重型卡车驾驶室冬季防渗水研究

岳冬冬，吕文帅，张 雷

（陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，陕西 西安 710220）

引言

在我国新疆、黑龙江等北方地区，冬季积雪不化，平均气温处于−20 ℃以下，导致这些地区冬季寒冷且湿度大。车辆在此区域运行一段时间后，存在驾驶室顶盖滴水现象。驾驶室内部积水易造成电路短路、内饰腐蚀发霉等问题，对车辆安全运行及乘员身体健康造成极大的隐患，因此对顶盖内部积水原因进行分析并研究规避措施。

1 驾驶室顶盖内部水源分析

重型卡车驾驶室顶盖一般由蒙皮和骨架组成，蒙皮一般为由钢板冲压成型后分块点焊，开有安装其他零部件的安装过孔，骨架与顶盖蒙皮点焊或者胶粘，由此，驾驶室顶盖内部存在积水来源为两种情况，一是驾驶室顶盖外部水源渗入，主要由顶盖处安装孔、顶盖外漏焊缝及玻璃胶粘止口等密封不严，导致外部水分渗入顶盖内侧；另一部分是驾驶室内湿空气遇冷产生冷凝水，在驾驶室顶盖内表面形成积水。

2 驾驶室顶盖外部水源及规避分析

2.1 驾驶室顶盖外部水源进入途径及表现

经分析，经分析驾驶室顶盖存在漏水的风险共5处，分别为气喇叭安装点区域、天线安装点区域、遮阳罩安装点区域、前下视镜安装点区域以及外漏焊缝区域。针对以上区域的密封措施进行排查，并分析了可能的失效原因及漏水表现，见表1。

表1 漏水区域密封措施及失效表现

随机抽选车辆，拆掉高架箱和顶衬等零部件，强化淋雨试验，淋雨压力（150±10） kPa；淋雨强度（22～26） mm/min，淋雨时间30 min，从第5分钟开始每5分钟逐项检查各区域是否存在漏水点及漏水表现，按照QC/T 476—2007《客车防雨密封性限值及试验方法》要求记录顶盖区域漏水情况并评分，经确认，驾驶室各风险区域无渗、慢滴及滴等漏水情况，驾驶室密封性良好，见表2。

图1 顶盖漏水风险区域示意

表2 顶盖漏水风险区域检查结果

2.2 外部水源进入途径密封措施优化

对各处安装点进行排查并持续优化，制定以下措施：

（1）优化密封结构。气喇叭及遮阳罩密封垫优化，由单道密封结构改为双道密封；下视镜护壳优化导水孔、槽布置位置，及时将积水排出；其他安装点抬高安装面，避免周边存水。

（2）优化装配工艺。各安装点除涂抹硅酮密封胶外，要求各装配螺栓涂抹厌氧密封胶，规避密封胶老化导致的漏水问题。

3 驾驶室顶盖内部冷凝水及规避分析

3.1 凝结水形成的机理

大气是由干空气和一定量的水蒸气混合而成的，一般称为湿空气，空气的温度越高，能够包含的水蒸气量越大，空气的温度越低，能够包含的水蒸气含量越小，因此，在含湿量不变的情况下，温度降低，湿空气达到饱和状态，进而将湿空气中的多余水蒸气析出凝结成水滴，此过程也称为结露，湿空气达到饱和时的温度称为露点温度。因此，湿空气碰到的介质温度低于其露点温度，则析出冷凝水。

3.2 冬季低温高湿地区驾驶室顶盖内冷凝水成因

北方地区冬季一般为当年12月份到次年2月份，典型特征为气温低湿度大，以新疆乌鲁木齐为例，当年12月份平均气温为−12 ℃，次年1月气温为−25 ℃，次年2月份平均气温为−20 ℃，积雪覆盖约175天，冬季室外相对湿度为77.5%。

冬季驾驶室采暖模式为再循环模式，外部新鲜空气与驾驶室内部空气混合后，经过暖风芯体进行加热，再次吹向驾驶室内部，在保证供暖的同时，提供乘员所需的新风量[1]。

经数据分析，冬季重型卡车暖风常用风挡为2挡，驾驶室内部舒适温度为18 ℃。

驾驶室内部温度为18 ℃～20 ℃时，不同湿度的露点温度见表3，由于室外的温度远远低于驾驶室内部的露点温度，当驾驶室内的温度与驾驶室钣金直接接触时，有冷凝水析出。

表3 环境温度、相对湿度和露点对照表

3.3 空调冷凝水量计算

驾驶室内部的空气的含湿量，一部分是新风湿负荷，另一部分是驾驶室内部人员散湿。

对于第一部分，即由新风湿负荷形成的冷凝水，其由新风温度湿度、驾驶室内空气温度湿度及空气循环量等因素确定[2]。以新风渗透混合循环为例求凝结水的水量：室外空气状态用W表示（在此循环中即代表渗透新风），其含湿量为dW；室内空气状态用N表示（在此循环中即代表室内回风），其含湿量为dN。其计算公式可以采用式（1）：

式中：W1为冷凝水流量，kg/h；

υ为风量，取300 m3/h；

ρ为空气密度，kg/m3，取1.2 kg/m3；

dH混合为新汇风混合含湿量，为新回风混合空气的含湿量，新风比×dW+回风比×dN，g／kg；

dW为室外空气含湿量，g/kg；

dN为室内空气含湿量，g/kg。

按环境温度为−20 ℃，相对湿度77.5%，驾驶室内温度18 ℃，相对湿度55%。经查，dW为0.33 g/kg，dN为7.8 g/kg，新风占比20%，则：

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

对于另一部分，即人员散湿形成的冷凝水，可采用式（2）进行计算：

式中：

W2为冷凝水流量，kg/h；

∅为群集系数；

ni为i时刻区域人数；

g为成年男子散湿量。

取集群系数∅=0.9，司机按中等劳动强度，取g=175 g/h。

以上两部分之和，就是在特定条件下湿空气中可产生的冷凝水量。

综上，单位小时内驾驶室可产生的冷凝水量约为2.6 kg，即使在顶盖产生的冷凝水占总产生冷凝水量的一半，那么冷凝水也会很明显地表现出来。

3.4 驾驶室内部冷凝水规避措施研究

根据冷凝水成因，规避冷凝水生成，可以通过降低驾驶室含湿量，减少冷凝水总量或提升驾驶室内表面温度至露点以上，规避冷凝水生成两方面进行，若降低驾驶室内含湿量，驾驶室内部比较干燥，舒适性差，且外部环境温度和湿度均不可控，则可行的措施为通过保温提升驾驶室内表面温度至露点温度以上，避免冷凝水析出。

经查，空气的导热系数较小，不流动的空气保温性能相当好，利用空气这一特性进行保温，效果好，成本低。可通过空腔或者覆盖闭孔发泡保温材料等措施实现驾驶室保温，采用数值模拟方法研究了极端条件下空腔保温性能及保温材料保温性能。

内表面温度、空气流速及外表面温度、空气流速均取极限值，结构简化进行分析，见图2。

图2 分析图

驾驶室顶盖由顶盖外板由天窗安装骨架、横向和纵向加强梁组成，因此顶盖处空腔由以上部件构成，空间主要考量钣金外表面与钣金内表面间隙。

取空气热导率0.026 03 W/m·k，钣金材料热导率43.6 W/ m·k，分析结果见表4。

表4 钣金间隙对内表面温度影响

保温材料覆盖在驾驶室内部，考虑覆盖成本及工艺可行性，选用某保温材料，其热导率0.025 W/m·k，闭孔率99.5%，主要考量覆盖在钣金外板上保温层厚度，分析结果见表5。

表5 保温层厚度对内表面温度影响

可知，在极限温度情况下，钣金间隙大于6 mm，则顶盖内部不产生冷凝水；若保温层厚度大于7.5 mm，则顶盖内部不会产生冷凝水。

综上，在实际应用过程中，规避驾驶室内部冷凝水，可通过结构设计时，钣金内外板间隙不小于10 mm，若结构设计无法保证最小间隙的，可由覆盖保温材料厚度补齐；只有单层钣金的部分则完全由保温层覆盖，保温层厚度不小于10 mm，以保证驾驶室内部表面温度[3]。

4 结论

（1）驾驶室顶盖内部积水若是因密封不严导致，可通过强化淋雨试验进行确认，并通过优化密封结构，涂抹密封胶进行改进。

（2）驾驶室冷凝水产生的量较大，在高寒高湿区域，随 着用车时间加长，顶盖冷凝水膜逐渐积累、变厚，随车辆颠簸，汇聚成水滴，并顺顶盖流下，驾驶室内部冷凝水，可通过结构优化和覆盖保温层，提升驾驶室内表面温度。