汽車尾門電撐桿進水失效分析及改進

庫才旗

(上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州 545007)

0 引言

隨著人們生活水平的提高以及汽車工業的持續發展，人們不再滿足于汽車的工具屬性，對汽車使用性能的要求也日益提高。近年來，“智能化”成為汽車行業發展的主流趨勢之一，電動尾門可以實現尾門的電動開閉、智能防夾、自定義尾門開度等功能，與PEPS、T-BOX、BCM等模塊進行信息交互后，可以提供多種使用場景，為用戶提供更好的體驗。當前，電動尾門已不再是高端豪華車的專有配置，越來越多的平價SUV、MPV開始配置電動尾門系統。據不完全統計，2020年國內市場電動尾門系統的裝車量在250萬輛左右。隨著規模效應的擴大，電動尾門系統的成本有望進一步降低，可以預計未來在市場上配置電動尾門車型的占比將會進一步上升。

1 電動尾門工作原理

電動尾門系統主要由控制系統、驅動機構、電吸鎖機構構成，另外可以選裝腳踢傳感器、防夾條和蜂鳴器等機構來豐富和完善系統功能。其中，電撐桿為電動尾門系統的驅動機構，主要由霍爾板、電機、齒輪箱、絲桿、絲桿套管、機械彈簧、外套管、彈簧套管及兩端的球窩等構成，電撐桿零件剖面圖如圖1所示。工作過程中，電機通過齒輪箱將力矩傳遞到絲桿，絲桿與絲桿套管配合，將電機的旋轉運動轉化為直線運動，輔以機械彈簧實現尾門的電動開閉。

圖1 電撐桿零件剖面圖

2 問題來源及原因分析

2.1 問題來源

某車型在整車路試過程中發現電動尾門存在無法正常開啟問題，故障現象為按壓開關后尾門輕微動作，不能繼續打開或關閉。通過診斷儀數據，尾門控制模塊報電撐桿霍爾傳感器失效故障碼，更換電撐桿后尾門開閉功能恢復正常，初步判斷功能失效由電撐桿零件故障導致。通過對電撐桿進行拆解，發現其電機部分存在水跡且電機無法轉動，繼續拆解發現電機內部銹跡明顯，如圖2所示。

圖2 電撐桿電機拆解圖

2.2 進水路徑分析

電撐桿布置于車輛D柱流水槽內，屬于整車濕區。通過對實車進行淋雨模擬發現在雨量較大情況下，流水槽中的水流由車輛頂部兩側匯聚至此，受安裝支架阻礙以扇形狀噴灑在球窩處，使得電撐桿球窩短時間內處于類似浸水環境中，如圖3中①灰色倒梯形區域所示。電撐桿各子零件匹配邊界處為進水高風險區域，經分析電撐桿系統有以下3個潛在進水路徑，如圖3中①②③所示的路徑。

圖3 電撐桿布置及進水路徑分析

2.2.1 路徑①分析

路徑①由車身D柱波紋管膠塞安裝區域進水。波紋管膠塞安裝區域與車身D柱安裝孔匹配尺寸不合或膠塞安裝不到位，會存在從膠塞安裝處進水，水流沿著線束通過波紋管與線束空腔進入電撐桿內部的風險。經檢查確認波紋管膠塞安裝處與鈑金安裝孔設計狀態為干涉匹配，干涉量為0.8 mm。同時對D柱鈑金安裝孔尺寸進行檢具測量，以及隨機抽取5件波紋管膠塞并對膠塞安裝處尺寸進行測量，結果顯示鈑金安裝孔尺寸及膠塞安裝處尺寸滿足設計要求。截取車身D柱膠塞安裝區域局部鈑金，將波紋管膠塞安裝到位后進行不間斷8 h淋水試驗，鈑金內側未見水跡。

2.2.2 路徑②分析

路徑②由波紋管舌套與球窩匹配孔間隙進水。波紋管舌套為橡膠材質，中空結構，依靠其中的線束撐起舌套實現與球窩匹配孔的過盈配合。對波紋管舌套和球窩匹配孔分別進行截面投影分析，結果如圖4所示。

圖4 波紋管舌套和球窩匹配孔截面投影

波紋管舌套尺寸不穩定，較標準截面相比偏差值在0.1～0.5 mm范圍內波動。球窩匹配孔尺寸相對設計值偏上差，最大偏差達5 mm。球窩匹配孔尺寸偏大，導致波紋管舌套與球窩匹配孔的干涉量減小，甚至出現間隙，從而使得密封性能降低，進水風險升高。另外，波紋管舌套中的多根線束為非致密結構，無法保證舌套與球窩匹配孔有穩定的干涉量。通過以上分析可以看出，波紋管舌套與球窩匹配孔結構設計不夠穩健，此處進水風險極高。

2.2.3 路徑③分析

路徑③由外套管與球窩鉚接間隙進水。外套管與球窩為壓鉚連接，球窩上設有鉚接凹槽，凹槽下部設計有密封凹槽，裝配O形密封圈實現密封功能。

從故障件中隨機抽取5件進行拆解，用游標卡尺進行球窩接頭處尺寸測量，測量結果見表1，測量結果表明球窩尺寸在設計范圍內，密封凹槽為弧形，拆解過程中發現O形密封圈安裝后，在與外套管裝配過程中密封圈會發生一定程度的錯位，如圖5所示，影響密封圈的密封效果，拆解過程中也發現有2根電撐桿密封圈內側有少量水跡。

圖5 球窩處尺寸要求及錯位照片

表1 球窩處尺寸測量結果 單位:mm

3 改進方案

針對上述發現的3個潛在進水路徑提出以下改進方案。

(1)優化線束波紋管與球窩的匹配方式。波紋管與球窩的匹配方式由內嵌式更改為卡接式，球窩增加一個卡接結構，線束波紋管增加一個內嵌件與波紋管二次注塑成一體，卡接進球窩，且拔出力不小于80 N，如圖6所示。

圖6 波紋管與球窩匹配優化

(2)更改O形密封圈卡槽形狀。結合目前電撐桿O形密封圈處的尺寸，按ISO 3601-1第9條項的表格2 (一般工業用O形圈A級和B級的尺寸代碼、尺寸、內徑和內徑公差)中尺寸代碼為025的尺寸公差要求修正O形圈尺寸。卡槽形狀由圓弧形更改為矩形，尺寸按ISO 3601-2第7條表格2(用于動靜態氣動和液動活塞密封應用的O形圈外殼基本尺寸)中尺寸代碼為025的要求進行更改,O形密封圈卡槽優化如圖7所示。

圖7 O形密封圈卡槽優化

(3)球窩端面增加帽檐結構。球窩端面增加一個類似帽檐結構，鉚接后該帽檐可以遮擋球窩與外套管的鉚接間隙，減小進水進灰風險,如圖8所示。

圖8 球窩端面優化

4 方案驗證

經過上述3個方案的改進并進行樣件制作，分別對零件級及整車級進行相關防水驗證。抽取12根更改后的電撐桿，送第三方檢測機構進行電撐桿總成的防水防塵試驗，經驗證更改后電撐桿總成滿足IP67防水防塵要求，試驗后并對電撐桿電機端進行剖切，電撐桿內部無進水進灰。隨機抽取20根電撐桿，裝車后進行8 min加強淋雨試驗，淋雨結束后檢查整車功能正常，并對電撐桿零件進行電機端切割，電撐桿內部無進水。

5 結語

更改前的電撐桿結構已在3款車型上量產運用，其中兩款與文中電撐桿的布置方式類同，與供應商溝通確認量產的兩款車型未發現電撐桿進水導致尾門無法開閉故障。文中對電撐桿故障件進行拆解及潛在進水路徑分析，提出了有效的解決措施，解決了電撐桿進水導致尾門開閉失效問題，并將更改方案應用于后續新研車型。文中也體現了借鑒成熟結構或零件借用時，在不同的周邊環境的情況下，也需要經過完整的驗證環節。