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【摘 要】文章结合汽车侧门漏液孔实际漏液情况和流体力学中孔口出流的相关理论公式，提出了一种汽车漏液孔排液时间的数学模型和计算方法。通过试验，验证了该方法具有较高的精度，并基于EXCEL软件，开发了一个计算工具；运用该方法优化了公司某车型的侧门漏液孔尺寸，使漏液孔尺寸既满足涂装对排液时间的要求，又满足NVH对漏液孔尺寸做到最小的要求。
【关键词】汽车侧门；漏液孔；排液时间计算；优化设计
【中图分类号】U463.83 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）07-0058-03
0 前言
整车气密性是NVH性能中重要的组成部分，其主要影响车内风噪，公司某车型自上市以来，售后反馈车内噪声高，特别是在高速行驶时风噪大，要求对此问题进行改进。作为改进中的一项，NVH要求对侧门的漏液孔进行优化，尺寸改到最小（等效于漏液孔面积最小），以增强整车的气密性。目前，公司对侧门漏液孔的尺寸设计主要来自对标车型和以往经验，并无准确的计算设计方法。
汽车侧门漏液孔主要有2个功能：一是在白车身过涂装时，排尽残留在白车门腔体内的涂装槽液，防止不同槽液混合，影响涂装上漆质量；二是在用户使用过程中，排尽因下雨等因素残留在车门腔体内得水。通过整车淋雨试验发现，因外水切、玻璃导槽密封条等零件的密封作用，以及下雨进入车门腔体内的水量相比涂装槽液要少得多，所以只要满足涂装的排液要求，用户用车的排水要求就没有问题。因此，NVH要求的优化目标等效为将漏液孔尺寸改小到正好满足涂装车间的排液要求。
要想知道漏液孔的尺寸是否满足涂装车间的排液要求，就必须知道白车门腔体内残留涂装液的排尽时间。在涂装车间，白车门实际的出槽过程分为2段：先以一定角度倾斜向上前进一段距离，再沿水平方向前进一段距离，这2段的涂装液排放方式不一样，公司各涂装生产线结构相似，线速变化不大，为简化计算，涂装车间做试验发现当白车门水平放置时，残留涂装液在35 s内排尽时，即可满足生产线的工艺要求。
根据白车门的实际结构，内外板上可用于排涂装液的孔包括各种总装安装过孔、升降器安装孔、扬声器安装孔、外饰裙板卡扣安装孔、密封胶条卡扣安装孔、铰链螺栓安装孔、限位器安装孔等，根据实际生产过程发现，类似升降器安装过孔、扬声器安装孔等大孔，对涂装液排尽时间影响很小，在白车门未完全出槽时，液面即下降到这些孔下边缘处，所以需要计算排尽时间的残留液体体积（即这些大孔以下的腔体区域）。以公司某车型为例，图1中的2条线之间的体积即为残留液体体积。
综上所述，在设计上，漏液孔尺寸的优化方法为先找到一个涂装液排尽时间的计算方法，再根据该方法得出一个漏液孔的面积，使涂装液排尽时间为35 s，最后根据得出的漏液孔面积，结合白车门结构需要，得出漏液孔的数量和长宽尺寸。
1 残留涂装液排尽时间计算的数学模型建立和计算方法
如图2所示，根据流体力学相关理论，孔口出流一般分为以下几类：①若d/H>0.1，为大孔口出流；若d/H≤0.1，为小孔口出流。②若δ/d≤3，为薄壁孔口出流；若δ/d>3，为厚壁孔口出流。③若水头液面在出流过程中恒定不变，为恒定出流；若水头液面在出流过程中随之下降，为非恒定出流。④若液体直接流入空气中，为自由出流；若液体流入下游液体中，为淹没出流。
图1所示为某车型白车门的残留涂装液区域，该处内外板上的孔主要有扬声器安装孔、内饰封板卡扣安装孔、线束卡扣安装孔、密封胶条卡扣安装孔、防水薄膜排水孔、緩冲胶塞安装孔、漏液孔，这些孔的尺寸d最大一般不超过15 mm；内外板厚度一般不超过1 mm（激光拼焊钣最厚处一般也不超过1.4 mm）；白车门在涂装车间出槽时，残留槽液高度在150 mm左右，且槽液直接流入空气中，液面随着液体流出而降低，根据孔口出流的分类，白车门腔体槽液的流出，应属于薄壁小孔口非恒定自由出流。根据流体力学相关理论，薄壁小孔口非恒定自由出流的时间计算公式如下：
根据前文建立的数学模型，计算出前门液体排尽时间t=23.47 s。
同理，后门残留液体体积区域共有扬声器安装孔1个、主定位孔1个、线束卡扣安装孔2个、内饰封板卡扣安装孔4个、防水膜漏水孔2个、胶条卡扣安装孔8个、缓冲胶塞安装孔1个、漏液孔3个。共划分为10个体积V，对应的体积（单位为m3）如下：V1=0.001 011 01、V2=0.001 160 25、V3=0.000 992 56、V4=0.001 147 13、V5=0.000 786 62、V6=0.001 873 39、V7=0.001 561 94、V8=0.001 323 73、V9=0.001 521 82、V10=0.000 958 45。
每个体积V对应的液面高度H值（单位为m）如下：H1=0.013 726 9、H2=0.029 913 6、H3=0.043 859、H4=0.059 883 4、H5=0.070 843 8、H6=0.096 859、H7=0.118 275、H8=0.137 205 1、H9=0.162 640 8、H10=0.205 439；同一液面高度上，对应各孔面积之和A（单位为m2）如下：A1=0.000 428 19、A2=0.000 042 46、A3=0.000 567 6、A4=0.000 309 4、A5=0.000 095 25、A6=0.000 113 51、A7=0.000 021 24、A8=0.000 021 22、A9=0.000 163 52、A10=0.000 420 76。根据前文建立的数学模型，计算出后门的液体排尽时间t=22.07 s。
3 某车型漏液孔尺寸优化
根据前文计算结果，结合涂装车间槽液排尽时间需小于35 s的要求，前后门漏液孔尺寸都具有优化减小的空间。在残留涂装液区域，白车门上的孔，除漏液孔外，均为有装配要求的功能孔，其尺寸不可更改，故尺寸能优化的孔只有漏液孔。
按前文的计算方法，用试探法发现，当减少一个漏液孔时（优化前共有3个方形漏液孔，单个漏液孔面积为244 mm2），前门槽液排尽时间增加到31.29 s，后门槽液排尽时间增加到29.27 s，已满足涂装车间的要求，而且此时零件的改动量最小、成本最低、时间最短。
4 理论液体排尽时间与实际试验液体排尽时间对比
将实物白车门的残留槽液体积切割下来，水平放置，用涂装前处理液快速灌入腔体中，测量液体的排尽时间。优化前与优化后，理论时间与实测时间对比见表1。
零件断点后，涂装车间反馈无问题，且排液时间已达到临界状态，不能再增加。
5 结语
本文根据流体力学相关理论公式，提出了一种白车门残留槽液排尽时间的计算方法。由表1可知，该方法的理论计算结果与实际试验结果吻合较好，具有较强的实用性。运用该方法对公司某车型漏液孔尺寸进行优化设计，减少了一个漏液孔，实践证明效果明显。
参 考 文 献
[1]刘鹤年.流体力学[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.
[2]胡宏，马保林，柴坚坚，等.轿车侧门漏液孔尺寸最优设计方法[J].机电工程技术，2014，43（11）：108-112.
[3]吴聪，曾月婷.提升JV车整车气密性的措施[J].汽车工艺与材料，2017（3）：1-5.
[责任编辑：钟声贤]
【关键词】汽车侧门；漏液孔；排液时间计算；优化设计
【中图分类号】U463.83 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）07-0058-03
0 前言
整车气密性是NVH性能中重要的组成部分，其主要影响车内风噪，公司某车型自上市以来，售后反馈车内噪声高，特别是在高速行驶时风噪大，要求对此问题进行改进。作为改进中的一项，NVH要求对侧门的漏液孔进行优化，尺寸改到最小（等效于漏液孔面积最小），以增强整车的气密性。目前，公司对侧门漏液孔的尺寸设计主要来自对标车型和以往经验，并无准确的计算设计方法。
汽车侧门漏液孔主要有2个功能：一是在白车身过涂装时，排尽残留在白车门腔体内的涂装槽液，防止不同槽液混合，影响涂装上漆质量；二是在用户使用过程中，排尽因下雨等因素残留在车门腔体内得水。通过整车淋雨试验发现，因外水切、玻璃导槽密封条等零件的密封作用，以及下雨进入车门腔体内的水量相比涂装槽液要少得多，所以只要满足涂装的排液要求，用户用车的排水要求就没有问题。因此，NVH要求的优化目标等效为将漏液孔尺寸改小到正好满足涂装车间的排液要求。
要想知道漏液孔的尺寸是否满足涂装车间的排液要求，就必须知道白车门腔体内残留涂装液的排尽时间。在涂装车间，白车门实际的出槽过程分为2段：先以一定角度倾斜向上前进一段距离，再沿水平方向前进一段距离，这2段的涂装液排放方式不一样，公司各涂装生产线结构相似，线速变化不大，为简化计算，涂装车间做试验发现当白车门水平放置时，残留涂装液在35 s内排尽时，即可满足生产线的工艺要求。
根据白车门的实际结构，内外板上可用于排涂装液的孔包括各种总装安装过孔、升降器安装孔、扬声器安装孔、外饰裙板卡扣安装孔、密封胶条卡扣安装孔、铰链螺栓安装孔、限位器安装孔等，根据实际生产过程发现，类似升降器安装过孔、扬声器安装孔等大孔，对涂装液排尽时间影响很小，在白车门未完全出槽时，液面即下降到这些孔下边缘处，所以需要计算排尽时间的残留液体体积（即这些大孔以下的腔体区域）。以公司某车型为例，图1中的2条线之间的体积即为残留液体体积。
综上所述，在设计上，漏液孔尺寸的优化方法为先找到一个涂装液排尽时间的计算方法，再根据该方法得出一个漏液孔的面积，使涂装液排尽时间为35 s，最后根据得出的漏液孔面积，结合白车门结构需要，得出漏液孔的数量和长宽尺寸。
1 残留涂装液排尽时间计算的数学模型建立和计算方法
如图2所示，根据流体力学相关理论，孔口出流一般分为以下几类：①若d/H>0.1，为大孔口出流；若d/H≤0.1，为小孔口出流。②若δ/d≤3，为薄壁孔口出流；若δ/d>3，为厚壁孔口出流。③若水头液面在出流过程中恒定不变，为恒定出流；若水头液面在出流过程中随之下降，为非恒定出流。④若液体直接流入空气中，为自由出流；若液体流入下游液体中，为淹没出流。
图1所示为某车型白车门的残留涂装液区域，该处内外板上的孔主要有扬声器安装孔、内饰封板卡扣安装孔、线束卡扣安装孔、密封胶条卡扣安装孔、防水薄膜排水孔、緩冲胶塞安装孔、漏液孔，这些孔的尺寸d最大一般不超过15 mm；内外板厚度一般不超过1 mm（激光拼焊钣最厚处一般也不超过1.4 mm）；白车门在涂装车间出槽时，残留槽液高度在150 mm左右，且槽液直接流入空气中，液面随着液体流出而降低，根据孔口出流的分类，白车门腔体槽液的流出，应属于薄壁小孔口非恒定自由出流。根据流体力学相关理论，薄壁小孔口非恒定自由出流的时间计算公式如下：
根据前文建立的数学模型，计算出前门液体排尽时间t=23.47 s。
同理，后门残留液体体积区域共有扬声器安装孔1个、主定位孔1个、线束卡扣安装孔2个、内饰封板卡扣安装孔4个、防水膜漏水孔2个、胶条卡扣安装孔8个、缓冲胶塞安装孔1个、漏液孔3个。共划分为10个体积V，对应的体积（单位为m3）如下：V1=0.001 011 01、V2=0.001 160 25、V3=0.000 992 56、V4=0.001 147 13、V5=0.000 786 62、V6=0.001 873 39、V7=0.001 561 94、V8=0.001 323 73、V9=0.001 521 82、V10=0.000 958 45。
每个体积V对应的液面高度H值（单位为m）如下：H1=0.013 726 9、H2=0.029 913 6、H3=0.043 859、H4=0.059 883 4、H5=0.070 843 8、H6=0.096 859、H7=0.118 275、H8=0.137 205 1、H9=0.162 640 8、H10=0.205 439；同一液面高度上，对应各孔面积之和A（单位为m2）如下：A1=0.000 428 19、A2=0.000 042 46、A3=0.000 567 6、A4=0.000 309 4、A5=0.000 095 25、A6=0.000 113 51、A7=0.000 021 24、A8=0.000 021 22、A9=0.000 163 52、A10=0.000 420 76。根据前文建立的数学模型，计算出后门的液体排尽时间t=22.07 s。
3 某车型漏液孔尺寸优化
根据前文计算结果，结合涂装车间槽液排尽时间需小于35 s的要求，前后门漏液孔尺寸都具有优化减小的空间。在残留涂装液区域，白车门上的孔，除漏液孔外，均为有装配要求的功能孔，其尺寸不可更改，故尺寸能优化的孔只有漏液孔。
按前文的计算方法，用试探法发现，当减少一个漏液孔时（优化前共有3个方形漏液孔，单个漏液孔面积为244 mm2），前门槽液排尽时间增加到31.29 s，后门槽液排尽时间增加到29.27 s，已满足涂装车间的要求，而且此时零件的改动量最小、成本最低、时间最短。
4 理论液体排尽时间与实际试验液体排尽时间对比
将实物白车门的残留槽液体积切割下来，水平放置，用涂装前处理液快速灌入腔体中，测量液体的排尽时间。优化前与优化后，理论时间与实测时间对比见表1。
零件断点后，涂装车间反馈无问题，且排液时间已达到临界状态，不能再增加。
5 结语
本文根据流体力学相关理论公式，提出了一种白车门残留槽液排尽时间的计算方法。由表1可知，该方法的理论计算结果与实际试验结果吻合较好，具有较强的实用性。运用该方法对公司某车型漏液孔尺寸进行优化设计，减少了一个漏液孔，实践证明效果明显。
参 考 文 献
[1]刘鹤年.流体力学[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.
[2]胡宏，马保林，柴坚坚，等.轿车侧门漏液孔尺寸最优设计方法[J].机电工程技术，2014，43（11）：108-112.
[3]吴聪，曾月婷.提升JV车整车气密性的措施[J].汽车工艺与材料，2017（3）：1-5.
[责任编辑：钟声贤]