乘用車車身后圍水管理分析與研究

李仲奎 高珊 肖林

（東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心）

乘用車車身設(shè)計是一門復(fù)雜系統(tǒng)的工程，關(guān)系到多種功能和性能的實現(xiàn)。優(yōu)質(zhì)的車身設(shè)計一般要滿足強度、剛度、NVH、安全、耐久、防腐、密封、防水、輕量等多種性能的達成，其中車身防水性能就是一項重要的性能，防水性能的優(yōu)劣將直接影響到用戶的乘坐舒適性、使用方便性、安全性乃至心情[1]。車身防水最主要的工作就是阻止乘客艙、行李箱進水，包括車身前艙、前地板、后地板、門檻、側(cè)圍、后圍、頂蓋，及車門、天窗等車身腔體主要構(gòu)成部分的防水。行李箱進水多是與后輪罩、后地板、后圍、行李箱蓋周邊流水槽、尾燈座板等相關(guān)。其中，后輪罩、后流水槽的防水設(shè)計被研究的較多，而車身后圍防水設(shè)計被研究的較少，往往被忽略。后圍是乘用車車身不可或缺的零部件，多是由外板、里板構(gòu)成的腔體結(jié)構(gòu)。后圍外板、后圍里板以及與后地板后端之間不同的搭接方案對防水性能有著不同程度的影響。市場上不同款車型的后圍搭接方案也多不相同，歸納起來大體上可以分為4類。文章從防水角度探討了乘用車車身后圍結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。

1 某乘用車行李箱防水方案分析

某車型開發(fā)后期為了解決后圍處進水問題，誤認為是行李箱止口處翻水引起的，在行李箱止口密封條內(nèi)側(cè)涂抹密封膠，如圖1所示。拆卸密封條后，在行李箱止口上清晰可見沾著黑色的液體狀密封膠。該種處理措施很易造成密封條內(nèi)液體膠的外溢，污染環(huán)境，也額外增加成本，并且對后圍處防水作用有限。

圖1 涂抹密封膠的密封條

實際上，乘用車車身后圍處的進水，很少是從行李箱止口處翻水進去的。

2 乘用車車身后圍結(jié)構(gòu)種類

乘用車車身后圍結(jié)構(gòu)形式總體上可以分為4種類型，分別是下文中的后圍結(jié)構(gòu)形式a、b、c、d。4種結(jié)構(gòu)形式的共同點是后圍外板與后圍里板構(gòu)成一個腔體，區(qū)別是相互關(guān)聯(lián)的后圍外板下端、后圍里板下端與后地板后端的具體搭接方案不同。

2.1 后圍結(jié)構(gòu)形式a

后圍結(jié)構(gòu)形式a斷面如圖2所示，后圍外板與后圍里板之間形成一個很大的腔體，后圍外板下端與后圍里板下端搭接的位置，同時與后地板后端搭接，形成3層鈑金焊接。該斷面線中的后地板為不帶備胎槽的后地板，或者帶備胎槽后地板的兩側(cè)處，非備胎槽處。后續(xù)斷面位置也相同。

圖2 后圍結(jié)構(gòu)形式a

由于后圍外板、里板之間形成的腔體較大，且后圍下端處3層料厚焊接，該方案的優(yōu)點是后圍總成強度高、剛度大。缺點是后圍處密封防水能力較差，也難以增加涂膠線加強密封。

2.2 后圍結(jié)構(gòu)形式b

后圍結(jié)構(gòu)形式b斷面如圖3所示，后圍里板的斷面較大，后圍里板下端與后地板后端貼合焊接。后圍外板的斷面較小，后圍外板下端位置高于后地板后端，僅與后圍里板下段形成兩層鈑金焊接。

圖3 后圍結(jié)構(gòu)形式b

該方案與方案a相比，后圍總成強度、剛度略小，但是可以通過增加涂膠線提升后圍處的密封防水能力。

2.3 后圍結(jié)構(gòu)形式c

后圍結(jié)構(gòu)形式c斷面如圖4所示，后圍外板的斷面較大，后圍外板下端與后地板后端貼合焊接。后圍里板的斷面較小，后圍里板下端位置高于后地板后端，僅與后圍外板下段形成2層鈑金焊接。

圖4 后圍結(jié)構(gòu)形式c

該方案與方案b相比，后圍總成強度、剛度相當(dāng)，但是密封防水能力得到極大地提升。

對于后圍結(jié)構(gòu)形式b、后圍結(jié)構(gòu)形式c的斷面比后圍結(jié)構(gòu)形式a有所減小的現(xiàn)狀，可以通過更改后圍板料厚及周邊件的結(jié)構(gòu)來彌補后圍結(jié)構(gòu)強度、剛度的減弱量。

2.4 后圍結(jié)構(gòu)形式d

后圍結(jié)構(gòu)形式d斷面如圖5所示，后圍外板的斷面較大，后圍外板下端僅與后圍里板貼合焊接。后地板后端高于后圍里板的下邊沿，與后圍里板側(cè)壁焊接，多采用氣體保護焊進行焊接。

圖5 后圍結(jié)構(gòu)形式d

該后圍結(jié)構(gòu)實際是結(jié)構(gòu)形式a的拓展，其密封防水性能與結(jié)構(gòu)形式a相當(dāng)，不易密封。

3 車身后圍進水通道分析

3.1 后圍結(jié)構(gòu)形式a的防水分析

后圍結(jié)構(gòu)形式a方案，其存在的進水通道主要在后地板后端與后圍里板搭接面之間，以及后圍里板下端與后圍外板下端搭接面之間。后地板后端與后圍里板下端搭接的位置可以在涂裝時涂抹焊縫密封膠[2]密封，但是后圍里板下端與后圍外板下端搭接的位置密封就存在很大的困難。此外，為了滿足涂裝期間后圍外板、里板之間腔體內(nèi)的電泳液順利排出，后圍外板的下端需要開設(shè)幾字形[3]斷面排液通道，如圖6所示。

圖6 搭接面處排液通道

若是在后圍里板下端與后圍外板下端搭接區(qū)域定義焊裝過程中涂抹的點焊密封膠，涂裝時電泳液就不能排出。若定義成涂裝過程中涂抹的焊縫密封膠，那么在后地板邊縱梁后端與后圍外板接頭的地方因被遮擋而不能涂抹焊縫密封膠，如圖7所示，密封仍是問題。

圖7 被中斷的焊縫密封膠

故此，對于采用后圍結(jié)構(gòu)形式a的車身，其對應(yīng)車輛進入超過200 mm的深水區(qū)行駛時，后圍腔內(nèi)很容易進水。當(dāng)后圍里板上設(shè)置有孔洞時，水也就會沿著后圍里板上的孔洞進入行李箱內(nèi)，流到備胎槽底部，如圖8所示，帶箭頭的虛線為可能發(fā)生的水流方向。

圖8 后圍結(jié)構(gòu)形式a的進水通道

3.2 后圍結(jié)構(gòu)形式b的防水分析

后圍結(jié)構(gòu)形式b方案，其存在的進水通道主要在后地板后端與后圍里板搭接面之間，以及后圍外板下端與后圍里板下段搭接面之間。后地板后端與后圍里板下端搭接的位置可以在涂裝時涂抹焊縫密封膠密封，后圍外板下端與后圍里板下段搭接的位置也可以通過定義焊縫密封膠密封。若是在后圍外板下端與后圍里板下段搭接的位置不定義焊縫密封膠，或是定義焊縫密封膠中斷就會發(fā)生進水狀況，如圖9所示。

為了滿足涂裝期間后圍外板、里板之間腔體內(nèi)的電泳液順利排出，后圍外板的下端同樣需要開設(shè)幾字形斷面的排液通道。此外，為了加快車身移出電泳池時后圍腔體內(nèi)的電泳液排出，需要在后圍里板上，或后圍外板上，開設(shè)排液孔。若開在后圍外板上，則必需定義堵蓋封堵。

圖9 后圍結(jié)構(gòu)形式b的進水通道

3.3 后圍結(jié)構(gòu)形式c的防水分析

后圍結(jié)構(gòu)形式c方案，其存在的進水通道主要在后地板后端與后圍外板搭接面之間。該位置可以在涂裝時涂抹焊縫密封膠密封。為了滿足涂裝期間后圍腔體內(nèi)的電泳液順利排出，后圍里板的下端也需要開設(shè)幾字形斷面的排液通道，如圖10所示，且不需要密封。

圖10 后圍結(jié)構(gòu)形式c的排液通道

該種結(jié)構(gòu)形式的車身后圍，實施密封容易，密封膠的使用量也較少。只要后圍外板上不設(shè)置未封堵的孔，以及線束過孔的匹配護套有較好地密封性能，該后圍都能達到較高的防水效果。

3.4 后圍結(jié)構(gòu)形式d的防水分析

后圍結(jié)構(gòu)形式d方案，其存在的進水通道主要在后地板后端與后圍里板搭接面之間，以及后圍里板下端與后圍外板下端搭接面之間。后地板后端與后圍里板下端搭接的位置可以在涂裝時涂抹焊縫密封膠密封，但是后圍里板下端與后圍外板下端搭接的位置密封就存在很大的困難。其進水風(fēng)險和后圍結(jié)構(gòu)形式a相同，進水通道如圖11所示。

該種結(jié)構(gòu)形式的車身后圍，較難密封，同結(jié)構(gòu)形式a，并且后地板后端與后圍里板搭接處只能采用氣體保護焊，增加焊接工作量和焊接成本。

綜上所述，對比4種后圍結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)形式c方案的密封防水性能最優(yōu)，結(jié)構(gòu)形式b方案的防水性能次之，結(jié)構(gòu)形式a方案和結(jié)構(gòu)形式d方案的防水性能最差。在車身后圍結(jié)構(gòu)設(shè)計上，推薦采用結(jié)構(gòu)形式c方案，不建議采用結(jié)構(gòu)形式a方案和結(jié)構(gòu)形式d方案，可根據(jù)實際情況必要時采用結(jié)構(gòu)形式b方案。

3.5 行李箱止口進水分析

對于前文中的后圍結(jié)構(gòu)形式a、b和d，一旦后圍腔體內(nèi)進水，即使后圍里板上無孔，后圍腔體內(nèi)的水也可能會從后圍上端的行李箱止口處涌出，一部分流進行李箱內(nèi)，進水途徑如圖12所示，主要發(fā)生在車輛駛?cè)肷钏畢^(qū)后急加速、急減速，或是急轉(zhuǎn)彎時。因為慣性的作用水在后圍腔內(nèi)產(chǎn)生沖撞，形成很大的沖擊力，沿著后圍外板、里板上端焊接處的止口縫隙外涌，再受到密封條阻擋進行分流，一部分流進行李箱內(nèi)，一部分流向車身外。此時，行李箱止口密封條內(nèi)涂抹密封膠才起到一定的防水作用。若是采用后圍結(jié)構(gòu)形式c，杜絕了后圍腔體內(nèi)進水，后圍上端的行李箱止口就不會涌出水，行李箱止口密封條內(nèi)側(cè)就沒有必要涂抹密封膠了。

4 后圍設(shè)計實例及試驗驗證

4.1 某車型后圍結(jié)構(gòu)設(shè)計

按前文分析，防水性能最優(yōu)的后圍結(jié)構(gòu)方案是后圍結(jié)構(gòu)形式c的方案，某3廂車型依據(jù)該方案設(shè)計的后圍如圖13和圖14所示。后圍外板較大，后圍外板下端與后地板后端貼合焊接。后圍里板較小，后圍里板下端位置高于后地板很多，僅與后圍外板下段形成兩層鈑金焊接。后圍里板上可以設(shè)置較多的孔洞，不需要密封，后圍里板僅起到腔體壁的加強作用和提供行李箱門檻護板的安裝基座的作用。

圖13 某車型后圍外側(cè)結(jié)構(gòu)

圖14 某車型后圍內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)

該車型后圍里板下邊沿及兩側(cè)邊沿不定義涂抹焊縫密封膠，僅在后圍外板與后地板后端搭接位置、后圍外板與側(cè)圍外板總成搭接位置定義涂抹焊縫密封膠，最大程度地降低了密封成本。并且行李箱止口密封條內(nèi)側(cè)也不用定義密封膠。

4.2 試驗驗證

按后圍結(jié)構(gòu)形式c開發(fā)的某車型，先后開展模擬淋雨、洗車、涉水試驗，并且對深水區(qū)涉水試驗進行了加速、制動、倒車等工況模擬后，檢查行李箱門止口內(nèi)側(cè)及行李箱底部，都未發(fā)現(xiàn)有水流或水滴出現(xiàn)，其中涉水試驗如圖15所示。

圖15 某車型涉水試驗

5 結(jié)論

文章針對某車型行李箱止口密封條內(nèi)側(cè)涂抹密封膠改善車身后圍處防水性能，對比了常見的4種乘用車車身后圍結(jié)構(gòu)，分析了可能存在的進水通道，比較了其防水性能優(yōu)劣，選取了較優(yōu)的方案，取消行李箱止口密封條內(nèi)側(cè)涂膠定義，隨后開展了淋雨、洗車和涉水試驗。通過分析和驗證發(fā)現(xiàn)文中結(jié)構(gòu)形式c的車身后圍采用后圍外板作為密封界面，限制后圍里板的下邊沿高度，與后地板保持一定的間距，僅與后圍外板下段搭接，則擁有較好的防水性能，并且密封成本較低，是值得推薦的優(yōu)質(zhì)后圍結(jié)構(gòu)方案。