轎車防石擊設(shè)計研究

曹傳云

（神龍汽車有限公司技術(shù)中心，湖北 武漢 430056）

前言

進(jìn)入21世紀(jì)，中國的汽車市場飛速發(fā)展，新老汽車品牌琳瑯滿目，與此同時，中國的消費者在選擇上也越來越理性，對汽車的各項性能指標(biāo)越來越重視。整車的防腐性能雖然在用戶購車時沒有體現(xiàn)，但是車輛的腐蝕是一種直觀缺陷，在使用過程中非常容易被發(fā)現(xiàn)，會直接拉低品牌的口碑，從而影響眾多潛在消費者對品牌的信賴。車輛在高速行駛中，路面上的石擊會破壞車底金屬件的表面涂層，對金屬件的防腐性能產(chǎn)生非常不利的影響。因此，在項目研發(fā)階段，設(shè)計者需要充分考慮對車底金屬件的石擊防護(hù)。

1 石擊對車輛防腐性能的影響

不論是車身鈑金件還是底盤金屬件，為了提高防腐性能，都會在零件表面增加涂層來提高零件的防腐性能。以車身外覆蓋件為例，通常在車身總成完成涂裝工藝后，車輛外覆蓋鈑金件外表面會附著多達(dá)6種合計約120μm厚的涂層，這些涂層將金屬和水分空氣隔開，對零件的防腐性能有非常顯著的提升作用。

表1 外覆蓋件鈑金涂層防腐作用

雖然近年來我國基礎(chǔ)建設(shè)不斷加快，道路條件越來越好，但在我國的三四線城市農(nóng)村以及發(fā)達(dá)城市的工地附近，路面上仍然存在相當(dāng)多的石子。車輛行駛在這種路面時，石子會飛濺起來撞擊車身，從而破壞金屬件的表面涂層，導(dǎo)致車輛腐蝕速度加快。

2 整車石擊試驗

車輛開發(fā)過程中進(jìn)行防石擊設(shè)計時，需要了解車輛各區(qū)域的石擊風(fēng)險。國外部分先進(jìn)的汽車企業(yè)具備虛擬分析能力，通過CAE軟件來計算車輛的石擊區(qū)域，而國內(nèi)大部分自主品牌則通過整車石擊試驗來檢測車底各區(qū)域石擊風(fēng)險。

2.1 試驗車狀態(tài)

在整車防腐性能研發(fā)中，整車加速循環(huán)腐蝕試驗（下稱整車腐蝕試驗）是檢驗車輛防腐性能的主要手段，整車腐蝕試驗要求試驗車輛的防石擊設(shè)計盡量接近量產(chǎn)車的狀態(tài)，而由于整車腐蝕試驗需要的周期較長，因此為了匹配項目進(jìn)度，新項目需要使用軟模車中較早的試制車來進(jìn)行整車石擊試驗，以保證整車腐蝕試驗車輛的防石擊設(shè)計達(dá)到成熟狀態(tài)。

另一方面，因為車輪的尺寸是影響石擊的主要因素之一，因此要求使用裝備本車型的最大尺寸輪胎的試驗車。

2.2 道路條件

整車石擊試驗時車速需要達(dá)到70km/h以上，因此對路面和石子的要求比較高，要求道路平整視野寬闊且寬度足夠以保證車輛能安全行駛，同時要求石子尖銳且大小合適（詳細(xì)可參考各汽車廠家使用的試驗標(biāo)準(zhǔn)），國內(nèi)各汽車試驗廠都配備有專門用作石擊試驗的路面。

目前各汽車廠家使用的試驗標(biāo)準(zhǔn)并不相同，如某廠家使用的試驗標(biāo)準(zhǔn)要求行駛里程1500km，而某汽車試驗廠內(nèi)的石子路面長度只有300m，因此按照此標(biāo)準(zhǔn)石擊試驗并不適合在試驗廠進(jìn)行，這樣就需要在市郊或其他邊遠(yuǎn)地區(qū)尋找合適的試驗路面。

圖1 某汽車試驗廠石子路面

圖2 某省道石子路面

2.3 試驗結(jié)果

試驗結(jié)束后，需要用照片記錄涂層被破壞的石擊區(qū)域，并向項目組及相關(guān)責(zé)任專業(yè)發(fā)出試驗報告，以此作為防石擊設(shè)計的依據(jù)。根據(jù)試驗結(jié)果，可能需要對防石擊涂層（下稱底涂）噴涂面積及底涂厚度進(jìn)行調(diào)整，對無法在涂裝增加底涂的區(qū)域則進(jìn)行防石擊處理。

3 白車身防石擊處理

車身生銹一直以來都是客戶投訴的重點問題，而下車體作為承受石擊的主要區(qū)域，一直是車身生銹的重災(zāi)區(qū)。為了提高鈑金件的防腐能力，除了要求使用鍍鋅板材外，還需要對石擊風(fēng)險區(qū)進(jìn)行防石擊處理。

3.1 防石擊涂層

在車底鈑金增加底涂是目前最常見性價比最高的防石擊手段。底涂是一種耐酸性耐石擊的漿狀涂料，目前使用最為廣泛的底涂主要材料為聚氯乙烯，一般在涂裝車間電泳烘烤工藝之后噴涂到車身底部，然后再次烘烤后固化。固化后這種底涂附著性能極好，有很強(qiáng)的抗石擊能力和防腐蝕能力。經(jīng)過整車石擊試驗驗證，車底石擊風(fēng)險較低的區(qū)域底涂厚度0.5mm即可到達(dá)防石擊效果，而石擊風(fēng)險高的區(qū)域建議底涂厚度不小于1mm，也有部分中高檔車底涂厚度達(dá)到3mm，同時起防石擊和降噪的作用。具體噴涂厚度可根據(jù)車輛定位適當(dāng)調(diào)整。

圖3 某車型底涂示意圖（灰色厚度0.5mm，藍(lán)色厚度1.0mm）

3.2 前后輪罩區(qū)域

前后輪罩緊挨著車輪，是石子最先砸到的地方。塑料擋泥板會擋下大部分的石子，但是擋泥板遮不住的區(qū)域，需要噴底涂防護(hù)。此區(qū)域受石擊的風(fēng)險和力度較大，建議涂層厚度不小于1mm。對于被擋泥板遮蓋的區(qū)域，單從防石擊來說，無需噴涂底涂。

后輪罩區(qū)域石擊防護(hù)的難點是側(cè)圍外板翻邊，在此處噴涂底涂對涂裝工藝來說較難實現(xiàn)，因此很多車型對此翻邊未做防護(hù)處理，存在一定的腐蝕風(fēng)險。較好的處理方式是在此處增加輪眉裝飾件，將此處的外露翻邊保護(hù)起來，這主要受限于前期的造型設(shè)計。

3.3 前后地板區(qū)域

在前后地板區(qū)域中，中通道受石擊的風(fēng)險小，而且部分車型有鋁箔隔熱墊保護(hù)，因此不需要增加底涂；此外，后地板被油箱或其他總裝件保護(hù)的區(qū)域無石擊風(fēng)險，同樣不需要增加底涂。除此之外，前后地板區(qū)域都需要增加厚度不小于0.5mm的底涂保護(hù)。根據(jù)石擊試驗結(jié)果顯示，縱梁和備胎板迎風(fēng)面正對石子飛行方向，所受石擊的風(fēng)險和強(qiáng)度較大，建議涂層厚度不小于1 mm。

3.4 側(cè)圍裙邊區(qū)域

車身側(cè)圍裙部正對著車輪，承受大部分飛石撞擊，是石擊高風(fēng)險區(qū)，如果沒有石擊防護(hù)非常容易生銹。

通車轎車會在側(cè)圍裙部區(qū)域噴底涂來保護(hù)，SUV則有兩種方法，一是在此處增加外飾件將鈑金保護(hù)起來，二是采用車門泡管狀膠條加噴涂結(jié)合的方式，這種結(jié)構(gòu)形式膠條需要壓在底涂上，不能有鈑金外漏。

圖4 石擊試驗1000km裙部破漆嚴(yán)重

圖5 某車型裙部無底 涂銹蝕穿孔

圖6 裙部加外飾件保護(hù)

圖7 裙部噴防石擊涂層

3.5 后門檻區(qū)域

部分車型由于造型的原因，后門檻尾部暴露在石擊范圍內(nèi)。由于外觀原因，此處一般不會噴底涂防護(hù)，為保證此區(qū)域的鈑金不被破壞，通常在此處粘貼防石擊膜。

圖8 石擊試驗1000km鈑金破漆

圖9 粉紅色為透明防石擊膜

除了白車身鈑金件，少數(shù)車輛在中通道后部布置有在總裝車間安裝的加強(qiáng)板，用以提升車身強(qiáng)度。這種鈑金件在總裝裝配，沒有經(jīng)過涂裝工藝的表面處理，表面涂層只有厚度為 7～10μm的鍍鋅層，很容易被石擊破壞，有很高的腐蝕風(fēng)險。建議項目前期車身數(shù)據(jù)設(shè)計時盡量避免這種結(jié)構(gòu)，或者此處加強(qiáng)板使用涂層更厚的黑漆件。

圖10 石擊試驗1000km鈑金破漆

圖11 整車腐蝕試驗60循環(huán)腐蝕嚴(yán)重

圖12 某中檔車黑漆加強(qiáng)件

4 底盤件防石擊處理

底盤件是石擊防護(hù)的難點。由于是在總裝車間裝配，沒有經(jīng)過油漆工藝的表面處理，因此副車架、后車橋等等這些金屬件涂層在鍍鋅層的基礎(chǔ)上只有一層黑色漆膜，也有部分廠家為節(jié)約成本直接在裸板加一層黑色漆膜。這種漆膜具有一定的耐腐蝕性和抗石擊能力，具體由汽車制造廠根據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)來控制供應(yīng)商來件質(zhì)量。但由于底盤件大多直接暴露在石擊范圍內(nèi)且無防護(hù)，且這種涂層的抗石擊能力有限，因此底盤件除了由于焊縫及邊緣處涂層處理困難生銹外，石擊破壞涂層后生銹也非常常見。

部分高檔車型對車底加裝全套護(hù)板加以保護(hù)，對車輛的防腐性能有很大的提升，但中低端車型考慮到成本問題，僅對局部高風(fēng)險區(qū)增加防護(hù)措施，因此，中低端車型底盤件腐蝕問題非常常見，這就需要汽車廠家在項目研發(fā)階段通過整車腐蝕試驗來評判腐蝕風(fēng)險是否在可接受范圍內(nèi)。

圖13 某高檔車型底防護(hù)

4.1 制動管路

制動管路分為行車制動和駐車制動，制動管路布置在車底，直接暴露在石擊范圍內(nèi)。行車制動管路又分為軟管和硬管，兩者都采用防石擊性能極高的材料，腐蝕風(fēng)險較小。駐車制動由于其結(jié)構(gòu)原因，有一部分管路布置在X方向，受石擊力度很大，腐蝕風(fēng)險較高，需要采用防石擊措施。一般在管路X向前方設(shè)置防石擊塑料板來保護(hù)管路不被破環(huán)。

圖14 石擊試驗1000km手剎拉索外套破損

圖15 整車腐蝕試驗100循環(huán)手剎拉索銹蝕嚴(yán)重

圖16 手剎拉索塑料保護(hù)板

4.2 后橋

圖17 石擊試驗1000km后橋破漆生銹

圖18 整車腐蝕試驗30循環(huán)后橋腐蝕嚴(yán)重

圖19 后橋底涂保護(hù)

圖20 后橋塑料件保護(hù)

后橋位于石擊高風(fēng)險區(qū)，需要考慮增加防石擊保護(hù)。對于減震器底座這種尺寸較小的零件，可以在底下加裝外飾件保護(hù)；對于尺寸較大的后橋，可以加裝外飾件或者讓供應(yīng)商增加防石擊涂層來達(dá)到防石擊的效果。

5 總結(jié)

石擊是導(dǎo)致車輛腐蝕的主要原因之一，轎車車底是石擊高風(fēng)險區(qū)，也是腐蝕高風(fēng)險區(qū)。項目前期研發(fā)階段，除了為零部件選擇合適的防腐材料及工藝，還需要做好了下車體和底盤件防石擊處理，來提升整車的防腐能力。用戶提取愛車之后，也可以根據(jù)車輛的實際情況和使用環(huán)境，選擇適當(dāng)?shù)氖瘬舴雷o(hù)措施，如加裝發(fā)動機(jī)底護(hù)板和擋泥罩、給車身和底盤件噴底涂裝甲等，來提升車輛的抗石擊能力和防腐性能。