汽車內(nèi)飾件設計研究

安惠楠，肖 博

(一汽豐田技術開發(fā)有限公司 天津300456)

1 汽車內(nèi)飾件概括

汽車內(nèi)飾包括儀表板、車門內(nèi)飾板、頂棚、中央通道、側(cè)圍內(nèi)飾等內(nèi)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(nèi)部功能件。汽車內(nèi)飾通過多種材料和多種生產(chǎn)工藝制作而達到不同的效果，一般內(nèi)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(nèi)飾示意圖Fig.1 Interior schematic

2 汽車內(nèi)飾件設計原則和開發(fā)流程

2.1 設計效果圖及模型制作

一個整車的內(nèi)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(xiàn)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(jù)平面效果圖制作油泥模型和數(shù)據(jù)模型，數(shù)據(jù)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(gòu)建數(shù)據(jù)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(guī)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(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)設計

以上只是一個沒有結(jié)構(gòu)的外表面模型，接下來的任務就是各個部件的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yōu)化結(jié)構(gòu)設計和檢驗部件的制造工藝。

結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(xù)改進、逐步優(yōu)化的過程。為了進行各項工藝檢查，我們除了檢驗數(shù)據(jù)模型，也對一些結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設計需要考慮的問題。

圖2 中控面板零件構(gòu)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(tǒng)操控面板、空調(diào)控制器、中央出風口、煙灰盒或小儲物盒等構(gòu)成?；疚挥隈{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(fā)制造周期短，且基本位于儀表板的中央?yún)^(qū)域，它的變化可以有效影響儀表板系統(tǒng)的整體造型效果，因而經(jīng)常通過改變中控面板的造型或表面處理方式來實現(xiàn)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(diào)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(gòu)成圖Fig.3 Center cluster compositions

②設計要求。根據(jù)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(diào)整 Ⅲ2 9 座椅調(diào)節(jié)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(tǒng)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(yōu)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(huán)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(zhì)，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(zhuǎn)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(chǎn)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(huán)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(chǎn)品表面，以達到裝飾產(chǎn)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(zhuǎn)?。簩㈩A先印刷在特殊水溶性薄膜上的圖案，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(diào)整，顏色變化比較多；工程更改便捷，零件外形修改對水轉(zhuǎn)印影響較?。换y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(zhuǎn)印中控面板Fig.8 Water transfer center cluster

水轉(zhuǎn)印工藝流程如圖9所示。

圖9 水轉(zhuǎn)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(xiàn)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(zhuǎn)印，其真實細膩的木紋效果能很大地提升內(nèi)飾的感知質(zhì)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(chǎn)節(jié)拍快，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定(見圖11)。

2.5 模流分析

任何一個參數(shù)或幾個工藝參數(shù)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(zhì)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(yōu)化模具設計及工藝參數(shù)，甚至對零件的結(jié)構(gòu)提出優(yōu)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(shù)據(jù)庫中可以直接選取。

2.5.2 結(jié)果解析

熔接痕：圖12位置(彩色線條處)易出現(xiàn)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(fā)生短射(見圖 13)。

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

圖12 產(chǎn)品熔接痕Fig.12 Weld marks

圖13 積氣Fig.13 Accumulation

圖14 產(chǎn)品表面溫度Fig.14 Surface temperature

頂出時刻體積收縮率：收縮率會根據(jù)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(chǎn)品向內(nèi)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(chǎn)品向內(nèi)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(chǎn)品，四角下凹向內(nèi)收縮 1,mm 左右，中間上拱 0～0.6,mm 左右(見圖 18)。

圖15 產(chǎn)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(jié)論

從分析結(jié)果得知：產(chǎn)品填充順利，無短射現(xiàn)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(qū)域溫度會稍偏低；產(chǎn)品表面易出現(xiàn)熔接線位置如圖 12彩色線條所示；產(chǎn)品變形詳見數(shù)據(jù)，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(fā)現(xiàn)問題和優(yōu)化數(shù)據(jù)模型，只有到試制樣件裝車，狀態(tài)達到預期的效果后，并做項目總結(jié)，一個成功的內(nèi)飾項目才告結(jié)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(guī)(見表 3)。

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

3 總 結(jié)

在整個設計項目中，一般通過各個過程的同步協(xié)作縮短開發(fā)周期，比如模具前期加工可以在最終數(shù)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(nèi)容分類檢查，發(fā)現(xiàn)問題，優(yōu)化設計。用設計前考慮、設計后再檢查的方式來保證數(shù)模工藝質(zhì)量。采用不同設計軟件的優(yōu)勢，在不同的設計階段提高設計效率和數(shù)模質(zhì)量，并制定設計數(shù)模標準和等級。

汽車內(nèi)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(nèi)飾件設計時，考慮的元素應更為廣泛，諸如環(huán)保節(jié)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(nèi)展現(xiàn)科技帶來的人性化。

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

［2］余志生. 汽車理論[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2009.

［3］曹渡. 汽車內(nèi)外飾設計與實戰(zhàn)[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2011.