汽車(chē)密封性能改進(jìn)及設(shè)計(jì)優(yōu)化研究

韋玉明

【摘 要】隨著科技的進(jìn)步和客戶(hù)要求的提高，部分省市提出關(guān)于電動(dòng)汽車(chē)地方性涉水高標(biāo)準(zhǔn)要求，文章通過(guò)對(duì)某電動(dòng)汽車(chē)的測(cè)試、整改、驗(yàn)證及最終措施的實(shí)施，滿(mǎn)足了該地方性涉水標(biāo)準(zhǔn)要求，總結(jié)了問(wèn)題整改經(jīng)驗(yàn)，提出了密封開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)規(guī)范及流程建議。

【關(guān)鍵詞】氣密性;水密性;防塵性;涉水水池;優(yōu)化;策劃

【中圖分類(lèi)號(hào)】U463.82 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2020）09-0032-05

0 引言

眾所周知，整車(chē)密封性能是衡量汽車(chē)質(zhì)量、感知的重要指標(biāo)之一，它直接影響整車(chē)的NVH性能（如乘坐舒適性）、防腐性能、防塵性能。整車(chē)密封性能主要分為氣密性、水密性和防塵性，良好的整車(chē)密封性，不僅能有效降低車(chē)外噪聲、減少車(chē)外不良空氣的進(jìn)入，而且能確保較好的空調(diào)效果、提高乘坐舒適性和改善燃油經(jīng)濟(jì)性等。

整車(chē)氣密性，指整車(chē)在門(mén)窗關(guān)閉、空調(diào)關(guān)閉并設(shè)定為內(nèi)循環(huán)、封堵泄壓閥的情況下，通過(guò)測(cè)量車(chē)內(nèi)外壓差在一定值時(shí)的氣體泄漏量進(jìn)行衡量，單位為SCFM（標(biāo)準(zhǔn)立方英尺每分鐘）。氣體泄漏量值越小，說(shuō)明氣密性越好。目前，普遍使用的測(cè)試方法為空氣壓縮測(cè)試，具體如圖1所示。

為能直觀地看到泄漏點(diǎn)，通常會(huì)增加一些輔助設(shè)備，如發(fā)煙器等，缺點(diǎn)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(cè)試方法有手感測(cè)試、氣泡浸泡測(cè)試、噴肥皂水試驗(yàn)、超聲波檢測(cè)、聽(tīng)診器方法、空氣流量檢測(cè)、熱成像攝影機(jī)測(cè)試等。

整車(chē)水密性，即車(chē)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(jìn)水作為判斷標(biāo)準(zhǔn)。整車(chē)以在潮濕環(huán)境中（如淋雨、涉水、洗車(chē)等）是否允許有雨水侵入設(shè)定整車(chē)的干濕分區(qū)，應(yīng)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(cè)試主要是查找干濕分界面是否存在進(jìn)水點(diǎn)，通用測(cè)試方法有淋雨測(cè)試、涉水測(cè)試、高壓洗車(chē)測(cè)試等（如圖2所示）。

整車(chē)防塵性，指在關(guān)閉車(chē)門(mén)、車(chē)窗的情況下，車(chē)輛防塵的能力，一般用防塵密封度表示。測(cè)試方法有揚(yáng)塵測(cè)試和塵洞測(cè)試，而由于受到塵洞建設(shè)費(fèi)用高及測(cè)試環(huán)境要求苛刻的影響，目前很少進(jìn)行防塵性相關(guān)的投入和研究，普遍認(rèn)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(dòng)車(chē)型M改善為例，通過(guò)涉水測(cè)試、問(wèn)題點(diǎn)收集、原因分析、方案制訂、措施驗(yàn)證、最終方案實(shí)施效果等，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提出整車(chē)密封性開(kāi)發(fā)流程、設(shè)計(jì)規(guī)范、數(shù)據(jù)點(diǎn)檢等要求和建議。

1 整車(chē)密封性的因素

整車(chē)密封性工作開(kāi)展貫穿整個(gè)車(chē)型生命周期，分析產(chǎn)品設(shè)計(jì)是否合理、工藝是否可行，爭(zhēng)取在試制階段達(dá)成項(xiàng)目指標(biāo)要求。產(chǎn)品設(shè)計(jì)主要是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、整車(chē)匹配、涂膠合理布置，同時(shí)規(guī)避歷史問(wèn)題等。影響整車(chē)密封性的因素模型如圖3所示。

2 涉水測(cè)試條件

（1）根據(jù)涉水標(biāo)準(zhǔn)要求，建涉水水池如圖4所示。

（2）測(cè)試要求：試驗(yàn)樣車(chē)以30 km/h的速度通過(guò)水深150 mm的涉水池，涉水時(shí)間為10 min（如涉水池長(zhǎng)度受限，可循環(huán)測(cè)試，如圖5所示，按時(shí)間折算循環(huán)次數(shù)）。

（3）測(cè)試結(jié)果評(píng)價(jià)：整車(chē)通過(guò)涉水池時(shí)，檢查車(chē)內(nèi)是否滲水。

3 涉水結(jié)果

3.1 整車(chē)涉水測(cè)試

對(duì)多臺(tái)競(jìng)品和電動(dòng)汽車(chē)M在同一條件下進(jìn)行涉水測(cè)試（如圖6所示），如出現(xiàn)整車(chē)進(jìn)水后無(wú)法啟動(dòng)，即刻停止。

為在涉水時(shí)更方便地觀察進(jìn)水點(diǎn)和收集進(jìn)水量，測(cè)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(biāo)準(zhǔn)件、卡扣等，按相應(yīng)位置裝好，然后按要求進(jìn)行測(cè)試（見(jiàn)表1）。

3.2 測(cè)試結(jié)果

測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

3.3 問(wèn)題點(diǎn)收集

問(wèn)題點(diǎn)收集見(jiàn)表3。

4 整改措施

通過(guò)M車(chē)型上多輪次的整改和驗(yàn)證，最終確認(rèn)該方案工藝可行、措施有效，措施實(shí)施后，抽取5臺(tái)整車(chē)進(jìn)行涉水測(cè)試，基本無(wú)進(jìn)水。

整改總結(jié)：在量產(chǎn)車(chē)上整改，受到結(jié)構(gòu)更改、量產(chǎn)備件、工裝夾具、成本、周期等方面影響，且在裝車(chē)后測(cè)試，對(duì)問(wèn)題點(diǎn)的排查相對(duì)比較困難，如前圍板、前地板滲水問(wèn)題點(diǎn)的排查，空間狹窄，需要剪開(kāi)隔熱墊、拆除下護(hù)板等，且需在地溝或舉升臺(tái)架上檢查，在沒(méi)有特殊工具、設(shè)備探測(cè)進(jìn)水路徑情況下，只能采取排除法，逐點(diǎn)、逐段、分區(qū)域地補(bǔ)膠、整改及涉水驗(yàn)證，而在每次驗(yàn)證后需排掉艙內(nèi)的進(jìn)水、晾干，再進(jìn)行下一輪排查驗(yàn)證，確認(rèn)問(wèn)題點(diǎn)后再篩查相似點(diǎn)或風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行方案確認(rèn)，重新安排在下一批次整車(chē)上進(jìn)行全生產(chǎn)模式試制驗(yàn)證，整改周期長(zhǎng)，不確定因素多。

5 密封方案設(shè)計(jì)策劃

總結(jié)M車(chē)型整改經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合防腐性設(shè)計(jì)規(guī)范、歷史問(wèn)題點(diǎn)、現(xiàn)行工藝特性等，提出密封性設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程、設(shè)計(jì)原則和數(shù)據(jù)點(diǎn)檢等，在設(shè)計(jì)階段即可對(duì)密封性相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行策劃，提前切入整改，降低量產(chǎn)后再整改的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)能縮短開(kāi)發(fā)周期和降低成本。

5.1 整車(chē)密封性工作開(kāi)展流程

整車(chē)密封性能設(shè)計(jì)貫穿產(chǎn)品設(shè)計(jì)整個(gè)過(guò)程，密封性設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程如圖7所示。

5.2 車(chē)身結(jié)構(gòu)密封設(shè)計(jì)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(diǎn)關(guān)注該區(qū)域密封。

（2）在滿(mǎn)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(chē)身盡量不開(kāi)孔。

（3）轉(zhuǎn)角處需進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)上能實(shí)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(jié)構(gòu)、位置、數(shù)量設(shè)計(jì)要合理，盡可能為圓形、方形的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格尺寸孔，且每個(gè)孔需設(shè)計(jì)在一個(gè)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(shè)計(jì)或密封件裝配。

（6）鈑金焊接邊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要使焊接邊有利于控制制造精度、焊接面配合嚴(yán)密、焊接密封膠涂抹均勻、精確，保證焊接后鈑金之間不會(huì)有縫隙。同時(shí)，鈑金接縫方向應(yīng)朝向操作者，避免鈑金接縫被遮擋不可視，或涂膠工具無(wú)法進(jìn)入。

（7）鈑金焊接標(biāo)準(zhǔn)件，特別是在單層板或半封閉區(qū)域應(yīng)該避免直接開(kāi)孔焊接承面凸焊螺柱、端面凸焊螺母，以免造成標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)件孔內(nèi)或端頭涂膠;如空間允許，需更改結(jié)構(gòu)，增加安裝支架，車(chē)內(nèi)外隔開(kāi)（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(diǎn)布置合理設(shè)計(jì)，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(shí)間短出現(xiàn)焊點(diǎn)破損情況（如圖12所示）。

（10）門(mén)洞止口搭接層數(shù)≤4層，且避免板厚在某個(gè)區(qū)域短距離內(nèi)變化過(guò)大，以免從密封膠條卡槽處進(jìn)水。

（11）為便于涂焊縫密封膠，多個(gè)鈑金疊加結(jié)構(gòu)宜采用按次序搭接，且鋼板邊緣逐層外露，如門(mén)檻邊（如圖13所示）。

（12）涉水沖擊部位，鈑金搭接需根據(jù)整車(chē)行進(jìn)方向，優(yōu)先采用圖14所示的方式。

5.3 車(chē)身涂膠設(shè)計(jì)要求

（1）鈑金搭接邊刷膠密封，若是單側(cè)密封應(yīng)該保證刷膠的連續(xù)性，不允許斷開(kāi)。

（2）考慮水密性及防腐性，優(yōu)先從濕區(qū)進(jìn)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(yīng)該在兩層板之間增加點(diǎn)焊密封膠。

（4）多層鈑金搭接過(guò)孔，應(yīng)在夾層間增加點(diǎn)焊密封膠，以免造成夾層進(jìn)水。

（5）如出現(xiàn)橫梁、支座、加強(qiáng)板等遮蔽密封搭接邊而無(wú)法涂焊縫密封膠區(qū)域，且在另一側(cè)也無(wú)法設(shè)計(jì)焊縫密封膠時(shí)，需在搭接面增加點(diǎn)焊密封膠，避免該區(qū)域出現(xiàn)離空進(jìn)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(shè)計(jì)如圖17所示。

5.4 其他系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

（1）座椅安裝和定位孔。通常為通孔，直接與加強(qiáng)橫梁型腔相通，如沒(méi)有采取密封措施，水會(huì)從安裝螺栓、定位銷(xiāo)縫隙進(jìn)入到車(chē)內(nèi)。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(qiáng)梁與地板間增加點(diǎn)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(zhuǎn)向裝置與車(chē)身配合及防塵罩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)向裝置與車(chē)身配合并不是緊固膠連接，而是通過(guò)防塵罩的壓縮產(chǎn)生的彈性連接，而其安裝方向?yàn)檎齔向（M車(chē)型），為確保防塵罩周圈與車(chē)身配合面均勻接觸，應(yīng)將其配合面設(shè)計(jì)為接近于水平，即防塵罩與車(chē)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(mǎn)足該處的密封要求，通常將防塵罩設(shè)計(jì)為齒狀，即兩端高、中間有凹槽，必要時(shí)，凹槽可以涂總裝膠，以增強(qiáng)此處的水密性（如圖21所示）。

5.5 數(shù)據(jù)點(diǎn)檢

根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，對(duì)每個(gè)階段數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)檢，并收集匯總問(wèn)題點(diǎn)，逐項(xiàng)整改確認(rèn)和關(guān)閉，而數(shù)據(jù)階段點(diǎn)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(rèn)（3D數(shù)據(jù)）。？譹？訛根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，確認(rèn)各階段的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，確認(rèn)有漏氣隱患的部位。？譺？訛確認(rèn)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(rèn)外部連接孔是否采用了堵蓋或膠帶。？譼？訛確認(rèn)是否漏了密封膠（膨脹膠、點(diǎn)焊膠、折邊膠、焊縫密封膠等）。？譽(yù)？訛確認(rèn)各系統(tǒng)零部件是否有密封措施。

（2）數(shù)據(jù)DMU。對(duì)于動(dòng)密封要求各零部件，逐項(xiàng)確認(rèn)其與車(chē)身鈑金或飾板的干涉量是否滿(mǎn)足密封技術(shù)要求。圖22為檢驗(yàn)密封條與車(chē)門(mén)干涉量的DMU，抽取密封條的外平面，做成一個(gè)面，鈑金或飾板的數(shù)據(jù)也是只抽取膠條面做成一個(gè)面。確認(rèn)兩個(gè)面之間的干涉，確認(rèn)膠條的問(wèn)題點(diǎn)。

（3）CAE仿真分析。通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，進(jìn)行車(chē)身密封性能仿真分析，查找泄露點(diǎn)及泄漏路徑，有效幫助工程師在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化或涂膠密封性設(shè)計(jì)，降低風(fēng)險(xiǎn)，縮短研發(fā)周期，同時(shí)收集記錄相應(yīng)泄漏點(diǎn)，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(wèn)題點(diǎn)匯總（見(jiàn)表3）。

6 總結(jié)

整車(chē)密封性影響因素比較多，如果能在前期設(shè)計(jì)階段做好歷史問(wèn)題回顧及規(guī)避、概念設(shè)計(jì)策劃、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化、數(shù)據(jù)階段點(diǎn)檢和仿真分析等工作，就能提前確定密性風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，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(duì)整車(chē)進(jìn)行密封性提升，難度、成本將大幅增加。技術(shù)不會(huì)停止腳步，一次也不可能解決所有的問(wèn)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(chē)的密封性，改善整車(chē)NVH性能，從而提升整車(chē)產(chǎn)品品質(zhì)。

參 考 文 獻(xiàn)

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[3]付年.整車(chē)靜態(tài)氣密性試驗(yàn)的分析及應(yīng)用[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2011（19）：12-14.