汽车车门密封系统设计研究

刘猛王津

摘要：在汽车车门设计的过程中，车门的密封系统是非常重要的组成部分，其对整车密封性及车门启闭的轻便性有着重要的影响。文章对车门密封系统的设计要求进行分析，介绍了车门密封条材料的选择，车门密封系统结构设计考虑因素。并对密封系统结构断面进行CAE分析及结构优化。为后续研发人员开发车门密封系统提供了一定的帮助。

关键词：车门密封系统；结构设计；CAE分析

引言

汽车的封条能够让汽车的结构更加紧密，这是一种使用大量橡胶的部位，封条作用在门窗以及前后盖之间部位之中，主要功能是为了减震和隔音，有时也会起到密封的作用。在密封封条的作用下，汽车的舒适性和安全性得到了提升，一辆汽车中所使用的密封条大约需要20公斤左右，基于此，本文对汽车车门密封条系统的设计进行分析和研究。

1车门密封系统设计要求

根据车门密封系统的布置位置和使用工况，车门密封系统主要用于密封车门与车身侧围之间的间隙。具有密封、防尘、隔音、减振及装饰等功能。同时密封系统需要满足车门能够正常开关并为车门提供必要的保持力。车门密封系统的设计首先需要满足法规要求。其中包含禁用物质要求，整车及部件级有机物散发（VOC）要求，气味要求及阻燃要求等。车门密封系统的设计同时需要满足其功能要求。能够良好的实现整车防雨，防风，防尘，降噪等各项性能目标，同时满足NVH要求。

2密封条材料

首先，汽车的玻璃导槽，需要在汽车的玻璃四周以及钣金的接触面上进行安置，材料为EPDM和TPE。其次，内水切。主要位置是门内部和玻璃的接触面，主要使用的材料是EPDM；外水切，位置为门外板和玻璃的接触面，主要材料是EPDM。最后，门密封条，位置为门钣金周边以及车身的接触带，材料是EPDM；门槛条，位置为车门以及门槛的密封处，材料为EPDM。汽车密封条经常使用到的橡胶材料为三元乙丙橡胶，简称为EPDM，还有热塑性弹性体，简称为TPE。三元乙丙橡胶在汽车密封材料中使用比较广泛，这种材料一般是由乙烯、丙烯单体以及一些二烯径混合而成的。因此物理特性为耐热、对臭氧也有承受力、耐紫外线性强，并且在压缩以及永久变形方面有一定的特殊性。这成为生产密封条的最主要材料。热塑性弹性体，具有塑料和橡胶的双重特点，也节省了硫化的工序，这样，在断面控制上会体现更加精确的特点。此种材料在性能上具有加工便捷的特点，在条件允许的情况下，还能够回收利用，没有太高的污染和消耗。

3结构设计

3.1车门密封条

车门一般包括三道密封条设计：门密封条、门框密封条、辅助密封条。门密封条和门框密封条为车门主要密封结构，用来阻挡噪声、水及灰尘进入驾驶室，一般车辆均设计有门密封条及门框密封条；辅助密封条又称为第三道密封条，可进一步对车门密封性能进行优化，提升车内声品质，主要包含门缝密封条、车门下部密封条等，可依据车辆设计理念进行选择性设计。车门密封条属于动态密封结构，车辆行驶过程中，车门与车身由于自身刚度、模态等参数不同，在外部激励下产生不同的位移及变形，导致两者之间产生不断变化的间隙，当间隙值大于密封条压缩量时，便会造成密封失效，产生泄漏噪声。此外，车门与车身形成的外部缝隙空腔在高速气流作用下，也会产生空腔共鸣噪声。密封条泄漏噪声主要通过消除泄漏缝隙来控制，需确保以下两方面工作：一是车门与车身设计间隙应控制在适当的范围，在高速行驶状态下保证密封条密封效果；再者，密封条选材、截面设计及压缩载荷设计应满足动态密封要求。空腔共鸣噪声可通过识别噪声产生部位，添加辅助密封条来进行控制消除。

3.2门框密封条

门框密封条安装在车身侧围止口上，密封形式大体有三种：双泡管密封，单泡管密封，无泡管密封。其中单泡管密封最常见。门框密封条由硬质的夹持部分镶嵌在车身侧围止口上，这种密封条能掩盖钣金翻遍的切边和焊点。车门关闭时，车门内板压迫门框密封条的泡管变形，泡管弹性变形后的回复能力良好，门框密封条泡管变形后对车门起到密封作用。

3.3车门内板孔洞密封

由于玻璃呢槽与外水切搭接间隙、车门排水孔、门把手无法做到完全密封，气流总会进入内外板之间空腔内，进而通过内板及内饰板缝隙连通车内外，因此车门内板的密封非常重要。车门内板通常会设计面积较大的减重孔以及一些定位孔、漏液孔等，一般采用粘贴PVC防水膜的方式进行密封，车门线束在防水膜上穿孔通过。该结构可以实现必要的防水效果，但密封隔声效果较差，可以通过在防水膜表面粘贴隔声材料，线束与防水膜交接处设计密封圈等措施进行改善。为了达到更好的密封隔声效果，一些欧系车型采用了一种新型内板密封方式——模块化结构，该结构以塑料板或铝板代替防水膜，配合密封条粘接或铆接于内板钣金上，线束及电器件与模块化板件结合处设计密封胶套，形成良好的一体化密封隔声结构设计。与防水膜设计相比，模块化结构密封隔声效果得到了很大提升，但成本及工艺要求相对较高。

4车门密封系统断面设计

4.1车门密封条压缩变形特性设计

车门在关闭过程中，密封条受到压缩产生变形时对挤压面的反力作用等于其压缩负荷。车门密封条变形量与压缩负荷的关系称之为压缩变形特性，它与密封结构的可靠性和车门关闭力关系密切，是车门密封条最基本特性，是密封系统设计的重点研究内容。车门关闭时，气流所引起的气压阻力和密封条的反力是影响轿车关闭力的主要因素，两者消耗的能量基本是车门的关闭能量，其中密封条的作用比重可达30%~50%；而车门的重力、限位器、铰链、门锁的作用可以相互抵消。车身设计时，可以参考市场同类型的产品，预设车门密封条压缩变形特性曲线的规格区间，再通过计算分析和综合验证，最终确定压缩变形特性规格。

4.2车门密封系统边界环境的确定

设计密封系统结构断面时，需要确定密封条与周边环境的关系。设计过程中既要考虑反作用力，又要考虑密封性能。下面以某车型的车门上框位置密封结构断面为例，介绍确定车门密封系统边界环境需要考虑的因素。车门密封结构断面。根据车门密封系统周边环境影响因素及参照市场同类产品。可以输出初版的车门密封系统断面。进一步利用CAE分析优化密封系统断面。

4.3密封截面设定，对密封条进行CAE分析

根据密封截面各尺寸的设定，对密封条进行CAE分析，其内容主要针对以下过程：a.关门过程中，密封条的状态变化及应力分布；b.关门过程中，密封条的反作用力变动范围；c.关门后，密封条对钣金的密封面积，或称为压覆面积。

4.4根据模拟结果，调整各处密封截面结构

a.压覆面积是否满足密封要求；b.密封条反作用力所消耗的能量是否小于或等于预分配值。如不满足，优先调整密封截面形状，使之兼顾密封条压覆面积和反作用力的要求；如仍无法解决问题，则可以适当调整密封条压缩特性曲线。

结语

综上所述，EPDM是车门密封条首选材料。车门密封系统，要与车门结构相匹配。设计车门密封系统时要从车门密封条的布置形式，安装结构选择方面进行规划。定义密封系统断面时，要充分考虑密封条与周边环境的关系。车门密封条压缩变形特性是密封系统设计的重点研究内容，在CAE分析中可通过三个重要的压缩测试位置的分析值与设计值进行对比及判定。

参考文献

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[2]杨琳.汽车车门系统相关的研究.车辆工程2008.

[3]蒋明明.乘用车车门密封条结构的优化研究.安徽理工大学.2017.