淺談影響汽車內飾件自然曝露試驗結果的若干因素

文云雄，江魯，張曉東,，高澤海，陳澤皓

（1.廣州電器科學研究院股份有限公司海南熱帶環境分公司，海口 570100；2.中國電器科學研究院股份有限公司，廣州 510663）

概述

汽車內飾件（主要包括儀表板、門板、中央通道、立柱以及頂棚等）耐候性質量的優劣，會直接影響到用戶體驗。耐候性差的汽車內飾產品，當汽車長時間戶外停放時，會產生變形、變色、發粘、開裂以及產生異味等質量劣化現象，影響消費者使用體驗。

內飾件自然曝露試驗作為檢驗汽車內飾件質量優劣的重要方式，雖然其試驗結果的真實性、可靠性都是較高的，但也存在著較多影響試驗結果的因素，在試驗過程中不加以注意的話，會對試驗結果的一致性產生影響。

因此，開展影響汽車內飾件自然曝露試驗結果的因素研究具有重要意義。針對影響試驗結果的因素分析，有利于在今后試驗中提醒注意，相應減少影響試驗結果的潛在因素，提高試驗結果的準確性和真實性。

1 試驗

1.1 汽車內飾件自然曝露試驗簡介

汽車內飾件自然曝露試驗方法最早由美國通用汽車公司提出，旨在利用一種上蓋為汽車專用玻璃的限溫試驗箱（圖1），模擬乘用車戶外長時間停放時的車內環境，以一定試驗周期內試驗樣品的外觀變化程度，來評價汽車儀表板、門板等內飾件是否滿足乘用車耐候性質量要求[1]。

圖1 汽車內飾件IP/DP箱自然曝露試驗

1.2 汽車內飾件限溫試驗箱工作原理

汽車內飾件限溫試驗箱是模擬汽車內部封閉環境自然升溫來設計的，主要由箱體、黑板溫度計、空氣冷卻系統及落簾保護系統等組成。其中黑板溫度計在試驗過程中用以監測和控制箱體內所能達到的最高溫度，當箱體實際溫度達到設定限制溫度時，空氣冷卻系統開始工作降溫，當箱體實際溫度小于限制溫度3 ℃，空氣冷卻系統停止工作。當箱體實際溫度大于限制溫度6 ℃時，落簾保護系統開始工作，落簾遮蔽光照來保護樣品[2-4]。

1.3試驗樣品安裝

按GMW 3417-2018標準要求，將儀表板固定在安裝支架上放入試驗箱內，且左右兩端距離箱壁至少留有150 mm、頂側和底側兩端距離箱壁至少留有100 mm。試驗箱內安裝黑板溫度傳感器，以控制不同的箱內最高溫度，不超過典型自然環境下整車上實測的該零部件表面最高溫度（105 ℃）[5,6]。

2 結果與討論

2.1試驗箱蓋朝向對箱內環境的影響

目前汽車內飾件自然曝露試驗中，試驗箱蓋朝向推薦有固定南向并與水平面成45 °和自動跟蹤太陽2種試驗方式。圖2、圖3比較了試驗箱蓋朝向對箱內太陽輻照和溫度的影響。從圖2可以看出，自動跟蹤太陽的試驗箱內太陽輻射強度在9:00~17:00時間段內基本上處于800~900 W/m2的較高水平，而固定南向45 °的試驗箱受太陽位置的移動影響較大，特別是夏季正午時分，太陽位于試驗箱正上方，箱內接收的太陽輻照更少。因此，兩種試驗方式對試驗箱內的溫度影響也十分明顯，自動跟蹤太陽的試驗箱內溫度也可以長時間維持在限溫附近（圖3），對汽車內飾件的老化影響更為顯著，試驗評價結果也更準確可靠。

圖2 試驗箱蓋朝向對箱內太陽輻照的影響

圖3 數據擬合

圖3 試驗箱蓋朝向對箱內溫度的影響

兩種試驗方式相比較，自動跟蹤太陽的試驗方式充分利用了各時間段的光照，縮短了試驗周期，更符合產品高速發展的需求，而固定南向45 °的試驗方式，沒有充分利用好各時間段的光照，試驗周期略長，難以滿足產品高速發展的需求。

2.2安裝支架材質對樣品試驗溫度的影響分析

試驗過程中，需要使用安裝支架將試樣固定在試驗箱內，對于門板等試驗樣品中，支架與試驗樣品表面不可避免產生接觸，支架材料選用不當，也會對試驗結果產生不利影響。常用的安裝支架材料有角鋼、角鋁以及木條等，圖4比較了角鋁和木條兩種安裝支架材質對支架與樣品接觸點溫度的影響。從圖4可以看出，在使用金屬材料與木質材料安裝條件下樣品的試驗溫度數據高低依次為，金屬表面接觸＞木質表面接觸＞金屬邊緣接觸＞木質邊緣接觸，在2020年11月19日各類安裝材料、接觸面均為該月溫度最高的情況下，金屬表面接觸的最高溫度為115.6 ℃，木質表面接觸最高溫度為110.0 ℃，金屬表面接觸較木質表面接觸的溫度要高出5.6 ℃，金屬邊緣接觸的最高溫度為106.6 ℃，而木質邊緣接觸的最高溫度僅為101.1 ℃，金屬邊緣接觸較木質邊緣接觸的溫度要高出5.5 ℃，在其他時間段內，金屬表面接觸的最高溫度也普遍高于木質表面接觸的最高溫度，金屬邊緣接觸的最高溫度也普遍高于木質邊緣接觸的最高溫度，由此可見金屬材料接觸安裝的溫度要明顯高于木質材料接觸安裝的溫度，在金屬支架的熱傳遞影響下，樣品表面的溫度是要高于實際溫度的。

圖4 安裝支架材質對接觸點溫度的影響

金屬支架具有聚熱性快、散熱快等特性，在高溫天氣時金屬支架能夠快速聚熱，熱傳遞等影響，會使樣品快速達到或超過限制溫度，造成樣品長期處于高溫狀態，嚴重的話將導致樣品發生形變、開裂等，在低溫天氣時，其散熱快的特性將導致樣品的溫度降低，使樣品處于長時間的低溫狀態，不利于模擬汽車內部環境。而木質支架具有聚熱慢、散熱性低等特性，在高溫天氣時不易聚熱過快而導致樣品快速升溫，在低溫時又可以對樣品起到一定的保溫效果，使樣品更接近汽車內部恒溫效果。因此，推薦選用木質材料制作安裝支架，以免由于支架表面溫度過高導致試驗樣品產生非正常失效現象。

2.3安裝高度對試樣表面溫度的影響

試驗箱內空間密閉，空氣基本不流動，箱內升溫主要靠太陽輻射，因此會產生溫度梯度分布情況，與戶外停放時車內空氣溫度分布情況類似。箱內限溫控制主要通過安裝在箱內距離玻璃蓋板100 mm且與玻璃表面平行的黑板溫度計進行溫度反饋。為了探討箱內不同高度處的溫度差異，在同一個IP/DP箱體內，在距離玻璃面50 mm處、250 mm處、以及500 mm處分別放置了對比黑板溫度計與箱體自備黑板溫度計作對比，4塊溫度計安裝方式完全一致并且在同一直線上。圖5比較了距離玻璃表面不同高度處溫度的差異。

圖5 與箱體玻璃面距離不同的各點溫度情況

在同一天內，與玻璃面距離為50 mm的高處點最高溫度為85.7 ℃，與玻璃面距離為250 mm的中部點最高溫度為83.8 ℃，與玻璃面距離為500 mm的低處點最高溫度為82.1 ℃，與玻璃面距離為100 mm的箱體原裝黑板溫度計的最高溫度為84.2 ℃，高處點較黑板溫度計的溫度略高，中低處點較黑板溫度計的溫度略低，由此可知，距離玻璃面越近樣品表面的溫度就越高，安裝距離高于黑板溫度計的位置，則樣品表面溫度要高于實際控制溫度，安裝距離低于黑板溫度計的位置，則樣品表面溫度要低于實際控制溫度。實際試驗過程中，試驗樣品主曝露面高度應與黑板溫度計高度一致，避免樣品表面溫度過高或長期低于限溫。

3 結論與建議

通過上述討論結果，可以得出以下結論：

1）自動太陽跟蹤朝向較固定朝南朝向的試驗效率更高，汽車內飾件自然曝露試驗結果更為準確可靠。

2）金屬材料接觸安裝的熱傳導會造成試驗樣品附加溫度上升，較木質材料接觸安裝的表面溫度要高出5 ℃左右。

3）汽車內飾件試驗樣品主曝露面安裝高度應與箱體內安裝的黑板溫度計高度一致。