汽车天窗排水管总成设计方法

戴磊

(安徽江淮汽车股份有限公司技术中心,安徽合肥 230022)

汽车天窗排水管总成设计方法

戴磊

(安徽江淮汽车股份有限公司技术中心,安徽合肥 230022)

论述了天窗排水管总成的作用和组成，并阐述了天窗排水管总成各组件的结构设计、布置方法、材料选择和设计确认过程。

天窗排水管总成；结构设计；布置方法

Abstract:The function and component of sunroof drain hose assembly were dissertated. Then the structure design, layout method, material choice and process of design confirm were described.

Keywords:Sunroof drain hose assembly; Structure design; Layout method

0 引言

随着现代生活品质的提高和汽车配置逐渐丰富趋势的到来，天窗作为一项既美观又实用的配置，正在越来越多的轿车中普及。作为天窗附件的一部分，排水管总成承担着排出天窗排水槽内积水的作用，在设计时需要考虑排水密封性、布置可行性、装配便利性等因素。文中基于上述考虑对排水管总成的设计方法进行研究，并阐述了在某一款新开发车型上应用的过程。

1 天窗排水管总成介绍

设计时仅考虑天窗排水管是不够的，由于天窗排水管一般路径较长，在重要位置应设置固定点，此外其两端分别与天窗出水口、车身相接，还需要考虑接口形式。这些相关的固定卡扣、接口等与天窗排水管构成了天窗排水管总成。针对现在的配件模块化趋势，天窗排水管总成应由一家供应商分装好后模块供货，不仅提高了装配效率，更可保证产品质量，是现在正在逐步发展的方向。

2 设计方法

2.1 天窗排水管布置形式

天窗排水槽内的积水，顺着排水管排向车外，最好的方案是积水从车下部排出，这就需要排水管经过车门、车窗立柱，并通向车身地板或侧围内板。

目前天窗普遍有4个出水口，左/右侧的前后出水口分别对应车身A柱和C柱，因此相应地天窗排水管布置形式为经过A柱和C柱，共有4根。

经过车门立柱的排水管又有两种形式：第一种是从钣金内穿过，即从立柱内钣金和立柱外钣金之间的空隙内穿过；第二种是从钣金外穿过，即从立柱内钣金和立柱饰板之间的空隙内穿过。早期带有天窗的车型，排水管基本上都是采用第一种形式，其优点是不用考虑排水管与周边的间隙，因为钣金内空间足够大，且没有其他零件存在，无需分析排水管对其他零件的影响。但是它的缺点也很明显，排水管在钣金内部不可见，装配时只能从一端放入排水管，从另一端抽出，比较费事，一旦出现排水管打折、卷曲等现象，将给装配带来不便；另外，排水管在钣金内无法固定，车辆运动时，排水管很可能与钣金反复碰撞产生噪声，影响乘坐舒适性。因此，这种布置形式现在已经很少应用。第二种形式广泛应用于新开发的车型中(见图1)，其优点是可视化装配，用卡扣将排水管固定，和车内线束一样，更稳定可靠。在维修便利性方面也远优于第一种形式，只需拆开立柱即可检查排水管的情况。但是设计阶段必须考虑安装间隙、水管走向的合理性等。

2.2 天窗排水管的边界条件

布置天窗排水管时，应考虑如下边界条件：车身、顶棚、线束、侧气帘、立柱饰板等[1]。

车身。天窗排水管路径较长，经过多个车身件，对于一些向内凸出的车身件，应避免干涉。既保证管路可绕过车身，又要避免管路方向不利于排水，应平衡考虑。

顶棚。与车身相同，排水管应避免与顶棚干涉。

线束。顶线束也需要从A柱、C柱处经过，因此，在布置排水管时，应避免与线束重合。

侧气帘。侧气帘作为安全件，应首先保障其功能，防止事故的发生，所以要关注排水管对它的影响。根据了解，侧气帘对周边件的要求是硬质零件间隙不小于5 mm，软质零件间隙不小于3 mm。而排水管属于软质零件，它与侧气帘的间隙应不小于3 mm，如图2所示。

立柱饰板。排水管固定好后，与之相关的最后一道工序是立柱饰板的固定，因此排水管不能与立柱饰板干涉，否则会影响立柱饰板的安装。值得一提的是，立柱饰板的安装卡扣位置与排水管必须有不小于10 mm的间隙，否则可能会导致安装时排水管损坏而漏水。比较有效的措施是在立柱饰板安装点附近设置固定点。图3所示为在A柱饰板安装孔附近的排水管固定卡扣。

2.3 天窗排水管的材料选择

目前车用水管材料多选择橡胶制品，如三元乙丙橡胶(EPDM)、丁腈橡胶(NBR)等，它们的优点是耐热性好，气密性、耐磨及耐水性等均较好。考虑到天窗排水管的使用环境和成本，材料可选择聚氯乙烯(PVC)，这也是目前天窗排水管普遍使用的材料，相对于橡胶材料，其机械强度高、耐腐蚀性好，其他性能也可以满足天窗排水的要求，另外还可根据主机厂要求制成各种外观颜色，甚至透明色。

2.4 天窗排水管的尺寸规格

确定天窗排水管的尺寸规格，需要满足两方面条件：(1)排水所需的最小尺寸要求；(2)与周边件的间隙。根据经验数据，可满足排水试验的天窗排水管内径应不小于8 mm。

排水管尺寸规格确定后，应运用液压传动学的小孔流量公式进行校核确认[2]：

(1)

式中：Q为小孔流量，m3/s；

Cq为长孔及管嘴流量系数，建议取0.82；

A0为孔口面积，m2；

ρ为流体的密度，m；

H为孔口距液面的高度，m；

g为重力加速度；

Δp为压力差，Pa；Δp=p1-p2。

有一些参数需要根据天窗确定。H是天窗排水槽的高度。排水槽内外均为大气压，所以Δp=0。

计算结果应满足天窗排水量试验的要求。

2.5 天窗排水管设计确认

基于以上各方面分析，可确认天窗排水管的结构与布置。图4是一款正在开发的车型的排水管布置，需要从两方面检查是否合理：

(1)避免管路过度弯曲。由于排水管使用的材料PVC硬度较大，为了适应排水管布置的需要，加入了增塑剂[3]，但为了控制气味，不能加入过多的增塑剂，因此排水管不能过度弯曲，否则会发生褶皱现象。根据排水管的特性规定：排水管的弯曲半径应不小于60 mm，以保证排水通畅；

(2)防止水流堆积。应保持管路法向始终沿水平向下，否则水流会堆积在管路和天窗排水槽中，发生漏水现象。可通过使用CATIA软件中的拔模分析工具检查管路和水平轴的角度来判断是否会有水流堆积现象。

2.6 其他组件的设计

2.6.1 固定卡扣

固定卡扣的形式有很多种，常用的有单管卡扣和双管卡扣，如图5所示。

单管卡扣便于安装，如果周边较大时优先选用；双管卡扣的优点是线束和排水管可以共用一个卡扣，当车内空间狭小单管卡扣不易布置时可以考虑选用。

固定卡扣的布置应注意以下两点：

(1)在立柱饰板内，两相邻卡扣的间隙不能小于200 mm，因为立柱饰板内空间较为紧凑，应保证固定效果，否则可能导致排水管与其他部件干涉；

(2)在立柱饰板安装孔和排水管拐弯处必须设置卡扣，以保证排水管的路径与设计状态符合，且不影响立柱饰板的安装。

图6是某车型卡扣布置的示意，充分体现了上述注意事项。

2.6.2 排水管护套

排水管的最下端需要穿出车身，将水排出车外，所以要在车身上开孔，但同时还需要考虑车内的密封，防止车外的灰尘进入车内。因此有必要设计安装在孔上的护套，排水管插入护套的一端即可，还可避免排水管被车身孔边缘割破。

堵塞的材料为EPDM橡胶，弹性好，安装在车身上较方便。图7为一种常用的排水管护套。

如果排水口位于车身侧面(例如翼子板内)，使用图7所示的护套，排水管需要折弯，容易引起水管的褶皱，影响排水。可使用图8所示的带转角的护套。

图7 护套图示

图8 带转角的护套图示

3 结论

详细介绍了天窗排水管总成各组件的设计思路，且已在新车型的开发过程中得到验证，具有较高的参考价值。

【1】 泛亚内饰教材编写组.汽车内饰设计概论[M].北京:人民交通出版社,2012.

【2】 北京英科宇科技开发中心.机械工程师设计手册[M].北京:化学工业出版社,2008.

【3】 温秉权.非金属材料手册[M].北京:电子工业出版社,2006.

DesignMethodofSunroofDrainHoseAssemblyofVehicles

DAI Lei

(Jianghuai Automotive Co., Ltd., Hefei Anhui 230022, China)

2014-03-31

戴磊(1982—)，本科，助理工程师，研究方向为汽车内饰设计。E-mail：cs_dl@jszx.jac.com.cn。