基于水管理的前风窗下装饰板系统设计研究

汪育全+刘德满+饶阳

摘 要：本文阐述了前风窗下装饰板系統水管理的概念，指出了前风窗下装饰板系统雨水管理不当可能导致的问题。详细分析了雨水流入流出的路径，通过分类对水管理的方法进行了详细的分析说明，也对前风窗下装饰板系统水管理的结构设计进行了详细的介绍和对比。对于合理设计前风窗下装饰板系统导水、排水提供了详细的结构优化方案和设计指导。

关键词：前风窗下装饰板系统；水管理；导水；排水

中图分类号：U463.85 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2017）03-0090-05

The Water Management Design Research Of Cowl Top

WANG Yu-quan； LIU De-man； Rao yang

（Dongfeng Motor Corporation Technical Center， Wuhan430058， China）

Abstract： This article expound the Water Management concept of cowl top， and piont out the problems which produced because of the water misgovern of cowl top system. The paper analyzes the way of rainwater inflow and outflow， and analyzes the methods of water management in detail. It also introduces and contrasts the design of water management of cowl top in detail. It provides a more detailed structure optimization and design guidance for the rational design of cowl top， such as water conduction， retaining and drainage.

Key Words： Cowl Top； Water Management； Water Diversion； Drain Away Water

前 言

乘用车前风窗下装饰板系统位于前风挡玻璃与发动机罩之间，通常由一系列的黑色塑料件组成，是重要的外观件，对造型美观以及用户感知均有着重要的意义。同时其更是重要的功能件，起着空调外循环进气、发动机罩后部密封、前风窗玻璃雨水的导水排水的作用。本文主要对前风窗下装饰板系统水管理原理、水流路径的分类和结构设计优化进行论述。

1 概述

1.1 前风窗下装饰板系统结构特点

前风窗下装饰板系统包含发动机罩系统、前风挡玻璃、雨刮系统、翼子板、前围钣金、线束水管等环境件，如图1所示。前风窗下装饰板系统一般有多个塑料件组成，共同达成其功能要求，如图2所示。前风窗下装饰板系统所处环境复杂，需与多系统进行配合，同时其自身系统零件众多，结构复杂。

1.2 前风窗下装饰板系统水管理概述

前风窗下装饰板系统水管理，即将雨水通过合理的结构布置，有序地排出车外，并且不影响空调外循环进气、不影响雨刮电机、不影响传动系统、不影响电子电器元件等。同时在正常的雨水环境、车辆位置等条件下，前风窗下装饰板系统仍能做到不积水、不渗水；雨水仍可按照设计的线路排出车外。

2 水管理原理

2.1 水流来向

前风挡前装饰板的水流主要来源于下雨天前风挡玻璃流下的水，而根据车辆位置状态和雨水大小，其水流量大小及速度均有所不同；另一水流来源为车辆洗车时，水枪不规则的洗刷流入到风窗下装饰板的雨水。其中，前者下雨天雨水一般特点为持续时间长、强度小；而后者洗车模式的特点一般为时间短、强度大。

2.2 水流去向

雨水流到风窗下装饰板上后，可能进入雨水的途径从上往下分析有：①前风窗下装饰板系统与翼子板或A柱的缝隙，②前风窗下装饰板系统与玻璃匹配的缝隙，③前风窗下装饰板系统排水孔，④前风窗下装饰板系统雨刮轴开孔，⑤前风窗下装饰板系统空调进气孔，⑥前风窗下装饰板系统与前围钣金匹配间隙，⑦线束管道与前风窗下装饰板之间的缝隙。如图3所示，为以上七种路径示意图。针对以上七种水流去向可按照水流下一步去向进行分类。①⑥⑦可归类为前风窗下装饰板系统的机舱防水，②③⑤可归类为前风窗下装饰板系统防止雨水进入空调系统，②③④可归类为前风窗下装饰板系统防止雨水进入雨刮电机。以上水流路径均需进行合理的管控，然后需将水流引到前围流水槽，最终通过前围流水槽排水孔排出车外。

3 水管理结构设计

3.1 导水结构设计

3.1.1 防止雨水进入机舱的设计

前文已经讲到，进入机舱雨水的通道主要有①⑥⑦，因此就①⑥⑦进水途径进行优化设计，使雨水流向可控。

前风窗下装饰板系统与翼子板或A柱装配完成后产生缝隙，此位置缝隙为多零件之间的装配间隙，因此无法完全消除，但可对水流路径进行优化。如图4所示，原方案前风窗下装饰板系统、翼子板、前风挡玻璃之间存在漏洞，优化后此漏洞可减小，使原本流向铰链加强板的雨水均流向了前风窗下装饰板系统排水孔。

风窗下装饰板系统前部安装在前围上盖板上，与前围上盖板之间存在装配间隙，雨水顺着前风窗下装饰板背面特征，可能流入到前风窗下装饰板系统与前围钣金之间，造成雨水进入机舱。如图5所示，原方案前风窗下装饰板系统密封条位置设计不合理，造成雨水通过安装卡扣进入机舱，同时雨水易堆积在前风窗下装饰板系统与前围上盖板之间的缝隙中，长时间易造成密封条腐蚀；优化后的方案，密封条在安装卡扣之后，可有效阻绝雨水进入固定卡扣区域，同时雨水不易堆积，可及时排入前围流水槽后再排出车外。

部分车型雨刮电机线束、洗滌液喷水管等布置在前风窗下装饰板系统与前围钣金之间，雨水易顺着线束或者水管进入机舱。如图6所示，线束正上方为进气孔，雨水易从进气孔滴入到雨刮线束上，而雨刮线束位置前风窗下装饰板系统密封条不能完全密封，且雨刮线束机舱段高度较低，易形成导水线，雨水直接顺着线束流入到机舱；优化后的方案，在线束及水管正上方取消进气孔，可降低线束和水管上滴入雨水的风险；同时线束机舱段位置较高，角度θ为15°，雨水受重力影响，将在线束最低点落下，返回至前围流水槽，机舱进水风险将大大的减小。

3.1.2 防止雨水进入空调系统的设计

前文2.2节讲到②③⑤可归类为前风窗下装饰板系统防止雨水进入空调系统，可对此路径水流进行优化，防止雨水进入空调系统。

前风窗下装饰板系统与前风挡玻璃匹配为重要的外观特征，此位置处理方案较多，如图7所示，如此位置密封不严，容易造成雨水从该缝隙直接渗入到空调进气口。图7中，方案一和方案二因前风窗下装饰板与玻璃匹配可能存在缝隙导致雨水雨水流向不可控，而方案三和方案四密封因均有软胶进行干涉配合，可降低缝隙产生的可能性，因此可降低雨水不可控的风险。如前风窗下装饰板系统与前风挡玻璃缝隙之间有雨水进入，且雨水正对着空调进气口或者雨刮电机，可在前风窗下装饰板系统底部增加导水板，导水板焊接固定在前风窗下装饰板本体上，可将空调进气口或者雨刮电机上方雨水向两侧导出，如图8所示：

前风窗下装饰板系统排水孔为水流主要排出路径，合理设计排水孔大小、数量、位置可有效降低空调进气口进水的风险。如图9所示，优化前方案，排水孔设计正对着空调进气口，空调开启外循环时雨水直接被吸入鼓风机；优化后的方案为排水孔设计在前风窗下装饰板系统两侧避开空调进气口。此优化方案同样适用于雨刮电机防水。

前风窗下装饰板系统空调进气孔布置应尽量避开空调进气口，这样可从布置上避免从进气孔进入的水被吸入鼓风机系统，如图9所示；而当进气孔受布置限制，进气孔必须布置在空调进气口正上方时，可在前风窗下装饰板系统底部增加空调进气口挡水板，挡水板焊接固定于风窗下装饰板本体背部，空气可从挡水板左右及下方进气空调系统，而雨水则被挡水板隔绝，如图10所示：

3.1.3 防止雨水进入雨刮电机的设计

前文2.2节讲到②③④可归类为前风窗下装饰板系统防止雨水进入雨刮电机，可此路径水流进行优化，防止雨水流入到雨刮电机。其中路径②③分别在3.1.2章节中提到。

前风窗下装饰板系统雨刮轴位置开孔，雨水易通过此开孔顺着雨刮轴流到雨刮电机上，对雨刮电机损害较大。针对前风窗下装饰而言，其优化方案如图11所示。其中方案一和方案二，前风窗下装饰板系统增加凸台或者翻边，可抵挡一部分雨水，但对于暴雨或者洗车冲洗情况仍会有雨水进入；方案三，在风窗下装饰板底部翻边上增加排水缺口，翻边其他位置与雨刮轴上装配的胶垫贴合，即可管理进入雨刮轴后雨水的流出路径。

3.2 排水结构设计

3.2.1 排水通道设计

雨水最终排出车外有两种途径：一是通过前围流水槽两侧排水孔排出，二是通过翼子板轮罩外部排出，因此可根据此路径设计前风窗下装饰板系统的导水通道。如图12所示为通过前围流水槽两侧排水口的水流通道。水流可从前风窗下装饰板排水孔先排到前围流水槽底部，也可在前风窗下装饰板底部增加专门的排水管，将雨水直接排出到前围流水槽排水口。图13为通过翼子板轮罩外部排水口的水流通道。

3.2.2 排水孔布置与设计

前风窗下装饰板系统上雨水主要流出路径为通过排水孔排出，因此合理设计排水孔大小、形状，位置、数量对水管理至关重要。排水孔需满足大小合适、形状统一、多处分布、总面积满足极限工况下不积水的原则。

4 总结

本文通过对前风窗下装饰板系统水流通道的梳理与归类，总结了水管理的结构优化方法和设计选型，为后续设计者提供导水结构的细节设计思路，同时也提供了排水结构设计的思路。

参考文献：

[1]徐勇， 邹开贺， 申作利； 乘用车空调进气格栅的结构设计研究[J]；上海汽车； 2013年08期.

[2]金忠恩， 豆忠颖， 周宏伟等； 汽车前风窗下装饰板两侧盖板的精细化设计[J]； 现代零部件； 2012年12期.

[3]邓本波， 鲁后国， 许红霞等； 汽车前围上盖板流水槽结构设计[J]；农业装备与车辆工程； 2013年12期.

[4]孟祥军， 钱锐， 周滋锋等； 空调进风口前端水管理及相应进风阻力关系[J]； 汽车工程师； 2014年第8期.

[5]王华山.塑料注塑技术与实例[M].北京： 化学工业出版社， 2006.