂家对于离子交换增强处理技术的掌握程度有差异而引起的，但是整体来看高铝硅玻璃的抗压强度优于钠钙硅玻璃的抗压强度。根据图3-7的数据可以看出，两种玻璃的抗折性能波动均较大，公司E的高铝硅玻璃抗折强度为87.2MPa，而钠钙硅玻璃的抗折强度为90.5MPa。造成这一现象的原因除了玻璃自身的因素导致抗折强度波动大以外，还有可能与技术和生产工艺的水平有关，但是高铝硅玻璃整体上优于钠钙硅玻璃。

综合以上四组数据对比分析可知，高铝硅玻璃的可见光透过率、抗压强度、抗折强度均优于钠钙硅玻璃，折射率虽然比钠钙硅玻璃略差但满足国标。因此可以尝试用1.2mm的高铝硅玻璃代替2.0mm的钠钙硅玻璃这样就可以达到在光学性能与机械性能均满足的条件下，通过减少前风挡玻璃的厚度而实现轻量化的设计。

本实施例提供一种制造汽车前风挡玻璃的方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：前风挡玻璃的型式设计；

以某车型的前风挡玻璃为原型进行尺寸设计，所述前风挡玻璃的板面的尺寸为长×宽为1509.9321mm×1069.1514mm；所述汽车前风挡玻璃的厚度为 3.96mm；

步骤S2：汽车前风挡夹层玻璃结构设计；

最外层原片选用为传统汽车前风挡玻璃所用的2.0mm绿玻，该玻璃的光学性能良好，其可见光透过率为80％。选用这种玻璃除了因其机械性能及光学性能满足要求外，还有个重要因素就是它能够减少眩光并且吸收部分热量以避免因为眩目给驾驶者带来危险，同时还能够在阳光充足的时候为车内带来一些荫凉；夹层材料仍然选择0.76mm的PVB材料；因为PVB薄膜在同类材料中其粘弹性很好，选用这种材料制作的夹层玻璃在遭到外力破坏时玻璃碎片仍能够紧密的粘在PVB薄膜上，这有效的解决了玻璃这种脆性材料破碎后残片易飞溅、易导致二次伤害的缺点；而且用PVB作为夹层材料的夹层玻璃可以有效的缓解外力入侵，还会使玻璃在破裂时裂纹集中，以至于给驾驶员在事故中提一个良好的视野；最内层材料则选择用1.2mm的高铝硅玻璃代替2.0mm的钠钙硅玻璃；

步骤S3：前风挡玻璃造型阶段设计；

步骤S31：设计前风窗玻璃的透明区域，以符合驾驶员视野要求；

步骤S32：设计黑边布置区域，以满足每根A柱的障碍角不能大于6度；

步骤S33：设计前风挡玻璃倾斜角控制在32°-34°范围内，以保证安全；

步骤S34：对内后视镜底座黑边进行控制，防止前风挡玻璃在加工的过程中变形；

步骤S35：控制前风挡玻璃四周黑边的覆盖宽度要达到5mm以上；

步骤S36：控制前风挡玻璃于四周的间隙要保证在3mm以上。

实施例3

本实施例提供一种汽车前风挡玻璃造型型面校核标准方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：前风挡玻璃规格尺寸的校核；

利用CATIA软件进行规格尺寸的校核，其中，利用CATIA软件进行汽车前风挡玻璃零件数模建立后，打开零件数模，然后选取测量工具进行尺寸测量，尺寸的测量除了对设备有帮助外，还可以进行成型工艺的选择，不同的成型工艺所需要的成本也不相同；当尺寸控制在长1600mm×宽900mm左右时，建议选择高温熔压成型；

步骤S2：前风挡玻璃拱高的测量；

利用CATIA软件在前风挡玻璃玻璃设计过程中对拱高进行测量，其中，对拱高一般控制在50mm到115mm之间，当拱高在115mm到185mm之间，由于玻璃是脆性材料，拱高过大会使加工后的前风挡玻璃应力集中从而强度减低甚至会有自爆的危险；当拱高大于185mm则会很危险甚至不能成型；所述前风挡玻璃玻璃的拱高是指沿着风挡玻璃主曲方向，截出若干玻璃截面，在这一系列的截面中，其中最长弦线与所在截面内玻璃面的最大距离称为玻璃的拱高；

步骤S3：前风挡玻璃的曲率测量；

利用CATIA软件对前风挡玻璃设计中的曲率半径进行测量，通过CATIA软件进行观察前风挡玻璃每个部分的曲率半径值；其中，汽车前风挡玻璃的最小曲率半径≥700mm；对于有特殊要求的汽车前风挡玻璃，可以在经验值左右进行调整来达到设计所需要的目标曲率半径值；所述对前风挡玻璃的曲率半径用于评价玻璃型面的反射线和高斯曲率，以及，评价玻璃是否光顺；

步骤S4：前风挡玻璃的九点球面确定；

利用CATIA软件对前风挡玻璃设计中的九点球面进行确定，在汽车前风挡玻璃设计以及后期加工生产的过程中，通过CATIA软件确定九点球面，九点球面的把控非常重要，球面值不宜过大否则可能因为玻璃型面太凸出而无法成型，甚至面临着自爆的风险，尤其以中间点的球面值最为关键，不易过大尽量保证平面形状；中间三点的球面经验值控制在38.50mm-40.90mm，公差值为±2.5mm 之间；其中，汽车前风挡玻璃的球面是指以汽车玻璃纵向轴线为基准线，左右距离轴线各220mm左右平行轴线画做基础线，然后以横向轴线为基准线，最后在平行横向轴线并且距离横向轴线500mm左右绘制上下两条基准线，横纵基准线的交点即为所要测量球面度的九点；

步骤S5：前风挡玻璃的装车角度确定

利用CATIA软件对前风挡玻璃装车角度设计进行测量，并将前风挡玻璃设计成倾斜状，这样就会降低风阻再结合流线型的车身设计，就会将风阻降到最小化，还有个重要因素就是这样设计可以降低在发生事故时对人脑的损伤，其中，装车角度的存在主要是为避免由于“镜面成像效应”而影响驾驶员的视觉判断。

本实施例中前风挡玻璃的尺寸为1509.9321mm×1069.1514mm；拱高为 90.895mm；曲率半径最小值为735.1mm；九点球面最大值为40.45mm；装车角为 32deg，上述指标点均满足经验值，可以进行加工生产。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。