高質量和輕量化一直以來是都是汽車制造者的追求，目前輕量化已成為汽車節(jié)能減排的重要手段。研究表明，汽車減重100kg可降低油耗0.15L。因此，諸如鎂金，鈦合金，碳纖維復合材料等輕質材料越來越受歡迎。但新材料的成本普遍較高，限制了其在大規(guī)模生產(chǎn)中的應用。盡管如此，偉巴斯特（Webasto）以輕量化為目標，在汽車天窗新材料的應用方面做了許多嘗試和創(chuàng)新。

全景天窗的輕量化技術

為了開發(fā)具有前瞻性的解決方案，將輕質結構與安全性和舒適性聯(lián)系起來，汽車天窗供應商與世界各地的汽車制造商密切合作，嘗試天窗新材料的應用。聚碳酸酯（PC）是近年來較受歡迎的天窗材料。此外，蜂窩紙復合材料（PHC）以及玻纖增強復合材料具有較好的機械性能、熱性能和光學性能，其在車身覆蓋件上的應用也成為一個較好的參考。

玻璃也是汽車天窗材料中的一個重要角色，Webasto開發(fā)了用于屋頂區(qū)域的安全玻璃Webasto Glas Protec? 與傳統(tǒng)的復合安全玻璃相比實現(xiàn)減重約10%-15%?

本文介紹三種輕量化天窗創(chuàng)新材料和工藝解決方案：

- PU復合材料車頂蓋

- 聚碳酸酯天窗和面板

- 玻璃-塑料復合材料天窗：Webasto Glas Protec

高耐久、高經(jīng)濟性的輕量化PU復合材料

PU復合材料以高剛度，低重量，良好的3-D可模塑性和聲學以及隔熱性能而著稱。一般采用殼-芯的夾層結構，可集成緊固元件。材料的剛度基本上通過嵌入基質中的增強纖維和夾層厚度來實現(xiàn)。增強纖維包括：無機纖維（例如玻璃纖維），有機增強纖維（例如碳纖維）或天然纖維（大麻，亞麻等）組成。

為實現(xiàn)減重，芯層材料一般選擇發(fā)泡材料或蜂窩紙板。發(fā)泡材料具有輕量化和隔熱的優(yōu)勢，但其溫度穩(wěn)定性和成本方面稍差。而蜂窩紙板性能穩(wěn)定，其獨特的結構可實現(xiàn)較好的抗壓性能，同時玻纖增強的PU外殼可達到較好的防水作用。

更重要的是這種PU復合材料重量輕、剛度高，適用于大于2m2的車身外覆蓋件，且具有成本優(yōu)勢，特別是對于中小批量的訂單。

在最新的JeEP Renegade中，Webasto首次推出了一種可以打開的兩件式車頂系統(tǒng)，其元件可以完全拆卸并存放在汽車后備箱中。該車頂就采用了蜂窩紙芯層+玻纖增強PU復合材料外殼的結構，如圖1所示。其外表面覆蓋熱成型和防風雨的薄膜，內表面采用植絨處理，以配合內飾設計。

考慮到這種結構設計可能造成不同溫度條件下的曲率變化，通過FEM計算，其在各條件下的密封性能均表現(xiàn)良好，如圖2和圖3所示。該PU復合材料車頂相對于鋼質車頂減重約50%，是紙蜂窩（PHC）首次用于汽車覆蓋件的批量化生產(chǎn)。到目前為止，PHC主要用作天窗頂篷的輕質材料。

聚碳酸酯（PC）天窗

聚碳酸酯是一種透明的、高抗擊性塑料，其密度僅為1.2g/cm3，相同部件比玻璃鋼輕%。其極高的抗沖擊性較適合作為天窗材料，在發(fā)生事故時能夠較好的保護乘員。表面涂覆清漆涂層可實現(xiàn)較好的抗刮擦性、耐候性和抗紫外性能。此外，PC材料還可實現(xiàn)全景天窗、大角度彎曲等天窗造型設計。

smart fortwo的第一個聚碳酸酯天窗系統(tǒng)于2007年在Webasto Schierling工廠下線。最新一代的車型還配備了由聚碳酸酯制成的全景天窗。面積為1.20平方米，厚度為5.25毫米，重9.80千克。但真正的技術亮點是其將紅外線吸收劑集成在聚碳酸酯中，使得天窗具有吸收太陽輻射的功能，從而防止汽車內部升溫。內部溫度的控制可減少空調的使用，進一步降低燃料消耗，利于生態(tài)環(huán)境。

PC面板

除了A級外觀的玻璃組件外，偉巴斯特德國工廠還提供PC輕質面板，為包括大眾在內的14款車型供貨。面板在前部和側面與傾斜/滑動天窗相鄰，創(chuàng)造了與車輛頂部的無縫過渡。這使整個屋頂表面具有高品質的實心玻璃外觀。這種三維形狀的面板使用玻璃材料是無法實現(xiàn)的。

目前，用于汽車制造的聚碳酸酯的比例約為15%。專家們認為，在未來五年內，這一份額將增加到約20%。聚碳酸酯還有更多應用潛力有待挖掘，例如，集成尾燈設計、可通過鉸鏈移動的側窗、集成加熱線的PC部件等。Webasto正在積極研究聚碳酸酯的更多應用可能。

玻璃-塑料復合材料天窗：Webasto Glas Protec

玻璃一直以來都是汽車工業(yè)必不可少的材料，透明的玻璃車頂可營造車內豐富的光線和亮度，增加駕乘舒適感。調查顯示，汽車玻璃的平均使用面積在不斷增加，從1985年的3.50m2增加到了現(xiàn)在的4.60m2。但玻璃重量較大，不利于輕量化。因此，Webasto開發(fā)了一款輕量化玻璃替代品Webasto Glas Protec。這是一種玻璃-塑料復合材料，與傳統(tǒng)安全玻璃相比，可實現(xiàn)減重10-15%。其表面覆蓋一層抗撕裂的PET膜，即使在玻璃破碎時也能將其固定在一起，從而保護乘客免受飛行玻璃碎片的傷害。出于薄膜的保護作用，天窗可使用更薄的玻璃板（＜3mm），從而降低重量。同時，專利穿孔錨固技術可實現(xiàn)有效連接。由Webasto Glas Protec制成的天窗可以達到1.60米的長度。

然而，汽車天窗技術在關注重量的同時，功能化和生態(tài)化方面也同樣備受關注。例如，在Webasto Glas Protec材料的薄膜中添加特殊涂層吸收紅外輻射以降低車內溫度，減少空調的能量消耗。此外，開發(fā)人員還在進行機光伏技術與Webasto Glas Protec結合使用等方面的研究。

這種新型玻璃自2005年以來實現(xiàn)了批量應用，如路虎攬勝，梅賽德斯R級和福特林肯等車型。Jaguar XJ轎車的Webasto Glas Protec制成的全景天窗已成為標配。

多元化車頂模塊解決方案（MOR）

Webasto打造的多元化車頂模塊解決方案（MOR）可實現(xiàn)一輛車型適配多個車頂。統(tǒng)一安裝界面設計，不同的車頂模塊隨時在裝配線上實現(xiàn)安裝。這給整車設計靈活性帶來了較大的提升，使其在整個產(chǎn)品生命周期過程中可以對不斷變化的市場趨勢和客戶需求做出快速響應，從而顯著增強單一款車型的吸引力。

小結

在未來一段時間內，節(jié)省燃料和減少二氧化碳排放仍將是汽車行業(yè)面臨的主要問題之一。因此，輕量化技術將發(fā)揮著重要作用。作為一家創(chuàng)新型供應商，Webasto將可持續(xù)解決方案的開發(fā)和實施作為使命，成功開發(fā)了聚碳酸酯、PU復合材料以及Webasto Glas Protec輕質材料。同時，隨著新能源汽車的發(fā)展，對汽車輕量化提出了更高的要求，Webasto將在輕質材料應用和可持續(xù)發(fā)展方面繼續(xù)迎接新的挑戰(zhàn)！