汽車水管理相關的設計與分析

錢 途Qian Tu

汽車水管理相關的設計與分析

錢 途
Qian Tu

（江西吉利新能源商用車有限公司，江西 上饒 334000）

為避免汽車在淋雨、洗車、涉水、雨霧等工況下出現水管理等嚴重的感知質量問題，需要通過前期的設計控制提升汽車水管理開發能力，并攻克水管理相關的技術難點；在制造過程中，把控生產過程，提升零件或者系統的質量，通過合理科學的產品開發，保障上市車輛無相應的水管理質量問題。通過介紹水管理概念，重點分析設計階段以及制造階段水管理潛在的問題，達到設計和制造需求。

水管理；涉水；密封；堵蓋；干區；濕區

0 引 言

水管理即研究水的走向、水的密封性能、整車水的路徑以及水路徑邊界零部件的防水特性等。汽車水管理是汽車性能開發的關鍵指標，也是客戶能直接感知的性能，水管理對各主機廠越來越重要。如何提高汽車的水管理開發能力，避免出現水管理質量問題是各主機廠面對的難題。水管理主要研究干濕分界面內的防水特性；研究車輛乘員艙有關的防水性能，這是整車性能的一部分，不包括乘員艙以外的零部件子系統防水性能（系統防水性能要求的零部件系統需分析解決，如前大燈防水性、發動機艙電器盒防水性等）。從氣密性、NVH（Noise、Vibration、Harshness，噪聲、振動與聲振粗糙度）性能等角度考慮，乘員艙密封性越嚴越好，這種思路稱之為堵；從整車角度考慮，車身上諸多的安裝點、鈑金焊縫等，難免由于工藝、制造等一致性因素，導致堵的效果失效，出現乘員艙進水等現象，在此引入疏的概念，即將進入乘員艙內的水及時順利排出。

1 干濕區的設計需求

1.1 濕區

理論上，車輛在涉水（淋雨、洗車、積水、雨霧等整車外部接觸水）過程中，有水涌入或進水風險較大的區域，分為浸水區域和濺水區域，見表1。濕區內的系統或零部件需要考慮自身防水性能，對于自身能夠滿足防浸水的可以布置在涉水面以下；對于只能防濺水的零部件需要布置在涉水面以上，并盡量布置在較高的區域或者利用其他防護措施滿足涉水要求；對于自身無防護的系統或零部件，特別是影響車輛行駛、安全等功能的重要部件，不得布置在濕區，如汽車電氣系統[1]。

1.2 干區

除濕區以外的區域，涉水過程中無水浸入或者進水風險較小的區域，主要指乘員艙。該區域的零部件或系統不必做特殊防水措施。為了避免干區進水，需要整車在研發階段做相應的防水設計工作，在制造階段做相應的生產質量與零件質量把控，售后階段也需要有防水性的維修。

2 水流向

以某車型為例，如圖1所示，箭頭方向為雨滴流動方向或可能流動方向，主要是通過疏的方法使水滴導流到車外，避免乘員艙進水。如前風窗排水通過雨水槽流入前風窗下橫梁，向兩側流入輪輻飾板上方，排出車外；天窗雨水通過襯條進入天窗導軌，通過天窗導軌流入4個角落，前排水管流經A柱，通過前雨水槽或者在A柱下方通過縱梁內部排到車外，后排水管通過C柱流入后輪輻飾板后方排到車外。后背門雨水通過分縫流入雨水槽，流經鉸鏈安裝面，再流經后背門氣彈簧車體安裝座面，在前后保險杠的安裝處分兩個方向，一個順著鈑金縫隙流入尾梁排到車底，另一個順著后保雨水槽流至最低點（此處如果雨水過多，會沿著后背門鈑金排水口倒流入后背門內外板之間，故有些主機廠會將該ED（Electro Deposition，電泳涂裝）排水孔堵塞，排到車外。以4門內部雨水流向左前門為例，雨水通過左前門玻璃與外水切軟毛邊縫隙或者導軌、窗框與玻璃的搭接縫隙流入車門內外板之間，前后端區域順著導軌及玻璃尼槽流下，中間區域順著玻璃弧度流下、滴下，在車門內外板下方，經ED 排水孔流出并順著側裙流到車外。

表1 防水區域描述

圖1 雨水流動方向

汽車涉水即車輛在地勢低洼、有積水的路面行車，如圖2所示。在該工況下，要求車輛可以在一定的水深中行駛，不得有水進入干區。行駛在涉水路面或涉水隧道時，不同的積水深度對駕駛員安全駕駛的影響較大，同時也會影響汽車的性能[2]，主要通過堵的方式，即整車需要有相應的防涉水設施，使車外的水不得滲入或者流入干區（主要指駕駛室）。

圖2 汽車涉水示意

3 水管理設計分析

3.1 整車設計階段

白車身作為整車零部件安裝載體，對于整車的水密封起重要作用。在設計階段，需要對白車身進行控制，包括：車身零件在設計上應滿足搭接面平整貼合，在非搭接面、涂裝液流動區域應有大于2 mm以上空間要求，保證ED涂層；車輛設計中，追求減重會增加鈑金補強件開孔，在干濕分界區的零部件不應開減重孔；內外板包邊處需有5 mm以上的重合量，轉角處局部可適當減小，不允許出現尖角；側裙邊注蠟孔建議設定直徑為20 mm，便于后續堵塞處理；4門內板ED 排水孔尺寸建議設為20 mm×10 mm；涂裝生產線由于入槽角度、工裝等不同，需合理設置排水工藝孔、排氣孔的位置、尺寸等。

在整車設計階段，部分車型容易出現以下問題：粗密封在2個座椅橫梁處被電池包的安裝梁整體遮擋（粗密封在涂裝階段進行，即在焊裝階段之后，將座椅橫梁、地板、電池包橫梁拼焊后再進行密封涂膠），如圖3所示。這樣僅依靠焊接密封膠容易出現漏水問題，故前期設計時，需要為密封膠留出相應的工藝孔。

圖3 密封膠被遮擋示意

3.2 沖壓焊裝涂裝階段

開閉件主要指前艙蓋、后背門、左右前后門，需要做折邊處理，在折邊之前需用折邊膠進行密封，折邊區域如圖4所示，其中折邊面、焊接面需保持實物平整貼合，部分焊接面需有點焊密封膠密封。

圖4 開閉件折邊膠示意

為進一步增強焊接車身件之間的密封性，以及車身焊接件的抗腐蝕能力，在白車身底層處理（電泳烘干）后、面漆涂裝前進行焊縫密封膠涂布，涂布密封膠膜厚為3～5 mm，即焊裝總成之間進行焊縫密封膠對應。車身底部涂裝起到保護底部防石擊和車身密封作用，減少高速行駛時路面砂石對車身底部下表面、輪罩及車身側裙邊的撞擊和沖刷，提高使用壽命，采取在易受石擊的部位涂布 1～2 mm具有抗石能力的耐磨涂層。車底涂裝部位為前后輪罩下表面、車底板下表面、左右縱梁下表面等，這些部位受飛石等崩傷嚴重，需要采用充分吸收飛石能量、耐磨性優良且有充分膜厚的材料；另外，這些部位是車體板接合部分，通常在搭接處涂密封膠后再涂車底涂料，如圖5所示。

圖5 密封膠和車底涂層重復涂裝示意圖

涂裝密封膠分粗密封和細密封兩種，粗密封用于對外觀要求低的車身內腔所有縫隙進行密封，例如汽車底板下、機艙前圍邊上等不可直視區域或不影響周邊件裝配的補膠；細密封用于對外觀要求高的外表縫隙密封，例如地板上表面、車門折邊處、內板拼接處、三角窗附近等會影響外觀或總裝裝配的補膠。涂裝工藝需除去車身防銹油、泥沙、鐵屑等異物，為后續工位提供清潔、合格磷化的車身。如圖6所示，需要在白車身各個焊接處涂膠。

圖6 涂裝白車身防水密封膠示意

3.3 總裝密封性

白車身有諸多工藝孔，如定位孔、漏液孔、焊槍孔、管路管線過孔、制動踏板或轉向輸入軸安裝過孔等。工藝孔將干區與濕區連接，需要有相應的處理措施，例如在車身下地板和前圍板（白車身上孔位最多的2個區域）做相應的堵水處理。

圖7 某車型車身地板示意

如圖7所示，車身下地板共有28個孔位，其中1、2、3、4、5、7、14、15、18、19為涂裝漏液孔，6、7、8、9、12、13、16、17、20、22為定位孔，10、11為試制夾具用孔，21為MSD（Manual Service Disconnect，動力電池板手動維護開關）開關孔，23～28為焊槍孔。其中漏液孔、定位孔、試制夾具用孔、焊槍孔采用堵蓋密封，MSD開關孔由MSD堵蓋堵住密封。通過安裝防水零件的方式達到干區與濕區分離，避免濕區的水進入干區。

圖8 某車型前圍板示意

如圖8所示，前圍板上段1為空調進風口，離地間隙為969 mm，即該孔的涉水深度為969 mm；前圍板下段2、9為機艙線束過孔，3為機艙拉鎖過孔，4為制動踏板過孔，5為轉向系統過孔，6為空調線束過孔、7為空調高低硬管過孔，8為空調滴水管過孔，10為后雨刮水管過孔。各過孔處需要零件自帶防水橡膠套、塑殼防水套或防水海綿等防水零件，若采用橡膠作為基本原材料，則說明對密封性能有嚴格要求[3]，橡膠防水零件與前圍板裝配后應有一定的壓縮量，即過盈配合，使濕區的水不可通過防水零件或防水零件與白車身孔位之間穿過，達到濕區與干區嚴格分離，保證干區在各種工況下無水滲入。

4 總 結

通過闡述水管理的重要性、水的主要流向，以及前期的設計分析，提出水管理結構細節設計及疏、堵排水方案，避免在設計階段出現水管理問題；同時，在工藝制造階段，特別是焊涂總裝階段，通過增加相應的防水結構，如密封膠、堵蓋等，使干區與濕區嚴格分離，提升整車的水管理性能。

[1]呂玉林，余超.汽車線束濕區密封探討[J]. 汽車電器，2015（2）：44-45.

[2]王金泰，閻峻，邱尚磊.轎車涉水行駛對安全駕駛的影響[J]. 汽車實用技術，2018（3）：153-155.

[3]杜鵬，王馨寧. 橡膠在無石棉密封墊片上的應用[J]. 裝備制造技術，2016（8）：173-174，177.

2020-08-17

U461.5+3

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2021.01.009

1002-4581（2021）01-0040-05