重型卡車駕駛室冬季防滲水研究

岳冬冬，呂文帥，張 雷

（陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710220）

引言

在我國新疆、黑龍江等北方地區，冬季積雪不化，平均氣溫處于?20 ℃以下，導致這些地區冬季寒冷且濕度大。車輛在此區域運行一段時間后，存在駕駛室頂蓋滴水現象。駕駛室內部積水易造成電路短路、內飾腐蝕發霉等問題，對車輛安全運行及乘員身體健康造成極大的隱患，因此對頂蓋內部積水原因進行分析并研究規避措施。

1 駕駛室頂蓋內部水源分析

重型卡車駕駛室頂蓋一般由蒙皮和骨架組成，蒙皮一般為由鋼板沖壓成型后分塊點焊，開有安裝其他零部件的安裝過孔，骨架與頂蓋蒙皮點焊或者膠粘，由此，駕駛室頂蓋內部存在積水來源為兩種情況，一是駕駛室頂蓋外部水源滲入，主要由頂蓋處安裝孔、頂蓋外漏焊縫及玻璃膠粘止口等密封不嚴，導致外部水分滲入頂蓋內側；另一部分是駕駛室內濕空氣遇冷產生冷凝水，在駕駛室頂蓋內表面形成積水。

2 駕駛室頂蓋外部水源及規避分析

2.1 駕駛室頂蓋外部水源進入途徑及表現

經分析，經分析駕駛室頂蓋存在漏水的風險共5處，分別為氣喇叭安裝點區域、天線安裝點區域、遮陽罩安裝點區域、前下視鏡安裝點區域以及外漏焊縫區域。針對以上區域的密封措施進行排查，并分析了可能的失效原因及漏水表現，見表1。

表1 漏水區域密封措施及失效表現

隨機抽選車輛，拆掉高架箱和頂襯等零部件，強化淋雨試驗，淋雨壓力（150±10） kPa；淋雨強度（22～26） mm/min，淋雨時間30 min，從第5分鐘開始每5分鐘逐項檢查各區域是否存在漏水點及漏水表現，按照QC/T 476—2007《客車防雨密封性限值及試驗方法》要求記錄頂蓋區域漏水情況并評分，經確認，駕駛室各風險區域無滲、慢滴及滴等漏水情況，駕駛室密封性良好，見表2。

圖1 頂蓋漏水風險區域示意

表2 頂蓋漏水風險區域檢查結果

2.2 外部水源進入途徑密封措施優化

對各處安裝點進行排查并持續優化，制定以下措施：

（1）優化密封結構。氣喇叭及遮陽罩密封墊優化，由單道密封結構改為雙道密封；下視鏡護殼優化導水孔、槽布置位置，及時將積水排出；其他安裝點抬高安裝面，避免周邊存水。

（2）優化裝配工藝。各安裝點除涂抹硅酮密封膠外，要求各裝配螺栓涂抹厭氧密封膠，規避密封膠老化導致的漏水問題。

3 駕駛室頂蓋內部冷凝水及規避分析

3.1 凝結水形成的機理

大氣是由干空氣和一定量的水蒸氣混合而成的，一般稱為濕空氣，空氣的溫度越高，能夠包含的水蒸氣量越大，空氣的溫度越低，能夠包含的水蒸氣含量越小，因此，在含濕量不變的情況下，溫度降低，濕空氣達到飽和狀態，進而將濕空氣中的多余水蒸氣析出凝結成水滴，此過程也稱為結露，濕空氣達到飽和時的溫度稱為露點溫度。因此，濕空氣碰到的介質溫度低于其露點溫度，則析出冷凝水。

3.2 冬季低溫高濕地區駕駛室頂蓋內冷凝水成因

北方地區冬季一般為當年12月份到次年2月份，典型特征為氣溫低濕度大，以新疆烏魯木齊為例，當年12月份平均氣溫為?12 ℃，次年1月氣溫為?25 ℃，次年2月份平均氣溫為?20 ℃，積雪覆蓋約175天，冬季室外相對濕度為77.5%。

冬季駕駛室采暖模式為再循環模式，外部新鮮空氣與駕駛室內部空氣混合后，經過暖風芯體進行加熱，再次吹向駕駛室內部，在保證供暖的同時，提供乘員所需的新風量[1]。

經數據分析，冬季重型卡車暖風常用風擋為2擋，駕駛室內部舒適溫度為18 ℃。

駕駛室內部溫度為18 ℃～20 ℃時，不同濕度的露點溫度見表3，由于室外的溫度遠遠低于駕駛室內部的露點溫度，當駕駛室內的溫度與駕駛室鈑金直接接觸時，有冷凝水析出。

表3 環境溫度、相對濕度和露點對照表

3.3 空調冷凝水量計算

駕駛室內部的空氣的含濕量，一部分是新風濕負荷，另一部分是駕駛室內部人員散濕。

對于第一部分，即由新風濕負荷形成的冷凝水，其由新風溫度濕度、駕駛室內空氣溫度濕度及空氣循環量等因素確定[2]。以新風滲透混合循環為例求凝結水的水量：室外空氣狀態用W表示（在此循環中即代表滲透新風），其含濕量為dW；室內空氣狀態用N表示（在此循環中即代表室內回風），其含濕量為dN。其計算公式可以采用式（1）：

式中：W1為冷凝水流量，kg/h；

υ為風量，取300 m3/h；

ρ為空氣密度，kg/m3，取1.2 kg/m3；

dH混合為新匯風混合含濕量，為新回風混合空氣的含濕量，新風比×dW+回風比×dN，g／kg；

dW為室外空氣含濕量，g/kg；

dN為室內空氣含濕量，g/kg。

按環境溫度為?20 ℃，相對濕度77.5%，駕駛室內溫度18 ℃，相對濕度55%。經查，dW為0.33 g/kg，dN為7.8 g/kg，新風占比20%，則：

dH=0.33×20% g/kg+7.8×80% g/kg≈6.3 g/kg

W1=1.2×300×6.3×10-3kg/h=2.268 kg/h

對于另一部分，即人員散濕形成的冷凝水，可采用式（2）進行計算：

式中：

W2為冷凝水流量，kg/h；

?為群集系數；

ni為i時刻區域人數；

g為成年男子散濕量。

取集群系數?=0.9，司機按中等勞動強度，取g=175 g/h。

以上兩部分之和，就是在特定條件下濕空氣中可產生的冷凝水量。

綜上，單位小時內駕駛室可產生的冷凝水量約為2.6 kg，即使在頂蓋產生的冷凝水占總產生冷凝水量的一半，那么冷凝水也會很明顯地表現出來。

3.4 駕駛室內部冷凝水規避措施研究

根據冷凝水成因，規避冷凝水生成，可以通過降低駕駛室含濕量，減少冷凝水總量或提升駕駛室內表面溫度至露點以上，規避冷凝水生成兩方面進行，若降低駕駛室內含濕量，駕駛室內部比較干燥，舒適性差，且外部環境溫度和濕度均不可控，則可行的措施為通過保溫提升駕駛室內表面溫度至露點溫度以上，避免冷凝水析出。

經查，空氣的導熱系數較小，不流動的空氣保溫性能相當好，利用空氣這一特性進行保溫，效果好，成本低。可通過空腔或者覆蓋閉孔發泡保溫材料等措施實現駕駛室保溫，采用數值模擬方法研究了極端條件下空腔保溫性能及保溫材料保溫性能。

內表面溫度、空氣流速及外表面溫度、空氣流速均取極限值，結構簡化進行分析，見圖2。

圖2 分析圖

駕駛室頂蓋由頂蓋外板由天窗安裝骨架、橫向和縱向加強梁組成，因此頂蓋處空腔由以上部件構成，空間主要考量鈑金外表面與鈑金內表面間隙。

取空氣熱導率0.026 03 W/m·k，鈑金材料熱導率43.6 W/ m·k，分析結果見表4。

表4 鈑金間隙對內表面溫度影響

保溫材料覆蓋在駕駛室內部，考慮覆蓋成本及工藝可行性，選用某保溫材料，其熱導率0.025 W/m·k，閉孔率99.5%，主要考量覆蓋在鈑金外板上保溫層厚度，分析結果見表5。

表5 保溫層厚度對內表面溫度影響

可知，在極限溫度情況下，鈑金間隙大于6 mm，則頂蓋內部不產生冷凝水；若保溫層厚度大于7.5 mm，則頂蓋內部不會產生冷凝水。

綜上，在實際應用過程中，規避駕駛室內部冷凝水，可通過結構設計時，鈑金內外板間隙不小于10 mm，若結構設計無法保證最小間隙的，可由覆蓋保溫材料厚度補齊；只有單層鈑金的部分則完全由保溫層覆蓋，保溫層厚度不小于10 mm，以保證駕駛室內部表面溫度[3]。

4 結論

（1）駕駛室頂蓋內部積水若是因密封不嚴導致，可通過強化淋雨試驗進行確認，并通過優化密封結構，涂抹密封膠進行改進。

（2）駕駛室冷凝水產生的量較大，在高寒高濕區域，隨 著用車時間加長，頂蓋冷凝水膜逐漸積累、變厚，隨車輛顛簸，匯聚成水滴，并順頂蓋流下，駕駛室內部冷凝水，可通過結構優化和覆蓋保溫層，提升駕駛室內表面溫度。