李仲奎 李豫 舒培超

（东风汽车公司技术中心）

汽车的密封防水性能对于驾乘体验和车辆质量有重要影响，一辆优质的汽车不仅需要具备高质量的车身强度和动力性能，还需要具备出色的密封防水能力[1]。车身的各部件，以及各部件相互连接的区域，都可能成为车身进水的通道。其中，门槛梁是腔体，其结构复杂，对车身防水有着至关重要的影响。目前，鲜有文献资料对乘用车车身门槛梁的防水进行报道。实际上，影响门槛梁水密的因素很多，门槛梁防水是一项复杂的工作。很多车身结构工程师、NVH 工程师对门槛梁防水设计都存在一定的误解。对此，文章从防水角度探讨了乘用车车身门槛梁结构的设计方法。

1 乘用车门槛梁概述

1.1 门槛梁介绍

门槛梁是乘用车车身重要的零部件，位于车身前地板两侧，车门洞的下方，是车身边部的纵向梁，如图1所示。

图1 门槛梁位置

门槛梁的前端和车身A 柱下端相连，中段和B 柱下端相连，后端和C 柱下端相连。由于门槛梁、A 柱、B柱、C 柱皆为腔体，并且都是多层板焊接的腔体，因此门槛梁的防水难度较高。

1.2 门槛梁断面结构

门槛梁的断面结构形式，如图2 所示。一般情况下，门槛梁由门槛梁里板、门槛梁中间加强板和门槛梁外板（局部侧围外板）构成，如图2a 所示。车身前地板和门槛梁里板贴合焊接。部分车型的侧围外板的下端直接搭接到门槛梁加强板的中部，如图2b 所示。此种结构门槛梁的外侧一般安装门槛梁外饰板。

门槛梁外板，即侧围外板，一般选用普通钢板材料，主要起到体现造型面的装饰、密封作用。门槛梁里板及门槛梁中间加强板一般选用高强度钢板或超高强度钢板，是载荷传递路径的承载体。除了承担正面碰撞、侧面碰撞部分载荷传递路径功能，门槛梁对提升侧面碰撞性能及柱碰性能都有至关重要的影响[2]。对此，门槛梁内部通常会布置一些加强件，如图3 所示。

图3 门槛梁内侧加强件

为满足车身电泳时电泳液在门槛梁内部的流通，门槛梁内截面处的加强件要设置过孔，用作电泳液的流通通道。断面Ⅱ的门槛梁和断面Ⅰ的门槛梁内部加强结构类似。

2 门槛梁防水策略分析

2.1 门槛梁的密封界面

由于门槛梁是腔体结构，其防水的首要任务就是确定门槛梁腔体内是否允许进水。若做到门槛梁腔体内不进水，则门槛梁外板、门槛梁下止口、门槛梁前后端部和门槛梁下底面都必须是密封的。实际上，很难达到这些部位的完全密封，首先门槛梁的加强板、里板都不是一个整体的板，存在搭接接头，也就存在工艺要求的缝隙，尤其是门槛梁内有举升点支架加强板，如图4所示；其次，门槛梁外板、门槛梁里板底部，以及门槛梁前后端部的孔洞也未必做到有效密封。若要做到门槛梁内不进水，需要额外做大量的密封工作和增加较多的成本。对此，市场上大多数车辆的门槛梁内腔都是进水的。

图4 门槛梁上举升点加强板缝隙

若是允许门槛梁腔体内进水，则门槛梁防水的途径主要就依赖门槛梁里板的密封，同时要保证门槛梁上止口的密封、门槛梁里板与地板搭接面的密封，如图5 所示。

图5 门槛梁的密封界面

2.2 侧围底部膨胀片的布置

乘用车车身的A 柱、B 柱、C 柱腔体底段位置通常都布置有膨胀片，如图6 所示，膨胀片的首要功能是隔声降噪，其次就是防水。图6 中的膨胀片有防止门槛梁腔体内的水上窜到A 柱、B 柱、C 柱腔体内的作用。由于 A 柱、B 柱都是由 3 层板构成，因此 A 柱、B 柱中同一位置的膨胀片都分为两部分，这样才能将腔体截面彻底阻断。对于C 柱底段位置也有中间加强板时，也需要同时布置2 个膨胀片。为提升膨胀片的隔断效果，膨胀片需尽量选择在规整的结构处，同一位置2 个腔体的膨胀片尽量对齐。

图6 乘用车车身侧围底部的膨胀片布置

在腔体截面处布置膨胀片，也需要考虑电泳液的流通通道，当腔体截面较大时，膨胀片上预留的孔洞也较大。在车身经过电泳线之后进入烘烤线时，膨胀片才发泡将腔体沿截面隔断[3]。

2.3 门槛梁里板上孔洞的封堵

门槛梁里板上，一般会布置焊接定位孔、涂装用防电磁屏蔽孔、线束卡扣孔、护板卡扣孔、加油口盖开启拉丝卡扣孔等，有时也会布置搭铁点防转孔、安全带固定点防转孔。对此，工艺孔务必要贴堵片或装堵盖密封，卡扣孔必须要用自带密封功能的卡扣，或改为螺柱[4]。尤其是门槛梁里板的前部，严禁开设不能密封的孔。某车型门槛梁里板前部线束卡扣不带有密封功能，为验证其进水的风险大小，将线束卡扣拆卸，然后将车辆驶入水深接近300 mm 的深水区，稍作片刻停留，在汽车即将驶离涉水池的瞬间紧急制动，就会看到门槛梁内的水从卡扣孔处如同喷泉状冒出，如图7 所示。因此，如果卡扣不带密封功能，必然发生进水。

图7 深水区制动时A 柱下端敞开孔的进水

此外，严禁在具有密封界面的门槛梁里板上设置防转孔，可采用其它无孔的结构方案实现防转。图8 示出带防转卡钩的固定点，这些结构都禁止用在门槛梁里板上。

图8 带防转卡钩的固定点

2.4 门槛梁里板与前地板搭接面的密封

乘用车车身前地板与门槛梁里板搭接处一般定义涂装焊缝密封胶进行密封。对于三厢轿车，一般在地板上方布置座椅横梁，在地板下方从前至后，使用一条涂胶线可以解决前地板与门槛梁里板之间的密封问题，如图9 和图10 所示。

图9 三厢车前地板与门槛梁里板搭接结构

图10 地板边部的涂胶线

对于大型SUV 车型，除了前地板上方有座椅横梁，一般在前地板下方也布置横梁。若是前地板上方、下方的横梁相互错位，并有一定的距离，可以通过在地板上下方间断性涂抹焊缝密封胶，并设置一定的重叠量，以解决前地板与门槛梁里板之间的密封问题。若是前地板上方、下方的横梁相对应，导致地板上方、下方都不能涂抹焊缝密封胶时，可考虑在布置横梁的局部位置定义点焊密封胶，先通过焊接时对贴合面之间涂抹点焊胶解决局部密封问题，其余位置能定义焊缝密封胶的区域继续定义焊缝密封胶。

2.5 门槛梁上止口的密封

门槛梁上止口一般是由门槛梁里板、门槛梁中间加强板、门槛梁外板3 层板焊接，并且很少有车型在这3 层板之间定义点焊密封胶，因此当门槛梁内的水上窜到止口处，门槛梁上止口也会存在水密的问题。此外，门槛梁里板、门槛梁加强板也多是2～3 个件焊接，存在接头的缝隙，如图11 所示，门槛梁上止口有水出入不可避免。

图11 门槛梁上止口处的钣金接头缝隙

一旦门槛梁在前车门下止口处存在搭接面缝隙，当汽车驶入深水区后，在驶离的瞬间紧急制动时，门槛梁内的水受惯性作用向前窜，并在门槛梁腔体前部形成冲击力，沿着门槛梁上止口的缝隙喷涌而出，再受到门止口密封条的阻挡分成2 路，一路流向车身外部，一路流向车身内部，水流方向，如图12 所示。

图12 门槛梁内的水在紧急制动时的流向

将某车型前门门槛护板拆除后，驶入深水区，片刻之后将汽车快速开出，并瞬间踩下制动踏板，就能看到车前门内侧的门槛梁里板顶部有大量的水涌进来，如图13 所示。

图13 车前门下止口处进水

解决门槛梁上止口进水的措施，就是尽量消除门槛梁上止口的缝隙。增加点焊密封胶定义，固然能消除缝隙，但是需要在焊装线上增加涂胶设备的投资，并且单车成本也会相应增加。此外包含门槛梁外板、门槛梁中间加强板的侧围总成在与包含门槛梁里板的下车体进行合拼焊时，门槛梁上止口焊接面处于竖直状态，胶涂抹在立面上容易脱落下掉，不仅造成密封效果降低，还会引起焊接时外溢的胶着火，引发安全事故。故此，通过在搭接面之间涂抹点焊胶解决密封问题，实际上不仅增加成本，还有一定的难度。

另外一种消除缝隙的方式就是在门槛梁处严禁钣金分块，进而达到无接头缝隙的效果。门槛梁里板与侧围A 柱里板的分块位置应定义在A 柱下端膨胀片的上方；相应地，门槛梁中间加强板与侧围A 柱中间加强板的分块位置也定义在侧围A 柱下端膨胀片的上方。即使有接头缝隙也是在膨胀片上方无接触水的区域，达到门槛梁上止口区域都是平板与平板贴合、几乎无缝隙的状态。

2.6 门槛梁与B 柱连接处的处理

乘用车车身B 柱里板与门槛梁搭接位置，由于不是车门止口处，无需安装密封条，因此在设计上往往考虑不够充分。部分工程师为了提升接头刚度，将B 柱里板下端与门槛梁里板搭接处设计成带有台阶状结构，如图14 中虚线所示的区域；或是在门槛梁上搭接边处焊接安全带卷收器固定支架，因支架较厚而存在较大的工艺缝隙，不利于车身密封，也存在进水的风险。

图14 B 柱里板下端接头结构

图6 所示的B 柱膨胀片布置，实际上对B 柱里板与门槛梁里板之间的焊接起不到密封作用，因此在设计B 柱里板与门槛梁里板之间的搭接时，要考虑消除自身缝隙。

3 门槛梁设计实例及试验验证

3.1 某车型门槛梁结构设计

按前文分析，某车型门槛梁里板、门槛梁中间加强板的前端分块位置都位于A 柱下端膨胀片位置的上方，如图15 所示，为避免门槛梁上止口缝隙。门槛梁里板顶面不设置门槛护板卡扣孔，如图16 所示，门槛护板采用门止口安装卡夹进行固定。

图15 某车型门槛梁结构

图16 某车型门槛梁里板结构

此外，门槛梁里板上不设置不能密封的防转孔，门槛梁里板上的工艺孔都贴堵片进行密封，线束卡扣自带密封功能。门槛梁里板与前地板之间焊缝采用地板下方涂抹一整条焊缝密封胶密封。B 柱里板与门槛梁里板搭接面位置处消除搭接缝隙的存在。

3.2 试验验证

先是按较为严苛的上海地标DB 31T634—2012《电动乘用车运行安全和维护保障技术规范》进行涉水试验，门槛梁处无进水现象发生。后采用极端工况试验，先让汽车在300 mm 深的水池中浸泡10 min，接着让汽车快速驶离，在离开水池的瞬间紧急制动，让门槛梁内的水向前窜动，同样未发现门槛梁处进水。

4 结论

门槛梁防水的最终目的是禁止车外的水流入乘客舱内部，一种解决方案是将水挡在门槛梁外侧，不允许门槛梁腔体内进水，进而阻止水进入乘客舱；另一种解决方案是允许门槛梁腔体内进水，但是不允许水流入乘客舱内。相比之下，前者密封难度较高，后者密封相对容易。采用后者的防水方案可以解决市场上大多数车辆的门槛梁进水问题，但是仍需要做大量的密封工作，包括门槛梁里板的自身密封、门槛梁上止口的密封、门槛梁里板与前地板搭接面的密封，以及A、B、C柱下端与门槛梁连接处的密封等。

通过分析和验证，若是在门槛梁开发过程中充分考虑密封性能设计，只要将密封界面的密封性能做到位，在不降低强度性能、不增加成本的情况下，门槛梁仍可达到较高的防水性能。