汽車密封性能與整車集成性能的關(guān)系研究

陳怡星

（常熟市計量測試所，江蘇 常熟 215500）

0 引言

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，汽車已經(jīng)成為一種便捷的交通工具，走入了千家萬戶，而中國早已成為世界上最大的汽車產(chǎn)銷國。當(dāng)今汽車工業(yè)特別是電動汽車，在國內(nèi)這幾年里掀起了一陣陣消費浪潮，汽車工業(yè)對于我們國家GDP的貢獻(xiàn)也是非常巨大。 隨著汽車尤其是電動汽車的普及，人們對汽車性能的要求也逐漸增加，人們對汽車操控性、安全性提出了更高的要求。特別值得說明的是，汽車行駛過程中，駕駛者對所能感受到的舒適度要求更高了，這一點在很大程度上決定了一款車型是否暢銷的一個關(guān)鍵性因素。因此，對汽車密封性能與整車集成性能的關(guān)系研究，對提高整車性能和提高汽車的駕駛舒適度有很大的幫助。

國內(nèi)的各個汽車研發(fā)機構(gòu)對汽車子系統(tǒng)開發(fā)及整車級的整體開發(fā)能力逐步提高和完善，提高子系統(tǒng)和整車的抗環(huán)境干擾的研發(fā)能力[1]，即提高汽車整車密封性能的研究，逐漸成為定義汽車整體性能的一項重要指標(biāo)，也是汽車工業(yè)領(lǐng)域研究的趨勢。而如今，國內(nèi)極少汽車研發(fā)機構(gòu)具備系統(tǒng)化的汽車密封性實驗設(shè)備和研發(fā)能力。

1 汽車密封性測試的重要性

1.1 汽車密封性能測試

汽車的密封性，是指關(guān)閉車身車門、窗戶和孔口蓋時，車身的防雨水和防塵土能力。汽車密封性能是一項考察汽車整車防御外部環(huán)境因素侵入的指標(biāo)。其性能優(yōu)劣直接影響到整車艙內(nèi)乘客舒適度和安全，以及各子系統(tǒng)是否工作正常。汽車密封性能越好，乘客舒適度越好，各個子系統(tǒng)性能不會損失，甚至可以降低整車能耗。在省油、省電方面帶來一系列非常好的數(shù)據(jù)，從而在另一種程度上引起消費者的購買興趣，提高汽車的銷量。

汽車密封性涉及的路面、空氣中等污染物入侵到發(fā)動機艙和底盤的關(guān)鍵零部件，其可以通過汽車密封性相關(guān)的實驗來控制。汽車密封性能測試包括了動態(tài)的車艙以外密封性實驗、飛濺實驗等。汽車密封性還包括污染物和振動噪聲入侵乘客艙，其可以通過靜態(tài)的汽車氣密性實驗來控制。比如氣密性實驗、靜態(tài)空氣泄漏試驗等。

1.1.1 動態(tài)的車艙外密封性能

車艙以外的汽車密封性能實驗是指汽車在運動過程中，受外界環(huán)境各種污染物入侵的實驗，包括涉水實驗、石子路飛濺實驗、泥漿路實驗、雪實驗、灰塵實驗、冰凍實驗、腐蝕路實驗等[2]。其中，涉水實驗出現(xiàn)的問題包括汽車在泥水路面行駛時，發(fā)動機進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)水導(dǎo)致發(fā)動機熄火；皮帶進(jìn)水打滑;發(fā)動機及變速箱通氣塞進(jìn)水，使缸體內(nèi)部生銹;電子器件接插件進(jìn)水導(dǎo)致電路短路;燃油系統(tǒng)進(jìn)水等（如圖1）。石子路飛濺實驗出現(xiàn)的問題有燃油管路被破壞、制動系統(tǒng)失效等（如圖2）。泥漿路實驗出現(xiàn)的問題有制動系統(tǒng)進(jìn)泥漿水使制動失效（如圖3）。雪入侵的實驗主要考核汽車在惡劣的暴風(fēng)雪環(huán)境中行駛，汽車發(fā)動機是否正常工作等（如圖4）。灰塵艙實驗主要是檢測汽車在惡劣的灰塵環(huán)境中，灰塵是否會進(jìn)入到汽車關(guān)鍵的零部件內(nèi)部，是否會到達(dá)乘客艙引起艙內(nèi)污染等（如圖5）。

圖1 涉水實驗圖示

圖3 泥漿槽

圖4 環(huán)境風(fēng)洞里的雪實驗

圖5 灰塵實驗艙

1.1.2 靜態(tài)的車艙內(nèi)密封性能

靜態(tài)的車艙內(nèi)密封，是指車身結(jié)構(gòu)的各連接部分，設(shè)計要求對其中間的各種間隙進(jìn)行密封處理，而且在汽車零部件使用過程中這種密封關(guān)系是固定不動的，即靜態(tài)密封。

評估靜態(tài)的汽車車艙內(nèi)密封性能，最好的手段就是進(jìn)行氣密性實驗和超聲波探漏測試。

汽車氣密性實驗是將車體在原始狀態(tài)下，即四門、尾門、天窗、玻璃等處于關(guān)閉狀態(tài)，用氣密性實驗設(shè)備將車體內(nèi)部保持恒定的靜態(tài)壓力，從而測試出整車氣密性泄漏量。 超聲波探漏實驗是將一個固定頻率的發(fā)生源放置在車體內(nèi)部（四門、尾門、天窗、玻璃等處于關(guān)閉狀態(tài)），在車體外部，通過接收裝置，測得不同頻率下的超聲波壓強。

這兩種實驗方法在整車開發(fā)過程中，是最常用的氣密性實驗方法。汽車氣密性實驗，其實驗數(shù)據(jù)在開發(fā)前期定位較明確，可實施性強，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性好，可比性強。超聲波探漏方法在氣密密封性能檢測中使用相對較少，大多為快速檢漏，其可操作性強，實用簡便，但數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性相對差一些，兩者各有優(yōu)點，用于不同場合。

氣密性實驗設(shè)備國內(nèi)外有很多種，量程和精度也各不同。按大小分，可以分為不可移動式和可移動式兩種設(shè)備。不可移動設(shè)備中，目前最大量程的氣密性設(shè)備是用于大飛機的密封性測試。最大量程可以達(dá)到2000 SCFM（SCFM=Standard Cubic Feet Minute，標(biāo)準(zhǔn)立方英尺每分鐘，英制流量單位），圖6為國內(nèi)某知名汽車公司的氣密性設(shè)備，量程為0～800 SCFM，測量誤差為0.9%，最大測試壓力為500 Pa。可以移動設(shè)備相對體積較小，精度差一點，多為2%，流量量程大多為0～450 SCFM，壓力大多為0～250 Pa。

圖6 氣密性實驗臺架

不可移動設(shè)備和可移動設(shè)備各有優(yōu)劣，不可移動設(shè)備流量和壓力量程較大，精度高，可以做較細(xì)致的氣密性實驗，缺點是不可以移動，不能實現(xiàn)在工廠車間內(nèi)部抽檢使用。移動式氣密性設(shè)備，流量和壓力量程較小，適合于基本的氣密性實驗測試，適用于車間內(nèi)部抽檢，方便靈活，但不適合精細(xì)氣密性實驗研究。兩者各有優(yōu)缺點，適用于不同場合。

1.2 汽車密封性能測試的重要性

客戶在駕駛使用汽車過程中，會受到各種惡劣環(huán)境因素影響，比如，風(fēng)噪、路噪、發(fā)動機噪聲、內(nèi)外飾零部件運動干涉噪聲等侵入，空調(diào)系統(tǒng)性能下降、漏水、灰塵、有害尾氣侵入、風(fēng)雪、暴風(fēng)雨等。這些環(huán)境因素均會影響駕駛者和乘客的駕駛體驗，輕則影響人們的舒適度，重則甚至?xí){到乘客生命安全。

2 汽車氣密性性能與整車性能的關(guān)系

汽車整車性能是指汽車能適應(yīng)各種使用條件、滿足顧客使用需求及社會環(huán)境需求的能力。對整車性能的管控，是指在汽車開發(fā)過程中，通過性能集成的思路和方法對整車相關(guān)性能的管控。而整車密封性能中最重要的一項性能指標(biāo)為汽車氣密性性能，氣密性性能是可以讓駕駛者直接可以感知到的整車的舒適性。

2.1 汽車氣密性分析方法

影響汽車氣密性的因素有設(shè)計缺陷、零部件質(zhì)量波動及生產(chǎn)工藝波動。圖7所示為在汽車開發(fā)過程中影響氣密性各因素所占的比例，氣密性分析可以從這三大模塊展開。設(shè)計階段要多關(guān)注明顯的尺寸誤差、焊接邊的”老鼠洞”、工藝孔處理、車身膠、油漆膠路徑和尺寸等。零部件質(zhì)量波動主要集中在供應(yīng)商的零件質(zhì)量波動，需要嚴(yán)格控制零部件缺陷的產(chǎn)生。生產(chǎn)工藝波動方面需加強對生產(chǎn)車間操作人員的工藝培訓(xùn)，以及客觀的環(huán)境因素控制，來保證工藝波動在可控的范圍內(nèi)。只有通過各種方法各種手段，對這3種因素進(jìn)行有效控制，才可以更好地進(jìn)行整車的氣密性因素控制[3]。

圖7 氣密性因素控制

以上列出的三大因素是可控制的，從以上三方面的控制，可以將整車氣密性保持在一個很小的波動范圍內(nèi)，趨于穩(wěn)定并達(dá)到設(shè)計目標(biāo)。

2.2 汽車氣密性性能與環(huán)境污染物入侵

環(huán)境污染物包括灰塵、汽車尾氣CO有害氣體、雨水等。氣密性檢測可以分區(qū)域進(jìn)行不同氣密性等級控制[4]。比較重要的區(qū)域為四門、前艙防火墻位置和車頂。可以對這些區(qū)域制定相對嚴(yán)格的氣密性泄漏要求，以保證污染物侵入量相對較少。我國汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T 646.1—2000規(guī)定，對M類車型應(yīng)該滿足粉塵洞的試驗要求。圖8是整車灰塵試驗后，后門密封條處的灰塵殘留圖，主要是因為后門密封條密封性能差，導(dǎo)致了灰塵入侵車體。

圖8 灰塵試驗結(jié)果

2.3 汽車氣密性性能與NVH

汽車噪聲曾以發(fā)動機噪聲、傳動系噪聲和輪胎噪聲等占主要地位，隨著上述噪聲得到有效控制及車速的不斷提高，氣動噪聲已成為當(dāng)前高速車輛的主要噪聲源之一，并明顯地影響到車內(nèi)的噪聲值[5]。氣動噪聲是由氣流直接產(chǎn)生的振幅和頻率雜亂、統(tǒng)計上無規(guī)則的聲音[6]。氣動噪聲產(chǎn)生的最重要原因就是發(fā)動機的氣密性性能。氣密性性能在改善NVH的因素中占有很重要的部分，氣密性越好的車，其NVH性能越優(yōu)秀。氣密性的提高可以大大改善NVH的性能，提高乘客乘車的舒適度[7]。

2.4 汽車氣密性與空調(diào)系統(tǒng)

車內(nèi)空調(diào)溫度的變化是通過汽車壓縮機制冷制熱系統(tǒng)工作載荷的變化而實現(xiàn)的，也是以消耗發(fā)動機載荷實現(xiàn)的，空調(diào)系統(tǒng)是必須要消耗燃料的一個系統(tǒng)。汽車氣密性的優(yōu)劣直接決定汽車內(nèi)部和外部的氣流交換速率。氣密性好的車，車體內(nèi)外氣體對流較少，空調(diào)產(chǎn)生的車內(nèi)環(huán)境溫度損失較少，空調(diào)系統(tǒng)工作負(fù)載增加少，從而達(dá)到了節(jié)省燃料的目的。反之，則能耗增加。氣密性性能與汽車的能耗息息相關(guān)，在當(dāng)今節(jié)能減排的大時代，汽車氣密性研究顯得尤為迫切。

3 結(jié)語

汽車密封性能包括汽車在動態(tài)和靜態(tài)兩種狀態(tài)下所具有的抵御環(huán)境污染物入侵的能力。其性能控制從各個子部件到整車級別, 會影響到整車安全、NVH、空氣動力學(xué)、整車熱管理、耐久腐蝕、材料、總布置等性能。筆者認(rèn)為，在以后的相當(dāng)長一段時間內(nèi)以動態(tài)汽車密封性能研究更具前景，更需要我們進(jìn)行深入地學(xué)習(xí)和研究。

在整車開發(fā)過程中，未來如何將汽車密封性能試驗和分析變成一個標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范化的流程，縮短和國外研發(fā)技術(shù)的差距。這就需要國內(nèi)的具有研發(fā)中心的汽車公司，投入更多的人力、財力及設(shè)備。