錢(qián) 途Qian Tu

汽車水管理相關(guān)的設(shè)計(jì)與分析

錢(qián) 途
Qian Tu

（江西吉利新能源商用車有限公司，江西 上饒 334000）

為避免汽車在淋雨、洗車、涉水、雨霧等工況下出現(xiàn)水管理等嚴(yán)重的感知質(zhì)量問(wèn)題，需要通過(guò)前期的設(shè)計(jì)控制提升汽車水管理開(kāi)發(fā)能力，并攻克水管理相關(guān)的技術(shù)難點(diǎn)；在制造過(guò)程中，把控生產(chǎn)過(guò)程，提升零件或者系統(tǒng)的質(zhì)量，通過(guò)合理科學(xué)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，保障上市車輛無(wú)相應(yīng)的水管理質(zhì)量問(wèn)題。通過(guò)介紹水管理概念，重點(diǎn)分析設(shè)計(jì)階段以及制造階段水管理潛在的問(wèn)題，達(dá)到設(shè)計(jì)和制造需求。

水管理；涉水；密封；堵蓋；干區(qū)；濕區(qū)

0 引 言

水管理即研究水的走向、水的密封性能、整車水的路徑以及水路徑邊界零部件的防水特性等。汽車水管理是汽車性能開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵指標(biāo)，也是客戶能直接感知的性能，水管理對(duì)各主機(jī)廠越來(lái)越重要。如何提高汽車的水管理開(kāi)發(fā)能力，避免出現(xiàn)水管理質(zhì)量問(wèn)題是各主機(jī)廠面對(duì)的難題。水管理主要研究干濕分界面內(nèi)的防水特性；研究車輛乘員艙有關(guān)的防水性能，這是整車性能的一部分，不包括乘員艙以外的零部件子系統(tǒng)防水性能（系統(tǒng)防水性能要求的零部件系統(tǒng)需分析解決，如前大燈防水性、發(fā)動(dòng)機(jī)艙電器盒防水性等）。從氣密性、NVH（Noise、Vibration、Harshness，噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度）性能等角度考慮，乘員艙密封性越嚴(yán)越好，這種思路稱之為堵；從整車角度考慮，車身上諸多的安裝點(diǎn)、鈑金焊縫等，難免由于工藝、制造等一致性因素，導(dǎo)致堵的效果失效，出現(xiàn)乘員艙進(jìn)水等現(xiàn)象，在此引入疏的概念，即將進(jìn)入乘員艙內(nèi)的水及時(shí)順利排出。

1 干濕區(qū)的設(shè)計(jì)需求

1.1 濕區(qū)

理論上，車輛在涉水（淋雨、洗車、積水、雨霧等整車外部接觸水）過(guò)程中，有水涌入或進(jìn)水風(fēng)險(xiǎn)較大的區(qū)域，分為浸水區(qū)域和濺水區(qū)域，見(jiàn)表1。濕區(qū)內(nèi)的系統(tǒng)或零部件需要考慮自身防水性能，對(duì)于自身能夠滿足防浸水的可以布置在涉水面以下；對(duì)于只能防濺水的零部件需要布置在涉水面以上，并盡量布置在較高的區(qū)域或者利用其他防護(hù)措施滿足涉水要求；對(duì)于自身無(wú)防護(hù)的系統(tǒng)或零部件，特別是影響車輛行駛、安全等功能的重要部件，不得布置在濕區(qū)，如汽車電氣系統(tǒng)[1]。

1.2 干區(qū)

除濕區(qū)以外的區(qū)域，涉水過(guò)程中無(wú)水浸入或者進(jìn)水風(fēng)險(xiǎn)較小的區(qū)域，主要指乘員艙。該區(qū)域的零部件或系統(tǒng)不必做特殊防水措施。為了避免干區(qū)進(jìn)水，需要整車在研發(fā)階段做相應(yīng)的防水設(shè)計(jì)工作，在制造階段做相應(yīng)的生產(chǎn)質(zhì)量與零件質(zhì)量把控，售后階段也需要有防水性的維修。

2 水流向

以某車型為例，如圖1所示，箭頭方向?yàn)橛甑瘟鲃?dòng)方向或可能流動(dòng)方向，主要是通過(guò)疏的方法使水滴導(dǎo)流到車外，避免乘員艙進(jìn)水。如前風(fēng)窗排水通過(guò)雨水槽流入前風(fēng)窗下橫梁，向兩側(cè)流入輪輻飾板上方，排出車外；天窗雨水通過(guò)襯條進(jìn)入天窗導(dǎo)軌，通過(guò)天窗導(dǎo)軌流入4個(gè)角落，前排水管流經(jīng)A柱，通過(guò)前雨水槽或者在A柱下方通過(guò)縱梁內(nèi)部排到車外，后排水管通過(guò)C柱流入后輪輻飾板后方排到車外。后背門(mén)雨水通過(guò)分縫流入雨水槽，流經(jīng)鉸鏈安裝面，再流經(jīng)后背門(mén)氣彈簧車體安裝座面，在前后保險(xiǎn)杠的安裝處分兩個(gè)方向，一個(gè)順著鈑金縫隙流入尾梁排到車底，另一個(gè)順著后保雨水槽流至最低點(diǎn)（此處如果雨水過(guò)多，會(huì)沿著后背門(mén)鈑金排水口倒流入后背門(mén)內(nèi)外板之間，故有些主機(jī)廠會(huì)將該ED（Electro Deposition，電泳涂裝）排水孔堵塞，排到車外。以4門(mén)內(nèi)部雨水流向左前門(mén)為例，雨水通過(guò)左前門(mén)玻璃與外水切軟毛邊縫隙或者導(dǎo)軌、窗框與玻璃的搭接縫隙流入車門(mén)內(nèi)外板之間，前后端區(qū)域順著導(dǎo)軌及玻璃尼槽流下，中間區(qū)域順著玻璃弧度流下、滴下，在車門(mén)內(nèi)外板下方，經(jīng)ED 排水孔流出并順著側(cè)裙流到車外。

表1 防水區(qū)域描述

圖1 雨水流動(dòng)方向

汽車涉水即車輛在地勢(shì)低洼、有積水的路面行車，如圖2所示。在該工況下，要求車輛可以在一定的水深中行駛，不得有水進(jìn)入干區(qū)。行駛在涉水路面或涉水隧道時(shí)，不同的積水深度對(duì)駕駛員安全駕駛的影響較大，同時(shí)也會(huì)影響汽車的性能[2]，主要通過(guò)堵的方式，即整車需要有相應(yīng)的防涉水設(shè)施，使車外的水不得滲入或者流入干區(qū)（主要指駕駛室）。

圖2 汽車涉水示意

3 水管理設(shè)計(jì)分析

3.1 整車設(shè)計(jì)階段

白車身作為整車零部件安裝載體，對(duì)于整車的水密封起重要作用。在設(shè)計(jì)階段，需要對(duì)白車身進(jìn)行控制，包括：車身零件在設(shè)計(jì)上應(yīng)滿足搭接面平整貼合，在非搭接面、涂裝液流動(dòng)區(qū)域應(yīng)有大于2 mm以上空間要求，保證ED涂層；車輛設(shè)計(jì)中，追求減重會(huì)增加鈑金補(bǔ)強(qiáng)件開(kāi)孔，在干濕分界區(qū)的零部件不應(yīng)開(kāi)減重孔；內(nèi)外板包邊處需有5 mm以上的重合量，轉(zhuǎn)角處局部可適當(dāng)減小，不允許出現(xiàn)尖角；側(cè)裙邊注蠟孔建議設(shè)定直徑為20 mm，便于后續(xù)堵塞處理；4門(mén)內(nèi)板ED 排水孔尺寸建議設(shè)為20 mm×10 mm；涂裝生產(chǎn)線由于入槽角度、工裝等不同，需合理設(shè)置排水工藝孔、排氣孔的位置、尺寸等。

在整車設(shè)計(jì)階段，部分車型容易出現(xiàn)以下問(wèn)題：粗密封在2個(gè)座椅橫梁處被電池包的安裝梁整體遮擋（粗密封在涂裝階段進(jìn)行，即在焊裝階段之后，將座椅橫梁、地板、電池包橫梁拼焊后再進(jìn)行密封涂膠），如圖3所示。這樣僅依靠焊接密封膠容易出現(xiàn)漏水問(wèn)題，故前期設(shè)計(jì)時(shí)，需要為密封膠留出相應(yīng)的工藝孔。

圖3 密封膠被遮擋示意

3.2 沖壓焊裝涂裝階段

開(kāi)閉件主要指前艙蓋、后背門(mén)、左右前后門(mén)，需要做折邊處理，在折邊之前需用折邊膠進(jìn)行密封，折邊區(qū)域如圖4所示，其中折邊面、焊接面需保持實(shí)物平整貼合，部分焊接面需有點(diǎn)焊密封膠密封。

圖4 開(kāi)閉件折邊膠示意

為進(jìn)一步增強(qiáng)焊接車身件之間的密封性，以及車身焊接件的抗腐蝕能力，在白車身底層處理（電泳烘干）后、面漆涂裝前進(jìn)行焊縫密封膠涂布，涂布密封膠膜厚為3～5 mm，即焊裝總成之間進(jìn)行焊縫密封膠對(duì)應(yīng)。車身底部涂裝起到保護(hù)底部防石擊和車身密封作用，減少高速行駛時(shí)路面砂石對(duì)車身底部下表面、輪罩及車身側(cè)裙邊的撞擊和沖刷，提高使用壽命，采取在易受石擊的部位涂布 1～2 mm具有抗石能力的耐磨涂層。車底涂裝部位為前后輪罩下表面、車底板下表面、左右縱梁下表面等，這些部位受飛石等崩傷嚴(yán)重，需要采用充分吸收飛石能量、耐磨性優(yōu)良且有充分膜厚的材料；另外，這些部位是車體板接合部分，通常在搭接處涂密封膠后再涂車底涂料，如圖5所示。

圖5 密封膠和車底涂層重復(fù)涂裝示意圖

涂裝密封膠分粗密封和細(xì)密封兩種，粗密封用于對(duì)外觀要求低的車身內(nèi)腔所有縫隙進(jìn)行密封，例如汽車底板下、機(jī)艙前圍邊上等不可直視區(qū)域或不影響周邊件裝配的補(bǔ)膠；細(xì)密封用于對(duì)外觀要求高的外表縫隙密封，例如地板上表面、車門(mén)折邊處、內(nèi)板拼接處、三角窗附近等會(huì)影響外觀或總裝裝配的補(bǔ)膠。涂裝工藝需除去車身防銹油、泥沙、鐵屑等異物，為后續(xù)工位提供清潔、合格磷化的車身。如圖6所示，需要在白車身各個(gè)焊接處涂膠。

圖6 涂裝白車身防水密封膠示意

3.3 總裝密封性

白車身有諸多工藝孔，如定位孔、漏液孔、焊槍孔、管路管線過(guò)孔、制動(dòng)踏板或轉(zhuǎn)向輸入軸安裝過(guò)孔等。工藝孔將干區(qū)與濕區(qū)連接，需要有相應(yīng)的處理措施，例如在車身下地板和前圍板（白車身上孔位最多的2個(gè)區(qū)域）做相應(yīng)的堵水處理。

圖7 某車型車身地板示意

如圖7所示，車身下地板共有28個(gè)孔位，其中1、2、3、4、5、7、14、15、18、19為涂裝漏液孔，6、7、8、9、12、13、16、17、20、22為定位孔，10、11為試制夾具用孔，21為MSD（Manual Service Disconnect，動(dòng)力電池板手動(dòng)維護(hù)開(kāi)關(guān)）開(kāi)關(guān)孔，23～28為焊槍孔。其中漏液孔、定位孔、試制夾具用孔、焊槍孔采用堵蓋密封，MSD開(kāi)關(guān)孔由MSD堵蓋堵住密封。通過(guò)安裝防水零件的方式達(dá)到干區(qū)與濕區(qū)分離，避免濕區(qū)的水進(jìn)入干區(qū)。

圖8 某車型前圍板示意

如圖8所示，前圍板上段1為空調(diào)進(jìn)風(fēng)口，離地間隙為969 mm，即該孔的涉水深度為969 mm；前圍板下段2、9為機(jī)艙線束過(guò)孔，3為機(jī)艙拉鎖過(guò)孔，4為制動(dòng)踏板過(guò)孔，5為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)過(guò)孔，6為空調(diào)線束過(guò)孔、7為空調(diào)高低硬管過(guò)孔，8為空調(diào)滴水管過(guò)孔，10為后雨刮水管過(guò)孔。各過(guò)孔處需要零件自帶防水橡膠套、塑殼防水套或防水海綿等防水零件，若采用橡膠作為基本原材料，則說(shuō)明對(duì)密封性能有嚴(yán)格要求[3]，橡膠防水零件與前圍板裝配后應(yīng)有一定的壓縮量，即過(guò)盈配合，使?jié)駞^(qū)的水不可通過(guò)防水零件或防水零件與白車身孔位之間穿過(guò)，達(dá)到濕區(qū)與干區(qū)嚴(yán)格分離，保證干區(qū)在各種工況下無(wú)水滲入。

4 總 結(jié)

通過(guò)闡述水管理的重要性、水的主要流向，以及前期的設(shè)計(jì)分析，提出水管理結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)及疏、堵排水方案，避免在設(shè)計(jì)階段出現(xiàn)水管理問(wèn)題；同時(shí)，在工藝制造階段，特別是焊涂總裝階段，通過(guò)增加相應(yīng)的防水結(jié)構(gòu)，如密封膠、堵蓋等，使干區(qū)與濕區(qū)嚴(yán)格分離，提升整車的水管理性能。

[1]呂玉林，余超.汽車線束濕區(qū)密封探討[J]. 汽車電器，2015（2）：44-45.

[2]王金泰，閻峻，邱尚磊.轎車涉水行駛對(duì)安全駕駛的影響[J]. 汽車實(shí)用技術(shù)，2018（3）：153-155.

[3]杜鵬，王馨寧. 橡膠在無(wú)石棉密封墊片上的應(yīng)用[J]. 裝備制造技術(shù)，2016（8）：173-174，177.

2020-08-17

U461.5+3

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2021.01.009

1002-4581（2021）01-0040-05