乘用車車門水管理及密封設計

陳俊杰，孫希慶，李秋魁

合眾新能源汽車有限公司， 浙江嘉興 314500

0 引言

乘用車車門系統主要包括車門鈑金組件、玻璃及升降組件、門鎖組件及車門密封組件。車門鈑金組件主要由車門內外板、鉸鏈和門鎖加強板、車窗邊框、車門防撞桿等零部件構成。隨著乘用車輕量化的不斷推進，車門內外鈑金蒙皮的厚度已經減小到0.7 mm左右，防銹和水管理成為非常重要的設計性能要求。車門密封組件主要由內水切、外水切、導槽、擋水膜等構成，主要實現密封擋水功能。

車門系統是乘用車車身總成中重要組成部件，對其質量好壞的評價顯現出車身技術水平的高低，同時也是顧客感知乘用車質量優劣的關鍵因素之一。因此，車門系統設計是企業研發人員不可避免的問題且備受關注。車門系統的水環境直接影響各零部件的使用功能和壽命， 所以車門系統的水管理及密封設計至關重要。雖然密封設計研究分析的方向復雜多樣，諸如產品材料、結構、工藝、工裝模具、裝配工藝等，但其最核心的研究方向是結構的設計與優化。

文中通過模擬整車淋雨試驗，對車門內的水流路徑展開分析，尋求最佳的水流路徑。根據水流的路徑對水切密封條、玻璃等零部件進行優化設計，指導乘用車車門的水管理和密封設計。

1 淋雨試驗

在整車淋雨試驗過程中，水流受初始速度、自身重力、空氣阻力等綜合作用下，水向下流淌，經過車門玻璃，大部分雨水沿水切密封條，經車門外板流走。少量雨水沿水切密封條與玻璃之間的間隙，或者水切密封條兩端夾角與鈑金的間隙，甚至車門外拉手的安裝孔，流入到車門內部，最終經車門下端的排水孔流出。淋雨試驗水路流向簡圖如圖1所示。

圖1 淋雨試驗水路流向簡圖

為了對車門的密封性進行分析，將車門下部所有排水孔和外飾板安裝孔使用密封膠帶封堵，再進行淋雨，淋雨結束后逐個將密封膠帶拆下，并使用量杯將排水孔或安裝孔流出的水全部接住，進而測量車門內的總進水量。試驗共選取了9款市場暢銷車型開展驗證，具體見表1。

表1 試驗驗證的車型及編號

選取車型A在整車淋雨房進行淋雨試驗，測量左前車門內的進水量，試驗過程中，拆掉車門的門護板，并且打開車門內板如圖2所示的白色擋水膜，以便于觀察車門內部的水流狀態。再使用水管和洗車機等多種淋雨方式模擬淋雨房狀態，選取進水量和車門內部水流狀態最接近淋雨房的方法，作為此次試驗的淋雨試驗方法。

圖2 車門內板擋水膜

車型A在整車淋雨房分別經過180和210 s后的左前車門進水量分別為1 950和2 300 mL，對應的進水速度為650和657 mL/min，車門內的進水狀態如圖3所示，水在車門中呈快滴的狀態落下。

圖3 車門內的進水狀態

車型A在水管噴淋、洗車機霧狀噴淋、洗車機灑水式噴淋3種方式下的左前車門進水量和車門內的水流狀態結果見表2。經過對比發現，采用洗車機霧狀噴淋得到的左前車門進水速率和水流狀態與整車淋雨房中的狀態最接近。

表2 車型A不同噴淋方式的驗證試驗結果

固定洗車機的壓力、噴槍與車身間的距離、噴槍水平線在左前車門車窗的位置等關鍵參數，選用洗車機霧狀噴淋的方式對9款在售暢銷車型開展淋雨試驗驗證，具體結果見表3。經過淋雨試驗發現，合資(含進口)車型的左前車門平均進水量1 560 mL，略低于自主品牌車型的左前車門平均進水量1 662.5 mL。進水量最少的車型C為自主品牌車型，為某公司的暢銷SUV車型，但是其車門內水流的管理狀態較差，水滴會落到線束等電器零件上。左前車門進水量最多的車型F為合資品牌車型，但是車門進水后的水流狀態較好，水管理的水平高，沒有流到電器等零部件上。

表3 不同車型的淋雨試驗結果

2 車門內部水流分析及優化設計

2.1 水流分析

車門內部經過排水孔流出的水，其路徑示意如圖4所示。由圖可以看出，主要有3種水流路徑方式：①水通過玻璃下沿直接滴入車門底部，從底部的排水孔流出;②經過玻璃導軌引導，從導軌下部流入車門底部，進而從底部的排水孔流出;③少量的水經過車門內板上的安裝過孔，進入門內板和擋水膜之間，這部分水通過擋水膜最低端膠黏面上方的流水孔流入車門底部，最終通過底部的排水孔流出。在車門內板上，白色擋水膜周邊一圈均由丁基膠帶牢牢黏接在車門內板上，用于阻斷水流，正是由于擋水膜的存在，使水流不能進入乘員艙內。

圖4 車門內水流路徑示意

在車型設計時，盡可能考慮讓水通過第二種方式的路徑排出車門內部，以控制水流，做好車門內部的水管理。并且盡量優化玻璃的形狀，使第一種水流路徑的水不滴碰到電器零件或者線束上。盡可能杜絕第三種水流路徑的水存在。

2.2 門內板開孔優化設計

車門內板上必須開的安裝工藝孔處，應保證玻璃底部邊緣流下的水能夠直接滴進車門腔體內部，減少鈑金與擋水膜之間的進水量。 在設計上，內板開孔應遵循 “上陷下凸”的結構設計原則，如圖5所示，即上部流下的水能夠直接滴進車門腔體內部，并從車門底部排水孔流出車外。同時，內板上的附件安裝孔需要做翻邊來導水。

圖5 車門內板開孔設計

車門內板底部的排水孔，一般要求其尺寸為5.5 mm×15 mm 的長方孔。一般情況下，車門布置3～4個排水孔，排水孔的間距要求控制在200～300 mm，均勻布置。

2.3 玻璃形狀優化設計

車門玻璃的底部兩端邊緣應采用滴水角結構，將玻璃底部兩端邊緣加工成尖角結構，這樣可以引導水沿著玻璃導軌流入車門腔體內部，而不是直接進入門內板與擋水膜之間或者滴在電器零部件及其附件上，如圖6所示。

圖6 車門玻璃滴水角結構

3 密封設計

3.1 外水切密封條

對9款車型的外水切密封條結構進行分析，結果發現，左前車門進水量最少的車型C的外水切密封條結構為帶長披風式，具體如圖7所示。該結構的外水切的披風可以更加緊密地貼合在玻璃上，阻擋外部水流進入車門內部，減少車門內部的進水量。而其他車型的外水切密封條結構均為不帶長披風的結構，水流聚集之后，容易從水切的端口位置流入車門內部，如圖8所示。雖然水切端口位置都會粘貼泡棉輔助密封，但是由于不同車型的水切端口與鈑金配合間隙的差異，導致了進水量的明顯差異。圖8所示的水切端口與鈑金配合間隙小，密封效果好，進而導致淋雨的進水量偏小。而從圖9所示的車型A的水切端口照片可以看出，水切的端口與鈑金的配合間隙大，密封的效果差，從而導致淋雨試驗的進水量偏大。

圖7 車型C的外水切照片及結構

圖8 車型I的外水切照片及結構

圖9 車型A的水切端口照片

為了確保淋雨時候車門內部盡量少的進水，在車門外水切密封條結構選擇時，優先選用與車型C的結構類似的帶長披風的外水切密封條，并且在水切密封條的端部增加泡棉，盡量阻擋水流進入車門內部。如圖10所示，展示了不同位置的水切密封條端部增加泡棉的設計方法。

圖10 不同位置的水切密封條端部增加泡棉的設計

3.2 其他部位密封設計

對于車門外板而言，車門拉手的安裝孔也是淋雨進水的風險點,優化該處的結構減少該位置的進水量，也是非常重要的。通過對門拉手結構的分析發現，在門拉手分縫處的端蓋上增加遮蔽筋，如圖11所示，能夠明顯減少通過門拉手分縫進入門拉手與車門外板縫隙，進而進入到車門內部的進水量。

圖11 車門外拉手縫隙密封

對于門鎖、揚聲器等零件安裝孔的密封，主要是通過在門鎖、揚聲器等零件與鈑金之間增加泡棉條，阻斷水流進入安裝孔，進而進入乘員艙內的風險。而對于車門內部的電器接插件布置應當盡量傾斜布置，并且選擇從下往上的插接方向，避免滴水進入插接頭內部引起短路或者銹蝕。

4 結束語

車門內的水管理及密封，涉及的因素較多，通過對車門內水流路徑的分析，提出了優化的水流路徑方向。在此基礎上，結合9款市場在售暢銷車型的淋雨試驗結果，對車門玻璃、車門底部排水孔、水切密封條等零件的設計優化提出了建議，使車門內部的水流盡可能地按照第二種路徑通過車門底部排水孔流出車門。可以指導新車型的車門水管理及密封設計，也可以為車門淋雨進水問題的處理解決提供借鑒。