汽車內(nèi)飾包覆件精致設(shè)計的感知質(zhì)量研究

根據(jù)乘聯(lián)會發(fā)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(nèi)市場青睞?整車內(nèi)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(guān)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(nèi)飾的“塑料感”,極大提升用戶感知,因此在高端車型中的應(yīng)用越來越多,覆蓋范圍也越來越廣?根據(jù)2020年~2023年A級車展不完全統(tǒng)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(dǎo)的內(nèi)飾造型風(fēng)格帶來巨大挑戰(zhàn),不合理的包覆件設(shè)計容易使內(nèi)飾造型變得臃腫,甚至出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問題,降低整車內(nèi)飾產(chǎn)品力和用戶口碑?因此,如何將包覆件設(shè)計的更加精致成為汽車內(nèi)飾品質(zhì)提升的重要課題?

1 內(nèi)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(nèi)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(jù)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(shè)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(jié)設(shè)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(shè)計的重中之重?

一般對于整車內(nèi)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(nèi)飾件感知關(guān)系圖。從中我們發(fā)現(xiàn)IP中部區(qū)域和CNSL上表面區(qū)域視覺感知比觸覺感知更為重要；CNSL側(cè)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(jù)感知需求做合適的選型。

2 基于精致化工程的內(nèi)飾包覆件結(jié)構(gòu)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(zhì)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(fā)泡、3Dmesh等。本體骨架一般為保證產(chǎn)品尺寸精度使用PC+ABS材料，并根據(jù)包覆選型設(shè)計出匹配的結(jié)構(gòu)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(cè)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(qū)域。

背泡包覆一般在單皮背面復(fù)合泡棉在骨架上包覆，其觸感可通過背泡厚度調(diào)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(qū)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(fā)泡墊或3Dmesh用單皮或帶背泡的表皮包覆，其觸感軟硬可由發(fā)泡料比例或發(fā)泡料/3Dmesh厚度調(diào)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(qū)域。但包覆不良容易在軟硬交界處出現(xiàn)印記、硌手等問題。

根據(jù)選型表和主要內(nèi)飾件感知關(guān)系圖，即可以為不同零件部位進行包覆選型并確定設(shè)計參數(shù)，以下表3為某車型包覆件選型方案，其車型定義的內(nèi)飾造型風(fēng)格偏向“科技”與“精致”。因此，在視覺感知關(guān)注的區(qū)域選擇單皮包覆或墊塊包覆的方案，可以為后續(xù)結(jié)構(gòu)設(shè)計提供感知質(zhì)量提升的空間：

3 基于精致化工程的內(nèi)飾包覆件結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)

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(yīng)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(shè)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(fā)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(nèi)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(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn),比如在包覆件邊緣處設(shè)計漸變凸起,增加背泡在高點的包覆應(yīng)力,使泡棉在轉(zhuǎn)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(yīng)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(jié)構(gòu)特征參數(shù)關(guān)系見表5?

泡棉厚度是背泡包覆件觸覺感知的重要參數(shù),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(shù),3Dmesh墊塊厚度規(guī)格一般不超過4mm,多用于指壓\依靠感知區(qū)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(fā)泡墊塊更加柔軟?PU發(fā)泡墊塊多用于肘壓感知區(qū)域,相比3Dmesh和海綿機械性能更加優(yōu)秀?內(nèi)飾件使用的PU發(fā)泡厚度一般為6~12mm,發(fā)泡過硬導(dǎo)致觸感舒適性不足,發(fā)泡過軟導(dǎo)致觸及骨架?機械性能降低等問題,一般發(fā)泡包覆件成品硬度推薦40HA。

4 基于精致化工程的內(nèi)飾包覆件特殊工藝的應(yīng)用

縫線

內(nèi)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(zhì)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(nèi)飾科技感;通過滾邊形式(如圖3e)強調(diào)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(diào)運動特征等?

絎縫?刺繡

汽車內(nèi)飾絎縫(如圖4a,4c)常應(yīng)用于CNSL扶手上表面?DP中嵌板等零件上,營造內(nèi)飾豪華感?其結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(qū)域時,其過于飽滿的型面對整車造型風(fēng)格影響較大,不適用于科技感主題的內(nèi)飾造型?

刺繡是一項中國傳統(tǒng)工藝,為保證成本及質(zhì)量一致性,工業(yè)刺繡通常使用刺繡機?刺繡在汽車內(nèi)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(dāng)?shù)膽?yīng)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(nèi)部分子相互激烈碰撞產(chǎn)生高溫相互熔接的技術(shù)?相比熱燙印,其加工后的表皮紋理損失少?表皮機械結(jié)構(gòu)破壞小,能實現(xiàn)不同顏色?材質(zhì)的相互熔接(如圖4d,4f所示)?通過不同材質(zhì)在包覆件上的高周波熔接可以達到點綴作用,提升內(nèi)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(fā)泡塊墊塊的淺色PVC包覆件?由于PU背泡/PU發(fā)泡中游離胺的存在,使得PVC表皮在高溫/強光照條件下產(chǎn)生脫HCL反應(yīng),生成帶顏色的共軛多烯系列物質(zhì),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(fā)泡墊與PVC表皮,完全隔絕PU中的游離胺與PVC表皮的關(guān)系;另一種是使用反應(yīng)型胺類催化劑的PU發(fā)泡料,發(fā)泡生產(chǎn)過程游離胺成份與PU完全反應(yīng),徹底消除游離胺催化PVC老化降解風(fēng)險?

包覆鼓包

包覆鼓包現(xiàn)象常見于高濕高溫環(huán)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(fù)?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(dǎo)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(dǎo)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(huán)境下,預(yù)冷形成冷凝水凝結(jié)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(xù),在包覆表面形成的非預(yù)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(qū)域容易被壓變形,骨架保持原本形狀,導(dǎo)致交界處型面突變出現(xiàn)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(fā)泡類零件可采用骨架發(fā)泡一體成型的方式消除間隙,從而消除包覆印記風(fēng)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(diào)整減小墊塊與骨架間隙,降低印記風(fēng)險?二是調(diào)整表皮結(jié)構(gòu)/屬性,單層表皮背面復(fù)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(fēng)險?

包覆褶皺

包覆褶皺產(chǎn)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(xù)拉伸導(dǎo)致表皮擠壓或堆疊,從而形成褶皺狀態(tài)(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(qū)域,其褶皺程度

與表皮本身及基布的延展性強相關(guān)，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(shè)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(yīng)其自身的延展性，從而降低褶皺風(fēng)險。

6 總結(jié)

本文明確了內(nèi)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(nèi)飾主要包覆件各部位建立關(guān)聯(lián)，再結(jié)合內(nèi)飾包覆件結(jié)構(gòu)選型特點，可以為各功能區(qū)域的內(nèi)飾包覆件制定合理的包覆選型。通過精致化設(shè)計控制內(nèi)飾包覆件感知質(zhì)量水平。在此基礎(chǔ)上，縫線、絎縫、刺繡、高周波等特殊工藝的合理應(yīng)用，可以進一步提升包覆件的感知質(zhì)量。同時通過合理的方式規(guī)避如包覆鼓包、褶皺、印記等常見失效模式。

本文對于內(nèi)飾包覆件的精致化設(shè)計開發(fā)有很強的指導(dǎo)意義。本文指導(dǎo)設(shè)計者根據(jù)所需要的感知需求為包覆件選擇合理的結(jié)構(gòu)選型，定義明確的設(shè)計參數(shù)，使用恰當(dāng)工藝提升包覆品質(zhì)，并在主要失效模式方面有方向性的指導(dǎo)意見，為內(nèi)飾感知質(zhì)量的提升和整車高端化提供了強有力的支撐。