汽车挡风玻璃的模拟和优化
作者：刘志国（一汽大众） 张永祥（万向） 文章来源：一汽－大众汽车有限公司 浙江万向系统有限公司 贵州航天天马科技有限责任公司 点击数：95 更新时间：
由于汽车级玻璃在车辆行驶安全中的重要作用，一般均被列为强制性检查零部件。在国标GB9656-2003、欧盟标准ECE-R43以及德国TL957标准中都有全面要求，而国标中对汽车级玻璃的光学要求没有欧盟和德国标准严格、详细。玻璃的几何型面决定了其制造可行性和工艺成本，当型面的弯曲过大时重力成型工艺将无法满足要求，往往需要引进压力成型工艺和模具，同时几何型面也影响了成品件的光学特性，而挡风玻璃的光学特性更是影响行驶安全、室内温度和整车舒适性的重要指标。
汽车玻璃成型工艺主要有：钢化工艺和夹层工艺。钢化玻璃成型（ESG）主要应用在汽车后挡风玻璃、门玻璃和三角窗玻璃上，主要成型方法有重力成型和压力成型；夹层玻璃成型（VSG）主要应用在前挡风玻璃上，目前很多高级车的门玻璃也为夹层玻璃，主要成型方法为重力成型。
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以往的汽车玻璃开发往往仅仅依靠追求造型美观，而忽视几何形状对光学等重要指标的影响，从而导致制造成本居高不下、产品光学性能不达标以及行驶安全遭到破坏。本文从汽车前后挡风玻璃重要的光学参数分析入手，深入探讨了几何型面对光学指标和制造工艺的影响，最终以满足光学特性为目的，优化了一般汽车级挡风玻璃的几何型面。
主要光学和几何参数分析
1. 光学参数－玻璃的透光率TL和辐射投射率TE分析
通过对光谱投射率的光谱测量，按如下公式计算：
其中：
根据ISO9050规定，太阳光谱辐射波长范围为280~2500nm，通过对光谱投射率τ(λ)的分光度SPM(λ)测量，进行积分得：
通过对不同颜级别和厚度等级的玻璃样品进行测量，透光率和辐射投射率的变化如图1所示：图中对白玻璃、绿玻璃和太阳绿玻璃这3种国内最常见的汽车级玻璃进行了评估，厚度范围为2～6mm。从图中可见太阳绿玻璃，也就是我们所说的高吸热绿玻璃对阳光和热量
的吸收最好，但绿玻璃的吸收效果与太阳绿玻璃较为接近，由于其成本明显优于前者，因此成为目前国内用量最大的汽车玻璃。
图1 玻璃透光率和辐射投射率变化
2. 光学参数－光学失真分析
光学失真就是在同一玻璃表面上M和M'两点测得的偏转角差α ，这两点间的距离就是它们在同一平面上垂直于视线的投影所具有的距离x。
如图2所示，α=α2-α1，即在M和M'两点上量得的带有符号的偏转角之差；x= MC，就是平行于视线的两射线间的距离。由于这一指标反映了驾驶员视野偏离程度，因此对于保证驾驶员的视野安全非常重要，但却往往在开发中为了追求造型的美观而被忽视。
图2 玻璃的光学失真
一般采用屈光度来评价玻璃的光学失真，屈光度为角位移 α在距离x后的变化，玻璃为安装角度下测量屈光度，计算公式如下：
如果按照较为严格的德国大众TL957标准要求，以x= 12mm，要求汽车前后挡风玻璃的屈光度D要求：
A区<75dmpt；
B区<100dmpt；
C区<125dmpt。
其中玻璃的ABC区的划分在ECE-R43和TL957中是一致的，分别为主视区、过渡区和周边区。
3. 几何参数分析
不论是前挡风玻璃还是后挡风玻璃，其母曲面都是一张双曲的A级曲面。图3显示了一前挡风玻璃的轴侧图，其中A-A截面为纵向中心截面，B-B截面为横向主截面，M点为横向最大拱高点，即玻璃拱面的最高点。
图3 前挡风玻璃纵向中心截面和横向主截面
为了清楚地表现玻璃横纵方向关键几何参数，将A-A和B-B截面分别表示到图4和图5中。后挡风玻璃与前挡风玻璃同理。
图4 A-A纵向中心截面图
图5 B-B横向主截面图
4. 几何型面对光学参数的影响
玻璃成型难度直接影响玻璃的生产成本和部分光学性能，对成型难度影响最大的参数有：
（1）玻璃的规格，即L1×L2，大规格的玻璃成型难度将提高；
（2）玻璃的曲率半径，即R1和R2值；R1值过小会影响玻璃主视区的光学特性，R2值过小会影响玻璃两侧视区的光学特性；
（3）玻璃的拱高，即H1、H2和H3；拱高过大将导致玻璃难以依靠重力成型，从而导致玻璃在周边附近曲面质量的下降。
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