某車型側門漏液孔尺寸優化設計

朱建華 滕平

【摘 要】文章結合汽車側門漏液孔實際漏液情況和流體力學中孔口出流的相關理論公式，提出了一種汽車漏液孔排液時間的數學模型和計算方法。通過試驗，驗證了該方法具有較高的精度，并基于EXCEL軟件，開發了一個計算工具；運用該方法優化了公司某車型的側門漏液孔尺寸，使漏液孔尺寸既滿足涂裝對排液時間的要求，又滿足NVH對漏液孔尺寸做到最小的要求。

【關鍵詞】汽車側門；漏液孔；排液時間計算；優化設計

【中圖分類號】U463.83 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）07-0058-03

0 前言

整車氣密性是NVH性能中重要的組成部分，其主要影響車內風噪，公司某車型自上市以來，售后反饋車內噪聲高，特別是在高速行駛時風噪大，要求對此問題進行改進。作為改進中的一項，NVH要求對側門的漏液孔進行優化，尺寸改到最小（等效于漏液孔面積最小），以增強整車的氣密性。目前，公司對側門漏液孔的尺寸設計主要來自對標車型和以往經驗，并無準確的計算設計方法。

汽車側門漏液孔主要有2個功能：一是在白車身過涂裝時，排盡殘留在白車門腔體內的涂裝槽液，防止不同槽液混合，影響涂裝上漆質量；二是在用戶使用過程中，排盡因下雨等因素殘留在車門腔體內得水。通過整車淋雨試驗發現，因外水切、玻璃導槽密封條等零件的密封作用，以及下雨進入車門腔體內的水量相比涂裝槽液要少得多，所以只要滿足涂裝的排液要求，用戶用車的排水要求就沒有問題。因此，NVH要求的優化目標等效為將漏液孔尺寸改小到正好滿足涂裝車間的排液要求。

要想知道漏液孔的尺寸是否滿足涂裝車間的排液要求，就必須知道白車門腔體內殘留涂裝液的排盡時間。在涂裝車間，白車門實際的出槽過程分為2段：先以一定角度傾斜向上前進一段距離，再沿水平方向前進一段距離，這2段的涂裝液排放方式不一樣，公司各涂裝生產線結構相似，線速變化不大，為簡化計算，涂裝車間做試驗發現當白車門水平放置時，殘留涂裝液在35 s內排盡時，即可滿足生產線的工藝要求。

根據白車門的實際結構，內外板上可用于排涂裝液的孔包括各種總裝安裝過孔、升降器安裝孔、揚聲器安裝孔、外飾裙板卡扣安裝孔、密封膠條卡扣安裝孔、鉸鏈螺栓安裝孔、限位器安裝孔等，根據實際生產過程發現，類似升降器安裝過孔、揚聲器安裝孔等大孔，對涂裝液排盡時間影響很小，在白車門未完全出槽時，液面即下降到這些孔下邊緣處，所以需要計算排盡時間的殘留液體體積（即這些大孔以下的腔體區域）。以公司某車型為例，圖1中的2條線之間的體積即為殘留液體體積。

綜上所述，在設計上，漏液孔尺寸的優化方法為先找到一個涂裝液排盡時間的計算方法，再根據該方法得出一個漏液孔的面積，使涂裝液排盡時間為35 s，最后根據得出的漏液孔面積，結合白車門結構需要，得出漏液孔的數量和長寬尺寸。

1 殘留涂裝液排盡時間計算的數學模型建立和計算方法

如圖2所示，根據流體力學相關理論，孔口出流一般分為以下幾類：①若d/H>0.1，為大孔口出流；若d/H≤0.1，為小孔口出流。②若δ/d≤3，為薄壁孔口出流；若δ/d>3，為厚壁孔口出流。③若水頭液面在出流過程中恒定不變，為恒定出流；若水頭液面在出流過程中隨之下降，為非恒定出流。④若液體直接流入空氣中，為自由出流；若液體流入下游液體中，為淹沒出流。

圖1所示為某車型白車門的殘留涂裝液區域，該處內外板上的孔主要有揚聲器安裝孔、內飾封板卡扣安裝孔、線束卡扣安裝孔、密封膠條卡扣安裝孔、防水薄膜排水孔、緩沖膠塞安裝孔、漏液孔，這些孔的尺寸d最大一般不超過15 mm；內外板厚度一般不超過1 mm（激光拼焊鈑最厚處一般也不超過1.4 mm）；白車門在涂裝車間出槽時，殘留槽液高度在150 mm左右，且槽液直接流入空氣中，液面隨著液體流出而降低，根據孔口出流的分類，白車門腔體槽液的流出，應屬于薄壁小孔口非恒定自由出流。根據流體力學相關理論，薄壁小孔口非恒定自由出流的時間計算公式如下：

根據前文建立的數學模型，計算出前門液體排盡時間t=23.47 s。

同理，后門殘留液體體積區域共有揚聲器安裝孔1個、主定位孔1個、線束卡扣安裝孔2個、內飾封板卡扣安裝孔4個、防水膜漏水孔2個、膠條卡扣安裝孔8個、緩沖膠塞安裝孔1個、漏液孔3個。共劃分為10個體積V，對應的體積（單位為m3）如下：V1=0.001 011 01、V2=0.001 160 25、V3=0.000 992 56、V4=0.001 147 13、V5=0.000 786 62、V6=0.001 873 39、V7=0.001 561 94、V8=0.001 323 73、V9=0.001 521 82、V10=0.000 958 45。

每個體積V對應的液面高度H值（單位為m）如下：H1=0.013 726 9、H2=0.029 913 6、H3=0.043 859、H4=0.059 883 4、H5=0.070 843 8、H6=0.096 859、H7=0.118 275、H8=0.137 205 1、H9=0.162 640 8、H10=0.205 439；同一液面高度上，對應各孔面積之和A（單位為m2）如下：A1=0.000 428 19、A2=0.000 042 46、A3=0.000 567 6、A4=0.000 309 4、A5=0.000 095 25、A6=0.000 113 51、A7=0.000 021 24、A8=0.000 021 22、A9=0.000 163 52、A10=0.000 420 76。根據前文建立的數學模型，計算出后門的液體排盡時間t=22.07 s。

3 某車型漏液孔尺寸優化

根據前文計算結果，結合涂裝車間槽液排盡時間需小于35 s的要求，前后門漏液孔尺寸都具有優化減小的空間。在殘留涂裝液區域，白車門上的孔，除漏液孔外，均為有裝配要求的功能孔，其尺寸不可更改，故尺寸能優化的孔只有漏液孔。

按前文的計算方法，用試探法發現，當減少一個漏液孔時（優化前共有3個方形漏液孔，單個漏液孔面積為244 mm2），前門槽液排盡時間增加到31.29 s，后門槽液排盡時間增加到29.27 s，已滿足涂裝車間的要求，而且此時零件的改動量最小、成本最低、時間最短。

4 理論液體排盡時間與實際試驗液體排盡時間對比

將實物白車門的殘留槽液體積切割下來，水平放置，用涂裝前處理液快速灌入腔體中，測量液體的排盡時間。優化前與優化后，理論時間與實測時間對比見表1。

零件斷點后，涂裝車間反饋無問題，且排液時間已達到臨界狀態，不能再增加。

5 結語

本文根據流體力學相關理論公式，提出了一種白車門殘留槽液排盡時間的計算方法。由表1可知，該方法的理論計算結果與實際試驗結果吻合較好，具有較強的實用性。運用該方法對公司某車型漏液孔尺寸進行優化設計，減少了一個漏液孔，實踐證明效果明顯。

參 考 文 獻

[1]劉鶴年.流體力學[M].北京：中國建筑工業出版社，2004.

[2]胡宏，馬保林，柴堅堅，等.轎車側門漏液孔尺寸最優設計方法[J].機電工程技術，2014，43（11）：108-112.

[3]吳聰，曾月婷.提升JV車整車氣密性的措施[J].汽車工藝與材料，2017（3）：1-5.

[責任編輯：鐘聲賢]