淺談?wù)囓囬T防水密封系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉小兵，劉艷坤，陶廷君

（浙江合眾新能源汽車有限公司，浙江 桐鄉(xiāng) 314500）

1 引言

汽車已成為人們生活必不可缺少的一種交通工具，車門則是駕駛員和乘員使用頻次最多的區(qū)域，對車門系統(tǒng)的設(shè)計(jì)則成為設(shè)計(jì)師們研究的熱門課題。

車門系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著碰撞安全性、整車密封性、舒適性及各附件功能實(shí)現(xiàn)等內(nèi)容，直接影響整車品質(zhì)的提升（例如：整車密封性能的好與差、安全性能指標(biāo)的高和低、操控性能的利與弊）。本文重點(diǎn)對車門系統(tǒng)主要零部件（車門內(nèi)/外板、內(nèi)/外擋水條、玻璃、門保護(hù)膜、門護(hù)板）如何通過擋水、導(dǎo)水、排水等來實(shí)現(xiàn)防雨設(shè)計(jì)，從而滿足車門系統(tǒng)密封要求。

2 車門系統(tǒng)

車門系統(tǒng)包括四大部分：車門開閉系、玻璃升降系、門鎖系及車門密封系[1]。車門主要由本體及相關(guān)附件構(gòu)成；車門本體通過車門鉸鏈與白車身骨架相連，通過車門與白車身骨架的匹配、門閉合力、表面清潔等方面的設(shè)計(jì)及驗(yàn)證，來實(shí)現(xiàn)車門強(qiáng)度、剛度、滿足附件裝配要求及整體視覺效果。車門本體一般由門外板、門內(nèi)板、防撞橫梁、門鎖加強(qiáng)板、窗框加強(qiáng)板等部件組成。圖1 為某車前門結(jié)構(gòu)簡圖。

圖1 為某車前門結(jié)構(gòu)簡圖

3 整車密封的種類

實(shí)現(xiàn)整車密封是為了防止外界的沙塵、雨水不進(jìn)入車內(nèi)，使車內(nèi)的噪聲降低到一個很低的水平，提供一個舒適的享用空間；基于以上要求，將整車的密封劃分為三種：第一種是車身本體的密封；車身骨架采用焊接方式將其組合到分總成上，因制作工藝及其他因素產(chǎn)生出來工藝安裝孔、維修孔以及焊縫，為保證功能須對其進(jìn)行密封處理（例：堵蓋、瀝青板、黑膜等）；第二種是靜止玻璃的密封；針對前/后風(fēng)擋、側(cè)窗等非活動部件，一般情況采用密封條或密封膠的制造工藝；如加強(qiáng)某處密封效果，大多數(shù)會采用內(nèi)部涂膠粘結(jié)的處置方式；第三種是活動部件的密封；處于活動的零部件（例：前/后車門、前/后蓋）的密封，通常采用密封膠條的安裝結(jié)構(gòu)；主要防止沙塵、雨水等進(jìn)入車內(nèi)，一方面緩解關(guān)門沖擊及減少開門阻力；另一方面防止車門在行駛過程中產(chǎn)生高頻晃動及異響。通常車門采用活動部件的密封方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4 車門漏水常見問題及防水設(shè)計(jì)

經(jīng)對車門漏水點(diǎn)的排查，常見的漏水點(diǎn)有門護(hù)板翻邊結(jié)構(gòu)短、車門玻璃R 角不合理、保護(hù)膜丁基膠粘貼軌跡接口靠近下部、揚(yáng)聲器固定座密封不良等原因造成。

在排查漏水點(diǎn)的過程中，發(fā)現(xiàn)車門的水流方向軌跡。當(dāng)整車通過淋雨線進(jìn)行防雨密封檢測時，由于水受初始水流作用力、自重、車輛在淋雨線運(yùn)行過程中氣流的綜合作用力的影響下[2]。水會沿著車門玻璃外表面向下流動，而后流向車門外板的外擋水條，而外擋水條起到擋水和密封作用，外擋水條將大部分水阻擋后經(jīng)車門外板流走；少部分水沿外擋水條兩端夾角間隙或車門外把手流入到車門濕腔區(qū)域（車門濕腔一般定義為車門外板與車門內(nèi)板之間的空腔；反之，車門內(nèi)板與車門門護(hù)板之間的空腔稱為干腔），而后經(jīng)車門底部設(shè)計(jì)的排水孔流出。圖2 為某車前門水流方向截面圖。

圖2 為某車前門水流方向截面圖

順著水流的方向軌跡可以得知，在開發(fā)車門及部件時需采取有效措施進(jìn)行規(guī)避，來保證車門防水、密封性能滿足要求。

4.1 車門擋水條設(shè)計(jì)

擋水條是與車門玻璃直接接觸的部件，主要分為內(nèi)外兩部分，主要作用是防雨、防塵、隔聲及減少臟污掛在車門玻璃上[3]。

擋水條一般多為軟質(zhì)聚氯乙烯（PVC）和鋼帶擠出成型，與玻璃摩擦的表面需進(jìn)行表面植絨以降低玻璃升降阻力。無論是內(nèi)擋水條還是外擋水條，其與玻璃接觸壓縮的舌邊的壓縮量通常設(shè)定為玻璃厚度的一半左右，通常該值在1.5mm-2.5mm 之間，過大會影響玻璃升降，過小會導(dǎo)致密封不嚴(yán)。因?yàn)樵搲嚎s量最主要的是要滿足玻璃升降功能及性能保證需求，所以一般會在升降系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時候進(jìn)行綜合計(jì)算及CAE分析后確定。

4.2 車門內(nèi)板保護(hù)膜設(shè)計(jì)

車門內(nèi)板與車門護(hù)板之間為干腔區(qū)域，保證濕腔區(qū)域水不會流入此區(qū)域，一般會采用在車門內(nèi)板開發(fā)保護(hù)膜或橡膠堵件等來進(jìn)行密封。裝配的精準(zhǔn)性、是否達(dá)到產(chǎn)品定義的密封要求等都是產(chǎn)品設(shè)計(jì)師所有考慮的問題。

為了保證組裝車間準(zhǔn)確裝配保護(hù)膜，車門內(nèi)板在制造時，通過沖壓工藝在車門內(nèi)板粘貼保護(hù)膜邊緣沖制成凹槽（凹槽寬度由門保護(hù)膜丁基膠寬度標(biāo)準(zhǔn)而決定），當(dāng)油漆車身到組裝車間后作業(yè)人員根據(jù)內(nèi)板上凹槽涂膠軌跡線進(jìn)行門護(hù)板保護(hù)膜粘貼。圖3 為某車前門內(nèi)板保護(hù)膜凹槽涂膠軌跡示意圖。

傳統(tǒng)上車門內(nèi)板的保護(hù)膜，既能起到防止雨水進(jìn)入線束插頭或干腔內(nèi)，也能起到隔聲效果[4]。保護(hù)膜密封設(shè)計(jì)需要注意以下幾點(diǎn)：1、在各種線束穿過保護(hù)膜的地方需要開孔，開孔盡量避開車門內(nèi)板的減重及安裝工藝過孔；2、如果開孔避不開容易水落到的區(qū)域，需要增加防水物來提高防水性；3、車門鈑金需要預(yù)留足夠的涂膠面并做出涂膠軌跡引導(dǎo)標(biāo)識。

車門內(nèi)板凹槽保護(hù)膜涂膠軌跡線是根據(jù)保護(hù)膜丁基膠走向定義而決定的，通過尺寸為5mm 的丁基膠實(shí)現(xiàn)保護(hù)膜與車門內(nèi)板完全嚙合而達(dá)到密封、防水、隔音。圖4 為某車前門保護(hù)膜示意圖。

圖3 為某車前門內(nèi)板保護(hù)膜凹槽涂膠軌跡示意圖

圖4 為某車前門保護(hù)膜示意圖

4.3 車門內(nèi)板工藝孔設(shè)計(jì)

在整個制造過程中，由于產(chǎn)品要求、操作空間、生產(chǎn)布局等條件限制，需要在車門內(nèi)板開發(fā)工藝孔、堵蓋孔、螺釘座孔等來實(shí)現(xiàn)安裝固定和密封。

車門內(nèi)板開發(fā)的工藝孔都有自身的用途和設(shè)計(jì)要求。對于車門內(nèi)板設(shè)計(jì)出面積較大的工藝孔時，此工藝孔的導(dǎo)水設(shè)計(jì)應(yīng)該是上部翻邊向外且不能成90°，下部翻邊向內(nèi)且也不能成90°，這樣設(shè)計(jì)的目的是如果內(nèi)板表面上有水滴，會沿著翻邊的弧度向下滴，不會流到干腔區(qū)域而是直接流進(jìn)濕腔區(qū)域；如果上部翻邊和下部翻邊在同一垂直面，水則有可能流入到車門保護(hù)膜內(nèi)，隨著水的增多及重力等作用沖擊保護(hù)膜，導(dǎo)致保護(hù)膜漏水。此工藝孔設(shè)計(jì)理念就是上下兩端不在同一垂直面，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)水和擋水的功能。圖5 為某車前門內(nèi)板工藝孔翻邊設(shè)計(jì)示意圖。

4.4 車門內(nèi)板排水槽設(shè)計(jì)

通過對車門水流方向進(jìn)行分析，濕腔區(qū)域的水全部是通過車門內(nèi)板下部設(shè)置的排水槽進(jìn)行排水，目前行業(yè)通常采用此設(shè)計(jì)方案進(jìn)行操作。圖6 為某車前門內(nèi)板排水槽示意圖。

圖5 為某車前門內(nèi)板工藝孔翻邊設(shè)計(jì)示意圖

圖6 為某車前門內(nèi)板排水槽示意圖

4.5 車門玻璃設(shè)計(jì)要求

車門玻璃普遍采用安全鋼化玻璃，厚度多為3.2mm、3.5mm。隨著人們審美觀的不斷提高，對整車造型要求也越來越高，為了與整車造型風(fēng)格相匹配，車門玻璃由以往的平面玻璃、單曲率玻璃漸變?yōu)殡p曲率玻璃。但為了滿足工藝要求，設(shè)計(jì)階段玻璃最小曲率半徑R 最好能大于1500mm，避免因工藝難度太大而導(dǎo)致的制造成本增加、產(chǎn)品合格率降低。

當(dāng)少部分雨水沿著門玻璃外表面流進(jìn)車門內(nèi)板和車門外板之間區(qū)域，經(jīng)對漏水故障實(shí)車進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)前門玻璃表面的水滴會沿著圖7 所示方向流向干腔區(qū)域，保護(hù)膜在受到雨水重力等作用下，失去密封后雨水從車門內(nèi)護(hù)板底部流進(jìn)室內(nèi)。圖7 為某車前門玻璃R 角及水流方向示意圖。

圖7 為某車前門玻璃R 角及水流方向示意圖

圖8 為某車前門玻璃R 角優(yōu)化后示意圖

采用圖8 所示設(shè)計(jì)的門玻璃下部R 角，玻璃表面的水滴會沿圖示水流方向沉積到R 角的最底端，由于車門玻璃與玻璃導(dǎo)軌匹配關(guān)系，所以處在玻璃R 角最底端的水會沿著玻璃導(dǎo)軌向下流，將雨水引向濕腔區(qū)域，再經(jīng)車門內(nèi)板設(shè)計(jì)的排水槽流出。通過對玻璃R 角下部的設(shè)計(jì)，來減少水流對門內(nèi)板和門保護(hù)膜的沖擊，起到預(yù)防四門漏水的作用。圖8 為某車前門玻璃R 角優(yōu)化后示意圖。

4.6 玻璃呢槽設(shè)計(jì)

車門玻璃的兩側(cè)和上部都靠玻璃呢槽進(jìn)行密封，呢槽材料為三元乙丙橡膠（EPDM），通常硬度為70-80A。呢槽裝配在玻璃導(dǎo)軌內(nèi)，能起到緩沖和彌補(bǔ)玻璃導(dǎo)軌制造偏差的作用。為了減少玻璃升降時的摩擦阻力，呢槽唇形部位與玻璃面接觸部分需進(jìn)行表面處理，一般有兩種方法：靜電植絨、聚氨脂噴涂。靜電植絨厚度一般為0.5-0.8mm，聚氨脂噴涂厚度一般為0.015-0.02mm。靜電植絨及聚氨脂噴涂的質(zhì)量將直接影響到玻璃升降的阻力。

4.7 車門門護(hù)板導(dǎo)水設(shè)計(jì)

車門系統(tǒng)主要分濕腔和干腔兩個區(qū)域，濕腔區(qū)域采取優(yōu)化內(nèi)板導(dǎo)水結(jié)構(gòu)、設(shè)置排水槽等設(shè)計(jì)方案解決排水問題；而干腔區(qū)域則通過裝配保護(hù)膜進(jìn)行密封，實(shí)現(xiàn)其干濕區(qū)分離。

車門內(nèi)板使用的工藝孔因密封結(jié)構(gòu)、裝配不良等其他因素，可能存在水會從門護(hù)板下部邊緣滲出，當(dāng)車門關(guān)閉時，水直接經(jīng)門洞膠條流進(jìn)車內(nèi)。針對此處的漏水點(diǎn)，在設(shè)計(jì)門護(hù)板時，可以將門護(hù)板邊緣區(qū)域設(shè)計(jì)翻邊結(jié)構(gòu)；當(dāng)水從門護(hù)板下部滲出時，恰好門護(hù)板設(shè)計(jì)的翻邊與門洞膠條之間形成隔斷，水直接沿著門護(hù)板翻邊引水往下流走，簡單實(shí)現(xiàn)門護(hù)板的導(dǎo)水功能。圖9 為某車門護(hù)板翻邊導(dǎo)水示意圖。

圖9 為某車門護(hù)板翻邊導(dǎo)水示意圖

5 小結(jié)

本文通過對車門系統(tǒng)的三股水流方向作為接入點(diǎn)，根據(jù)車門結(jié)構(gòu)及零部件特點(diǎn)設(shè)計(jì)出不同的擋水、導(dǎo)水和排水方案，大大降低車門漏水風(fēng)險，從而提升整車產(chǎn)品質(zhì)量。