汽車(chē)車(chē)門(mén)系統(tǒng)的水管理設(shè)計(jì)

聶根輝，蒙永種,高志龍

(上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司，廣西柳州 545007)

0 引言

整車(chē)的防水性能是評(píng)價(jià)整車(chē)性能的重要指標(biāo)，直接影響客戶(hù)乘坐的舒適性和安全性，而車(chē)門(mén)系統(tǒng)是其中的重要組成部分。車(chē)門(mén)系統(tǒng)包含門(mén)鈑金總成、門(mén)內(nèi)飾總成、玻璃總成、升降器總成、水切、密封條、門(mén)鎖、揚(yáng)聲器、線束等。車(chē)門(mén)系統(tǒng)的水環(huán)境直接影響各零部件的使用功能和壽命，所以車(chē)門(mén)系統(tǒng)的水管理設(shè)計(jì)至關(guān)重要。本文作者從整個(gè)門(mén)系統(tǒng)的角度，通過(guò)分析車(chē)門(mén)系統(tǒng)的進(jìn)水和排水原理，對(duì)車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)及零件布置提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求。

1 車(chē)門(mén)系統(tǒng)水管理分析及設(shè)計(jì)

1.1 車(chē)門(mén)進(jìn)水路徑分析

以車(chē)門(mén)防水膜為邊界，將車(chē)門(mén)分為干腔和濕腔。車(chē)門(mén)濕腔為車(chē)門(mén)外板與內(nèi)板之間的空腔；干腔為車(chē)門(mén)內(nèi)板與內(nèi)飾板之間的空腔。設(shè)計(jì)允許水進(jìn)入濕腔，因?yàn)闈袂缓蛙?chē)門(mén)外界難以做到完全隔絕，水流到車(chē)門(mén)濕腔之后，可以通過(guò)車(chē)門(mén)下端的排水孔將水排到車(chē)外；但是不允許水進(jìn)入到干腔，車(chē)門(mén)干腔如果有水進(jìn)入，無(wú)法排到車(chē)外，會(huì)通過(guò)內(nèi)飾板與車(chē)門(mén)內(nèi)板鈑金之間的縫隙流入到乘員艙內(nèi)，導(dǎo)致整車(chē)漏水[1]。

整車(chē)淋雨時(shí)，水受初始水流作用力、自身重力、車(chē)輛行駛過(guò)程中氣流的綜合作用力的影響，會(huì)沿著車(chē)門(mén)玻璃外表面向下流動(dòng)，流向車(chē)門(mén)外水切和導(dǎo)槽密封條，外水切和導(dǎo)槽密封條起擋水和密封作用，可以將大部分水阻擋后順著車(chē)門(mén)外板流走；少部分水滲入到外水切和導(dǎo)槽密封條間隙進(jìn)入到車(chē)門(mén)濕腔區(qū)域[2]。如圖1所示，流經(jīng)車(chē)門(mén)外表面的水一般可以從以下路徑進(jìn)入車(chē)門(mén)腔體：(1)水從窗框側(cè)部的玻璃導(dǎo)槽密封條與玻璃之間的縫隙滲入。這部分滲入的水沿著玻璃導(dǎo)槽順流至門(mén)腔體內(nèi)，從門(mén)底部的排水孔排出，如圖1(b)中斷面A-A；(2)水從窗框下部的外水切進(jìn)入。這部分滲入的水分兩個(gè)路徑，一路沿外水切導(dǎo)槽順流至窗框兩側(cè)縫隙進(jìn)入門(mén)腔體內(nèi)，從門(mén)底部的排水孔排出，另一路直接從外水切密封和玻璃之間的縫隙滲入，沿玻璃面順流至門(mén)腔體內(nèi)，從門(mén)底部的排水孔排出，如圖1(c)中斷面B-B；(3)水從外開(kāi)手柄與門(mén)鈑金之間的開(kāi)孔進(jìn)入到門(mén)腔體內(nèi)，從門(mén)底部的排水孔排出。從以上路徑進(jìn)入到門(mén)腔體內(nèi)的水，需要車(chē)門(mén)系統(tǒng)相關(guān)零件有合理的布置和設(shè)計(jì)，才能保證水進(jìn)入到濕腔，避免排到干腔導(dǎo)致乘員艙漏水。

圖1 車(chē)門(mén)進(jìn)水路徑

1.2 車(chē)門(mén)鈑金的設(shè)計(jì)

因裝配門(mén)鎖及玻璃升降器的需求，車(chē)門(mén)內(nèi)板上設(shè)計(jì)有較大的開(kāi)孔。對(duì)于車(chē)門(mén)內(nèi)板上的孔，孔的上半部分盡量靠近車(chē)門(mén)外板方向，孔的下半部分應(yīng)盡量遠(yuǎn)離車(chē)門(mén)外板方向，上下端產(chǎn)生臺(tái)階差，從孔上端流下的水不會(huì)進(jìn)入到車(chē)門(mén)外板與護(hù)板之間，從而減小了出現(xiàn)車(chē)門(mén)漏水的風(fēng)險(xiǎn)。如圖2(b)斷面C-C，由于門(mén)內(nèi)板開(kāi)孔有臺(tái)階差，上部滴落的水仍然排在門(mén)濕腔內(nèi)。若門(mén)內(nèi)板此臺(tái)階差相反，水容易流入門(mén)內(nèi)板與門(mén)飾板之間，導(dǎo)致水進(jìn)入到乘員艙內(nèi)[3]。

圖2 車(chē)門(mén)內(nèi)板開(kāi)孔結(jié)構(gòu)

1.3 玻璃導(dǎo)槽的布置與設(shè)計(jì)

從玻璃導(dǎo)槽密封條和外水切進(jìn)入的水，大部分會(huì)沿玻璃導(dǎo)槽順流滴入門(mén)濕腔內(nèi)。若玻璃導(dǎo)槽末端和支架設(shè)計(jì)布置在鎖體上端，將導(dǎo)致沿導(dǎo)槽和支架滴落的水排放到鎖體上，對(duì)鎖功能和壽命產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)，如圖3所示。

圖3 玻璃導(dǎo)槽的排水示意

對(duì)于門(mén)鎖周邊的水管理設(shè)計(jì)，玻璃導(dǎo)槽末端盡量延伸至鎖體下端，導(dǎo)槽支架盡量避開(kāi)鎖體或布置在鎖體下端，可有效地將流經(jīng)玻璃導(dǎo)槽的水導(dǎo)引處鎖體空間，保障門(mén)鎖功能，如圖4所示。

圖4 玻璃導(dǎo)槽的設(shè)計(jì)

1.4 防水膜的布置與設(shè)計(jì)

防水膜是車(chē)門(mén)系統(tǒng)的重要密封件，具有防水、防塵、隔音降噪的功能。防水膜的布置和設(shè)計(jì)是基于車(chē)門(mén)鈑金、車(chē)門(mén)系統(tǒng)零部件、車(chē)門(mén)電器線束等多方面約束互相配合的結(jié)果，其設(shè)計(jì)與布置的選擇直接關(guān)系到整車(chē)氣密性能的好壞，影響駕駛和乘坐的舒適性[4]。

防水膜的設(shè)計(jì)黏膠軌跡應(yīng)過(guò)渡平緩，黏膠面寬度應(yīng)盡量控制在25 mm，局部區(qū)域因設(shè)計(jì)限制可以縮小至20 mm；黏膠面外部圓角R≥35 mm，局部區(qū)域因設(shè)計(jì)限制可以縮小至25 mm，黏膠面區(qū)域應(yīng)盡量設(shè)計(jì)為平面，無(wú)法設(shè)計(jì)為平面的區(qū)域應(yīng)確保面曲率大于250 mm，如圖5所示。防水膜裝配時(shí)，為避免裝配誤差導(dǎo)致漏水，在門(mén)內(nèi)板上端應(yīng)設(shè)計(jì)有2個(gè)凸點(diǎn)或其他結(jié)構(gòu)作為定位，凸點(diǎn)尺寸設(shè)計(jì)為半徑為SR4 mm的球面。分布在防水膜黏膠面內(nèi)部的開(kāi)孔不需要封堵，分布在防水膜黏膠面外部的開(kāi)孔需要粘貼防水貼片封堵。

圖5 防水薄膜的設(shè)計(jì)

由于車(chē)門(mén)把手、玻璃升降器及線束的裝配往往需要在防水膜上開(kāi)孔，影響車(chē)門(mén)系統(tǒng)的防水防塵性能。因此，應(yīng)盡量減少在防水膜上開(kāi)孔，如設(shè)計(jì)不可避免，開(kāi)孔盡量開(kāi)在防水膜上部1/3處以上。合理的布置線束走向，優(yōu)化裝配順序，能最大限度地減少防水膜的開(kāi)孔數(shù)量?？稍诰€束過(guò)孔處通過(guò)熱溶焊的方式增加防水簾，加強(qiáng)過(guò)孔處撕裂強(qiáng)度，保證密封[4]。

1.5 排水孔的布置與設(shè)計(jì)

車(chē)門(mén)的排水孔一般布置在門(mén)內(nèi)板上，由兩部分組成：一部分是門(mén)內(nèi)板底部的排水孔，用于排出進(jìn)入到門(mén)腔體內(nèi)部的水；另一部分是防水薄膜黏膠面下部的排水孔，用于排出進(jìn)入到防水薄膜內(nèi)的水。

門(mén)內(nèi)板底部排水孔的開(kāi)孔位置和數(shù)量需要綜合考慮電泳可靠性、防銹效果及外觀品質(zhì)等，布置位置與下部的密封膠條安裝孔錯(cuò)開(kāi)，應(yīng)考慮到模具的沖孔沖頭相互避讓。排水孔在保證涂裝漏液要求的情況下盡量開(kāi)小，因?yàn)樾〕叽绲目子欣谕庥^質(zhì)量、減少灰塵的進(jìn)入以及防銹空腔蠟的流出。一般前門(mén)開(kāi)孔數(shù)量為3～4個(gè)，后側(cè)門(mén)開(kāi)孔數(shù)量為2～3個(gè)，開(kāi)孔位置及尺寸如圖6所示。

圖6 底部排水孔的設(shè)計(jì)

防水薄膜黏膠面下部排水孔的開(kāi)孔位置和數(shù)量需要根據(jù)車(chē)門(mén)下部結(jié)構(gòu)確定。一般前門(mén)開(kāi)孔數(shù)量2個(gè)，后側(cè)門(mén)開(kāi)孔數(shù)量1個(gè)，開(kāi)孔設(shè)計(jì)如圖7所示。黏膠面寬度為a，排水孔切入黏膠面深度b=(1/3)a，黏膠面與水平面角度α≥15°，排水孔尺寸c為10～12 mm，尺寸d為12～15 mm。

圖7 黏膠面排水孔的設(shè)計(jì)

1.6 線束和門(mén)飾板的布置與設(shè)計(jì)

車(chē)門(mén)線束卡扣安裝點(diǎn)應(yīng)盡量布置在防水薄膜黏膠面以?xún)?nèi)，門(mén)飾板的安裝點(diǎn)因安裝穩(wěn)定性要求布置在黏膠面外部，安裝卡扣需要有獨(dú)立密封功能，避免門(mén)腔體內(nèi)部的水滲入卡扣進(jìn)入到艙內(nèi)。門(mén)內(nèi)板提供的卡扣安裝面應(yīng)為平面，且安裝面比卡扣外圈至少超出3 mm，保證卡扣周?chē)拿芊猸h(huán)境，如圖8所示。

圖8 卡扣及安裝要求

1.7 車(chē)門(mén)玻璃的設(shè)計(jì)

玻璃的修邊對(duì)水流有導(dǎo)向作用，若設(shè)計(jì)允許的話，玻璃下部的修邊與水平方向角度盡量大。如圖9所示，當(dāng)進(jìn)入到門(mén)腔體內(nèi)的水量較少時(shí)，優(yōu)化前和優(yōu)化后的玻璃均能把水導(dǎo)向兩側(cè)或中部的修邊尖角位置，沿著玻璃導(dǎo)軌滴入濕腔，從底部的排水孔排出；但是當(dāng)進(jìn)入到門(mén)腔體內(nèi)的水量較大時(shí)，優(yōu)化前的玻璃會(huì)直接沿玻璃滑落，水流可能直接沖擊到防水膜、電機(jī)或內(nèi)板上，進(jìn)入到干腔，增加漏水風(fēng)險(xiǎn)，修邊優(yōu)化后的玻璃，能減少水流對(duì)干腔的沖擊，起到防水作用。

圖9 玻璃修邊的設(shè)計(jì)

2 結(jié)束語(yǔ)

文中從理論上分析了車(chē)門(mén)系統(tǒng)的水流環(huán)境及進(jìn)水路徑，提出了車(chē)門(mén)系統(tǒng)水管理設(shè)計(jì)方案。針對(duì)影響車(chē)門(mén)系統(tǒng)水管理的車(chē)門(mén)鈑金、玻璃導(dǎo)槽、防水膜、排水孔、線束、門(mén)飾板及車(chē)門(mén)玻璃等零件，提出了相應(yīng)的布置與設(shè)計(jì)要求，為車(chē)門(mén)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了參考數(shù)據(jù)。