汽车天窗原理与故障分析

1、摘要汽车天窗通风是指当汽车有行驶速度时，车内空气流动速度就会小于车外空气 流动速度，从而形成气流压差，车内外的气流就会有交换，所以就可以通风了。汽 车天窗安装于车顶，能够有效地使车内空气流通，增加新鲜空气进入，为车主带来 健康、舒适的享受。而汽车电动天窗主要由天窗玻璃、滑动机构、驱动机构、控制 系统、开关、滑动螺杆、ECU及继电器等组成。本论文分析了天窗玻璃的打开、关 闭等动作的工作原理，介绍了电子控制系统的控制过程。又介绍了天窗密封（排水） 方式：1.主动式密圭寸方式2.被动式密圭寸（排水）方式；以及天窗的功能：1.自动关 闭功能2.防夹功能3.防盗功能4.负压换气功能；着重介绍了汽车天窗的

2、故障分析 以及排除的方法。并且简述了汽车天窗保养方法以及天窗保养的注意事项。关键词：汽车电动天窗基本结构电子控制天窗通风I第1章绪论汽车天窗在国外有100多年的历史，已成为汽车文化的一部分。在中国市场上， 许多汽车制造厂家已开始引入天窗配套项目，目前，许多厂家的汽车都推出了天窗 版轿车。开车的人都知道，一辆车里挤的人越多，车内的空气就越浑浊。如果在车内吸 烟，车里就更是烟雾缭绕，车里的气味更是难闻。为消除这些让人感觉不舒服的味 道，许多人选择购买车用香水，但这只能起到一定的除味效果。当然，打开车窗也 可起到换气的作用，可车辆在运行中打开窗户会产生很大的噪音，而且风直接冲撞 到司机降低舒适感，坐

3、在后排座位的人也会被侧窗的风吹得睁不开眼。汽车在行驶过程中若经常打开窗户，不仅影响车内温度，会带进大量灰尘及传 入车外噪声，而且由于高速行驶形成的风会直接冲撞到车内的乘员，降低乘坐舒适 度，因此现代汽车一般都关窗驾驶。对于车身密封性不良的汽车，虽然也能带进部 分新鲜空气，但由于不能认为地控制进风，进风量难以符合要求，而且进风部位是 随机的，往往带进大量灰尘、烟气，污染车内空气。但若车内无新鲜空气补充，会 使车内空气中二氧化碳含量增大、氧气含量下降；车内还会因抽烟、人体呼吸、食 物及物品等使空气气味不好，影响乘员身体健康；为了防止汽车前窗结霜凝雾，也 需要引入新风，需要有通风装置。另外，通过天窗

4、的玻璃可以自然采光，车室内明亮并可以营造浪漫的气氛，并 给喜欢高档车的顾客带来了满足感。因此，加装天窗既为汽车改善通风状况的有效 方法。汽车电动天窗具有以下几项特点：防夹装置：可防止意外关窗夹伤乘员。自动关窗装置：用户锁好车门离开轿车时，当忘记关闭天窗时，会自动关闭轿 车天窗，避免用户的财产损失。采光性好：轿车开设天窗后可以明显地提高车厢内亮度，减轻压抑感，振奋驾 驶精神；扩增车厢内的虚拟空间，以增添乘坐情趣。噪声小：试验表明，轿车在行驶时打开天窗，要比打开侧窗时噪声小得多，乘 驾人员普遍感觉良好。性能安全可靠：经专业厂家开发的轿车天窗，装配后均经过整车严格的性能试 验，开启性、密封性、防夹性

5、等均符合安全、可靠的技术标准。天窗玻璃有隔热、 隔紫外线特性：能够遮光保护乘员皮肤及内饰。其次，还能够保持车内空气清新：打开轿车天窗后，由于车内形成负压，在“虹 吸效应”下，使混浊的空气被迅速吸出车外，同时加快了车内外空气流动，使车厢 内空气更加清新，舒适怡人。特别是行驶在高速公路上打开天窗，车内空气流通交 换，自然风可在一定程度上替代汽车空调器的送风功能，从而有利于降低能耗。第2章 电动天窗的组成和工作原理汽车电动天窗定义：是指安装于汽车顶部主体材料为玻璃的车身部件，并且该 部件有一部分能够电机驱动并通过传动机构将天窗玻璃沿滑槽前后移动，倾斜启 闭，且能按要求停留在任意位置。2.1电动天窗构

6、成汽车电动天窗主要由滑动机构、驱动机构、开关、控制系统（主要包括 ECU、 限位传感器）、电动机、传动机构、滑动螺杆、导向销、导向块、连杆、托架、（前、 后）枕座等组成。下面主要介绍电动天窗的滑动机构、驱动机构、控制系统和开关。1滑动机构电动天窗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。2驱动机构驱动机构主要由电动机、传动机构等组成。（1）电动机通过传动装置向天窗的开闭提供动力，能双向转动，即通过改变 电流的方向以改变电动机的旋转方向，实现天窗的开闭。（2）传动机构：主要由蜗轮蜗杆传动机构、中间齿轮传动机构（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机

7、的动力，改变旋转 方向，并将动力传给滑动螺杆，使天窗实现开闭；同时又将动力传给凸轮，使凸轮 触动限位开关进行开闭。主动中间齿轮与蜗轮固定在同一轴上， 并与蜗轮同步转动； 过渡中间齿轮与驱动齿轮固定在同一输出轴上，被主动中间齿轮驱动，使驱动齿轮带动玻璃开闭。3开关电动天窗的开关由控制开关和限位开关组成。（1）控制开关控制开关主要包括滑动开关和斜升开关。滑动开关有滑动打开、滑动关闭和断 开（中间位置）3个挡位。斜升开关也是有斜升、斜降和断开（中间位置） 3个挡 位。通过操作这些开关，令天窗驱动机构的电动机实现正反转，在不同状态下正常 工作。（2）限位开关限位开关主要是用来检测天窗所处的位置。限位开

8、关靠凸轮转动来实现断开和 闭合。凸轮安装在驱动机构的动力输出端。当电动机将动力输出时，通过驱动齿轮 和滑动螺杆减速以后带动凸轮转动，于是凸轮周边的凸起部位触动开关使其开闭， 以实现对天窗的自动控制。4.控制系统控制系统是一个数字控制电路，并设有定时器、蜂鸣器和继电器等，其作用是 接受开关输入的信息，通过数字电路进行逻辑运算，确定继电器的动作，控制天窗 开闭。2.2天窗工作及通风原理1. 工作原理天窗装置是利用流体力学的原理，将车内的混浊气体“抽”出，使空气得到充 分的交换。在流体力学研究领域，实验证明在流速高的情况下流体对管壁的压力小, 在流速底的情况下流体对管壁的压力大。汽车在高速行驶情况下

9、，由于汽车顶盖都 具有一定的弧度，因此，外部气流在流经汽车顶盖时速度会很高，外部空气对汽车 顶盖的压力小于车内空气对汽车顶盖的压力，车内空气向车外流动，压力变小，外 部新鲜空气补充进车内，这样，车内空气得到循环，汽车内部就可以保持新鲜的空 气。2. 天窗通风原理当汽车有行驶速度时，车内空气流动速度就会小于车外空气流动速度，从而形 成气流压差，车内外的气流就会有交换，所以就可以通风了。2.3汽车天窗的作用分类1天窗的作用具有增加美观、开阔视野、增加采光、经济性和实用性、美化汽车形象、活动 窗口的作用。2天窗的分类天窗分为固定式天窗也叫全景式天窗和活动式天窗。活动天窗又分为手动式玻 璃天窗及电动式

10、天窗。手动式天窗：用手的力量推开或关闭的天窗。这种天窗的结构原理与大众公交 车的一样，只不过制造用的材质和精密度要高些。一般为小型或家庭型轿车、经济 型轿车所常选用，由于效果较差，现安装的特别的少。电动式以电力而进行开启和 关闭的天窗，称为电动天窗按结构形式分：敞篷式天窗、电动智慧型天窗、上掀外 滑式天窗如（图2-1图2-2）、方格型天窗3。第3章天窗的密封（排水）方式及功能3.1密封1主动式密封方式通过天窗与顶盖之间的密封，以及天窗玻璃与天窗开口处密封条的密封，阻止 灰尘及雨水等进入天窗及车身内部。2被动式密圭寸（排水）方式通过天窗玻璃周边的密封条与车顶翻边的密封结合，阻止灰尘及大部分雨水；

11、 同时，天窗总成内部需要设计有流水槽及排水导管接头，将少量从玻璃密封条与车 顶接合处渗入的雨水排到车身外部。在天窗总成内部框架的4个拐角处各设计一个导管接头，排水导管接头连通流 水槽并外接排水导管，前部的排水导管通过车身 A柱，后部的排水导管通过车身C 柱或D柱，将雨水导出车身。3.2汽车电动天窗的功能1自动关闭功能当关闭点火开关大约4S后，天窗会自动关闭。在天窗完全关闭前按动按钮， 此功能会被取消，玻璃会停留在开启位置上。如果想关闭天窗，无须打开点火开关， 只需按动关闭按钮即可，操作方式可以是手动的或全自动的。2.防夹功能天窗在完全自动关闭过程中，遇到障碍物后会自动返回，直到障碍物消失为止。

12、 在点火开关关闭后，天窗的自动关闭过程中，此项功能依然有效。3防盗功能智能探测滑动式机舱型天窗这种天窗结构比较特殊，采用战斗机机舱式结构用 滑动方式进行开启或关闭，其结构非常新颖该天窗多为多功能单厢车、变型车、商 务功能车所选用。4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。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 。第

13、4章汽车天窗常见故障分析4.1汽车天窗的常见故障4.1.1天窗漏水（1）现象：漏水严重，而且从天窗的后端漏水。（2）可能原因：排水槽脱落（3）解决办法：重新安装排水槽。如果是水槽滑块破损，则更换水槽滑块。4.1.2天窗渗水故障现象一：（1）现象：渗水，而且从车的前部渗水。（2）可能原因：前部框架与轨道之间密封不好（3）解决办法：整个天窗框架报废。但是玻璃面板、电机和遮阳板等仍然可以使用。故障现象二：(1) 现象：渗水，而且从车的前部和后部渗水。(2) 可能原因：端盖与轨道密圭寸不好(3) 解决办法：取下端盖去除原有密圭寸胶，更换新密圭寸胶后，重新安装端盖4.1.3天窗无法正常工作故障现象一：(

14、1) 现象：天窗工作，但是不正常，开启和关闭位置不对。(2) 可能原因：电机失效(3) 解决办法：重新进行电机初始化，或者更换电机。(4) 注意：天窗在初始化过程中没有防夹功能，勿将手伸入开启的天窗中。 故障现象二：(1) 现象：天窗不工作，电机没有任何反应。(2) 可能原因：线束失效，或者线束插头连接不好。(3) 解决办法：检查线束及插头，改进或者更换线束。 故障现象三：(1) 现象：天窗不工作，电机没有任何反应。(2) 可能原因：开关失效(3) 解决办法：更换开关 故障现象四：(1) 可能原因：电压不够(2) 解决办法：蓄电池充电 故障现象四：(1) 现象：电机运行，但是天窗不工作。(2)

15、 可能原因：机械组揉控针螺母脱落(3) 解决办法：重新安装揉控针螺母 故障现象五：(1) 注意：轨道有异物可能引起天窗防夹功能作用，所以天窗无法正常工作(2) 可能原因：轨道有异物(3) 解决办法：清理异物 故障现象六：(1) 现象：天窗工作，但是工作不正常现象；(2) 注意：电机内黄色标记与电机表面突起对应则电机处在零位。(3) 可能原因：电机不在零位(4) 解决办法：调整电机零位 故障现象七：(1) 现象：天窗无法正常工作，开启和关闭不到位，或者运行不畅。（2）可能原因：链条与电机零位不一致，两根链条的零位不一致。（3）解决办法：调整链条的零位，拆下电机后，推动链条端盖使其零位一致。4.1

16、.4天窗异响故障现象一：（1）现象：电机运行有噪音，或者链条运行有噪音。（2）可能原因：电机异响，链条与盖板干涉。（3）解决办法：更换异响超限的电机，更换盖板。故障现象二：（1）现象：天窗在正常工作中有异响（2）可能原因：挡风条弹簧未在正确位置（3）解决办法：将挡风条弹簧安装正确故障现象三：（1）现象：天窗开关状态时有异响（2）可能原因：天窗护板未安装到位，天窗玻璃植绒胶条多灰尘。（3）解决办法：重新安装到位，酒精擦拭。故障现象四：（1）现象：天窗运行时有异响（2）可能原因：轨道中有异物，轨道缺乏润滑脂。（3）解决办法：清理轨道异物，添加轨道润滑脂。（4）注意：要使用专用润滑脂ISOFLEX

17、TOPAS L32故障现象五：（1）现象：天窗运行时有异响（2）可能原因：遮阳板滑块脱落（太阳能天窗）。（3）解决办法：取出脱落的滑块，并更换新滑块 。4.2案例分析1.案例1上海别克CS轿车电动天窗故障检修一辆2002年上海通用汽车公司生产的别克 CS轿车，侧面发生严重撞车事故， 经过整形修复后，在安装电动天窗总成时发现，天窗玻璃处于全开（OPEN）位置时, 朝着天窗玻璃关闭方向按下天窗开关，天窗电机静止不动，天窗玻璃不能通过操作 天窗开关移动到全闭（CLOSE）和倾斜通风（VENT）位置。首先对电动天窗的机 械和电器部件进行外观检查，即天窗电机的轨道、拉杆、滑块、支架等机械传动系 统部件是

18、否存在阻塞、松旷、变形、断裂、磨损、卡滞等故障隐患；天窗电机电器 系统部件线路的走向、固定情况以及是否存在裸线、断线；插接件中插头与插座是 否连接正确；到位，插针是否存在弯曲、退缩、松旷、接触不良等现象，经过这些 外观检查，没有发现任何异常现象。接下来检查电动天窗和电动车窗共用的 30A断路器控制电路的工作情况。先打 开点火开关，操作4个电动车窗开关，4个车窗玻璃都控制自如。朝着天窗玻璃关 闭方向按下天窗开关，天窗电机仍然不动作。在操作天窗开关时，用手细心感觉仪 表台右侧保险盒内30A断路器的温度变化情况，以初步判断电动天窗的电器系统是 否存在电流过载或对地短路的故障，结果发现其温度没有异常变

19、化，说明该断路器 及其控制电路工作正常。该车电动天窗控制模块不但具有过载电压或电流通过时自 动切断输出电压信号的保护功能，而且还具有断开电源电路时内部功能自动恢复（RESUME）、回位（RESET）的功能。结合该控制模块的电路特点，在关闭点火 开关时，断开其30A断路器或模块左侧的12V电源输入插头，等待一会儿之后， 再把它们插回原位。再次操作天窗开关，天窗玻璃仍然不能朝着关闭方向移动。对 电动天窗系统电路进行“动态”测试：先断开天窗电机上的两线插头，在电机另一 侧的插头上并联1个12V、36欧姆的小灯泡（可使用CD机液晶显示屏上的背景照 明灯泡），之后打开点火开关，朝着天窗玻璃关闭方向按下天

20、窗开关，小灯泡没有 点亮。在操作天窗开关的同时，又用数字万用表测量这个插头上的几根接线，它们 与车身金属部分之间的电压都是 0V，电阻都是0欧姆，可见天窗电机插头上没有 电源输入。从蓄电池正、负极分别跨接 2根导线，并且在正极跨接线与蓄电池正极 之间串联1个50A的电流表（可使用伏尔加轿车仪表中的单个 50A电流表），之后 把这2根电源线的正、负极分别跨接到天窗电机侧已经断开插头的深蓝色和深蓝色 /红色线上，观察电流表指针的摆动情况，并查看天窗电机的动作情况。这时， 50A 电流表指针摆动的最大范围在 30A以内，同时天窗电机顺利起动，天窗玻璃很顺畅 地朝着关闭方向移动。由此可见，上述故障确实

21、发生在天窗电机的电源电路上。对 照电动天窗的电路图，检查天窗控制模块上输入、输出的电源电压信号。在打开点 火开关时，天窗控制模块左侧插座上的黄色和黑色线之间应有12V电源输入。右侧插座上的棕色和橙色线，是由天窗控制模块输出5V电压到天窗开关的参考电源信号线。在没有按下天窗开关时，这 2根信号线上对地都应有5V电压存在在朝着打 开或关闭天窗玻璃方向按下天窗开关时，棕色和橙色线上的5V参考电压信号会随着天窗开关的操作而相应地变化为 0V经检查，上述2组电源线上都有正确的电压 信号。右侧插座上的白色、红色、黑色线，也是由天窗控制模块输出5V参考电压到天窗位置编码开关的参考电源信号线。当天窗位置编码开

22、关及其系统电路正常工 作时，这3组参考电源信号组成的3位二进制编码逻辑信号，被天窗控制模块用来 识别当前天窗玻璃的准确位置。如果这个开关的系统电路出现信号失真故障，天窗 控制模块的安全保护功能将会发生作用，它将不再输出电流去控制天窗电机的动 作。在检测这个开关上的电压信号时，如果没有条件与同型号车型进行对比测试， 或用同型号正厂配件进行替换时，可以试着分解这个开关。在拆卸拆解的过程中， 逐步寻找可能引起上述故障，或存在故障隐患的关键部位。在拆下并分解天窗位置 编码开关的过程中，在轨道、支架、外壳、齿轮上用双箭头标记好它们各自的相对 位置是很有必要的，这样做可以有效避免重新安装开关时反复调试各开

23、关部件的“初始位置”而带来的操作失误。在拆下开关之前，应做好天窗轨道与天窗支架的 对应标记；在拆卸开关时，应做好开关视窗内传动齿轮与开关外壳的对应标记；在 分解开关时，应做好各传动齿轮之间的相对位置标记。 此外，在分解开关的过程中， 应认真查看各传动齿轮是否存在残缺、 断裂；齿轮与齿轮之间是否存在松旷、磨损、 打滑；齿轮上的对应开关触点是否存在烧蚀、变形、接触不良等异常情况。经检查 发现，该车的天窗位置编码开关内部的 4个滑动触点中，有2个触点已严重烧蚀。 分析其原因，是在撞车的惯性冲击力作用下，天窗位置编码开关内部齿轮组上的开 关触点相对位置发生偏移、错位，从而导致开关触点变形、烧蚀。更换天

24、窗位置编 码开关后，反复操作天窗开关，电动天窗顺利实现全闭、倾斜通风、全开功能，遂 装复电动天窗总成。在日常使用中，注意对天窗轨道及时进行清洁、润滑，也是保 证电动天窗系统正常工作的有效途径。2案例2上海通用别克GL8商务车电动天窗漏水的处理方法电动天窗漏水的处理方法：有维修站反映GL8电动天窗存在漏水问题，经过检 查发现，电动天窗漏水的途径是水进入机械组和导轨，然后沿链条管流向马达和 PES,最后从位置最低的马达处渗出（图 4-1和图4-2）图4-1水进入导轨和机械组示意图图4-2水滴从位置最低马达处渗出示意图原因分析：在排除电动天窗排水管堵塞的可能后， 漏水的主要原因是GL8电动 天窗雨水

25、导流板和导轨之间密封胶量不足；在雨水量大时，水容易从缝隙处进入导 轨和机械组（图4-3）胶不足，可能导致水量大时，雨 水从缝隙处进入导轨和机械组。图4-3水流进导轨示意图图4-4水导流板和导轨结合处用胶密圭寸示意图修复方法：在雨水导流板和导轨结合处用胶密封，防止雨水从缝隙处进入导轨 和机械组（图4-4）后续措施：2004-09以后所有出厂的GL8电动天窗进行如下装配改进，具体如 图4-5所示。|在如下三个位置涂满密封胶，防止雨水从缝隙处流入导轨图4-5三个位置涂满密封胶示意图注意事项：补胶的位置千万不要搞错，避免将水槽封死。第5章汽车天窗保养方法及注意事项5.1汽车天窗保养方法汽车天窗养护：要

26、经常清洗还要经常用1）将天窗完全打开。(2) 拿一块干洁的软布轻擦天窗滑轨上的灰尘。(3) 对天窗活动部分和传动管道进行润滑。(4) 将天窗完全打开和关闭几次，再用一块软布擦掉多余的润滑剂。注意：在使用润滑剂时，千万不要使用容易吸附或沾染灰尘的润滑剂，这样可 以防止滑动部分和管道在运动过程中过早的磨损，以及其他不正常的天窗故障。5.2汽车天窗保养注意事项使用前，一定要仔细地阅读天窗的使用说明书并严格按照说明书的说明使用汽 车天窗。因为，有很多天窗发生故障都是使用者的人为因素造成的，比如调皮的孩 子频繁地开关电动天窗，或手动式天窗的锁扣或摇柄不慎拧反了方向等等，这些都 可能造成天窗的损坏。第一.应经常清理滑轨四周，避免砂粒沉积，延长天窗密封圈的使用寿命。一 般在使用2-3个月的时候，把密封胶条或滑轨用纱布沾着清洗水清洗一下，待擦干 净后涂抹少许机油或黄油就可以了。第二.开启天窗前应注意车顶是否有阻碍玻璃面板运行的障碍物。天窗面板的 设计有隔绝热能和防紫外线的功能，请用软布和清洁剂 清洗，切勿用粘性清洗剂清 洗。第三.在进入雨季之前，除了清理滑轨、密封条缝隙里的沙尘，还应在密封条 等塑料部件上喷涂少许塑料防护剂或滑石粉。第四.在极为颠簸的道路上最好不要完全打开天窗，否则可能因天窗和滑轨之 间震动太大而引起相关部件变形甚至使电机损坏。此外，