乘用車車門水管理及密封設(shè)計(jì)

陳俊杰，孫希慶，李秋魁

合眾新能源汽車有限公司， 浙江嘉興 314500

0 引言

乘用車車門系統(tǒng)主要包括車門鈑金組件、玻璃及升降組件、門鎖組件及車門密封組件。車門鈑金組件主要由車門內(nèi)外板、鉸鏈和門鎖加強(qiáng)板、車窗邊框、車門防撞桿等零部件構(gòu)成。隨著乘用車輕量化的不斷推進(jìn)，車門內(nèi)外鈑金蒙皮的厚度已經(jīng)減小到0.7 mm左右，防銹和水管理成為非常重要的設(shè)計(jì)性能要求。車門密封組件主要由內(nèi)水切、外水切、導(dǎo)槽、擋水膜等構(gòu)成，主要實(shí)現(xiàn)密封擋水功能。

車門系統(tǒng)是乘用車車身總成中重要組成部件，對(duì)其質(zhì)量好壞的評(píng)價(jià)顯現(xiàn)出車身技術(shù)水平的高低，同時(shí)也是顧客感知乘用車質(zhì)量?jī)?yōu)劣的關(guān)鍵因素之一。因此，車門系統(tǒng)設(shè)計(jì)是企業(yè)研發(fā)人員不可避免的問題且備受關(guān)注。車門系統(tǒng)的水環(huán)境直接影響各零部件的使用功能和壽命， 所以車門系統(tǒng)的水管理及密封設(shè)計(jì)至關(guān)重要。雖然密封設(shè)計(jì)研究分析的方向復(fù)雜多樣，諸如產(chǎn)品材料、結(jié)構(gòu)、工藝、工裝模具、裝配工藝等，但其最核心的研究方向是結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。

文中通過模擬整車淋雨試驗(yàn)，對(duì)車門內(nèi)的水流路徑展開分析，尋求最佳的水流路徑。根據(jù)水流的路徑對(duì)水切密封條、玻璃等零部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，指導(dǎo)乘用車車門的水管理和密封設(shè)計(jì)。

1 淋雨試驗(yàn)

在整車淋雨試驗(yàn)過程中，水流受初始速度、自身重力、空氣阻力等綜合作用下，水向下流淌，經(jīng)過車門玻璃，大部分雨水沿水切密封條，經(jīng)車門外板流走。少量雨水沿水切密封條與玻璃之間的間隙，或者水切密封條兩端夾角與鈑金的間隙，甚至車門外拉手的安裝孔，流入到車門內(nèi)部，最終經(jīng)車門下端的排水孔流出。淋雨試驗(yàn)水路流向簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 淋雨試驗(yàn)水路流向簡(jiǎn)圖

為了對(duì)車門的密封性進(jìn)行分析，將車門下部所有排水孔和外飾板安裝孔使用密封膠帶封堵，再進(jìn)行淋雨，淋雨結(jié)束后逐個(gè)將密封膠帶拆下，并使用量杯將排水孔或安裝孔流出的水全部接住，進(jìn)而測(cè)量車門內(nèi)的總進(jìn)水量。試驗(yàn)共選取了9款市場(chǎng)暢銷車型開展驗(yàn)證，具體見表1。

表1 試驗(yàn)驗(yàn)證的車型及編號(hào)

選取車型A在整車淋雨房進(jìn)行淋雨試驗(yàn)，測(cè)量左前車門內(nèi)的進(jìn)水量，試驗(yàn)過程中，拆掉車門的門護(hù)板，并且打開車門內(nèi)板如圖2所示的白色擋水膜，以便于觀察車門內(nèi)部的水流狀態(tài)。再使用水管和洗車機(jī)等多種淋雨方式模擬淋雨房狀態(tài)，選取進(jìn)水量和車門內(nèi)部水流狀態(tài)最接近淋雨房的方法，作為此次試驗(yàn)的淋雨試驗(yàn)方法。

圖2 車門內(nèi)板擋水膜

車型A在整車淋雨房分別經(jīng)過180和210 s后的左前車門進(jìn)水量分別為1 950和2 300 mL，對(duì)應(yīng)的進(jìn)水速度為650和657 mL/min，車門內(nèi)的進(jìn)水狀態(tài)如圖3所示，水在車門中呈快滴的狀態(tài)落下。

圖3 車門內(nèi)的進(jìn)水狀態(tài)

車型A在水管噴淋、洗車機(jī)霧狀噴淋、洗車機(jī)灑水式噴淋3種方式下的左前車門進(jìn)水量和車門內(nèi)的水流狀態(tài)結(jié)果見表2。經(jīng)過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，采用洗車機(jī)霧狀噴淋得到的左前車門進(jìn)水速率和水流狀態(tài)與整車淋雨房中的狀態(tài)最接近。

表2 車型A不同噴淋方式的驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

固定洗車機(jī)的壓力、噴槍與車身間的距離、噴槍水平線在左前車門車窗的位置等關(guān)鍵參數(shù)，選用洗車機(jī)霧狀噴淋的方式對(duì)9款在售暢銷車型開展淋雨試驗(yàn)驗(yàn)證，具體結(jié)果見表3。經(jīng)過淋雨試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，合資(含進(jìn)口)車型的左前車門平均進(jìn)水量1 560 mL，略低于自主品牌車型的左前車門平均進(jìn)水量1 662.5 mL。進(jìn)水量最少的車型C為自主品牌車型，為某公司的暢銷SUV車型，但是其車門內(nèi)水流的管理狀態(tài)較差，水滴會(huì)落到線束等電器零件上。左前車門進(jìn)水量最多的車型F為合資品牌車型，但是車門進(jìn)水后的水流狀態(tài)較好，水管理的水平高，沒有流到電器等零部件上。

表3 不同車型的淋雨試驗(yàn)結(jié)果

2 車門內(nèi)部水流分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 水流分析

車門內(nèi)部經(jīng)過排水孔流出的水，其路徑示意如圖4所示。由圖可以看出，主要有3種水流路徑方式：①水通過玻璃下沿直接滴入車門底部，從底部的排水孔流出;②經(jīng)過玻璃導(dǎo)軌引導(dǎo)，從導(dǎo)軌下部流入車門底部，進(jìn)而從底部的排水孔流出;③少量的水經(jīng)過車門內(nèi)板上的安裝過孔，進(jìn)入門內(nèi)板和擋水膜之間，這部分水通過擋水膜最低端膠黏面上方的流水孔流入車門底部，最終通過底部的排水孔流出。在車門內(nèi)板上，白色擋水膜周邊一圈均由丁基膠帶牢牢黏接在車門內(nèi)板上，用于阻斷水流，正是由于擋水膜的存在，使水流不能進(jìn)入乘員艙內(nèi)。

圖4 車門內(nèi)水流路徑示意

在車型設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能考慮讓水通過第二種方式的路徑排出車門內(nèi)部，以控制水流，做好車門內(nèi)部的水管理。并且盡量?jī)?yōu)化玻璃的形狀，使第一種水流路徑的水不滴碰到電器零件或者線束上。盡可能杜絕第三種水流路徑的水存在。

2.2 門內(nèi)板開孔優(yōu)化設(shè)計(jì)

車門內(nèi)板上必須開的安裝工藝孔處，應(yīng)保證玻璃底部邊緣流下的水能夠直接滴進(jìn)車門腔體內(nèi)部，減少鈑金與擋水膜之間的進(jìn)水量。 在設(shè)計(jì)上，內(nèi)板開孔應(yīng)遵循 “上陷下凸”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，如圖5所示，即上部流下的水能夠直接滴進(jìn)車門腔體內(nèi)部，并從車門底部排水孔流出車外。同時(shí)，內(nèi)板上的附件安裝孔需要做翻邊來導(dǎo)水。

圖5 車門內(nèi)板開孔設(shè)計(jì)

車門內(nèi)板底部的排水孔，一般要求其尺寸為5.5 mm×15 mm 的長(zhǎng)方孔。一般情況下，車門布置3～4個(gè)排水孔，排水孔的間距要求控制在200～300 mm，均勻布置。

2.3 玻璃形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)

車門玻璃的底部?jī)啥诉吘墤?yīng)采用滴水角結(jié)構(gòu)，將玻璃底部?jī)啥诉吘壖庸こ杉饨墙Y(jié)構(gòu)，這樣可以引導(dǎo)水沿著玻璃導(dǎo)軌流入車門腔體內(nèi)部，而不是直接進(jìn)入門內(nèi)板與擋水膜之間或者滴在電器零部件及其附件上，如圖6所示。

圖6 車門玻璃滴水角結(jié)構(gòu)

3 密封設(shè)計(jì)

3.1 外水切密封條

對(duì)9款車型的外水切密封條結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，左前車門進(jìn)水量最少的車型C的外水切密封條結(jié)構(gòu)為帶長(zhǎng)披風(fēng)式，具體如圖7所示。該結(jié)構(gòu)的外水切的披風(fēng)可以更加緊密地貼合在玻璃上，阻擋外部水流進(jìn)入車門內(nèi)部，減少車門內(nèi)部的進(jìn)水量。而其他車型的外水切密封條結(jié)構(gòu)均為不帶長(zhǎng)披風(fēng)的結(jié)構(gòu)，水流聚集之后，容易從水切的端口位置流入車門內(nèi)部，如圖8所示。雖然水切端口位置都會(huì)粘貼泡棉輔助密封，但是由于不同車型的水切端口與鈑金配合間隙的差異，導(dǎo)致了進(jìn)水量的明顯差異。圖8所示的水切端口與鈑金配合間隙小，密封效果好，進(jìn)而導(dǎo)致淋雨的進(jìn)水量偏小。而從圖9所示的車型A的水切端口照片可以看出，水切的端口與鈑金的配合間隙大，密封的效果差，從而導(dǎo)致淋雨試驗(yàn)的進(jìn)水量偏大。

圖7 車型C的外水切照片及結(jié)構(gòu)

圖8 車型I的外水切照片及結(jié)構(gòu)

圖9 車型A的水切端口照片

為了確保淋雨時(shí)候車門內(nèi)部盡量少的進(jìn)水，在車門外水切密封條結(jié)構(gòu)選擇時(shí)，優(yōu)先選用與車型C的結(jié)構(gòu)類似的帶長(zhǎng)披風(fēng)的外水切密封條，并且在水切密封條的端部增加泡棉，盡量阻擋水流進(jìn)入車門內(nèi)部。如圖10所示，展示了不同位置的水切密封條端部增加泡棉的設(shè)計(jì)方法。

圖10 不同位置的水切密封條端部增加泡棉的設(shè)計(jì)

3.2 其他部位密封設(shè)計(jì)

對(duì)于車門外板而言，車門拉手的安裝孔也是淋雨進(jìn)水的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn),優(yōu)化該處的結(jié)構(gòu)減少該位置的進(jìn)水量，也是非常重要的。通過對(duì)門拉手結(jié)構(gòu)的分析發(fā)現(xiàn)，在門拉手分縫處的端蓋上增加遮蔽筋，如圖11所示，能夠明顯減少通過門拉手分縫進(jìn)入門拉手與車門外板縫隙，進(jìn)而進(jìn)入到車門內(nèi)部的進(jìn)水量。

圖11 車門外拉手縫隙密封

對(duì)于門鎖、揚(yáng)聲器等零件安裝孔的密封，主要是通過在門鎖、揚(yáng)聲器等零件與鈑金之間增加泡棉條，阻斷水流進(jìn)入安裝孔，進(jìn)而進(jìn)入乘員艙內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)。而對(duì)于車門內(nèi)部的電器接插件布置應(yīng)當(dāng)盡量?jī)A斜布置，并且選擇從下往上的插接方向，避免滴水進(jìn)入插接頭內(nèi)部引起短路或者銹蝕。

4 結(jié)束語

車門內(nèi)的水管理及密封，涉及的因素較多，通過對(duì)車門內(nèi)水流路徑的分析，提出了優(yōu)化的水流路徑方向。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合9款市場(chǎng)在售暢銷車型的淋雨試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)車門玻璃、車門底部排水孔、水切密封條等零件的設(shè)計(jì)優(yōu)化提出了建議，使車門內(nèi)部的水流盡可能地按照第二種路徑通過車門底部排水孔流出車門?？梢灾笇?dǎo)新車型的車門水管理及密封設(shè)計(jì)，也可以為車門淋雨進(jìn)水問題的處理解決提供借鑒。