汽車密封性能改進及設計優化研究

韋玉明

【摘 要】隨著科技的進步和客戶要求的提高，部分省市提出關于電動汽車地方性涉水高標準要求，文章通過對某電動汽車的測試、整改、驗證及最終措施的實施，滿足了該地方性涉水標準要求，總結了問題整改經驗，提出了密封開發設計規范及流程建議。

【關鍵詞】氣密性;水密性;防塵性;涉水水池;優化;策劃

【中圖分類號】U463.82 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）09-0032-05

0 引言

眾所周知，整車密封性能是衡量汽車質量、感知的重要指標之一，它直接影響整車的NVH性能（如乘坐舒適性）、防腐性能、防塵性能。整車密封性能主要分為氣密性、水密性和防塵性，良好的整車密封性，不僅能有效降低車外噪聲、減少車外不良空氣的進入，而且能確保較好的空調效果、提高乘坐舒適性和改善燃油經濟性等。

整車氣密性，指整車在門窗關閉、空調關閉并設定為內循環、封堵泄壓閥的情況下，通過測量車內外壓差在一定值時的氣體泄漏量進行衡量，單位為SCFM（標準立方英尺每分鐘）。氣體泄漏量值越小，說明氣密性越好。目前，普遍使用的測試方法為空氣壓縮測試，具體如圖1所示。

為能直觀地看到泄漏點，通常會增加一些輔助設備，如發煙器等，缺點就是受環境溫度和氣體特性的影響，讀取數據偏差較大。其他測試方法有手感測試、氣泡浸泡測試、噴肥皂水試驗、超聲波檢測、聽診器方法、空氣流量檢測、熱成像攝影機測試等。

整車水密性，即車輛防水的能力，通常分為淋雨防水能力和涉水防水能力，一般以干區是否進水作為判斷標準。整車以在潮濕環境中（如淋雨、涉水、洗車等）是否允許有雨水侵入設定整車的干濕分區，應該保持干燥的為干區，允許水流經的部位為濕區。粗的劃分：乘員艙為干區，乘員艙以外的為濕區。水密性測試主要是查找干濕分界面是否存在進水點，通用測試方法有淋雨測試、涉水測試、高壓洗車測試等（如圖2所示）。

整車防塵性，指在關閉車門、車窗的情況下，車輛防塵的能力，一般用防塵密封度表示。測試方法有揚塵測試和塵洞測試，而由于受到塵洞建設費用高及測試環境要求苛刻的影響，目前很少進行防塵性相關的投入和研究，普遍認為氣密性、水密性做好了，自然也能保證良好的防塵性。

本文以某電動車型M改善為例，通過涉水測試、問題點收集、原因分析、方案制訂、措施驗證、最終方案實施效果等，總結經驗，提出整車密封性開發流程、設計規范、數據點檢等要求和建議。

1 整車密封性的因素

整車密封性工作開展貫穿整個車型生命周期，分析產品設計是否合理、工藝是否可行，爭取在試制階段達成項目指標要求。產品設計主要是結構設計、整車匹配、涂膠合理布置，同時規避歷史問題等。影響整車密封性的因素模型如圖3所示。

2 涉水測試條件

（1）根據涉水標準要求，建涉水水池如圖4所示。

（2）測試要求：試驗樣車以30 km/h的速度通過水深150 mm的涉水池，涉水時間為10 min（如涉水池長度受限，可循環測試，如圖5所示，按時間折算循環次數）。

（3）測試結果評價：整車通過涉水池時，檢查車內是否滲水。

3 涉水結果

3.1 整車涉水測試

對多臺競品和電動汽車M在同一條件下進行涉水測試（如圖6所示），如出現整車進水后無法啟動，即刻停止。

為在涉水時更方便地觀察進水點和收集進水量，測試前需拆掉除了駕駛位外的所有座椅、地毯、隔熱墊等，使用拆除零部件原有標準件、卡扣等，按相應位置裝好，然后按要求進行測試（見表1）。

3.2 測試結果

測試結果見表2。

3.3 問題點收集

問題點收集見表3。

4 整改措施

通過M車型上多輪次的整改和驗證，最終確認該方案工藝可行、措施有效，措施實施后，抽取5臺整車進行涉水測試，基本無進水。

整改總結：在量產車上整改，受到結構更改、量產備件、工裝夾具、成本、周期等方面影響，且在裝車后測試，對問題點的排查相對比較困難，如前圍板、前地板滲水問題點的排查，空間狹窄，需要剪開隔熱墊、拆除下護板等，且需在地溝或舉升臺架上檢查，在沒有特殊工具、設備探測進水路徑情況下，只能采取排除法，逐點、逐段、分區域地補膠、整改及涉水驗證，而在每次驗證后需排掉艙內的進水、晾干，再進行下一輪排查驗證，確認問題點后再篩查相似點或風險點，對風險點進行方案確認，重新安排在下一批次整車上進行全生產模式試制驗證，整改周期長，不確定因素多。

5 密封方案設計策劃

總結M車型整改經驗，結合防腐性設計規范、歷史問題點、現行工藝特性等，提出密封性設計開發流程、設計原則和數據點檢等，在設計階段即可對密封性相關系統設計進行策劃，提前切入整改，降低量產后再整改的風險，同時能縮短開發周期和降低成本。

5.1 整車密封性工作開展流程

整車密封性能設計貫穿產品設計整個過程，密封性設計開發流程如圖7所示。

5.2 車身結構密封設計原則

（1）前圍下板和前地板區域受到水沖擊壓力最大，重點關注該區域密封。

（2）在滿足各系統安裝、工藝使用等的需求下，在干濕區分界面上，車身盡量不開孔。

（3）轉角處需進行結構設計和工藝優化，盡量避免有密封缺口，即“老鼠洞”（如圖8所示）。

（4）結構上能實現防水的部位，盡量不要使用涂膠或堵蓋;能使用涂膠防水的部位，盡量不要使用堵蓋;地板需封堵的孔洞，盡量不要使用堵片（貼片）。

（5）干、濕分界面上的安裝孔，結構、位置、數量設計要合理，盡可能為圓形、方形的標準規格尺寸孔，且每個孔需設計在一個平面或大曲率的曲面上，使其有利于附件安裝的密封措施設計或密封件裝配。

（6）鈑金焊接邊結構設計，要使焊接邊有利于控制制造精度、焊接面配合嚴密、焊接密封膠涂抹均勻、精確，保證焊接后鈑金之間不會有縫隙。同時，鈑金接縫方向應朝向操作者，避免鈑金接縫被遮擋不可視，或涂膠工具無法進入。

（7）鈑金焊接標準件，特別是在單層板或半封閉區域應該避免直接開孔焊接承面凸焊螺柱、端面凸焊螺母，以免造成標準件焊接孔、焊接面漏水（如圖9所示）。

如空間不允許，或更改成本較高，涉及零部件多，更改難度大，可以在標準件孔內或端頭涂膠;如空間允許，需更改結構，增加安裝支架，車內外隔開（如圖10所示）。

（8）為確保涂裝焊縫密封膠，需控制鈑金搭接間隙尺寸≤ 3 mm，原則上各大總成或鈑金搭接處焊縫越小越好，如尾燈尖角、曲面搭接部位（如圖11所示）。

（9）焊點布置合理設計，盡可能布置在平面或大曲率曲面上，且布置在搭接面中線位置，避免出現層間離空、焊接夾持、加壓時間短出現焊點破損情況（如圖12所示）。

（10）門洞止口搭接層數≤4層，且避免板厚在某個區域短距離內變化過大，以免從密封膠條卡槽處進水。

（11）為便于涂焊縫密封膠，多個鈑金疊加結構宜采用按次序搭接，且鋼板邊緣逐層外露，如門檻邊（如圖13所示）。

（12）涉水沖擊部位，鈑金搭接需根據整車行進方向，優先采用圖14所示的方式。

5.3 車身涂膠設計要求

（1）鈑金搭接邊刷膠密封，若是單側密封應該保證刷膠的連續性，不允許斷開。

（2）考慮水密性及防腐性，優先從濕區進行密封。

（3）為保證水沖擊壓力最大區域的密封性，如前圍下板與前地板/左右前輪罩搭接邊，應該在兩層板之間增加點焊密封膠。

（4）多層鈑金搭接過孔，應在夾層間增加點焊密封膠，以免造成夾層進水。

（5）如出現橫梁、支座、加強板等遮蔽密封搭接邊而無法涂焊縫密封膠區域，且在另一側也無法設計焊縫密封膠時，需在搭接面增加點焊密封膠，避免該區域出現離空進水（如圖15所示）。

（6）根據前地板（含中央通道）→前圍板→流水槽等受水沖擊力情況（如圖16所示），部分區域的涂膠設計如圖17所示。

5.4 其他系統設計要求

（1）座椅安裝和定位孔。通常為通孔，直接與加強橫梁型腔相通，如沒有采取密封措施，水會從安裝螺栓、定位銷縫隙進入到車內。定位孔可以采用塑料扣（不通孔）+密封墊方式，而安裝孔可以采用在加強梁與地板間增加點焊密封膠方式，具體如圖18所示。

（2）線束固定。線束固定盡量避免采用通孔+卡扣方式，如果必須采用該方式，需增加防水密封墊，可以采用植焊螺釘或增加安裝支架固定方案（如圖19所示）。

（3）轉向裝置與車身配合及防塵罩結構設計。轉向裝置與車身配合并不是緊固膠連接，而是通過防塵罩的壓縮產生的彈性連接，而其安裝方向為正Z向（M車型），為確保防塵罩周圈與車身配合面均勻接觸，應將其配合面設計為接近于水平，即防塵罩與車身配合面平行（如圖20所示）。

為確保防塵罩有一定量的壓縮，滿足該處的密封要求，通常將防塵罩設計為齒狀，即兩端高、中間有凹槽，必要時，凹槽可以涂總裝膠，以增強此處的水密性（如圖21所示）。

5.5 數據點檢

根據設計規范要求，對每個階段數據進行點檢，并收集匯總問題點，逐項整改確認和關閉，而數據階段點檢可分為肉眼檢查、數據DMU和CAE仿真檢查等方面。

（1）肉眼確認（3D數據）。？譹？訛根據設計規范要求，確認各階段的設計數據，確認有漏氣隱患的部位。？譺？訛確認鈑金間的配合不良、不必要或者大于所需大小的“老鼠洞”。？譻？訛確認外部連接孔是否采用了堵蓋或膠帶。？譼？訛確認是否漏了密封膠（膨脹膠、點焊膠、折邊膠、焊縫密封膠等）。？譽？訛確認各系統零部件是否有密封措施。

（2）數據DMU。對于動密封要求各零部件，逐項確認其與車身鈑金或飾板的干涉量是否滿足密封技術要求。圖22為檢驗密封條與車門干涉量的DMU，抽取密封條的外平面，做成一個面，鈑金或飾板的數據也是只抽取膠條面做成一個面。確認兩個面之間的干涉，確認膠條的問題點。

（3）CAE仿真分析。通過計算機仿真技術，進行車身密封性能仿真分析，查找泄露點及泄漏路徑，有效幫助工程師在設計階段進行結構優化或涂膠密封性設計，降低風險，縮短研發周期，同時收集記錄相應泄漏點，列入生產工藝文件加以管控及檢查（如圖23、圖24所示）。

（4）問題點匯總（見表3）。

6 總結

整車密封性影響因素比較多，如果能在前期設計階段做好歷史問題回顧及規避、概念設計策劃、結構設計優化、數據階段點檢和仿真分析等工作，就能提前確定密性風險點，做好方案優化，提高產品一致性，縮短研發周期，從而降低成本。一旦投入量產后，再對整車進行密封性提升，難度、成本將大幅增加。技術不會停止腳步，一次也不可能解決所有的問題，積極探索，勇于創新，采取一切有效且可行的措施，就一定能夠提高整車的密封性，改善整車NVH性能，從而提升整車產品品質。

參 考 文 獻

[1]WUWEI LIN.Air Tightness in Car Coupe Chalmers University of Technology[Z].2003.

[2]遲玉華，楊大芝，李曉峰.汽車的密封性設計[J].汽車實用技術，2016（3）：11-15.

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