汽車內飾件設計研究

安惠楠，肖 博

(一汽豐田技術開發有限公司 天津300456)

1 汽車內飾件概括

汽車內飾包括儀表板、車門內飾板、頂棚、中央通道、側圍內飾等內部覆蓋件(見圖1)，廣義的還包括方向盤、汽車座椅、地板墊等內部功能件。汽車內飾通過多種材料和多種生產工藝制作而達到不同的效果，一般內飾的材料多用塑料ABS和改性PP等，還有其他如皮革、植絨布、泡沫、玻璃鋼等多種復合材料。

圖1 汽車內飾示意圖Fig.1 Interior schematic

2 汽車內飾件設計原則和開發流程

2.1 設計效果圖及模型制作

一個整車的內飾設計項目，首要是設計效果圖。效果圖除了要美觀，風格要和車身相襯，還必須滿足各種功能要求，選配的附件盡量采用現有的或盡量不要改變尺寸，各種功能件的位置要符合整車布置和人機工程的要求。一般要設計 3～5個效果圖備選，從中選擇一個或綜合幾個效果圖重新制作。

接下來根據平面效果圖制作油泥模型和數據模型，數據模型是運用逆向技術在油泥模型的基礎上建立的。有時也可以直接在三維設計軟件中構建數據模型，以減少設計成本。在制作模型過程中必須進行人機工程校核，滿足各項法規要求和其他功能的要求，滿足各個選配附件的大小和位置要求，除此之外，還要進行結構分塊，考慮各部件制造工藝和材料。滿足這些條件后，考察模型的表面光順性，一般外表面都必須達到A級曲面。完成數據模型后，可以渲染多個角度的效果圖與平面效果圖進行對比并修改，達到最佳的視覺效果。

2.2 結構設計

以上只是一個沒有結構的外表面模型，接下來的任務就是各個部件的結構設計。而為了更為直觀地檢驗安裝效果，我們通常需要在完成簡易安裝結構后制作手板樣件。手板樣件制作和試安裝除了檢驗安裝效果和誤差外，還能優化結構設計和檢驗部件的制造工藝。

結構設計是一個比較繁雜的工作，需要的周期也是最長的。一般需要注意的問題有：部件的制造工藝性、結構的強度、安裝工藝性、部件之間的裝配間隙、干涉檢查、運動校核和裝配順序等。這項工作是持續改進、逐步優化的過程。為了進行各項工藝檢查，我們除了檢驗數據模型，也對一些結構比較復雜的部件做第二次手板樣件，確保安裝效果和制造工藝。

我們以某車型的中控面板為例詳細分析結構設計需要考慮的問題。

圖2 中控面板零件構成Fig.2 Center cluster compositions

①中控面板概述。如圖 2所示，中控面板主要由娛樂系統操控面板、空調控制器、中央出風口、煙灰盒或小儲物盒等構成。基本位于駕駛艙中間部分前面，駕駛員要隨時和中控面板打交道，它的設計和安排影響著乘車的舒適性，也影響著駕駛員的感覺。由于中控面板零部件不大，開發制造周期短，且基本位于儀表板的中央區域，它的變化可以有效影響儀表板系統的整體造型效果，因而經常通過改變中控面板的造型或表面處理方式來實現小改型的效果。

中控面板的主要功能是裝飾和為電子零件提供安裝界面，它必須便于安裝與拆卸以滿足電子或空調零件維修的需要，因而中控面板通常采用卡口固定在儀表板本體上。

固定方式(見圖 3)：①溶接筋 5處(本體與銀色裝飾條)；②卡子 7處(本體與儀表板)；③螺栓 7處(本體與裝飾面板)。

圖3 中控面板構成圖Fig.3 Center cluster compositions

②設計要求。根據安裝基準的考慮：收音機外周取作基準，中控面板的外周可以吸收W和H方向的偏差(見圖4)。

圖4 中控面板基準Fig.4 Center cluster standard

銀色涂裝與材著處一體化，采取遮蓋涂裝，分界處“溝”的尺寸設計要求見圖5。

圖5 設計要求Fig.5 Design requirements

③操作件布置。方向盤、組合開關等都位于駕駛員正前方操控最舒適的位置，不存在超出審計界面范圍的問題。中控面板操縱件距離駕駛員稍遠，與手的距離及界面密切相關(見表1、圖6)。

表1 操作布置要求Tab.1 Operating element layout requirements

2 6 引擎罩鎖 Ⅲ2 7 C h e c k-c o n t r o l Ⅲ2 8 T V調整 Ⅲ2 9 座椅調節裝置 Ⅲ

圖6 操作件布置要求Fig.6 Operating element layout requirements

操作件的布置需滿足要求：可視性；可伸及性；常用操縱裝置要便于操作；緊急情況下的操縱裝置也應該布置在靠近駕駛員的位置；使用者的期望；同一系統的操縱裝置應該布置在一起；不論白天還是黑夜，對所有指定的駕駛者來說，操縱裝置都是可見的。

2.3 材料

常見的中控面板都是樹脂部品，一般采取注塑工藝。中控面板常用材料如表2所示。

表2 樹脂材料優劣性Tab.2 Advantages and disadvantages of resin materials

2.4 加工工藝介紹

2.4.1 中控面板加工工藝

①注塑。注塑工藝的五大要素：溫度、壓力、時間、速度、位置。其中，溫度包括料筒溫度、材料溫度、模具溫度、環境溫度等；壓力包括注塑壓力、保壓壓力、鎖模壓力等；時間包括注塑時間、保壓時間、冷卻時間、干燥時間等；速度包括射出速度、開閉模速度、脫模速度等；位置包括澆口位置、頂出位置等。

②高光注塑。為提高零件外觀品質，使零件表面達到鋼琴黑的效果，零件材料(ABS)會采用高光注塑。

高光無痕注塑是利用 180,℃的熱水或蒸汽將模具表面快速升溫，令成型模腔表面溫度達到樹脂塑料的玻璃轉移溫度以上，然后開始射出成型，當完成模腔填充過程后，立即利用水作為冷卻媒介使模具表面溫度急速下降，從而改變塑料產品表面特性(見圖7)。

圖7 高光注塑零件Fig.7 High-gloss injection parts

2.4.2 表面處理

①噴漆：在潔凈適度的環境中，通過一定空氣壓力的噴槍，使油漆霧化后均勻地涂布在產品表面，以達到裝飾產品表面的目的。按油漆種類可分為軟觸漆、裝飾漆、金屬漆、鋼琴漆等。

噴漆的目的和要求：防護性(防止機械損傷、抗腐性，延長使用壽命)；裝飾性(色彩、光澤、保色保光等)；特殊用途(絕緣、耐磨等)。

②電鍍：利用電解原理在零件表面上鍍上一薄層其他金屬或合金的過程，從而起到防止腐蝕，提高耐磨性、導電性、反光性及增進美觀等作用。

③水轉印：將預先印刷在特殊水溶性薄膜上的圖案，轉印到塑料或者金屬等各種基材上的技術。薄膜的顏料和圖案會保持原樣附著于被轉印材料上(見圖 8)。

工藝特點：模具設計相對簡單，不需要專用的模具；花紋自由度高，能用底色配合調整，顏色變化比較多；工程更改便捷，零件外形修改對水轉印影響較小；花紋圖案定位不準，因花紋漂浮在水面上，對要求精確定位的圖案無法完成。

圖8 水轉印中控面板Fig.8 Water transfer center cluster

水轉印工藝流程如圖9所示。

圖9 水轉印工藝流程Fig.9 Water transfer process

④實木：為了更真實地在零件表面上體現木紋效果，常將實木皮直接貼在塑料基材(PC+ABS)或者金屬基材上。相比水轉印，其真實細膩的木紋效果能很大地提升內飾的感知質量(見圖10)。

⑤激光雕刻：利用激光的高能量，直接將文字、圖案打印至材料表面；屬于雕刻印刷，耐磨損性好。其特點為，圖案位置準確，尺寸精度高；生產節拍快，產品質量穩定(見圖11)。

2.5 模流分析

任何一個參數或幾個工藝參數設置不合理，就可能導致塑料制品的缺陷。注塑缺陷不僅會影響單個制品的外觀質量，變形會直接導致零件尺寸和行位偏差，造成零件之間配合不良，還有一些會導致零件機械性能下降，影響其功能和壽命。常見的注塑缺陷有：欠注、飛邊、融接痕、波紋麻點、銀紋、龜裂及白化、變色、翹曲變形、黑斑(紋)、表面光澤不良、噴射或噴嘴流涎等。

圖10 實木裝飾件設計要求Fig.10 Design requirements on solid wood decorative pieces

圖11 激光雕刻工藝流程Fig.11 Laser engraving process

針對以上注塑不良，一般采用模流分析來有效預測，優化模具設計及工藝參數，甚至對零件的結構提出優化方案。下面通過某車型中央出風口面框來看一下模流分析。

2.5.1 基本情況

為驗證設計的合理性和注塑成型的可行性，采用CAE分析軟件進行注塑成型模擬。材料為PC+ABS，此材料用moldflow材料數據庫中可以直接選取。

2.5.2 結果解析

熔接痕：圖12位置(彩色線條處)易出現熔接痕。

積氣位置：大部分積氣位置位于骨位和柱位頂端，這些地方需要加強排氣以免燒焦或發生短射(見圖 13)。

產品表面溫度：產品表面溫度分布均勻，并且完全低于材料轉變溫度(144,℃)(見圖14)。

圖12 產品熔接痕Fig.12 Weld marks

圖13 積氣Fig.13 Accumulation

圖14 產品表面溫度Fig.14 Surface temperature

頂出時刻體積收縮率：收縮率會根據壁厚的不同而變化(見圖15)。

X方向總變形及影響因素：X方向產品向內收縮0～0.6,mm左右，角落會偏大點(見圖16)。

Y方向總變形及影響因素：Y方向產品向內收縮0～1.3,mm左右(見圖17)。

Z方向總變形及影響因素：Z方向產品，四角下凹向內收縮 1,mm 左右，中間上拱 0～0.6,mm 左右(見圖 18)。

圖15 產品收縮率Fig.15 Shrinkage

圖16 X方向總變形及影響因素Fig.16 X direction total deformation and influnce factors

圖17 Y方向總變形及影響因素Fig.17 Y direction total deformation and influnce factors

圖18 Z方向總變形及影響因素Fig.18 Z direction total deformation and influnce factors

2.5.3 結論

從分析結果得知：產品填充順利，無短射現象，時間為1.1,s；注塑機鎖模力為110,t，最大注射壓力為90,mPa；流動前沿溫度均衡，璧薄筋柱位區域溫度會稍偏低；產品表面易出現熔接線位置如圖 12彩色線條所示；產品變形詳見數據，四角下凹，中間上拱。

在模具制造過程中，設計人員還應該及時發現問題和優化數據模型，只有到試制樣件裝車，狀態達到預期的效果后，并做項目總結，一個成功的內飾項目才告結束。

2.6 試驗評價

某車型中控面板試驗評價項目及相應法規(見表 3)。

表3 評價項目及法規Tab.3 Evaluation items and regulations

3 總 結

在整個設計項目中，一般通過各個過程的同步協作縮短開發周期，比如模具前期加工可以在最終數模確定前進行，并保留足夠的加工余量。采用多種檢驗手段，不同的檢驗內容分類檢查，發現問題，優化設計。用設計前考慮、設計后再檢查的方式來保證數模工藝質量。采用不同設計軟件的優勢，在不同的設計階段提高設計效率和數模質量，并制定設計數模標準和等級。

汽車內飾件的不斷進化，使得消費者更加關注顏色的匹配、材料和紋理的選擇、工藝制作精致性、造型設計和整體風格的一致性以及功能設計的和諧。因此在內飾件設計時，考慮的元素應更為廣泛，諸如環保節能、跨界設計、多媒體功能、科技感元素等等，在更廣袤的范疇內展現科技帶來的人性化。

［1］李光耀. 汽車內飾件設計與制造工藝[M]. 北京：機械工業出版社，2009.

［2］余志生. 汽車理論[M]. 北京：機械工業出版社，2009.

［3］曹渡. 汽車內外飾設計與實戰[M]. 北京：機械工業出版社，2011.