1. 研究目的与意义

现今国内的天窗市场几乎被德国伟巴斯特公司所垄断，其在前加装市场占到85%的市场份额，在后加装市场则占到90%的市场份额，较高的价格给国内的车主们带来不小的经济负担[1]。

汽车天窗能够提升汽车内部环境的舒适性和个性。汽车天窗的主要功能是负压换气，即利用负压原理，依靠汽车行驶中气流在天窗上的快速流动而形成负压区，从而将车内污浊的空气抽出，达到换气的目的，同时能阻止车外灰层的进入。由于不是直接进风，而是以将污浊的空气抽出，新鲜空气从进气口补充的方式进行通风换气，所以，能够有效地保持车内空气流通，为车主带来健康、舒适和安全。不仅如此，使用天窗还具有节能的功效，打开天窗，利用负压换气降温要比单纯使用空调降温速度要快数倍，一定程度上降低噪音，调节温度，调节亮度，是现代汽车深受欢迎的汽车部件之一，本课题主要涉及一款外倾式电动天窗，并对运动轨迹进行仿真及优化。

2. 课题关键问题和重难点

本课题主要是设计一款通用轿车使用的外倾式电动天窗，它的关键问题有：

1.实现天窗的外倾、闭合等动作，设计外倾式电动天窗的基本结构组成；

2.确定关键部位的尺寸；

3. 国内外研究现状（文献综述）

轿车天窗是随着汽车产业的蓬勃发展而慢慢兴起的，国外轿车天窗已经历了几十年的发展。目前，世界上著名的天窗生产企业,如德国的伟巴斯特(WEBASTO)、诺马(Meritor)及COCO和美国的ASC都拥有许多天窗方面的专利技术。国内生产厂家多是刚刚涉足轿车的天窗设计研究,时间短，技术储备薄弱，正处于对国外先进技术的消化吸收阶段[2]。

3.1汽车天窗的分类

汽车天窗按驱动方式的不同可分为手动式和电动式，按开启方向不同可分为内藏式、外倾式、敞篷式和全景天窗等，如下图所示[3]。

图1内藏式天窗	图2外倾式天窗
图3敞篷式天窗	图4全景式天窗

本次课题主要是设计一款通用轿车使用的电动天窗，选择外倾式电动天窗作为研究对象进行结构设计与分析。

3.2外倾式电动天窗的基本结构

外倾式电动天窗主要由玻璃总成、滑动机构、驱动机构、控制系统和支撑框架等组成[4]，如图5。

图5汽车天窗结构

3.2.1玻璃总成

它是轿车天窗与车顶配合的部分，通过车顶玻璃的透光能改善车内的采光，又通过其开启改善车内的空气质量。该分总成又由玻璃与玻璃支架子总成、遮阳板子总成、遮阳板滑块子总成及相关联结固定件等组成。

3.2.2滑动机构

滑动机构主要由导向块、导向销、连杆、托架和前、后枕座等构成。

3.2.3驱动机构

驱动机构主要由电动机、传动机构和滑动螺杆等组成，如图6。

图6　汽车天窗驱动部件结构

（1）电动机：电动机通过传动装置给天窗的开闭提供动力。电动机能双向转动，即通过改变流的方向来改变电动机的旋转方向，从而实现天窗的开闭。

（2）传动机构：传动机构主要由蜗轮蜗杆传动机构、中间齿轮传动(主动中间齿轮、过渡中间齿轮)和驱动齿轮等组成。齿轮传动机构接受电动机的动力，改变其旋转方向，并减速增矩后将动力传递给滑动螺杆，使天窗实现开闭；同时，又将动力传递给凸轮，使凸轮项动限位开关进行开闭。主动中间齿轮与蜗轮固装在同一轴上，并与蜗轮同步转动；过渡中间齿轮与驱动齿轮固装在同一输出轴上，被主动中间齿轮驱动，使驱动齿轮带动玻璃开闭。

3.3轿车天窗的运动虚拟仿真

轿车电动天窗作为最大的车身附件，其结构较复杂。一方面天窗玻璃需要在关闭状态时与车顶完全吻合，另一方面在打开时要实现斜升和平行移动。这些不同的工况都由电子控制系统经过驱动系统使其运动执行机构来实现。其中，天窗的运动执行机构的运动属于多约束条件下的多刚体的平面运动，其运动机理相当复杂。因此传统的经验设计方法不能胜任轿车天窗产品的设计，必须采用现代设计方法，进行天窗运动执行机构的运动仿真根据UG对仿真机构零件三维数模的要求,运动仿真时仅选用车顶玻璃、滑枕、软轴承、导向块及定位销轴等结构件的三维数模,由这些结构件构成所要仿真分析的轿车天窗的运动执行机构[5,6]。

3.4外倾式电动天窗的电子控制系统

外倾式电动天窗的电路图主要由天窗、位置传感器、ECU、遥控开关等组成，主要控制有天窗的外倾、移动和关闭，原理如图7所示[7]。

图7外倾式电动天窗电子控制系统电路

参考文献

[1]许小侠.基于虚拟样机的轿车天窗运动机构的设计[J].机械工程学报，2008，44（9）：225-235.

[2]汽车知识讲堂-汽车天窗详解[DB/OL]http://auto.qq.com/zt2011/qctc/

[3]陈科.基于ADAMS轿车天窗运动执行机构的仿真分析和优化设计[J].机械工程学报，2008，44(9)：225-235.

[4]吴基安董素荣.汽车电动车窗(天窗)的结构与工作原理[J].汽车电器,2001(1):23-26.

[5]赵静斌.轿车电动天窗运动执行机构的虚拟样机分析与试验研究[D].长春:吉林大学,2006.

[6]ANChangfaoptimizationstudyforsunroofbuffetingreduction[R].SAEPaper2006-01-0138

[7][DB/OL]http://image.baidu.com/i?tn=redirectword=jjuid=FE174Dsign=ciebgzkbceurl=http://www.dzsc.com/data/Circuit-32538.html

4. 研究方案

（1）搜集和分析相关资料，特别是国内外关于外倾式电动天窗的相关设计信息，对收集的资料进行筛选、分类，进一步了解课题；

（2）对外倾式电动天窗实现外倾、闭合功能进行初步设计方案；

（3）确定外倾式电动天窗的基本结构组成；

5. 工作计划

第1周完成英文翻译，提交英文翻译给指导老师批阅。

第2周英文翻译经指导老师批阅合格并确认后，翻译和原文均用pdf格式，上传至毕业设计管理系统。译文封面用标准模板，查阅相关资料，了解电动天窗的基本类型及优缺点，自学ug软件并能进行简单建模。

第3周查阅文献资料，撰写开题报告，掌握外倾式电动天窗的基本组成及实现原理，确立总体设计方案。