汽車內飾包覆件精致設計的感知質量研究

根據乘聯會發布的《2022年12月份全國乘用車市場深度分析報告》顯示,售價≥30萬元的高端乘用車市場份額正在逐年增長,由2019年的7.8%增長到2022年的12.2%,同比增速高達19.2%[1]?由此可見,售價≥30萬的高端乘用車正越來越受國內市場青睞?整車內飾作為襯托乘用車高端定位的重要媒介,對整車高端化?精致化起到至關重要的作用?

包覆件由于其良好的觸感?較低的光澤,能夠降低普通注塑內飾的“塑料感”,極大提升用戶感知,因此在高端車型中的應用越來越多,覆蓋范圍也越來越廣?根據2020年~2023年A級車展不完全統計,售價≥30萬的高端乘用車IP/CNSL/DP全包覆的裝備比率由2020年的40%增長為2022年的67%?

而包覆件的大量使用對以科技感?精致感主導的內飾造型風格帶來巨大挑戰,不合理的包覆件設計容易使內飾造型變得臃腫,甚至出現產品質量問題,降低整車內飾產品力和用戶口碑?因此,如何將包覆件設計的更加精致成為汽車內飾品質提升的重要課題?

1 內飾包覆件感知維度與感知需求

在感知水平層面,物理特征(視覺?觸覺和聽覺)處于支配地位[2]?內飾包覆件感知維度主要包括視覺感知?觸覺感知?嗅覺感知及聽覺感知四個方面?根據KANO模型[3](圖1所示)分析,嗅覺感知和聽覺感知屬于基本需求,即用戶對包覆件最基本的要求無異味?無異響,這也是工程設計的底線,必須滿足?而視覺感知和觸覺感知屬于期望需求,在視覺和觸覺上的細節設計能夠使用戶得到很大滿足,因此包覆件的視覺感知和觸覺感知是精致化設計的重中之重?

一般對于整車內飾，不同零件不同部位包覆件的感知方式不盡相同，表1是主要內飾件感知關系圖。從中我們發現IP中部區域和CNSL上表面區域視覺感知比觸覺感知更為重要；CNSL側面上部的觸覺感知比視覺感知更為重要；雖然同為扶手功能，CNSL扶手的視覺感知與肘壓感知需求強于DP扶手。因此，不同零件不同部位的包覆件需要根據感知需求做合適的選型。

2 基于精致化工程的內飾包覆件結構選型

包覆件一般由表皮、泡沫層、本體骨架組成，常見表皮材質種類分為真皮、PU皮、PVC皮、織物、仿麂皮等。泡沫層種類分為PU泡棉、PU發泡、3Dmesh等。本體骨架一般為保證產品尺寸精度使用PC+ABS材料，并根據包覆選型設計出匹配的結構形式。

一般常用包覆選型如表2所示，分為A：單皮包覆、B：背泡包覆、C：墊塊包覆三種。

單皮包覆即使用無背泡的單皮直接在硬塑骨架上包覆，造型自由度較高，但觸感偏硬，適用于CNSL側下部、DP下裝、IP下裝等視覺感知需求高、觸覺感知需求低或造型特征較多的區域。

背泡包覆一般在單皮背面復合泡棉在骨架上包覆，其觸感可通過背泡厚度調整，但造型自由度低，包覆型面難以控制，過于追求軟觸感增加背泡厚度會使包覆圓角過大給人臃腫的感覺，因此背泡包覆適用于觸覺感知需求高、視覺感知需求較低的區域，如DP中嵌板、DP扶手等。

墊塊包覆一般是骨架連同4mm以上厚度的發泡墊或3Dmesh用單皮或帶背泡的表皮包覆，其觸感軟硬可由發泡料比例或發泡料/3Dmesh厚度調整，型面易于控制，包覆圓角小，視覺精致感與觸覺舒適感均能得到滿足，適合視覺感知與觸覺感知兼顧的區域。但包覆不良容易在軟硬交界處出現印記、硌手等問題。

根據選型表和主要內飾件感知關系圖，即可以為不同零件部位進行包覆選型并確定設計參數，以下表3為某車型包覆件選型方案，其車型定義的內飾造型風格偏向“科技”與“精致”。因此，在視覺感知關注的區域選擇單皮包覆或墊塊包覆的方案，可以為后續結構設計提供感知質量提升的空間：

3 基于精致化工程的內飾包覆件結構設計參數

在視覺感知維度,存在精致與飽滿兩個方向,其感性因素對應為科技與豪華?影響包覆件精致與飽滿程度的工程特征主要是:型面設計?包覆件雙面交角?包覆件三面交角?型面凹圓角等?

控制包覆圓角是提升視覺精致感的重要措施?表4以1mm厚度PVC包覆件為例,展示了表皮背泡厚度對包覆圓角的影響?

對于單皮或發泡墊(無背泡)包覆件,推薦最小雙面交圓角R2mm,骨架圓角R1mm,三面交圓角R3mm,骨架圓角R2mm,型面內凹角R8mm?

對于一般背泡表皮包覆件,外觀圓角受背泡厚度影響,帶2~3mm背泡的表皮最小包覆雙面圓角R3.5~R4.5mm?對于背泡表皮包覆件,更小的包覆圓角需要通過骨架特殊結構設計實現,比如在包覆件邊緣處設計漸變凸起,增加背泡在高點的包覆應力,使泡棉在轉交處局部極限壓縮達到減小包覆圓角的目的(如圖2a所示)?

在觸覺感知維度,有柔軟與緊致兩個子維度,其感性因素對應為舒適與安全?影響包覆件舒適度的工程特征為:表皮種類?泡棉厚度?墊塊種類?墊塊厚度等?觸覺感知與主要結構特征參數關系見表5?

泡棉厚度是背泡包覆件觸覺感知的重要參數,增大泡棉厚度可以使表皮觸感更加柔軟,但同時降低了包覆緊致感,使用戶感到松垮?不安全感?因此,背泡一般選擇2~3mm厚度,僅對于特別需要提升觸感的位置如DP中嵌板會提升至4~6mm厚度?墊塊種類和厚度是墊塊包覆件觸覺感知的重要參數,3Dmesh墊塊厚度規格一般不超過4mm,多用于指壓\依靠感知區域,相對泡棉有更好的壓縮回彈性,觸感比同等/近似厚度的PU發泡墊塊更加柔軟?PU發泡墊塊多用于肘壓感知區域,相比3Dmesh和海綿機械性能更加優秀?內飾件使用的PU發泡厚度一般為6~12mm,發泡過硬導致觸感舒適性不足,發泡過軟導致觸及骨架?機械性能降低等問題,一般發泡包覆件成品硬度推薦40HA。

4 基于精致化工程的內飾包覆件特殊工藝的應用

縫線

內飾縫線一般分為暗縫線、雙縫線、立體單縫線、平面單縫線、滾邊單縫線等（如圖3所示）：

縫線除了改善包覆工藝外也有裝飾的作用外,作為重要的表面元素還可以起到加強豪華/科技感的效果?比如:通過不同材質表皮如PVC和仿麂皮拼縫(如圖3a)通過增強視覺感知的對比,提升內飾科技感;通過滾邊形式(如圖3e)強調線條特征,提升包覆層次感與豪華感;通過鮮艷顏色縫線與灰暗顏色表皮的色彩對比強調運動特征等?

絎縫?刺繡

汽車內飾絎縫(如圖4a,4c)常應用于CNSL扶手上表面?DP中嵌板等零件上,營造內飾豪華感?其結構一般由表皮?背泡?基板先縫紉成片材,再與普通包覆表皮拼縫包覆再骨架上?帶背泡表皮與基板縫紉為實現立體效果一般背泡厚度至少需要6mm,且基板需要有一定剛性支撐?一般絎縫包覆件比普通包覆件觸感更加柔軟,觸覺感知舒適?但用在視覺感知較敏感的區域時,其過于飽滿的型面對整車造型風格影響較大,不適用于科技感主題的內飾造型?

刺繡是一項中國傳統工藝,為保證成本及質量一致性,工業刺繡通常使用刺繡機?刺繡在汽車內飾方面作為輔助裝飾點綴主要以簡單幾何圖形為主(如圖4b所示),包覆件上適當的應用刺繡可以增加包覆件立體感與線條感?

高周波熔接

高周波熔接是指利用大于100KHz的電磁波使物料內部分子相互激烈碰撞產生高溫相互熔接的技術?相比熱燙印,其加工后的表皮紋理損失少?表皮機械結構破壞小,能實現不同顏色?材質的相互熔接(如圖4d,4f所示)?通過不同材質在包覆件上的高周波熔接可以達到點綴作用,提升內飾精致感與科技感?

5 包覆件主要失效模式分析及對策

包覆件常見的失效有表皮黃變?包覆鼓包?包覆印記?包覆褶皺等?

表皮黃變

表皮黃變常見于帶背泡的或PU發泡塊墊塊的淺色PVC包覆件?由于PU背泡/PU發泡中游離胺的存在,使得PVC表皮在高溫/強光照條件下產生脫HCL反應,生成帶顏色的共軛多烯系列物質,從而使淺色表皮變黃[4](如圖5a所示)?

此類黃變通常有兩種常用解決對策:一種是使用密閉織物隔離PU發泡墊與PVC表皮,完全隔絕PU中的游離胺與PVC表皮的關系;另一種是使用反應型胺類催化劑的PU發泡料,發泡生產過程游離胺成份與PU完全反應,徹底消除游離胺催化PVC老化降解風險?

包覆鼓包

包覆鼓包現象常見于高濕高溫環境,為間歇性失效?失效時包覆件局部鼓起,表皮與骨架脫離(如圖5b所示),一段時間后鼓包消除,周期反復?此類問題在單皮包覆件上較為常見,主要原因是表皮與骨架間的水份,在高溫條件下形成水蒸氣,由于表皮粘合不牢導致鼓包?表皮與骨架間的水份來源有兩條途徑:一條途徑是水性膠中的水分烘干不充分,導致表皮與骨架間有水殘留[5];另一條途徑是空氣中的水分在高濕高溫環境下,預冷形成冷凝水凝結在包覆件表面?由于表皮與骨架粘合不牢,冷凝水由縫線針孔?包覆末端等位置滲入到表皮與骨架之間?

一般解決包覆鼓包問題,主要改善表皮粘合工藝,嚴格管控烘干時間與溫度?性能指標方面主要滿足表皮剝離力要求,保證表皮與骨架粘合緊密,避免表皮與骨架間有水滲入的空隙?

包覆印記

包覆印記是由于被包覆件型面不連續,在包覆表面形成的非預期凹陷/凸起特征(如圖5c所示),常見于墊塊包覆件和縫線較多的單皮包覆件上?一般有兩種失效機理:一種是包覆過程中骨架受表皮包覆力較大,墊塊與骨架交界區域容易被壓變形,骨架保持原本形狀,導致交界處型面突變出現印記?另一種是骨架上的縫線槽與骨架之間/墊塊與骨架間存在間隙,造成交界處的表皮塌陷形成印記?

包覆印記問題的解決有以下兩個方向,一是消除包覆骨架與墊塊間隙,對于發泡類零件可采用骨架發泡一體成型的方式消除間隙,從而消除包覆印記風險;對于3Dmesh墊塊包覆需要特別注意與骨架交界處骨架脫模角度與3Dmesh末端平行,通過表皮版型和骨架調整減小墊塊與骨架間隙,降低印記風險?二是調整表皮結構/屬性,單層表皮背面復合1mm泡棉可以吸收骨架與墊塊交界處的突變,或提升表皮硬度提高表皮自身抗塌陷能力,從而降低包覆印記風險?

包覆褶皺

包覆褶皺產生的原因一般是由于表皮在包覆過程中受力過大,受其自身延展性的限制而無法繼續拉伸導致表皮擠壓或堆疊,從而形成褶皺狀態(如圖5d所示)?包覆褶皺常見于包覆件拐角處?反包處等表皮受力較大區域,其褶皺程度

與表皮本身及基布的延展性強相關，一般表皮延展性由好到差依次為PVC表皮、PU表皮、真皮。對于延展性較好的PVC表皮，通過合理的圓角設計可以避免大部分褶皺。對于PU皮、真皮等延展性差的表皮，通常采用拼縫方式（如圖5e所示）改善表皮受力以適應其自身的延展性，從而降低褶皺風險。

6 總結

本文明確了內飾包覆件最重要的兩個感知維度，即視覺感知與觸覺感知。通過將用戶的感知方式與內飾主要包覆件各部位建立關聯，再結合內飾包覆件結構選型特點，可以為各功能區域的內飾包覆件制定合理的包覆選型。通過精致化設計控制內飾包覆件感知質量水平。在此基礎上，縫線、絎縫、刺繡、高周波等特殊工藝的合理應用，可以進一步提升包覆件的感知質量。同時通過合理的方式規避如包覆鼓包、褶皺、印記等常見失效模式。

本文對于內飾包覆件的精致化設計開發有很強的指導意義。本文指導設計者根據所需要的感知需求為包覆件選擇合理的結構選型，定義明確的設計參數，使用恰當工藝提升包覆品質，并在主要失效模式方面有方向性的指導意見，為內飾感知質量的提升和整車高端化提供了強有力的支撐。