關(guān)于汽車(chē)線束密封防水措施的分析

田 夢(mèng)，陳 淳，單黎婷

（上汽大眾汽車(chē)有限公司，上海 201805）

汽車(chē)線束相當(dāng)于汽車(chē)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，連接著數(shù)量越來(lái)越龐大的電氣設(shè)備，起著電力傳輸和信號(hào)傳遞的重要作用，直接影響一臺(tái)車(chē)的品質(zhì)和性能。因此，汽車(chē)線束設(shè)計(jì)除了滿(mǎn)足汽車(chē)的基本性能要求之外，對(duì)線束本身的品質(zhì)要求也極高。其中防水性能作為評(píng)價(jià)線束品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，起著舉足輕重的作用。因此，本文就從汽車(chē)線束防水方面來(lái)介紹一些常用措施。

1 汽車(chē)防水區(qū)域劃分

整車(chē)可分為濕區(qū)和干區(qū)兩部分。按照QC／T 29106-2014《汽車(chē)電線束技術(shù)條件》的定義，干區(qū)是指安裝在駕駛室、乘員室、行李艙內(nèi)等部位的電線束不需要做特殊防水防護(hù)處理的區(qū)域。這部分的線束主要包括儀表盤(pán)線束、頂棚線束、扶手箱線束、后保線束等。濕區(qū)是指除干區(qū)以外的，電線束需要做特殊防水防護(hù)處理的區(qū)域，即發(fā)動(dòng)機(jī)艙和四門(mén)。這部分的線束主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)線束、前保線、蓄電池正負(fù)極線束、門(mén)線等。

1.1 防水等級(jí)定義

ISO20653《道路車(chē)輛-防護(hù)等級(jí) （IP代碼）-電氣設(shè)備對(duì)外來(lái)物、水和接觸的防護(hù)》引入了防護(hù)等級(jí)這個(gè)概念。防護(hù)等級(jí)是指用外殼防止接觸、外來(lái)物和／或水，且由標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)方法檢驗(yàn)的防護(hù)等級(jí)。其中防水等級(jí)的定義見(jiàn)表1。

1.2 防水等級(jí)劃分

根據(jù)防水等級(jí)的定義并結(jié)合汽車(chē)不同區(qū)域的環(huán)境穩(wěn)定性，ISO20653標(biāo)準(zhǔn)中提供了一個(gè)關(guān)于汽車(chē)各區(qū)域防水等級(jí)的示例，見(jiàn)表2。

在GC／T 413-2002《汽車(chē)電氣設(shè)備基本技術(shù)條件》中則更加具體地規(guī)定了汽車(chē)不同區(qū)域的防水等級(jí)要求：對(duì)于裝在發(fā)動(dòng)機(jī)罩下或外露的產(chǎn)品宜采用的防護(hù)等級(jí)為IPX4，進(jìn)行防濺水試驗(yàn)；對(duì)于安裝在駕駛室和乘務(wù)室及行李艙內(nèi)的產(chǎn)品宜采用的防護(hù)等級(jí)為IPX3，進(jìn)行防淋水試驗(yàn)。

此外，控制器或相關(guān)組件、接點(diǎn)、塑殼等應(yīng)避免布置在地板100mm高度以?xún)?nèi)，如無(wú)法滿(mǎn)足，必須采取密封措施。

1.3 涉水高度定義

在整車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，考慮到汽車(chē)在積水的街道或者是低洼地帶時(shí)，需要涉水前行，在防水設(shè)計(jì)方面需要考量對(duì)于整車(chē)涉水能力的設(shè)定和評(píng)估。這時(shí)，需要引入涉水線的這個(gè)概念，即以一定的速度能安全涉水通過(guò)的最大深度。對(duì)于這一涉水深度，國(guó)家對(duì)于燃油車(chē)并沒(méi)有明確的標(biāo)準(zhǔn)，各主機(jī)廠依據(jù)自身情況而定。圖1是某車(chē)型的涉水高度標(biāo)準(zhǔn)。

表1 防水等級(jí)定義

表2 防護(hù)等級(jí)的分配到車(chē)輛類(lèi)型和安裝情況的示例

對(duì)于純電動(dòng)汽車(chē)來(lái)說(shuō)，上海市新能源汽車(chē)對(duì)于整車(chē)的涉水標(biāo)準(zhǔn)如下：對(duì)于純電動(dòng)汽車(chē)的涉水深度要求在15cm的水深中，以大于等于30km／h的速度行駛，涉水總時(shí)間10min；然后在30cm的水深中，以大于等于5km／h的速度進(jìn)行前進(jìn)、后退行駛，涉水總時(shí)間10min。

圖1 涉水高度示意圖

2 線束的防水密封措施

從整車(chē)不同區(qū)域的防水等級(jí)要求來(lái)看，汽車(chē)線束主要需要在濕區(qū)和干濕區(qū)過(guò)渡的區(qū)域滿(mǎn)足防水要求即可。現(xiàn)有的汽車(chē)線束防水形式主要分為兩類(lèi)：一是從線束零部件選型層面的防水，二是從線束布置走向?qū)用娴姆浪?/p>

2.1 零部件選型

1）接插件

汽車(chē)濕區(qū)的線束普遍選用防水的接插件。防水接插件可以在承受一定的水壓情況下保證接插件內(nèi)部的機(jī)械性能及電氣性能。防水接插件及其配套器件如圖2所示。

首先，接插件上的橡膠圈可以保證線束接插件和用電器插頭之間的密封。其次，配套端子壓接時(shí)采用防水栓壓在導(dǎo)線絕緣皮外，防止液體從接插件孔位滲入。再者，盲栓則對(duì)接插件未使用的孔位進(jìn)行堵塞用以防水。防水栓和盲栓須選擇和導(dǎo)線截面匹配的合適型號(hào)。防水栓和盲栓如圖3所示。

圖2 防水接插件及其配套器件

圖3 防水栓和盲栓

2）熱縮管

濕區(qū)的導(dǎo)線壓接／焊接以及搭鐵端子等有線芯壓接的地方，考慮其在濕區(qū)環(huán)境容易氧化腐蝕，從而造成連接電阻增大或者斷路，均需要使用帶膠防水熱縮管作為絕緣和防水保護(hù)。熱縮管的選型，首先需要選擇合適的長(zhǎng)度和與導(dǎo)線線徑匹配的內(nèi)徑，以保證熱縮后的密封要求。其次，熱縮管需要根據(jù)其使用區(qū)域的溫度選擇合適的耐溫等級(jí)，例如，發(fā)動(dòng)機(jī)艙的熱縮管需要滿(mǎn)足工作溫度125℃，乘客艙至少選擇工作溫度100℃的耐溫等級(jí)，根據(jù)實(shí)車(chē)的具體情況，則可能需要選擇更高的耐溫等級(jí)。除了熱縮管需要選擇合適的型號(hào)之外，熱縮管的工藝也決定其密封效果，這就要求線束供應(yīng)商能在以下三方面來(lái)控制其熱縮工藝：①收縮溫度；②定位要求；③收縮程度。搭鐵端子的熱縮管如圖4所示。

圖4 熱縮管示意圖

3）橡膠件

橡膠件的主要使用區(qū)域?yàn)闈駞^(qū)和干區(qū)過(guò)渡的鈑金處，例如防火墻，用于隔離發(fā)動(dòng)機(jī)艙和乘客艙、門(mén)橡膠件以及兩廂車(chē)的后蓋線橡膠件。

線束從干濕區(qū)之間過(guò)孔時(shí)，使用橡膠件來(lái)進(jìn)行防水密封保護(hù)，主要是利用橡膠件的彈性和鈑金之間的過(guò)盈配合，因此在橡膠件的尺寸選擇時(shí)需要注意橡膠件的徑向公差范圍內(nèi)尺寸必須滿(mǎn)足與鈑金孔的公差范圍內(nèi)尺寸配合。動(dòng)態(tài)區(qū)域的橡膠件則需要滿(mǎn)足門(mén)／蓋開(kāi)啟關(guān)閉的行程長(zhǎng)度要求。

另外，為了保證密封效果，橡膠件的穿線過(guò)孔尺寸應(yīng)該能滿(mǎn)足最大導(dǎo)線數(shù)量的要求，以及滿(mǎn)足內(nèi)部線束和橡膠件內(nèi)壁的間隙要求，并且橡膠件內(nèi)的線束之間需要用防水泥填充其間隙，防水泥必須和導(dǎo)線以及橡膠件直接接觸。

汽車(chē)用橡膠件因其特殊的使用環(huán)境，對(duì)其材料要求例如耐溫等級(jí)、材料硬度、添加劑成分及用量均有一定的要求。

4）防水卡釘

干濕區(qū)分界的鈑金上線束的固定件，盡量采用螺柱型卡釘，避免在鈑金上開(kāi)孔。如果實(shí)在無(wú)法避免時(shí)，可采用防水卡釘作為密封件，比如車(chē)門(mén)內(nèi)板等處，并注意鈑金孔位置選擇。干濕區(qū)分界的鈑金孔應(yīng)盡可能避免直接落在雨水通過(guò)的路上，且避免布置在電氣零部件上方，鈑金孔周?chē)欢▍^(qū)域內(nèi)需要表面平滑光整，使其密封效果可靠。如圖5所示。

在防水卡釘?shù)倪x型方面，一是需注意選用和鈑金孔尺寸配合的卡釘，二是卡釘?shù)牟牧嫌捕燃刃枰獫M(mǎn)足卡釘變形量要求以貼合線束，也需要滿(mǎn)足對(duì)線束的支撐力要求。

在使用防水卡釘時(shí)，線束的布置不易過(guò)緊，以免對(duì)卡釘產(chǎn)生較大的拉力使卡釘密封圈與鈑金貼合面產(chǎn)生間隙，影響密封效果。某車(chē)型門(mén)內(nèi)板卡釘位置如圖5紅圈處。

5） ABS線束

圖5 門(mén)內(nèi)板防水卡釘位置圖

ABS線位于車(chē)輪的軸承上，固定于車(chē)身與副車(chē)架之間，會(huì)隨著車(chē)輛運(yùn)動(dòng)而發(fā)生長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)動(dòng)，且在日常行駛時(shí)容易遭受水濺或是浸水，所以在ABS線設(shè)計(jì)時(shí)，除了需要考慮機(jī)械性能和疲勞耐久性能，還需要在防水性能方面有著更嚴(yán)格的考量。

除了使用密封塑殼、盲栓和密封栓之外，在塑殼的尾部會(huì)使用橡膠件來(lái)保證塑殼與導(dǎo)線之間的密封性。另外，導(dǎo)線上自帶的橡膠件，一般以注塑的方式來(lái)固定，來(lái)確保導(dǎo)線和橡膠件之間沒(méi)有縫隙，從而達(dá)到更優(yōu)的防水性能。ABS線生產(chǎn)廠家會(huì)采用加壓充氣測(cè)試來(lái)檢測(cè)注塑的防水效果，主機(jī)廠一般會(huì)有額外的噴淋試驗(yàn)等對(duì)ABS線的防水性能進(jìn)行檢測(cè)，以保證ABS線在整車(chē)環(huán)境下的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 線束布置走向設(shè)計(jì)

濕區(qū)線束設(shè)計(jì)時(shí)，除了在零部件選型時(shí)考慮防水要求，還需要在線束三維布置時(shí)考慮其走向設(shè)計(jì)對(duì)防水性能的影響。

1）從線束零部件的布置來(lái)看。除了接插件的選型以外，濕區(qū)接插件的安裝朝向也很重要，這就要求濕區(qū)的用電器在布置其電器插頭時(shí)，需考慮到線束的接插件朝向。線束的接插件尾部須為朝下或者水平方向布置，避免朝上導(dǎo)致接插件尾部積水，進(jìn)而水進(jìn)入到接插件及用電器，影響其電氣性能，甚至影響整車(chē)的安全性能。在濕區(qū)的超聲波接點(diǎn)和搭鐵端子等位置使用熱縮管時(shí)，線束布置方式也有一定的要求，均建議選用垂直布置，以防止熱縮管內(nèi)積水，影響其電氣性能。

2）從線束走向來(lái)看。線束在干濕區(qū)之間的鈑金過(guò)孔時(shí)，除了橡膠件的選用之外，線束的布置方式及走向也很重要。一是依據(jù)水往低處走的原理，干區(qū)的線束需要高于濕區(qū)的線束，以防止?jié)駞^(qū)的水進(jìn)入干區(qū)，如圖6所示。同時(shí)可以在濕區(qū)設(shè)置滴水點(diǎn)，使防水設(shè)計(jì)更加可靠。對(duì)于門(mén)橡膠件之類(lèi)的雙頭橡膠件，則要求靜態(tài)側(cè)的墊圈孔高于動(dòng)態(tài)側(cè)的墊圈孔，且對(duì)中心點(diǎn)高度偏移量有一定的要求，防止水進(jìn)入干區(qū)。二是為了防止出現(xiàn)虹吸現(xiàn)象，干區(qū)的線束靠近橡膠件的區(qū)域有一段采用稀繞或者不使用包裹物，并選用不吸水的包裹物，比如PVC。

圖6 線束走向示意圖

3 線束的防水試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 零部件防水驗(yàn)證

對(duì)于線束零部件的防水試驗(yàn)，一般主要是依照QC／T29106－2014《汽車(chē)電線束技術(shù)條件》，對(duì)塑殼、接點(diǎn)、熱縮管密封等零部件做溫度交變?cè)囼?yàn)／噴水測(cè)試／水箱浸潤(rùn)／壓差浸入試驗(yàn)。有防水要求的橡膠件，需要經(jīng)過(guò)0.3MPa水壓的噴水試驗(yàn)后，橡膠件與電線密封處不應(yīng)有水滲漏。如圖7所示。

圖7 橡膠件防水試驗(yàn)示意圖

對(duì)于濕區(qū)的接點(diǎn)，則需要3%鹽水的浸水試驗(yàn)測(cè)試其絕緣電阻的方式來(lái)測(cè)試其防水性能，如圖8所示，且要求濕區(qū)的導(dǎo)線接點(diǎn)在絕緣處理之后，經(jīng)浸水試驗(yàn)絕緣電阻應(yīng)大于100MΩ。

圖8 接點(diǎn)浸水試驗(yàn)示意圖

3.2 整車(chē)防水驗(yàn)證

關(guān)于整車(chē)層面的防水試驗(yàn)，一般會(huì)有水密封試驗(yàn)，即在規(guī)定的條件下，關(guān)閉汽車(chē)門(mén)蓋及孔蓋等，檢查車(chē)內(nèi)及密封系統(tǒng)防水情況，主要用來(lái)評(píng)價(jià)過(guò)渡區(qū)域的線束和有密封要求的線束的防水密封性。水密封試驗(yàn)一般分為噴淋室噴射試驗(yàn)、洗車(chē)試驗(yàn)、高壓沖洗3種。

1）噴淋室試驗(yàn)分為無(wú)負(fù)壓和負(fù)壓兩種，噴淋時(shí)間一般10min，具體噴淋速度和壓力按各主機(jī)廠要求。

2）洗車(chē)試驗(yàn)，一般是采用自動(dòng)洗滌設(shè)備，自動(dòng)洗車(chē)50遍。

3）高壓沖洗試驗(yàn)，即采用50～100bar不等的壓力進(jìn)行沖洗，時(shí)間上盡量接近實(shí)際的洗車(chē)操作。試驗(yàn)之后，需將門(mén)飾板拆除，檢查所有干區(qū)線束的損壞情況。噴淋試驗(yàn)見(jiàn)圖9。

其次還會(huì)依據(jù)車(chē)型來(lái)設(shè)計(jì)涉水試驗(yàn)，即以不同的速度通過(guò)不同的水深，模擬車(chē)輛在積水路面的涉水情況。

圖9 噴淋試驗(yàn)

除了對(duì)于汽車(chē)常規(guī)使用工況的模擬之外，汽車(chē)也需要對(duì)一些可預(yù)見(jiàn)的使用和濫用做相應(yīng)防水試驗(yàn)，例如，對(duì)駕駛艙、行李艙等常規(guī)干區(qū)做滴水試驗(yàn)以及灌注測(cè)試，用以模擬駕駛艙水杯潑灑 （見(jiàn)圖10），行李艙液體潑灑，或者是下雨天天窗忘關(guān)等可預(yù)見(jiàn)的意外情況。

圖10 濫用試驗(yàn)

4 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合汽車(chē)不同區(qū)域的防水要求，著重從零部件選型和線束布置兩方面分析了其對(duì)線束水密性的影響，并在此基礎(chǔ)上提出了線束防水的措施，以及防水性能的驗(yàn)證試驗(yàn)，為今后汽車(chē)線束在防水性能方面的提升提供了參考方向。