Устройство лобового стекла

Любые стандартные по своему строению автомобильные стекла делятся на два типа, в зависимости от своего предназначения:

• закаленное, которое имеет усиленную конструкцию – является составной частью заднего и боковых окон;
• многослойное ламинированное – используется в качестве ветрового окна, из которого состоит фронтальное остекление автомобиля.

При сильном ударе закаленное стекло полностью разрушается, рассыпаясь на мелкие осколки, поскольку оно в своем составе имеет единичный конструкционный слой, прошедший специальную обработку. При аварии, таким образом, пассажиры меньше травмируются, чем при образовании крупных осколков. Обработка закаленного стекла приводит к тому, что даже при незначительных его повреждениях снижается стабильность всей структуры и конструкция распадается на множество осколков. Они настолько маленькие, что ремонт трещин стекол такого типа практически невозможен.

Лобовое стекло устроено иначе.

Благодаря тому, что многослойное стекло в своем составе имеет две стеклянные панели, которые соединены между собой специальным слоем, который играет армирующую роль и сделан из пластика PVB (поливинилбутираль), оно может быть успешно частично или полностью восстановлено. Ремонт стекол приводит к значительному улучшению внешнего вида поверхности, которая была повреждена.

Многослойное стекло условно разделяют на слои, согласно приведенной ниже схеме:

Большинство дефектов лобового стекла имеют отношение только к его внешнему слою. Только в некоторых случаях, к примеру, при помощи осколка камня или другого тяжелого предмета можно пробить два слоя. Таким образом, повреждается и внутренняя структура лобового стекла. К превеликому сожалению, такой дефект исправить очень сложно. Единственное, что можно сделать в таком случае при ремонте лобового стекла автомобиля – это его демонтаж, а затем восстановление и повторная установка. Такая процедура по технологии своего проведения достаточно сложная, поэтому проводится очень редко.

Частыми случаями является повреждение верхнего слоя поверхности из-за ударов осколков щебня или других небольших предметов. Ремонт стекол автомобилей возможно в данном случае провести с хорошим результатом за короткое время.

Устройство стекол кузова автомобиля и их маркировка

По своим эксплуатационным характеристикам автомобильные стекла делятся на три типа:

Сталинит (закаленные стекла) проходят термическую обработку, которая обеспечивает их разрушение на мелкие осколки с неострыми краями, снижая риск ранения людей.

Лобовые стекла на все транспортные средства изготавливаются по технологии триплекс. Автомобильное стекло триплекс формируется из трех отдельных слоев. Два «несущих» слоя, которые имеют стекла триплекс, изготовлены из стандартного листового флоат-стекла. Между этими слоями, благодаря специальной технологии, размещается, так называемая, промежуточная пленка. Такую пленку изготавливают из поливинилбутерального материала. Необходимость промежуточного слоя обуславливается несколькими объективными факторами:

• Во-первых, поливинилбутеральная пленка делает автостекло максимально эластичным к внешнему воздействию.
• Во-вторых, с увеличением эластичности возрастает прочность, которую имеют лобовые стекла.
• В-третьих, промежуточный слой обеспечивает дополнительную безопасность водителю в случае деформации стекла.

Два внешних слоя из флоат-стекла плотно приклеиваются к пленке, которая позволяет удерживать осколки стекла. В силу того, что стекло, изготовленное по технологии триплекс, имеет достаточно высокую стоимость, его устанавливают только в качестве лобовой защиты. Следует заметить, что дорогостоящие автомобили полностью оснащаются триплексом. Объясняется это тем, что стекло триплекс имеет хорошие шумоизоляционные свойства и обеспечивает пассажиров дополнительной безопасностью.

Многие производители автомобилей устанавливают на свои автомобили стекла с обогревом. В стеклах с обогревом используют специальный светопрозрачный оксидный слой, который легируется металлом. Вся электронная «начинка», которой оснащено стекло, находится внутри триплекса, что гарантирует дополнительную безопасность человеку.

Пластиковое стекло – это стекло, которое содержит в качестве одного из основных компонентов полимерные органические вещества. Такие стекла, в зависимости от результатов испытаний на изгиб, делятся на жесткие и гибкие.

Общее устройства автомобильных стекол показано на рисунке:

Рис. Устройство лобового (а) и заднего (б) стекол:
1 – шелкография; 2 – место крепления зеркала заднего вида; 3 – датчик дождя; 4 – верхняя тонировка; 5,16 – молдинг; 6 – маркировка оптической прозрачности; 7 – окошко маркировки VIN; 8 – контактная планка; 9, 14 – контакты; 10 – торговая марка; 11 – обогревательный элемент; 12 стоп-сигнал; 13 –– отвод под стеклоочиститель; 15 – крепление

Стекла и дополнительные комплектующие к ним могут быть поставлены в различных вариантах, например, одних цветовых комбинаций существует 30.

Датчик дождя (ДД) – сенсорный элемент, встроенный (наклеенный) в стекло, автоматически включающий дворники в случае дождя. В отдельных стеклах может быть предусмотрено только отверстие под ДД.

Верхняя тонировка – затемненная полоса на стекле сверху, служащая для комфортного видения в солнечную погоду.

Молдинг – уплотнительный элемент, предназначенный для качественной установки стекла. AS-марка 1,2,3 – качество оптической прозрачности стекла.

AS1 – самое оптически чистое стекло. Окно под номер VIN — окно на стекле для того, чтобы видеть VIN (Vehicle Identification Number).

Торговая марка — логотип торговой марки производителя стекла.

Шелкография — черная или серая полоса по периметру стекла, служащая для того, чтобы скрыть элементы крепления, клей и защитить его от прямого воздействия солнечного света.

Маркировка каждого автостекла содержит:

• товарный знак или наименование производителя
• знак официального утверждения в соответствии с правилами №R43 ЕЭК ООН или директивой №92/22/СЕЕ государств, входящих в европейское экономическое сообщество (например, 28 – Беларусь, 22 – Россия, 1 – Германия)
• могут быть указаны обозначения зарубежных стандартов, которым соответствует стекло, дата его изготовления и т.д.

Пример маркировки стекла показан на рисунке:

Рис. Обозначение ветрового стекла:
1 – обозначение стекла, светопропускание которого, согласно Правилам ЕЭК ООН №43, может составлять менее 70%; 2 – знак официального типа изделия на основании Правил ЕЭК ООН №43 (4 – Нидерланды); 3 – кодовое обозначение Правил ЕЭК ООН №43 и номер официального утверждения; 4 – обозначение департамента транспорта США (DOT) с кодом, присваиваемым производителем автомобильных стекол; 5 – производственный код стекла

Ветровое стекло

Лобово́е стекло́, или ветрово́е стекло́ — прозрачный щиток, устанавливаемый перед кабиной автомобиля (или иного транспортного средства) для защиты водителя и пассажиров от набегающего потока воздуха, мусора, насекомых и т. п. Кроме того, лобовое стекло — элемент, вносящий значительный вклад в формирование аэродинамического обтекания автомобиля, а конструкция его проема оказывает весомое влияние на жесткость кузова автомобиля в целом.

Содержание

История

Здесь рассматривается эволюция лобовых стёкол на легковых автомобилях общего назначения. Следует учитывать, что на грузовиках она шла медленнее, а многие модели открытых спортивных автомобилей и в 1970-е использовали вместо лобового стекла простой стеклянный щиток, едва закрывающий водителя.

Ранний период

Первые автомобили имели открытый кузов и, как и открытые гужевые экипажи, в остеклении не нуждались. Однако рост скоростей быстро заставил конструкторов задуматься о защите водителя и пассажиров — преимущественно, от набегающего потока воздуха. Кроме того, стали появляться закрытые кузова каретного типа, в которых лобовое стекло было необходимой деталью.

Уже в начале XX века многие модели имели лобовое стекло, сделанное из того же материала, что и обычное оконное. Позднее, стёкла стали делать из закалённого стекла, что делало их намного более безопасными. Однако, закалённое стекло разлетается на осколки даже при не очень сильном ударе, поэтому для лобового стекла такая технология годилась лишь с оговорками.

На открытых кузовах лобовое стекло выполняли складывающимся полностью или из двух половин, а на закрытых оно обычно было подвешено на верхних петлях и могло откидываться наружу для улучшения вентиляции салона (поэтому оси стеклоочистителей располагали сверху от стекла). Таким лобовое стекло было до середины 1930-х годов, изменения коснулись лишь формы стекла, кроме того, его стали делать только цельным, без разделения на две половины и форточек. В 1920-е годы появляются стеклоочистители с электрическим, механическим (ручным или от вала двигателя) или пневматическим (от разрежения во впускном коллекторе двигателя) приводом.

Некоторые модели открытых автомобилей (их обычно называли «dual-cowl phaeton», они имели два отдельных пассажирских отделения) имели два лобовых стекла, отдельно для переднего и заднего пассажирских отделений. Судя по всему, последний автомобиль такого типа был выпущен в США в 1952 году, это был Chrysler Imperial Parade Phaeton для обслуживания Президента.

Ещё в 1920-х появились «безопасные» лобовые стёкла типа «триплекс» — из двух слоёв стекла и проложенного между ними слоя плёнки; например, на Ford A и его лицензионной версии ГАЗ-А лобовое стекло было трёхслойным. Первое подобное стекло было установлено на Ford T модели 1919 года. Такое стекло при ударе не разбивалось на куски, как обычное, и не рассыпалось на мелкие осколки, как закалённое, а трескалось, оставаясь на плёнке. Плёнка первых трёхслойных стёкол быстро желтела, но при аварии (которые в автомобилизированной Америке тех лет уже не были редкостью) такое лобовое стекло было намного безопаснее.

V-образные стёкла

Уже к середине 1930-х годов развитие автомобильного дизайна спровоцировало важное изменение в конструкции лобовых стёкол. В результате популяризации работ ряда исследователей, главным образом, немца Эдмунда Румплера (Edmund Rumpler) [1] и венгра Пауля Ярая (Paul Jaray) [2] в области обтекания автомобиля потоком воздуха, формы кузовов автомобилей стали более округлыми, лучше соответствующими требованиям аэродинамики. В таких условиях цельное плоское лобовое стекло, установленное вертикально или почти вертикально, уже не устраивало дизайнеров.

Однако, технологии массового производства гнутых стёкол ещё не существовало. Выходом стали V-образные лобовые стёкла, хорошо вписавшиеся в закруглённые обводы кузовов автомобилей второй половины 1930-х годов. Разделение стекла на две соединённые перегородкой с уплотнителем части, находящиеся под некоторым углом друг к другу, вынудило установить два стеклоочистителя, так как один не мог очищать обе половины V-образного стекла (хотя стеклоочиститель со стороны пассажира в течении некоторого времени был опцией, доступной за дополнительные деньги).

Одним из первых примеров применения подобного решения была модель Chrysler Airflow, созданный в результате продолжения исследований в направлении, заданном более ранними работами П. Ярая [3] . Любопытно, что кузов этого автомобиля современными исследователями классифицируется как «ложнообтекаемый», так как реальное уменьшения сопротивления воздуха не превышало 25 %. [3]

V-образные стёкла стали располагать под некоторым углом к вертикали (изначально он был невелик и составлял порядка 20-35°), что позволило не только улучшить внешнее восприятие автомобиля, сделать его визуально более динамичным, — но и на практике несколько улучшить обтекаемость кузовов.

Так же, из соображений безопасности в эти годы происходит отказ от складывающихся и откидных стёкол, популярных в предшествующую эпоху. Теперь лобовое стекло на всех типах кузовов устанавливают внутри мощного проёма при помощи резинового уплотнителя. При сильном ударе головы водителя или пассажира о такое стекло, оно целиком вылетало из проёма.

Эти конструктивные нововведения стали общепринятыми на протяжении 1930-х — 1940-х годов. Единственными исключениями были некоторые открытые автомобили, например, военный Willys MB (1941) имел откидное лобовое стекло в лёгкой рамке.

На эти годы приходятся первые попытки улучшить обзор водителя за счёт создания панорамного стекла, одновременно несколько улучшить обтекаемость автомобиля, а в большей степени — придать ему более обтекаемый внешний вид.

Так как технология производства гнутых стёкол такого размера по-прежнему отсутствовала, лобовое стекло собирали из нескольких плоских меньшего размера, разделённых стойками [4] (на илл. слева).

После войны форма кузовов автомобилей стала быстро меняться, однако, стёкла по прежнему оставались V-образными. На рубеже 1940-х и 50-х годов произошёл пересмотр пропорций кузовов легковых автомобилей, высота бортов кузова снизилась, а площадь остекления выросла, благодаря чему выросла и площадь лобового стекла [5] (на илл. справа).

Гнутые лобовые стёкла

В начале 1950-х годов на массовых моделях стали появляться гнутые лобовые стёкла. Они лучше, чем V-образные, вписывались в плавные округлые обводы автомобилей этих лет. Между тем, с практической точки зрения они имели немало недостатков — хуже очищались стеклоочистителем, были сложнее и дороже в производстве, бликовали на солнце.

Изначально гнутые лобовые стёкла делали из двух половин, как старые V-образные. На автомобилях [6] . Несколько позднее гнутые лобовые стёкла появились на автомобилях остальных американских производителей (на «Бьюиках» — в 1949, на «Шевроле» — в 1950, на «Доджах» и «Плимутах» — в 1951, «Фордах» — в 1952, причём цельное, и т. д.). Гнутым начинают делать и заднее стекло. Начинают появляться омыватели с ручным, вакуумным или электрическим приводом, сначала — как опция.

Позднее, гнутые лобовые стёкла распространяются по всему миру. На отечественных автомобилях первое гнутое стекло на автомобиле появилось ещё на «Победе» в 1946 году, это было заднее стекло. Однако оно оказалось не очень удачным — невелико по размеру, к тому же брак при производстве был нередким явлением [7] , а из-за несовершенной технологии производства стекло получалось зачастую настолько кривым, что через него прямые рельсы выглядели сильно изогнутыми. [8] Гнутым было и заднее стекло ЗиМа (1949) [9] , причём к этому времени удалось решить технологические проблемы, а размер стекла был значительно увеличен по сравнению с «Победой». Но лобовое стекло на этом автомобиле оставалось V-образным из двух плоских половинок [9] . Первые же гнутые лобовые стёкла в СССР устанавливались на «Москвич-402» и «Волгу» ГАЗ-21 (1956 год).

Площадь лобового стекла непрерывно увеличивалась в течение последующего десятилетия, как за счёт увеличения его высоты и изгиба, так и за счёт бо́льшего наклона.

Панорамные лобовые стёкла

Верхом развития технологий 1950-х годов в области изготовления автомобильных стёкол были панорамные лобовые (а позднее и задние) стёкла. Пионером здесь опять стал «Кадиллак» — на модели Eldorado в 1953 году появилось панорамное лобовое стекло, углы которого загибались на боковины кузова, а стойки были вертикальными. В те годы это казалось очень необычным, а технологии, позволяющие изготовлять подобные стёкла, были только что разработаны. Тем не менее, в 1954 году таким лобовым стеклом располагали уже все модели «Кадиллаков». А в 1955 к ним присоединилось большинство американских производителей. Задние стёкла так же начинают делать панорамными, сначала — из трёх частей.

Пиком развития «панорам» стали 1958-60 модельный годы. В этот период появились лобовые стёкла с «заваленными» назад стойками с обратным наклоном, различным образом изогнутые стойки, и т. д. «Меркьюри» предлагал автомобили с лобовым стеклом, имеющим изгиб в верхней части, заходящий на крышу и якобы позволяющий лучше видеть светофоры в городе. В эти же годы в США широкое распространение получили тонированные стёкла, лобовые стёкла с затемнённой верхней частью; появились даже так называемые атермальные стёкла, то есть не пропускающие тепло в салон автомобиля и не дающие ему нагреваться от солнечных лучей (правда, их распространённость в те годы была невелика).

Самым экстремальным вариантом остекления на серийном автомобиле в те годы стали, пожалуй, «Кадиллаки» и «Бьюики» 1959 модельного года в кузове «четырёхдверный хардтоп»: они имели не только огромное панорамное лобовое стекло с обратным наклоном стоек, но и очень широкое панорамное заднее так называемого типа «Wista», к тому же — совершенно плоскую панель крыши, опирающуюся на очень лёгкие стойки. Внешний вид был превосходным, однако, такая конструкция крыши оказалась опасной при опрокидывании автомобиля, и уже через год снята с производства.

Американские концепт-кары же тех лет имели ещё бо́льшие по площади панорамные лобовые стёкла, например, на проекте атомного автомобиля Ford Nucleon цельное панорамное лобовое стекло должно было заходить далеко на боковину. Другие концепт-кары предусматривали даже замену кабины с остеклением на полностью остеклённый фонарь самолётного типа, или даже два раздельных фонаря (для правой и левой половин салона), но на практике до такого дело не дошло.

В Европе, однако, к новинке отнеслись более сдержанно, тем более что технический уровень Европы отставал от северо-американского, и на многих автомобилях в те годы ещё были плоские V-образные стёкла (например, на отечественных «Победе» ГАЗ-М-20 и «ЗиМе»), а то и плоскими из одного куска («Москвич-400», «Фиат», «Рено», и т. д.). На более современных автомобилях, например, «Волге», BMW 501 или «Мерседесах», устанавливались гнутые лобовые стёкла, но о внедрении «панорам» по американскому образцу ещё не задумывались.

А когда пришло время очередной смены модельного ряда, в США панорамные стёкла уже вышли из моды. В конце 1950-х выяснилось, что вертикальная (и, тем более, наклонная) стойка лобового стекла мешает входу и выходу из автомобиля, ослабляет кузов и вызывает излишнюю деформацию при аварии. [5] Само панорамное стекло тоже не лишено недостатков — сильно бликует, искажает картинку.

Наконец, само развитие американского дизайна уже в самом начале 1960-х годов привело к появлению автомобилей с более квадратными, «рублеными» обводами, в экстерьер которых панорамные стёкла уже вписывались плохо. В результате, последней новинкой 1961-62 модельных годов в США стало простое, почти плоское лобовое стекло. Несколько лет просуществовали полупанорамные стёкла, имевшие небольшие загибы в нижней части и изогнутую стойку проёма, к середине десятилетия полностью исчезли и они. Таким образом, в США история панорамных стёкол фактически свелась к относительно небольшому периоду — с 1953 по 1961 годы. И только фирма «Крайслер» выпускала несколько моделей высшего класса с полупанорамными лобовыми стёклами до середины шестидесятых.

В результате, в Европе автомобили в этом стиле успели выпустить лишь отдельные производители, в основном — ориентировавшиеся на Америку, такие, как Opel, ЗИЛ (ЗИЛ-111, ЗиЛ-130) и ГАЗ (ГАЗ-13). Большинство остальных производителей эпоху панорамных стёкол или просто «проскочили», или ограничились просто сильно изогнутыми лобовыми стёклами, стойки которых, тем не менее, сохраняли «нормальный» наклон — назад (сюда же относилась, в принципе, и «Чайка», но её стекло всё-же было ближе к настоящим панорамным).

Дальнейшая история

Уже к середине 1960-х о панорамных стёклах практически забыли. Редкие устаревшие модели, разработанные ещё в предыдущую эпоху, снабжались ими в течение ещё некоторого времени, но основная масса автомобилей получила практически плоские лобовые стёкла. В последующие десятилетия никаких особых нововведений не происходило. Лобовые стёкла с каждым годом наклоняют всё сильнее, чтобы улучшить аэродинамику; соответственно, растёт площадь и трудоёмкость изготовления.

В 1980-е — 1990-е годы в связи с появлением новых технологий конструкция лобового стекла и его проёма меняется. Исчезают резиновые уплотнители, теперь стёкла вклеивают непосредственно в проём — это позволяет снизить аэродинамическое сопротивление и повысить жёсткость кузова, это требует повышенной точности изготовления стекла и разработки технологии нанесения на его края специального покрытия для прочного удержания в проёме клеем.

Появляются новые покрытия, уменьшающие загрязнение стёкол. Некоторое распространение получает встроенный в лобовое стекло обогрев. Технология получения трёхслойных стёкол продолжает совершенствоваться, они становятся всё безопаснее. Массовое распространение получают атермальные стёкла, не пропускающие в салон тепло солнечного света. Стеклоочистители и стеклоомыватели получают автоматическое включение от датчика дождя.

Любопытная разработка — система отображения на лобовом стекле данных о скорости движения и иной информации. Другая новинка — прибор ночного видения для езды в темноте, проецирующий картинку прямо на лобовое стекло.

В настоящее время лобовое стекло современного автомобиля — изготовленное с прецезионной точностью, технически сложное, наукоёмкое изделие, продукт занявшей десятилетия эволюции.

Аэродинамические аспекты

Как показали опыты американского исследователя В. Э. Лэя [5] на моделях в аэродинамической трубе, геометрия и расположение лобового стекла серьёзно влияют на аэродинамику автомобиля.

Минимальные значения коэффициента обтекаемости Сх (то есть, наименьшее аэродинамическе сопротивление) при прочих равных получаются, когда угол наклона ветрового стекла составляет 45…50 градусов к вертикали, дальнейшее увеличение наклона к серьёзному улучшению обтекаемости не ведёт. Разница между наилучшим и наихудшим (при вертикальном лобовом стекле) значениями составила 8…13 %.

Те же опыты показывают, что разница в коэффициентах обтекаемости автомобиля с плоским лобовым стеклом и с лобовым стеклом наиболее выгодной с точки зрения аэродинамики формой (полукруглого сечения, недостижимого на реальном автомобиле) при прочих равных составляет 7…12 %.

Кроме того, в литературе [5] указано, что немалую роль в формировании аэродинамической картины кузова легкового автомобиля играет оформление переходов от лобового стекла к крыше, боковинам кузова и капоту, которые должны быть максимально плавными. Сегодня широко используется спойлер-отсекатель в виде «вздёрнутой» задней кромки капота, отводящий поток воздуха от границы капота и ветрового стекла, благодаря чему стеклоочистители оказываются в аэродинамической «тени». Водосточные желобки недопустимо располагать в местах перехода от лобового стекла к боковинам кузова и крыше, так как на этих переходах резко возрастает скорость потока воздуха. [5] Отмечается важность использования современных вклееных стёкол, которые не только снижают ощутимо сопротивление воздуха, но и повышают структурную прочность кузова в целом.

Международная терминология

В Британском Английском (Великобритания, Австралия, Новая Зеландия) для обозначения лобового стекла используется термин «Windscreen». Кроме того, лобовое стекло — щиток старинных открытых спортивных автомобилей высотой ниже 20 см (точнее, 8 дюймов) иногда обозначается как «Aeroscreen».

В США предпочитают использовать термин «Windshield», а «Windscreen» означает там обычно означает ворсистую или полиуретановую накладку на микрофон, уменьшающую фоновые шумы. В Британском Английском все строго наоборот.

В Японском Английском, аналогичным термином для обозначения лобового стекла является «Front Window».

На немецком «лобовое стекло» будет «Windschutzscheibe», а на французском — «Pare-brise». В итальянском и испанском используются похожие и лингвистически родственные термины «Parabrezza» и «Parabrisas» соответственно.