韋玉明
【摘 要】隨著科技的進步和客戶要求的提高,部分省市提出關于電動汽車地方性涉水高標準要求,文章通過對某電動汽車的測試、整改、驗證及最終措施的實施,滿足了該地方性涉水標準要求,總結了問題整改經(jīng)驗,提出了密封開發(fā)設計規(guī)范及流程建議。
【關鍵詞】氣密性;水密性;防塵性;涉水水池;優(yōu)化;策劃
【中圖分類號】U463.82 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688(2020)09-0032-05
0 引言
眾所周知,整車密封性能是衡量汽車質量、感知的重要指標之一,它直接影響整車的NVH性能(如乘坐舒適性)、防腐性能、防塵性能。整車密封性能主要分為氣密性、水密性和防塵性,良好的整車密封性,不僅能有效降低車外噪聲、減少車外不良空氣的進入,而且能確保較好的空調效果、提高乘坐舒適性和改善燃油經(jīng)濟性等。
整車氣密性,指整車在門窗關閉、空調關閉并設定為內循環(huán)、封堵泄壓閥的情況下,通過測量車內外壓差在一定值時的氣體泄漏量進行衡量,單位為SCFM(標準立方英尺每分鐘)。氣體泄漏量值越小,說明氣密性越好。目前,普遍使用的測試方法為空氣壓縮測試,具體如圖1所示。
為能直觀地看到泄漏點,通常會增加一些輔助設備,如發(fā)煙器等,缺點就是受環(huán)境溫度和氣體特性的影響,讀取數(shù)據(jù)偏差較大。其他測試方法有手感測試、氣泡浸泡測試、噴肥皂水試驗、超聲波檢測、聽診器方法、空氣流量檢測、熱成像攝影機測試等。
整車水密性,即車輛防水的能力,通常分為淋雨防水能力和涉水防水能力,一般以干區(qū)是否進水作為判斷標準。整車以在潮濕環(huán)境中(如淋雨、涉水、洗車等)是否允許有雨水侵入設定整車的干濕分區(qū),應該保持干燥的為干區(qū),允許水流經(jīng)的部位為濕區(qū)。粗的劃分:乘員艙為干區(qū),乘員艙以外的為濕區(qū)。水密性測試主要是查找干濕分界面是否存在進水點,通用測試方法有淋雨測試、涉水測試、高壓洗車測試等(如圖2所示)。
整車防塵性,指在關閉車門、車窗的情況下,車輛防塵的能力,一般用防塵密封度表示。測試方法有揚塵測試和塵洞測試,而由于受到塵洞建設費用高及測試環(huán)境要求苛刻的影響,目前很少進行防塵性相關的投入和研究,普遍認為氣密性、水密性做好了,自然也能保證良好的防塵性。
本文以某電動車型M改善為例,通過涉水測試、問題點收集、原因分析、方案制訂、措施驗證、最終方案實施效果等,總結經(jīng)驗,提出整車密封性開發(fā)流程、設計規(guī)范、數(shù)據(jù)點檢等要求和建議。
1 整車密封性的因素
整車密封性工作開展貫穿整個車型生命周期,分析產(chǎn)品設計是否合理、工藝是否可行,爭取在試制階段達成項目指標要求。產(chǎn)品設計主要是結構設計、整車匹配、涂膠合理布置,同時規(guī)避歷史問題等。影響整車密封性的因素模型如圖3所示。
2 涉水測試條件
(1)根據(jù)涉水標準要求,建涉水水池如圖4所示。
(2)測試要求:試驗樣車以30 km/h的速度通過水深150 mm的涉水池,涉水時間為10 min(如涉水池長度受限,可循環(huán)測試,如圖5所示,按時間折算循環(huán)次數(shù))。
(3)測試結果評價:整車通過涉水池時,檢查車內是否滲水。
3 涉水結果
3.1 整車涉水測試
對多臺競品和電動汽車M在同一條件下進行涉水測試(如圖6所示),如出現(xiàn)整車進水后無法啟動,即刻停止。
為在涉水時更方便地觀察進水點和收集進水量,測試前需拆掉除了駕駛位外的所有座椅、地毯、隔熱墊等,使用拆除零部件原有標準件、卡扣等,按相應位置裝好,然后按要求進行測試(見表1)。
3.2 測試結果
測試結果見表2。
3.3 問題點收集
問題點收集見表3。
4 整改措施
通過M車型上多輪次的整改和驗證,最終確認該方案工藝可行、措施有效,措施實施后,抽取5臺整車進行涉水測試,基本無進水。
整改總結:在量產(chǎn)車上整改,受到結構更改、量產(chǎn)備件、工裝夾具、成本、周期等方面影響,且在裝車后測試,對問題點的排查相對比較困難,如前圍板、前地板滲水問題點的排查,空間狹窄,需要剪開隔熱墊、拆除下護板等,且需在地溝或舉升臺架上檢查,在沒有特殊工具、設備探測進水路徑情況下,只能采取排除法,逐點、逐段、分區(qū)域地補膠、整改及涉水驗證,而在每次驗證后需排掉艙內的進水、晾干,再進行下一輪排查驗證,確認問題點后再篩查相似點或風險點,對風險點進行方案確認,重新安排在下一批次整車上進行全生產(chǎn)模式試制驗證,整改周期長,不確定因素多。
5 密封方案設計策劃
總結M車型整改經(jīng)驗,結合防腐性設計規(guī)范、歷史問題點、現(xiàn)行工藝特性等,提出密封性設計開發(fā)流程、設計原則和數(shù)據(jù)點檢等,在設計階段即可對密封性相關系統(tǒng)設計進行策劃,提前切入整改,降低量產(chǎn)后再整改的風險,同時能縮短開發(fā)周期和降低成本。
5.1 整車密封性工作開展流程
整車密封性能設計貫穿產(chǎn)品設計整個過程,密封性設計開發(fā)流程如圖7所示。
5.2 車身結構密封設計原則
(1)前圍下板和前地板區(qū)域受到水沖擊壓力最大,重點關注該區(qū)域密封。
(2)在滿足各系統(tǒng)安裝、工藝使用等的需求下,在干濕區(qū)分界面上,車身盡量不開孔。
(3)轉角處需進行結構設計和工藝優(yōu)化,盡量避免有密封缺口,即“老鼠洞”(如圖8所示)。
(4)結構上能實現(xiàn)防水的部位,盡量不要使用涂膠或堵蓋;能使用涂膠防水的部位,盡量不要使用堵蓋;地板需封堵的孔洞,盡量不要使用堵片(貼片)。
(5)干、濕分界面上的安裝孔,結構、位置、數(shù)量設計要合理,盡可能為圓形、方形的標準規(guī)格尺寸孔,且每個孔需設計在一個平面或大曲率的曲面上,使其有利于附件安裝的密封措施設計或密封件裝配。
(6)鈑金焊接邊結構設計,要使焊接邊有利于控制制造精度、焊接面配合嚴密、焊接密封膠涂抹均勻、精確,保證焊接后鈑金之間不會有縫隙。同時,鈑金接縫方向應朝向操作者,避免鈑金接縫被遮擋不可視,或涂膠工具無法進入。
(7)鈑金焊接標準件,特別是在單層板或半封閉區(qū)域應該避免直接開孔焊接承面凸焊螺柱、端面凸焊螺母,以免造成標準件焊接孔、焊接面漏水(如圖9所示)。
如空間不允許,或更改成本較高,涉及零部件多,更改難度大,可以在標準件孔內或端頭涂膠;如空間允許,需更改結構,增加安裝支架,車內外隔開(如圖10所示)。
(8)為確保涂裝焊縫密封膠,需控制鈑金搭接間隙尺寸≤ 3 mm,原則上各大總成或鈑金搭接處焊縫越小越好,如尾燈尖角、曲面搭接部位(如圖11所示)。
(9)焊點布置合理設計,盡可能布置在平面或大曲率曲面上,且布置在搭接面中線位置,避免出現(xiàn)層間離空、焊接夾持、加壓時間短出現(xiàn)焊點破損情況(如圖12所示)。
(10)門洞止口搭接層數(shù)≤4層,且避免板厚在某個區(qū)域短距離內變化過大,以免從密封膠條卡槽處進水。
(11)為便于涂焊縫密封膠,多個鈑金疊加結構宜采用按次序搭接,且鋼板邊緣逐層外露,如門檻邊(如圖13所示)。
(12)涉水沖擊部位,鈑金搭接需根據(jù)整車行進方向,優(yōu)先采用圖14所示的方式。
5.3 車身涂膠設計要求
(1)鈑金搭接邊刷膠密封,若是單側密封應該保證刷膠的連續(xù)性,不允許斷開。
(2)考慮水密性及防腐性,優(yōu)先從濕區(qū)進行密封。
(3)為保證水沖擊壓力最大區(qū)域的密封性,如前圍下板與前地板/左右前輪罩搭接邊,應該在兩層板之間增加點焊密封膠。
(4)多層鈑金搭接過孔,應在夾層間增加點焊密封膠,以免造成夾層進水。
(5)如出現(xiàn)橫梁、支座、加強板等遮蔽密封搭接邊而無法涂焊縫密封膠區(qū)域,且在另一側也無法設計焊縫密封膠時,需在搭接面增加點焊密封膠,避免該區(qū)域出現(xiàn)離空進水(如圖15所示)。
(6)根據(jù)前地板(含中央通道)→前圍板→流水槽等受水沖擊力情況(如圖16所示),部分區(qū)域的涂膠設計如圖17所示。
5.4 其他系統(tǒng)設計要求
(1)座椅安裝和定位孔。通常為通孔,直接與加強橫梁型腔相通,如沒有采取密封措施,水會從安裝螺栓、定位銷縫隙進入到車內。定位孔可以采用塑料扣(不通孔)+密封墊方式,而安裝孔可以采用在加強梁與地板間增加點焊密封膠方式,具體如圖18所示。
(2)線束固定。線束固定盡量避免采用通孔+卡扣方式,如果必須采用該方式,需增加防水密封墊,可以采用植焊螺釘或增加安裝支架固定方案(如圖19所示)。
(3)轉向裝置與車身配合及防塵罩結構設計。轉向裝置與車身配合并不是緊固膠連接,而是通過防塵罩的壓縮產(chǎn)生的彈性連接,而其安裝方向為正Z向(M車型),為確保防塵罩周圈與車身配合面均勻接觸,應將其配合面設計為接近于水平,即防塵罩與車身配合面平行(如圖20所示)。
為確保防塵罩有一定量的壓縮,滿足該處的密封要求,通常將防塵罩設計為齒狀,即兩端高、中間有凹槽,必要時,凹槽可以涂總裝膠,以增強此處的水密性(如圖21所示)。
5.5 數(shù)據(jù)點檢
根據(jù)設計規(guī)范要求,對每個階段數(shù)據(jù)進行點檢,并收集匯總問題點,逐項整改確認和關閉,而數(shù)據(jù)階段點檢可分為肉眼檢查、數(shù)據(jù)DMU和CAE仿真檢查等方面。
(1)肉眼確認(3D數(shù)據(jù))。?譹?訛根據(jù)設計規(guī)范要求,確認各階段的設計數(shù)據(jù),確認有漏氣隱患的部位。?譺?訛確認鈑金間的配合不良、不必要或者大于所需大小的“老鼠洞”。?譻?訛確認外部連接孔是否采用了堵蓋或膠帶。?譼?訛確認是否漏了密封膠(膨脹膠、點焊膠、折邊膠、焊縫密封膠等)。?譽?訛確認各系統(tǒng)零部件是否有密封措施。
(2)數(shù)據(jù)DMU。對于動密封要求各零部件,逐項確認其與車身鈑金或飾板的干涉量是否滿足密封技術要求。圖22為檢驗密封條與車門干涉量的DMU,抽取密封條的外平面,做成一個面,鈑金或飾板的數(shù)據(jù)也是只抽取膠條面做成一個面。確認兩個面之間的干涉,確認膠條的問題點。
(3)CAE仿真分析。通過計算機仿真技術,進行車身密封性能仿真分析,查找泄露點及泄漏路徑,有效幫助工程師在設計階段進行結構優(yōu)化或涂膠密封性設計,降低風險,縮短研發(fā)周期,同時收集記錄相應泄漏點,列入生產(chǎn)工藝文件加以管控及檢查(如圖23、圖24所示)。
(4)問題點匯總(見表3)。
6 總結
整車密封性影響因素比較多,如果能在前期設計階段做好歷史問題回顧及規(guī)避、概念設計策劃、結構設計優(yōu)化、數(shù)據(jù)階段點檢和仿真分析等工作,就能提前確定密性風險點,做好方案優(yōu)化,提高產(chǎn)品一致性,縮短研發(fā)周期,從而降低成本。一旦投入量產(chǎn)后,再對整車進行密封性提升,難度、成本將大幅增加。技術不會停止腳步,一次也不可能解決所有的問題,積極探索,勇于創(chuàng)新,采取一切有效且可行的措施,就一定能夠提高整車的密封性,改善整車NVH性能,從而提升整車產(chǎn)品品質。
參 考 文 獻
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