汽车水管理相关的设计与分析

2021-03-05途QianTu

北京汽车 2021年1期

钱途Qian Tu

汽车水管理相关的设计与分析

钱途
Qian Tu

（江西吉利新能源商用车有限公司，江西上饶 334000）

为避免汽车在淋雨、洗车、涉水、雨雾等工况下出现水管理等严重的感知质量问题，需要通过前期的设计控制提升汽车水管理开发能力，并攻克水管理相关的技术难点；在制造过程中，把控生产过程，提升零件或者系统的质量，通过合理科学的产品开发，保障上市车辆无相应的水管理质量问题。通过介绍水管理概念，重点分析设计阶段以及制造阶段水管理潜在的问题，达到设计和制造需求。

水管理；涉水；密封；堵盖；干区；湿区

0 引言

水管理即研究水的走向、水的密封性能、整车水的路径以及水路径边界零部件的防水特性等。汽车水管理是汽车性能开发的关键指标，也是客户能直接感知的性能，水管理对各主机厂越来越重要。如何提高汽车的水管理开发能力，避免出现水管理质量问题是各主机厂面对的难题。水管理主要研究干湿分界面内的防水特性；研究车辆乘员舱有关的防水性能，这是整车性能的一部分，不包括乘员舱以外的零部件子系统防水性能（系统防水性能要求的零部件系统需分析解决，如前大灯防水性、发动机舱电器盒防水性等）。从气密性、NVH（Noise、Vibration、Harshness，噪声、振动与声振粗糙度）性能等角度考虑，乘员舱密封性越严越好，这种思路称之为堵；从整车角度考虑，车身上诸多的安装点、钣金焊缝等，难免由于工艺、制造等一致性因素，导致堵的效果失效，出现乘员舱进水等现象，在此引入疏的概念，即将进入乘员舱内的水及时顺利排出。

1 干湿区的设计需求

1.1 湿区

理论上，车辆在涉水（淋雨、洗车、积水、雨雾等整车外部接触水）过程中，有水涌入或进水风险较大的区域，分为浸水区域和溅水区域，见表1。湿区内的系统或零部件需要考虑自身防水性能，对于自身能够满足防浸水的可以布置在涉水面以下；对于只能防溅水的零部件需要布置在涉水面以上，并尽量布置在较高的区域或者利用其他防护措施满足涉水要求；对于自身无防护的系统或零部件，特别是影响车辆行驶、安全等功能的重要部件，不得布置在湿区，如汽车电气系统[1]。

1.2 干区

除湿区以外的区域，涉水过程中无水浸入或者进水风险较小的区域，主要指乘员舱。该区域的零部件或系统不必做特殊防水措施。为了避免干区进水，需要整车在研发阶段做相应的防水设计工作，在制造阶段做相应的生产质量与零件质量把控，售后阶段也需要有防水性的维修。

2 水流向

以某车型为例，如图1所示，箭头方向为雨滴流动方向或可能流动方向，主要是通过疏的方法使水滴导流到车外，避免乘员舱进水。如前风窗排水通过雨水槽流入前风窗下横梁，向两侧流入轮辐饰板上方，排出车外；天窗雨水通过衬条进入天窗导轨，通过天窗导轨流入4个角落，前排水管流经A柱，通过前雨水槽或者在A柱下方通过纵梁内部排到车外，后排水管通过C柱流入后轮辐饰板后方排到车外。后背门雨水通过分缝流入雨水槽，流经铰链安装面，再流经后背门气弹簧车体安装座面，在前后保险杠的安装处分两个方向，一个顺着钣金缝隙流入尾梁排到车底，另一个顺着后保雨水槽流至最低点（此处如果雨水过多，会沿着后背门钣金排水口倒流入后背门内外板之间，故有些主机厂会将该ED（Electro Deposition，电泳涂装）排水孔堵塞，排到车外。以4门内部雨水流向左前门为例，雨水通过左前门玻璃与外水切软毛边缝隙或者导轨、窗框与玻璃的搭接缝隙流入车门内外板之间，前后端区域顺着导轨及玻璃尼槽流下，中间区域顺着玻璃弧度流下、滴下，在车门内外板下方，经ED 排水孔流出并顺着侧裙流到车外。

表1 防水区域描述

图1 雨水流动方向

汽车涉水即车辆在地势低洼、有积水的路面行车，如图2所示。在该工况下，要求车辆可以在一定的水深中行驶，不得有水进入干区。行驶在涉水路面或涉水隧道时，不同的积水深度对驾驶员安全驾驶的影响较大，同时也会影响汽车的性能[2]，主要通过堵的方式，即整车需要有相应的防涉水设施，使车外的水不得渗入或者流入干区（主要指驾驶室）。

图2 汽车涉水示意

3 水管理设计分析

3.1 整车设计阶段

白车身作为整车零部件安装载体，对于整车的水密封起重要作用。在设计阶段，需要对白车身进行控制，包括：车身零件在设计上应满足搭接面平整贴合，在非搭接面、涂装液流动区域应有大于2 mm以上空间要求，保证ED涂层；车辆设计中，追求减重会增加钣金补强件开孔，在干湿分界区的零部件不应开减重孔；内外板包边处需有5 mm以上的重合量，转角处局部可适当减小，不允许出现尖角；侧裙边注蜡孔建议设定直径为20 mm，便于后续堵塞处理；4门内板ED 排水孔尺寸建议设为20 mm×10 mm；涂装生产线由于入槽角度、工装等不同，需合理设置排水工艺孔、排气孔的位置、尺寸等。

在整车设计阶段，部分车型容易出现以下问题：粗密封在2个座椅横梁处被电池包的安装梁整体遮挡（粗密封在涂装阶段进行，即在焊装阶段之后，将座椅横梁、地板、电池包横梁拼焊后再进行密封涂胶），如图3所示。这样仅依靠焊接密封胶容易出现漏水问题，故前期设计时，需要为密封胶留出相应的工艺孔。

图3 密封胶被遮挡示意

3.2 冲压焊装涂装阶段

开闭件主要指前舱盖、后背门、左右前后门，需要做折边处理，在折边之前需用折边胶进行密封，折边区域如图4所示，其中折边面、焊接面需保持实物平整贴合，部分焊接面需有点焊密封胶密封。

图4 开闭件折边胶示意

为进一步增强焊接车身件之间的密封性，以及车身焊接件的抗腐蚀能力，在白车身底层处理（电泳烘干）后、面漆涂装前进行焊缝密封胶涂布，涂布密封胶膜厚为3～5 mm，即焊装总成之间进行焊缝密封胶对应。车身底部涂装起到保护底部防石击和车身密封作用，减少高速行驶时路面砂石对车身底部下表面、轮罩及车身侧裙边的撞击和冲刷，提高使用寿命，采取在易受石击的部位涂布 1～2 mm具有抗石能力的耐磨涂层。车底涂装部位为前后轮罩下表面、车底板下表面、左右纵梁下表面等，这些部位受飞石等崩伤严重，需要采用充分吸收飞石能量、耐磨性优良且有充分膜厚的材料；另外，这些部位是车体板接合部分，通常在搭接处涂密封胶后再涂车底涂料，如图5所示。

图5 密封胶和车底涂层重复涂装示意图

涂装密封胶分粗密封和细密封两种，粗密封用于对外观要求低的车身内腔所有缝隙进行密封，例如汽车底板下、机舱前围边上等不可直视区域或不影响周边件装配的补胶；细密封用于对外观要求高的外表缝隙密封，例如地板上表面、车门折边处、内板拼接处、三角窗附近等会影响外观或总装装配的补胶。涂装工艺需除去车身防锈油、泥沙、铁屑等异物，为后续工位提供清洁、合格磷化的车身。如图6所示，需要在白车身各个焊接处涂胶。

图6 涂装白车身防水密封胶示意

3.3 总装密封性

白车身有诸多工艺孔，如定位孔、漏液孔、焊枪孔、管路管线过孔、制动踏板或转向输入轴安装过孔等。工艺孔将干区与湿区连接，需要有相应的处理措施，例如在车身下地板和前围板（白车身上孔位最多的2个区域）做相应的堵水处理。

图7 某车型车身地板示意

如图7所示，车身下地板共有28个孔位，其中1、2、3、4、5、7、14、15、18、19为涂装漏液孔，6、7、8、9、12、13、16、17、20、22为定位孔，10、11为试制夹具用孔，21为MSD（Manual Service Disconnect，动力电池板手动维护开关）开关孔，23～28为焊枪孔。其中漏液孔、定位孔、试制夹具用孔、焊枪孔采用堵盖密封，MSD开关孔由MSD堵盖堵住密封。通过安装防水零件的方式达到干区与湿区分离，避免湿区的水进入干区。

图8 某车型前围板示意

如图8所示，前围板上段1为空调进风口，离地间隙为969 mm，即该孔的涉水深度为969 mm；前围板下段2、9为机舱线束过孔，3为机舱拉锁过孔，4为制动踏板过孔，5为转向系统过孔，6为空调线束过孔、7为空调高低硬管过孔，8为空调滴水管过孔，10为后雨刮水管过孔。各过孔处需要零件自带防水橡胶套、塑壳防水套或防水海绵等防水零件，若采用橡胶作为基本原材料，则说明对密封性能有严格要求[3]，橡胶防水零件与前围板装配后应有一定的压缩量，即过盈配合，使湿区的水不可通过防水零件或防水零件与白车身孔位之间穿过，达到湿区与干区严格分离，保证干区在各种工况下无水渗入。