汽车密封性能与整车集成性能的关系研究

陈怡星

（常熟市计量测试所，江苏 常熟 215500）

0 引言

随着汽车产业的发展，汽车已经成为一种便捷的交通工具，走入了千家万户，而中国早已成为世界上最大的汽车产销国。当今汽车工业特别是电动汽车，在国内这几年里掀起了一阵阵消费浪潮，汽车工业对于我们国家GDP的贡献也是非常巨大。 随着汽车尤其是电动汽车的普及，人们对汽车性能的要求也逐渐增加，人们对汽车操控性、安全性提出了更高的要求。特别值得说明的是，汽车行驶过程中，驾驶者对所能感受到的舒适度要求更高了，这一点在很大程度上决定了一款车型是否畅销的一个关键性因素。因此，对汽车密封性能与整车集成性能的关系研究，对提高整车性能和提高汽车的驾驶舒适度有很大的帮助。

国内的各个汽车研发机构对汽车子系统开发及整车级的整体开发能力逐步提高和完善，提高子系统和整车的抗环境干扰的研发能力[1]，即提高汽车整车密封性能的研究，逐渐成为定义汽车整体性能的一项重要指标，也是汽车工业领域研究的趋势。而如今，国内极少汽车研发机构具备系统化的汽车密封性实验设备和研发能力。

1 汽车密封性测试的重要性

1.1 汽车密封性能测试

汽车的密封性，是指关闭车身车门、窗户和孔口盖时，车身的防雨水和防尘土能力。汽车密封性能是一项考察汽车整车防御外部环境因素侵入的指标。其性能优劣直接影响到整车舱内乘客舒适度和安全，以及各子系统是否工作正常。汽车密封性能越好，乘客舒适度越好，各个子系统性能不会损失，甚至可以降低整车能耗。在省油、省电方面带来一系列非常好的数据，从而在另一种程度上引起消费者的购买兴趣，提高汽车的销量。

汽车密封性涉及的路面、空气中等污染物入侵到发动机舱和底盘的关键零部件，其可以通过汽车密封性相关的实验来控制。汽车密封性能测试包括了动态的车舱以外密封性实验、飞溅实验等。汽车密封性还包括污染物和振动噪声入侵乘客舱，其可以通过静态的汽车气密性实验来控制。比如气密性实验、静态空气泄漏试验等。

1.1.1 动态的车舱外密封性能

车舱以外的汽车密封性能实验是指汽车在运动过程中，受外界环境各种污染物入侵的实验，包括涉水实验、石子路飞溅实验、泥浆路实验、雪实验、灰尘实验、冰冻实验、腐蚀路实验等[2]。其中，涉水实验出现的问题包括汽车在泥水路面行驶时，发动机进气系统进水导致发动机熄火；皮带进水打滑;发动机及变速箱通气塞进水，使缸体内部生锈;电子器件接插件进水导致电路短路;燃油系统进水等（如图1）。石子路飞溅实验出现的问题有燃油管路被破坏、制动系统失效等（如图2）。泥浆路实验出现的问题有制动系统进泥浆水使制动失效（如图3）。雪入侵的实验主要考核汽车在恶劣的暴风雪环境中行驶，汽车发动机是否正常工作等（如图4）。灰尘舱实验主要是检测汽车在恶劣的灰尘环境中，灰尘是否会进入到汽车关键的零部件内部，是否会到达乘客舱引起舱内污染等（如图5）。

图1 涉水实验图示

图3 泥浆槽

图4 环境风洞里的雪实验

图5 灰尘实验舱

1.1.2 静态的车舱内密封性能

静态的车舱内密封，是指车身结构的各连接部分，设计要求对其中间的各种间隙进行密封处理，而且在汽车零部件使用过程中这种密封关系是固定不动的，即静态密封。

评估静态的汽车车舱内密封性能，最好的手段就是进行气密性实验和超声波探漏测试。

汽车气密性实验是将车体在原始状态下，即四门、尾门、天窗、玻璃等处于关闭状态，用气密性实验设备将车体内部保持恒定的静态压力，从而测试出整车气密性泄漏量。 超声波探漏实验是将一个固定频率的发生源放置在车体内部（四门、尾门、天窗、玻璃等处于关闭状态），在车体外部，通过接收装置，测得不同频率下的超声波压强。

这两种实验方法在整车开发过程中，是最常用的气密性实验方法。汽车气密性实验，其实验数据在开发前期定位较明确，可实施性强，数据稳定性好，可比性强。超声波探漏方法在气密密封性能检测中使用相对较少，大多为快速检漏，其可操作性强，实用简便，但数据准确性相对差一些，两者各有优点，用于不同场合。

气密性实验设备国内外有很多种，量程和精度也各不同。按大小分，可以分为不可移动式和可移动式两种设备。不可移动设备中，目前最大量程的气密性设备是用于大飞机的密封性测试。最大量程可以达到2000 SCFM（SCFM=Standard Cubic Feet Minute，标准立方英尺每分钟，英制流量单位），图6为国内某知名汽车公司的气密性设备，量程为0～800 SCFM，测量误差为0.9%，最大测试压力为500 Pa。可以移动设备相对体积较小，精度差一点，多为2%，流量量程大多为0～450 SCFM，压力大多为0～250 Pa。

图6 气密性实验台架

不可移动设备和可移动设备各有优劣，不可移动设备流量和压力量程较大，精度高，可以做较细致的气密性实验，缺点是不可以移动，不能实现在工厂车间内部抽检使用。移动式气密性设备，流量和压力量程较小，适合于基本的气密性实验测试，适用于车间内部抽检，方便灵活，但不适合精细气密性实验研究。两者各有优缺点，适用于不同场合。

1.2 汽车密封性能测试的重要性

客户在驾驶使用汽车过程中，会受到各种恶劣环境因素影响，比如，风噪、路噪、发动机噪声、内外饰零部件运动干涉噪声等侵入，空调系统性能下降、漏水、灰尘、有害尾气侵入、风雪、暴风雨等。这些环境因素均会影响驾驶者和乘客的驾驶体验，轻则影响人们的舒适度，重则甚至会威胁到乘客生命安全。

2 汽车气密性性能与整车性能的关系

汽车整车性能是指汽车能适应各种使用条件、满足顾客使用需求及社会环境需求的能力。对整车性能的管控，是指在汽车开发过程中，通过性能集成的思路和方法对整车相关性能的管控。而整车密封性能中最重要的一项性能指标为汽车气密性性能，气密性性能是可以让驾驶者直接可以感知到的整车的舒适性。

2.1 汽车气密性分析方法

影响汽车气密性的因素有设计缺陷、零部件质量波动及生产工艺波动。图7所示为在汽车开发过程中影响气密性各因素所占的比例，气密性分析可以从这三大模块展开。设计阶段要多关注明显的尺寸误差、焊接边的”老鼠洞”、工艺孔处理、车身胶、油漆胶路径和尺寸等。零部件质量波动主要集中在供应商的零件质量波动，需要严格控制零部件缺陷的产生。生产工艺波动方面需加强对生产车间操作人员的工艺培训，以及客观的环境因素控制，来保证工艺波动在可控的范围内。只有通过各种方法各种手段，对这3种因素进行有效控制，才可以更好地进行整车的气密性因素控制[3]。

图7 气密性因素控制

以上列出的三大因素是可控制的，从以上三方面的控制，可以将整车气密性保持在一个很小的波动范围内，趋于稳定并达到设计目标。

2.2 汽车气密性性能与环境污染物入侵

环境污染物包括灰尘、汽车尾气CO有害气体、雨水等。气密性检测可以分区域进行不同气密性等级控制[4]。比较重要的区域为四门、前舱防火墙位置和车顶。可以对这些区域制定相对严格的气密性泄漏要求，以保证污染物侵入量相对较少。我国汽车行业标准QC/T 646.1—2000规定，对M类车型应该满足粉尘洞的试验要求。图8是整车灰尘试验后，后门密封条处的灰尘残留图，主要是因为后门密封条密封性能差，导致了灰尘入侵车体。

图8 灰尘试验结果

2.3 汽车气密性性能与NVH

汽车噪声曾以发动机噪声、传动系噪声和轮胎噪声等占主要地位，随着上述噪声得到有效控制及车速的不断提高，气动噪声已成为当前高速车辆的主要噪声源之一，并明显地影响到车内的噪声值[5]。气动噪声是由气流直接产生的振幅和频率杂乱、统计上无规则的声音[6]。气动噪声产生的最重要原因就是发动机的气密性性能。气密性性能在改善NVH的因素中占有很重要的部分，气密性越好的车，其NVH性能越优秀。气密性的提高可以大大改善NVH的性能，提高乘客乘车的舒适度[7]。

2.4 汽车气密性与空调系统

车内空调温度的变化是通过汽车压缩机制冷制热系统工作载荷的变化而实现的，也是以消耗发动机载荷实现的，空调系统是必须要消耗燃料的一个系统。汽车气密性的优劣直接决定汽车内部和外部的气流交换速率。气密性好的车，车体内外气体对流较少，空调产生的车内环境温度损失较少，空调系统工作负载增加少，从而达到了节省燃料的目的。反之，则能耗增加。气密性性能与汽车的能耗息息相关，在当今节能减排的大时代，汽车气密性研究显得尤为迫切。

3 结语

汽车密封性能包括汽车在动态和静态两种状态下所具有的抵御环境污染物入侵的能力。其性能控制从各个子部件到整车级别, 会影响到整车安全、NVH、空气动力学、整车热管理、耐久腐蚀、材料、总布置等性能。笔者认为，在以后的相当长一段时间内以动态汽车密封性能研究更具前景，更需要我们进行深入地学习和研究。

在整车开发过程中，未来如何将汽车密封性能试验和分析变成一个标准的规范化的流程，缩短和国外研发技术的差距。这就需要国内的具有研发中心的汽车公司，投入更多的人力、财力及设备。