某車型洗車試驗尾門密封條進水問題分析與改進

郭永慶

（同濟大學，上海 200092）

主題詞：洗車試驗 密封條 水管理

1 前言

密封條具有防塵、防水、隔音等重要功能，隨著汽車技術的發展，用戶對密封條的性能要求逐漸提高。在設計階段，密封條的性能需進行仿真驗證，以節省開發時間和成本。在整車水管理分析中，密封條的防水性能是重要的分析項目，通過分析水流可能的路徑，可提出風險點并提前進行相應改善。

本文針對某車型洗車試驗中行李箱進水問題，通過理論分析與實車驗證研究水流運動路徑和密封條泡管形態變化情況，分析行李箱進水問題的原因并提出改進方案。

2 問題描述

某車型尾門密封條與車門鈑金、車身鈑金、后保險杠翻邊的配合形式如圖1 所示。尾門密封條的主體結構夾持在行李箱鈑金止口邊緣，尾門密封條泡管結構受尾門內板擠壓變形，起到密封作用。后保險杠邊緣臺階狀翻邊結構遮擋內部鈑金，與尾門密封條無直接接觸。在設計階段，對尾門區域進行水管理分析，結果表明，水流從尾門邊緣與后保險杠翻邊之間的縫隙進入后受到后保險杠翻邊的引導，沖擊在尾門內板上，并未直接沖擊密封條泡管，而是被其阻擋，無法進入行李箱內部，因此，該部位無漏水的風險，水管理分析達標。

圖1 尾門密封條與周邊件的配合形式

在小批量試裝階段，對整車進行淋雨試驗和洗車試驗，驗證前期理論設計的合理性。在5 min 普通淋雨和30 min強化淋雨過程中，尾門區域未發生漏水情況；在高壓水槍洗車試驗中，絕大多數情況下不會漏水；但在高壓水流沿尾門門縫沖洗時，在尾門左、右下拐角區域有較小概率出現行李箱進水情況。漏水時的洗車工況為：水流成柱狀，水壓為500 kPa，水槍距離尾門0.5 m，水流沿門縫斜向上沖擊，進水區域如圖2所示。從車內觀察，漏水路徑發生在尾門密封條泡管與尾門內板之間。

圖2 洗車試驗漏水區域

3 原因分析

根據常規經驗，漏水情況的可能原因主要包括：

a.鈑金焊接止口邊偏長，密封條底唇與鈑金面接觸不夠，水流從密封條內部越過鈑金止口邊流入車內。

b.鈑金焊接止口邊偏厚，將密封條U型夾持結構撐大，導致該結構內部唇邊與鈑金密封不嚴，水流越過鈑金止口邊流入車內。

c.鈑金拼接位置有較大面差，水流從相鄰鈑金焊接面差的縫隙翻過鈑金止口邊，流入車內。

d.鈑金止口邊偏短或者車門外偏，造成內間隙偏大，使密封條泡管與鈑金面接觸量不足，從而導致漏水[1-2]。

上述原因可以通過測量鈑金止口邊的長度和焊接寬度，以及尾門關閉后的車門內間隙等進行排查。通過檢測發現，以上尺寸的測量結果都在公差范圍內。考慮到漏水情況只發生在尾門下拐角，因此需要分析該區域與尾門其他區域的結構差異。

3.1 密封系統配合結構分析

分別選取尾門區域3 個典型位置進行分析。尾門下部直段區域在洗車試驗時無漏水現象，該區域水流路徑如圖3所示。由圖3可以看出，此區域的水流經過后保險杠邊緣臺階面的阻擋，不會有大量水流沖擊尾門內板，所以淋雨試驗未發生漏水。

圖3 尾門下部水流路徑

尾門左、右下拐角結構水流路徑如圖4所示。由于在此區域造型面存在過渡，后保險杠邊緣翻邊角度發生變化，高壓水流被后保險杠翻邊引導后，沖擊密封條泡管與鈑金的接觸面，故水流沖破密封面進入行李箱。

圖4 尾門下拐角水流路徑

尾門側面（拐角區域上部）結構水流路徑如圖5 所示。水流在此區域向下運動，然后被后保險杠翻邊引導至密封條泡管與鈑金的接觸面上，但水流經過較長距離的沖擊后，動能消耗，沖擊到密封條時，水壓已不足以沖破密封面，故在此區域也未發生漏水。

圖5 尾門側面水流路徑

由以上分析可以看出，后保險杠翻邊對水流的引導作用是導致尾門左、右下拐角區域洗車漏水的原因之一。

3.2 尾門密封條變形狀態分析

尾門密封條是等截面擠出的柔性零件，在密封條上截取一片1～2 mm 厚的斷面，在投影儀下對密封條斷面進行10 倍放大處理，如圖6 所示。從圖6 中可以看出，斷面實際狀態與設計狀態一致，說明密封條質量沒有問題。對尾門密封條的斷面進行CAE 仿真分析，模擬密封條泡管受力壓縮變形后的狀態，如圖7所示。泡管受力變形后，沒有達到預期的變形效果，導致泡管頂端與鈑金的接觸面積過小。從CAE 分析結果可以看出，密封條斷面設計不合理。

圖6 尾門密封條斷面10倍圖

將密封條裝配到實車上，進行涂藍試驗。在尾門內板與密封條的接觸區域涂抹顏料，將密封條截斷以方便從斷面處進行觀察，車門關閉后檢查密封條的變形情況，如圖8所示。從圖8中可以看出，密封條泡管頂端變形后與鈑金僅存在尖端小面積接觸，密封條泡管上顏料的寬度只有2 mm，遠小于設計要求。實車驗證結果與仿真分析結果相吻合。密封條泡管變形后與鈑金接觸面積不足，導致密封條無法抵御水流沖擊，是洗車試驗中行李箱進水的重要原因之一。

圖7 尾門密封條CAE仿真分析

圖8 尾門密封條裝配后變化情況

4 改進措施

經過以上分析，分別制定臨時措施和永久措施。臨時措施是在尾門左、右下拐角位置對應的密封條泡管內增加塞芯，以加大密封條泡管與鈑金的擠壓力，如圖9所示。經過實車驗證，臨時措施實施后，尾門區域在洗車試驗中不再進水，該方案有效。

圖9 尾門密封條加塞芯臨時措施

但增加塞芯會導致零件成本上升，且引起尾門關閉困難，故還需制定永久措施。

4.1 后保險杠翻邊局部型面修改

由尾門區域水流運行路徑的分析可以看出，拐角位置后保險杠型面對水流的引導會引起進水，故需修改后保險杠邊緣翻邊角度，使邊緣傾斜程度更大，如圖10所示。后保險杠型面修改后的水流走勢如圖11 所示，水流沖擊在尾門內板上，密封條不會受到大壓力水流的沖擊，進水風險降低。

圖10 后保險杠翻邊修改狀態對比

圖11 后保險杠翻邊修改后的水流走勢

4.2 尾門密封條斷面的修改

如圖12所示，通過CAE仿真，對尾門密封條斷面進行優化：將泡管頂部唇邊減薄，同時使角度更平緩；將泡管壁厚減薄，調整為折彎造型，使泡管更易變形；將泡管與骨架連接的脖頸處收窄；在U型夾持結構的唇邊端部增加倒刺，加大密封條裝配后的保持力。

圖12 密封條斷面修改方案

對修改后的密封條斷面進行壓縮變形仿真分析，考慮到鈑金內間隙偏差，將壓縮量分別設置成欠壓2 mm、正常壓縮和過壓2 mm 3 種狀態，斷面仿真分析結果如圖13所示。由圖13可以看出，新斷面中密封條泡管變形后與鈑金的接觸面積明顯加大。

將改進后的尾門密封條在實車上進行涂藍試驗，結果如圖14 所示。密封條泡管表面沾染顏料的區域較寬，說明密封條壓縮后泡管與鈑金接觸面積較大，實車測試結果與理論分析結果一致。

圖13 密封條斷面仿真分析

圖14 密封條斷面修改

將新斷面尾門密封條和新型面后保險杠裝車后進行洗車試驗，未發生行李箱漏水的現象，改進方案有效。

5 結束語

在車輛設計階段對整車進行水管理分析是非常必要的，對于尾門區域，鈑金、密封條、保險杠在不同區域的配合結構不同，所以需要校核多種結構形式，避免遺漏。后保險杠設計時需注意邊緣處的翻邊不應引導水流沖擊在密封條泡管上。在設計階段應對密封條泡管的變形進行仿真分析，保證泡管變形后與鈑金有足夠的接觸面積。