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        乘用車車門水管理及密封設(shè)計

        2022-05-01 10:07:16陳俊杰孫希慶李秋魁
        汽車零部件 2022年4期

        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,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)計性能要求。車門密封組件主要由內(nèi)水切、外水切、導槽、擋水膜等構(gòu)成,主要實現(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,對其質(zhì)量好壞的評價顯現(xiàn)出車身技術(shù)水平的高低,同時也是顧客感知乘用車質(zhì)量優(yōu)劣的關(guān)鍵因素之一。因此,車門系統(tǒng)設(shè)計是企業(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)計至關(guān)重要。雖然密封設(shè)計研究分析的方向復(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)計與優(yōu)化。

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

        1 淋雨試驗

        在整車淋雨試驗過程中,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。淋雨試驗水路流向簡圖如圖1所示。

        圖1 淋雨試驗水路流向簡圖

        為了對車門的密封性進行分析,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,再進行淋雨,淋雨結(jié)束后逐個將密封膠帶拆下,并使用量杯將排水孔或安裝孔流出的水全部接住,進而測量車門內(nèi)的總進水量。試驗共選取了9款市場暢銷車型開展驗證,具體見表1。

        表1 試驗驗證的車型及編號

        選取車型A在整車淋雨房進行淋雨試驗,測量左前車門內(nèi)的進水量,試驗過程中,拆掉車門的門護板,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等多種淋雨方式模擬淋雨房狀態(tài),選取進水量和車門內(nèi)部水流狀態(tài)最接近淋雨房的方法,作為此次試驗的淋雨試驗方法。

        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后的左前車門進水量分別為1 950和2 300 mL,對應(yīng)的進水速度為650和657 mL/min,車門內(nèi)的進水狀態(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)的進水狀態(tài)

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

        表2 車型A不同噴淋方式的驗證試驗結(jié)果

        固定洗車機的壓力、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),選用洗車機霧狀噴淋的方式對9款在售暢銷車型開展淋雨試驗驗證,具體結(jié)果見表3。經(jīng)過淋雨試驗發(fā)現(xiàn),合資(含進口)車型的左前車門平均進水量1 560 mL,略低于自主品牌車型的左前車門平均進水量1 662.5 mL。進水量最少的車型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,水滴會落到線束等電器零件上。左前車門進水量最多的車型F為合資品牌車型,但是車門進水后的水流狀態(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結(jié)果

        2 車門內(nèi)部水流分析及優(yōu)化設(shè)計

        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)過玻璃導軌引導,從導軌下部流入車門底部,進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,使水流不能進入乘員艙內(nèi)。

        圖4 車門內(nèi)水流路徑示意

        在車型設(shè)計時,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。并且盡量優(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

        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車門腔體內(nèi)部,減少鈑金與擋水膜之間的進水量。 在設(shè)計上,內(nèi)板開孔應(yīng)遵循 “上陷下凸”的結(jié)構(gòu)設(shè)計原則,如圖5所示,即上部流下的水能夠直接滴進車門腔體內(nèi)部,并從車門底部排水孔流出車外。同時,內(nèi)板上的附件安裝孔需要做翻邊來導水。

        圖5 車門內(nèi)板開孔設(shè)計

        車門內(nèi)板底部的排水孔,一般要求其尺寸為5.5 mm×15 mm 的長方孔。一般情況下,車門布置3~4個排水孔,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

        車門玻璃的底部兩端邊緣應(yīng)采用滴水角結(jié)構(gòu),將玻璃底部兩端邊緣加工成尖角結(jié)構(gòu),這樣可以引導水沿著玻璃導軌流入車門腔體內(nèi)部,而不是直接進入門內(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

        3.1 外水切密封條

        對9款車型的外水切密封條結(jié)構(gòu)進行分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn),左前車門進水量最少的車型C的外水切密封條結(jié)構(gòu)為帶長披風式,具體如圖7所示。該結(jié)構(gòu)的外水切的披風可以更加緊密地貼合在玻璃上,阻擋外部水流進入車門內(nèi)部,減少車門內(nèi)部的進水量。而其他車型的外水切密封條結(jié)構(gòu)均為不帶長披風的結(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,導致了進水量的明顯差異。圖8所示的水切端口與鈑金配合間隙小,密封效果好,進而導致淋雨的進水量偏小。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,從而導致淋雨試驗的進水量偏大。

        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

        為了確保淋雨時候車門內(nèi)部盡量少的進水,在車門外水切密封條結(jié)構(gòu)選擇時,優(yōu)先選用與車型C的結(jié)構(gòu)類似的帶長披風的外水切密封條,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)計方法。

        圖10 不同位置的水切密封條端部增加泡棉的設(shè)計

        3.2 其他部位密封設(shè)計

        對于車門外板而言,車門拉手的安裝孔也是淋雨進水的風險點,優(yōu)化該處的結(jié)構(gòu)減少該位置的進水量,也是非常重要的。通過對門拉手結(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入門拉手與車門外板縫隙,進而進入到車門內(nèi)部的進水量。

        圖11 車門外拉手縫隙密封

        對于門鎖、揚聲器等零件安裝孔的密封,主要是通過在門鎖、揚聲器等零件與鈑金之間增加泡棉條,阻斷水流進入安裝孔,進而進入乘員艙內(nèi)的風險。而對于車門內(nèi)部的電器接插件布置應(yīng)當盡量傾斜布置,并且選擇從下往上的插接方向,避免滴水進入插接頭內(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款市場在售暢銷車型的淋雨試驗結(jié)果,對車門玻璃、車門底部排水孔、水切密封條等零件的設(shè)計優(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。可以指導新車型的車門水管理及密封設(shè)計,也可以為車門淋雨進水問題的處理解決提供借鑒。

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