汽車(chē)密封性能與整車(chē)集成性能的關(guān)系研究

陳怡星

（常熟市計(jì)量測(cè)試所，江蘇 常熟 215500）

0 引言

隨著汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，汽車(chē)已經(jīng)成為一種便捷的交通工具，走入了千家萬(wàn)戶(hù)，而中國(guó)早已成為世界上最大的汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)國(guó)。當(dāng)今汽車(chē)工業(yè)特別是電動(dòng)汽車(chē)，在國(guó)內(nèi)這幾年里掀起了一陣陣消費(fèi)浪潮，汽車(chē)工業(yè)對(duì)于我們國(guó)家GDP的貢獻(xiàn)也是非常巨大。 隨著汽車(chē)尤其是電動(dòng)汽車(chē)的普及，人們對(duì)汽車(chē)性能的要求也逐漸增加，人們對(duì)汽車(chē)操控性、安全性提出了更高的要求。特別值得說(shuō)明的是，汽車(chē)行駛過(guò)程中，駕駛者對(duì)所能感受到的舒適度要求更高了，這一點(diǎn)在很大程度上決定了一款車(chē)型是否暢銷(xiāo)的一個(gè)關(guān)鍵性因素。因此，對(duì)汽車(chē)密封性能與整車(chē)集成性能的關(guān)系研究，對(duì)提高整車(chē)性能和提高汽車(chē)的駕駛舒適度有很大的幫助。

國(guó)內(nèi)的各個(gè)汽車(chē)研發(fā)機(jī)構(gòu)對(duì)汽車(chē)子系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及整車(chē)級(jí)的整體開(kāi)發(fā)能力逐步提高和完善，提高子系統(tǒng)和整車(chē)的抗環(huán)境干擾的研發(fā)能力[1]，即提高汽車(chē)整車(chē)密封性能的研究，逐漸成為定義汽車(chē)整體性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，也是汽車(chē)工業(yè)領(lǐng)域研究的趨勢(shì)。而如今，國(guó)內(nèi)極少汽車(chē)研發(fā)機(jī)構(gòu)具備系統(tǒng)化的汽車(chē)密封性實(shí)驗(yàn)設(shè)備和研發(fā)能力。

1 汽車(chē)密封性測(cè)試的重要性

1.1 汽車(chē)密封性能測(cè)試

汽車(chē)的密封性，是指關(guān)閉車(chē)身車(chē)門(mén)、窗戶(hù)和孔口蓋時(shí)，車(chē)身的防雨水和防塵土能力。汽車(chē)密封性能是一項(xiàng)考察汽車(chē)整車(chē)防御外部環(huán)境因素侵入的指標(biāo)。其性能優(yōu)劣直接影響到整車(chē)艙內(nèi)乘客舒適度和安全，以及各子系統(tǒng)是否工作正常。汽車(chē)密封性能越好，乘客舒適度越好，各個(gè)子系統(tǒng)性能不會(huì)損失，甚至可以降低整車(chē)能耗。在省油、省電方面帶來(lái)一系列非常好的數(shù)據(jù)，從而在另一種程度上引起消費(fèi)者的購(gòu)買(mǎi)興趣，提高汽車(chē)的銷(xiāo)量。

汽車(chē)密封性涉及的路面、空氣中等污染物入侵到發(fā)動(dòng)機(jī)艙和底盤(pán)的關(guān)鍵零部件，其可以通過(guò)汽車(chē)密封性相關(guān)的實(shí)驗(yàn)來(lái)控制。汽車(chē)密封性能測(cè)試包括了動(dòng)態(tài)的車(chē)艙以外密封性實(shí)驗(yàn)、飛濺實(shí)驗(yàn)等。汽車(chē)密封性還包括污染物和振動(dòng)噪聲入侵乘客艙，其可以通過(guò)靜態(tài)的汽車(chē)氣密性實(shí)驗(yàn)來(lái)控制。比如氣密性實(shí)驗(yàn)、靜態(tài)空氣泄漏試驗(yàn)等。

1.1.1 動(dòng)態(tài)的車(chē)艙外密封性能

車(chē)艙以外的汽車(chē)密封性能實(shí)驗(yàn)是指汽車(chē)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，受外界環(huán)境各種污染物入侵的實(shí)驗(yàn)，包括涉水實(shí)驗(yàn)、石子路飛濺實(shí)驗(yàn)、泥漿路實(shí)驗(yàn)、雪實(shí)驗(yàn)、灰塵實(shí)驗(yàn)、冰凍實(shí)驗(yàn)、腐蝕路實(shí)驗(yàn)等[2]。其中，涉水實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)的問(wèn)題包括汽車(chē)在泥水路面行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)水導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)熄火；皮帶進(jìn)水打滑;發(fā)動(dòng)機(jī)及變速箱通氣塞進(jìn)水，使缸體內(nèi)部生銹;電子器件接插件進(jìn)水導(dǎo)致電路短路;燃油系統(tǒng)進(jìn)水等（如圖1）。石子路飛濺實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)的問(wèn)題有燃油管路被破壞、制動(dòng)系統(tǒng)失效等（如圖2）。泥漿路實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)的問(wèn)題有制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)泥漿水使制動(dòng)失效（如圖3）。雪入侵的實(shí)驗(yàn)主要考核汽車(chē)在惡劣的暴風(fēng)雪環(huán)境中行駛，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)是否正常工作等（如圖4）?；覊m艙實(shí)驗(yàn)主要是檢測(cè)汽車(chē)在惡劣的灰塵環(huán)境中，灰塵是否會(huì)進(jìn)入到汽車(chē)關(guān)鍵的零部件內(nèi)部，是否會(huì)到達(dá)乘客艙引起艙內(nèi)污染等（如圖5）。

圖1 涉水實(shí)驗(yàn)圖示

圖3 泥漿槽

圖4 環(huán)境風(fēng)洞里的雪實(shí)驗(yàn)

圖5 灰塵實(shí)驗(yàn)艙

1.1.2 靜態(tài)的車(chē)艙內(nèi)密封性能

靜態(tài)的車(chē)艙內(nèi)密封，是指車(chē)身結(jié)構(gòu)的各連接部分，設(shè)計(jì)要求對(duì)其中間的各種間隙進(jìn)行密封處理，而且在汽車(chē)零部件使用過(guò)程中這種密封關(guān)系是固定不動(dòng)的，即靜態(tài)密封。

評(píng)估靜態(tài)的汽車(chē)車(chē)艙內(nèi)密封性能，最好的手段就是進(jìn)行氣密性實(shí)驗(yàn)和超聲波探漏測(cè)試。

汽車(chē)氣密性實(shí)驗(yàn)是將車(chē)體在原始狀態(tài)下，即四門(mén)、尾門(mén)、天窗、玻璃等處于關(guān)閉狀態(tài)，用氣密性實(shí)驗(yàn)設(shè)備將車(chē)體內(nèi)部保持恒定的靜態(tài)壓力，從而測(cè)試出整車(chē)氣密性泄漏量。 超聲波探漏實(shí)驗(yàn)是將一個(gè)固定頻率的發(fā)生源放置在車(chē)體內(nèi)部（四門(mén)、尾門(mén)、天窗、玻璃等處于關(guān)閉狀態(tài)），在車(chē)體外部，通過(guò)接收裝置，測(cè)得不同頻率下的超聲波壓強(qiáng)。

這兩種實(shí)驗(yàn)方法在整車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，是最常用的氣密性實(shí)驗(yàn)方法。汽車(chē)氣密性實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在開(kāi)發(fā)前期定位較明確，可實(shí)施性強(qiáng)，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性好，可比性強(qiáng)。超聲波探漏方法在氣密密封性能檢測(cè)中使用相對(duì)較少，大多為快速檢漏，其可操作性強(qiáng)，實(shí)用簡(jiǎn)便，但數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性相對(duì)差一些，兩者各有優(yōu)點(diǎn)，用于不同場(chǎng)合。

氣密性實(shí)驗(yàn)設(shè)備國(guó)內(nèi)外有很多種，量程和精度也各不同。按大小分，可以分為不可移動(dòng)式和可移動(dòng)式兩種設(shè)備。不可移動(dòng)設(shè)備中，目前最大量程的氣密性設(shè)備是用于大飛機(jī)的密封性測(cè)試。最大量程可以達(dá)到2000 SCFM（SCFM=Standard Cubic Feet Minute，標(biāo)準(zhǔn)立方英尺每分鐘，英制流量單位），圖6為國(guó)內(nèi)某知名汽車(chē)公司的氣密性設(shè)備，量程為0～800 SCFM，測(cè)量誤差為0.9%，最大測(cè)試壓力為500 Pa?？梢砸苿?dòng)設(shè)備相對(duì)體積較小，精度差一點(diǎn)，多為2%，流量量程大多為0～450 SCFM，壓力大多為0～250 Pa。

圖6 氣密性實(shí)驗(yàn)臺(tái)架

不可移動(dòng)設(shè)備和可移動(dòng)設(shè)備各有優(yōu)劣，不可移動(dòng)設(shè)備流量和壓力量程較大，精度高，可以做較細(xì)致的氣密性實(shí)驗(yàn)，缺點(diǎn)是不可以移動(dòng)，不能實(shí)現(xiàn)在工廠(chǎng)車(chē)間內(nèi)部抽檢使用。移動(dòng)式氣密性設(shè)備，流量和壓力量程較小，適合于基本的氣密性實(shí)驗(yàn)測(cè)試，適用于車(chē)間內(nèi)部抽檢，方便靈活，但不適合精細(xì)氣密性實(shí)驗(yàn)研究。兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同場(chǎng)合。

1.2 汽車(chē)密封性能測(cè)試的重要性

客戶(hù)在駕駛使用汽車(chē)過(guò)程中，會(huì)受到各種惡劣環(huán)境因素影響，比如，風(fēng)噪、路噪、發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、內(nèi)外飾零部件運(yùn)動(dòng)干涉噪聲等侵入，空調(diào)系統(tǒng)性能下降、漏水、灰塵、有害尾氣侵入、風(fēng)雪、暴風(fēng)雨等。這些環(huán)境因素均會(huì)影響駕駛者和乘客的駕駛體驗(yàn)，輕則影響人們的舒適度，重則甚至?xí){到乘客生命安全。

2 汽車(chē)氣密性性能與整車(chē)性能的關(guān)系

汽車(chē)整車(chē)性能是指汽車(chē)能適應(yīng)各種使用條件、滿(mǎn)足顧客使用需求及社會(huì)環(huán)境需求的能力。對(duì)整車(chē)性能的管控，是指在汽車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，通過(guò)性能集成的思路和方法對(duì)整車(chē)相關(guān)性能的管控。而整車(chē)密封性能中最重要的一項(xiàng)性能指標(biāo)為汽車(chē)氣密性性能，氣密性性能是可以讓駕駛者直接可以感知到的整車(chē)的舒適性。

2.1 汽車(chē)氣密性分析方法

影響汽車(chē)氣密性的因素有設(shè)計(jì)缺陷、零部件質(zhì)量波動(dòng)及生產(chǎn)工藝波動(dòng)。圖7所示為在汽車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程中影響氣密性各因素所占的比例，氣密性分析可以從這三大模塊展開(kāi)。設(shè)計(jì)階段要多關(guān)注明顯的尺寸誤差、焊接邊的”老鼠洞”、工藝孔處理、車(chē)身膠、油漆膠路徑和尺寸等。零部件質(zhì)量波動(dòng)主要集中在供應(yīng)商的零件質(zhì)量波動(dòng)，需要嚴(yán)格控制零部件缺陷的產(chǎn)生。生產(chǎn)工藝波動(dòng)方面需加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)車(chē)間操作人員的工藝培訓(xùn)，以及客觀(guān)的環(huán)境因素控制，來(lái)保證工藝波動(dòng)在可控的范圍內(nèi)。只有通過(guò)各種方法各種手段，對(duì)這3種因素進(jìn)行有效控制，才可以更好地進(jìn)行整車(chē)的氣密性因素控制[3]。

圖7 氣密性因素控制

以上列出的三大因素是可控制的，從以上三方面的控制，可以將整車(chē)氣密性保持在一個(gè)很小的波動(dòng)范圍內(nèi)，趨于穩(wěn)定并達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。

2.2 汽車(chē)氣密性性能與環(huán)境污染物入侵

環(huán)境污染物包括灰塵、汽車(chē)尾氣CO有害氣體、雨水等。氣密性檢測(cè)可以分區(qū)域進(jìn)行不同氣密性等級(jí)控制[4]。比較重要的區(qū)域?yàn)樗拈T(mén)、前艙防火墻位置和車(chē)頂?？梢詫?duì)這些區(qū)域制定相對(duì)嚴(yán)格的氣密性泄漏要求，以保證污染物侵入量相對(duì)較少。我國(guó)汽車(chē)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T 646.1—2000規(guī)定，對(duì)M類(lèi)車(chē)型應(yīng)該滿(mǎn)足粉塵洞的試驗(yàn)要求。圖8是整車(chē)灰塵試驗(yàn)后，后門(mén)密封條處的灰塵殘留圖，主要是因?yàn)楹箝T(mén)密封條密封性能差，導(dǎo)致了灰塵入侵車(chē)體。

圖8 灰塵試驗(yàn)結(jié)果

2.3 汽車(chē)氣密性性能與NVH

汽車(chē)噪聲曾以發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、傳動(dòng)系噪聲和輪胎噪聲等占主要地位，隨著上述噪聲得到有效控制及車(chē)速的不斷提高，氣動(dòng)噪聲已成為當(dāng)前高速車(chē)輛的主要噪聲源之一，并明顯地影響到車(chē)內(nèi)的噪聲值[5]。氣動(dòng)噪聲是由氣流直接產(chǎn)生的振幅和頻率雜亂、統(tǒng)計(jì)上無(wú)規(guī)則的聲音[6]。氣動(dòng)噪聲產(chǎn)生的最重要原因就是發(fā)動(dòng)機(jī)的氣密性性能。氣密性性能在改善NVH的因素中占有很重要的部分，氣密性越好的車(chē)，其N(xiāo)VH性能越優(yōu)秀。氣密性的提高可以大大改善NVH的性能，提高乘客乘車(chē)的舒適度[7]。

2.4 汽車(chē)氣密性與空調(diào)系統(tǒng)

車(chē)內(nèi)空調(diào)溫度的變化是通過(guò)汽車(chē)壓縮機(jī)制冷制熱系統(tǒng)工作載荷的變化而實(shí)現(xiàn)的，也是以消耗發(fā)動(dòng)機(jī)載荷實(shí)現(xiàn)的，空調(diào)系統(tǒng)是必須要消耗燃料的一個(gè)系統(tǒng)。汽車(chē)氣密性的優(yōu)劣直接決定汽車(chē)內(nèi)部和外部的氣流交換速率。氣密性好的車(chē)，車(chē)體內(nèi)外氣體對(duì)流較少，空調(diào)產(chǎn)生的車(chē)內(nèi)環(huán)境溫度損失較少，空調(diào)系統(tǒng)工作負(fù)載增加少，從而達(dá)到了節(jié)省燃料的目的。反之，則能耗增加。氣密性性能與汽車(chē)的能耗息息相關(guān)，在當(dāng)今節(jié)能減排的大時(shí)代，汽車(chē)氣密性研究顯得尤為迫切。

3 結(jié)語(yǔ)

汽車(chē)密封性能包括汽車(chē)在動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種狀態(tài)下所具有的抵御環(huán)境污染物入侵的能力。其性能控制從各個(gè)子部件到整車(chē)級(jí)別, 會(huì)影響到整車(chē)安全、NVH、空氣動(dòng)力學(xué)、整車(chē)熱管理、耐久腐蝕、材料、總布置等性能。筆者認(rèn)為，在以后的相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)以動(dòng)態(tài)汽車(chē)密封性能研究更具前景，更需要我們進(jìn)行深入地學(xué)習(xí)和研究。

在整車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，未來(lái)如何將汽車(chē)密封性能試驗(yàn)和分析變成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范化的流程，縮短和國(guó)外研發(fā)技術(shù)的差距。這就需要國(guó)內(nèi)的具有研發(fā)中心的汽車(chē)公司，投入更多的人力、財(cái)力及設(shè)備。