殷佩 賈炳乾

（1.同濟大學汽車學院，上海200092；2.江蘇新泉汽車飾件股份有限公司，常州213000）

0 引言

隨著“雙碳”戰(zhàn)略實施，國家大力支持新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展。新能源汽車面向的用戶群體大多是年輕人，年輕群體更追求充滿流線感、科技感、個性時尚又現(xiàn)代簡約的汽車設計風格。在內飾材質上，年輕群體更偏向皮革類材質，對娛樂系統(tǒng)和內飾舒適度要求較高[1]。為了滿足消費者日益提升的需求，汽車座艙系統(tǒng)朝著智能化、個性化方向發(fā)展。儀表板裝飾件是儀表板系統(tǒng)的重要組成部分，其裝飾效果直接影響到整個座艙系統(tǒng)的形象，也是整個座艙系統(tǒng)智能化和個性化的體[2-3]。

目前儀表板裝飾件主要工藝有注塑、噴漆、電鍍、模內轉?。‵ilm Insert Molding, INS）、包覆，其表面效果主要有注塑皮紋、高亮效果、磨砂效果、仿木紋或花紋、表皮自帶紋理。觸感一般分為硬觸感和軟觸感2種。注塑裝飾件一般用在低端車上，噴漆、電鍍、INS工藝可以美化硬塑零件外觀，提升裝飾件觸感，改善裝飾件裝飾效果，提升整車座艙系統(tǒng)的品質和豪華感，但是成本比硬塑件高，且不能實現(xiàn)軟觸感。包覆是指在零件表面包裹一層軟質材料，例如織物、人造皮革和真皮，用以提升零件的表面觸感，主要用在中高檔汽車上[4-6]。

近年來，氛圍燈和導光條在汽車座艙中的應用越來越普遍，幾乎成為了智能化座艙系統(tǒng)的標準配置。但是氛圍燈和導光條只能提供顏色變化，其功能比較單一，一般布置在零件周圍，其布置方式較死板。最新的內飾氛圍燈和裝飾件的結合研究中，智能表面具有較強的科技感和智能感，目前的智能表面主要有3種[7-9]。

（1）將傳統(tǒng)模內裝飾技術與膜內電子技術（In-Mold Electronics，IME）相結合，在傳統(tǒng)裝飾件上實現(xiàn)智能表面的設想[10]，這種方式無法實現(xiàn)軟質觸感。

（2）將石墨烯柔性光源和透光皮革集成，制成帶柔性光源的復合表皮，然后通過包覆工藝集成在零件表面[3-4]，這種方式成本較高，且光源無法維修或替換。

（3）將發(fā)光二極管（Light Emitting Diode，LED）光源、透明骨架、遮光部件和透光織物包覆集成，實現(xiàn)裝飾和透光的雙重效果[5,11]，這種方式無法實現(xiàn)皮革的外觀和觸摸效果。

如何在傳統(tǒng)材料的基礎上，解決目前智能表面存在的問題，實現(xiàn)透光皮革包覆件和LED 光源的集成，并實現(xiàn)量產(chǎn)，是汽車儀表板裝飾件的一個重要研究方向。本文通過方案對比和驗證，將透光包覆飾板和智能燈光系統(tǒng)進行集成，使包覆飾板同時具有皮革的外觀、觸感和透光性能，提升包覆飾板的裝飾性。由于使用成熟的手工包覆工藝和LED 面光源技術，集成后的裝飾件成本相對較低，光源損壞后可只更換光源，售后維修性強，維修成本低。

1 包覆工藝與設備

包覆工藝是將真皮、人造皮革或者織物軟質材料包裹在注塑骨架上，使整體造型美觀、觸摸手感舒適。為了使裝飾件的觸感更加柔軟，在包覆過程中還會使用帶背泡的表皮或者在表皮和骨架之間增加海綿層、三維間隔織物（3D Mesh 層）軟質材料。包覆工藝流程一般包括裁片、縫紉、噴膠、烘干、對線、貼覆、活化和包邊。

包覆工藝包含多個工序，工藝復雜，需要借助相應的工藝設備，常用設備有裁切設備、縫紉機噴膠設備、烘干設備、對線工裝和活化工裝。

2 透光表皮研究現(xiàn)狀

2.1 透光表皮

透光表皮是在傳統(tǒng)人造皮革的基礎上，通過調節(jié)添加劑的成分和含量，或者通過調整介質結構來降低光散射的方式進行產(chǎn)品開發(fā)。透光表皮和傳統(tǒng)意義上的透光材料不一樣，嚴格來說只屬于半透光材料。在沒有燈光的情況下，透光表皮和不同人造皮革外觀和觸摸手感一樣，但是在光源照射下，透光表皮可以呈現(xiàn)出設定特定圖案或者標識。透光表皮如圖1 所示。

圖1 透光表皮

常見的透光表皮有聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride，PVC）透光表皮、聚氨酯（Polyurethane，PU）透光表皮和熱塑性烯烴類彈性體（Thermoplastic Olefinic elastomer，TPO）透光表皮。評價透光表皮透光性能的參數(shù)是透光率。透光率是指介質透出光線光通量和入射光線光通量的比值。材料的透光率越高，其遮蔽性越差。透光表皮顏色也會影響表皮的透光率，顏料添加量越少，透光表皮的透光率越高。透光率的測試方法通常使用GB/T 2410—2008《透明塑料透光率和霧度的測定》進行測試。常用透光表皮的透光率一般小于10%，若透光率太高，對包覆飾板內部結構的遮蔽性較差，影響外觀。

2.2 透光表皮研究現(xiàn)狀

實現(xiàn)提升裝飾件的透光性能，就是在光源效果下，軟質表皮上顯示出圖案和燈光效果，首先需要解決表皮透光技術，其次需要解決中間軟質層和骨架對光的影響，最后需要解決裝飾表面圖案的顯示清晰度問題[11]。

目前，在國內外已經(jīng)有關于表皮透光技術的研究，市場上已經(jīng)有一些透光表皮，例如加通、瑞高、南亞、貝內克等企業(yè)生產(chǎn)的TPO透光表皮、PVC表皮和PU表皮等。透光表皮根據(jù)透光效果可分為全透光表皮和局部透光表皮。全透光表皮是整個表皮全部透光，在燈光效果下顯示燈光照亮的所有區(qū)域。局部透光表皮是在全透光表皮的基礎上，增加遮蔽區(qū)域，在燈光效果下顯示定制的圖案或標識。透光表皮主要分為基布層、發(fā)泡層和表皮層3部分，其截面電鏡圖如圖2所示。

圖2 表皮截面電鏡圖

3 透光裝飾件可行性分析

3.1 方案分析

為實現(xiàn)軟質裝飾件表面透光性能，需要使用背光源，注塑骨架、中間軟質層和表皮均可透光。實現(xiàn)裝飾件表面出現(xiàn)光影圖案或標識（Logo），需要將圖案或Logo 提前集成在注塑骨架或者透光表皮上，對表1 中的3種方案進行了分析和驗證，驗證結果如圖3所示。

表1 透光表皮應用方案

圖3 方案驗證結果

由圖3 驗證結果可以看出，方案1 中透光圖案模糊，無法看清邊界和具體圖案，裝飾效果差。方案2中透光圖案邊界清晰，圖案整體無變形，裝飾效果良好。方案3中圖案邊界不清晰，部分孔有變形，且圖案不連續(xù)，無法清晰顯示尺寸較小的圖案和Logo，不滿足設計要求。綜合分析，方案2最好，可以實現(xiàn)良好的裝飾效果，滿足透光裝飾件的設計意圖，因此，本項目選擇使用方案2，方案截面如圖4所示。

圖4 方案2截面

3.2 原材料選擇

LED光源有節(jié)能環(huán)保、顯色性好的特點。本文使用LED 導光板作為均勻面光源，布置在儀表板裝飾板背面，發(fā)光方式為透射式，即光線穿透注塑骨架、中間軟質層和表皮發(fā)光。聚碳酸酯（Polycarbonate,PC）材料具有優(yōu)良的抗沖擊性能、耐熱性、透明度好的優(yōu)點，儀表板裝飾板骨架材料選用透明PC 材料，使用注塑成形工藝。由于3D Mesh網(wǎng)格布具有透氣性好、低氣味、永久回復性的特點，中間軟質層使用透光3D Mesh網(wǎng)格布。由于透光PVC 表皮價格相對于透光PU 和透光TPO 來說較低，考慮到成本，帶圖案局部透光表皮選用PVC 材質。合成皮革不僅本身要具備一定的強度，比如抗拉強度、撕裂強度，面料與面料縫合后，更需要一定的牢度來保證其耐用性[6]。材料的性能參數(shù)見表2~4。

表2 透光表皮材料參數(shù)

表3 透光3D Mesh材料參數(shù)

表4 透明骨架材料參數(shù)

3.3 骨架注塑成型分析

骨架是裝飾件的基礎，骨架變形量直接影響整個裝飾板的裝飾質量[12]。本文使用Mold flow 仿真軟件分析骨架的注塑可行性，建立單元網(wǎng)格數(shù)據(jù)模型，使用Dual Domain網(wǎng)格形式。Dual Domain的網(wǎng)格是三角形網(wǎng)格，網(wǎng)格三角形最長邊和其上高的比值稱為縱橫比，縱橫比越大，產(chǎn)品分析質量和結果評判偏差越大。為了達到較好的分析效果，網(wǎng)格質量要求最大縱橫比小于20。網(wǎng)格匹配值包含匹配百分比和相互百分比，兩者均要求大于85%。在劃分網(wǎng)格之前，需要定義目標網(wǎng)格單元長度，即全局邊長。本文使用的全局邊長為4.45 mm 使用Moldflow 自動劃分模型網(wǎng)格。網(wǎng)格質量檢查結果匯總如表5所示。

表5 網(wǎng)格質量檢查匯總

在Mold flow 材料庫中選擇Markolon 2407 材料，并輸入工藝參數(shù)，模擬材料填充過程。根據(jù)模擬結果分析填充過程可能出現(xiàn)的問題，得出以下結論：

（1）產(chǎn)品各部分體積收縮均勻；

（2）產(chǎn)品翹曲變形量很小，滿足產(chǎn)品注塑成型工藝要求。

分析結果如圖5所示。

圖5 骨架注塑成型分析

4 透光裝飾件可靠性試驗與評價

儀表板裝飾板一般位于儀表板的脊線位置，屬于陽光直接照射區(qū)域，使用環(huán)境非?？量?。同時，儀表板裝飾板處于駕駛員和乘客的直接可視區(qū)域，對總成的可靠性和外觀要求很高。為了驗證透光儀表板裝飾板方案在實車上的量產(chǎn)可行性，需要對裝飾板總成進行可靠性試驗和評價，試驗和評價內容及結果如表6所示。

表6 可靠性試驗和評價結果

由表6 可以得出，儀表板裝飾板總成經(jīng)可靠性測試后，外觀均未出現(xiàn)收縮、變形、表皮開裂、剝離和褪色的外觀異?，F(xiàn)象，且冷熱交變試驗后剝離力測試和表面耐摩擦色牢度均能滿足測試要求，本方案滿足儀表板裝飾板總成的技術要求。

5 結束語

本文基于目前的汽車內飾智能燈光技術，在傳統(tǒng)材料的基礎上，研究軟質包覆儀表板裝飾件和內飾氛圍燈系統(tǒng)的新集成方案的可行性，賦予軟質包覆儀表板裝飾件透光功能，提升軟質包覆裝飾件的裝飾效果，體現(xiàn)儀表板系統(tǒng)的科技感和時尚感，通過試驗驗證了透光表皮應用在儀表板裝飾板上的方案可行，滿足實際量產(chǎn)要求。

近幾年，汽車座艙系統(tǒng)朝著智能化的方向快速發(fā)展，內飾燈光系統(tǒng)不僅僅用于照明，更多的是用來烘托座艙氛圍，提升娛樂效果，增加駕乘體驗。汽車內飾智能燈光系統(tǒng)和軟質裝飾件的集成，給智能座艙系統(tǒng)的發(fā)展提供了更多的可能，大大提升了汽車座艙系統(tǒng)裝飾件的設計自由度。隨著越來越多的年輕群體進入汽車消費市場，為了更好的迎合市場需求，汽車裝飾件將向著智能化和個性化的方向發(fā)展，而軟質包覆裝飾件和智能燈光系統(tǒng)的集成，將為這一發(fā)展提供重要基礎。