浅谈影响汽车内饰件自然曝露试验结果的若干因素

文云雄，江鲁，张晓东,，高泽海，陈泽皓

（1.广州电器科学研究院股份有限公司海南热带环境分公司，海口 570100；2.中国电器科学研究院股份有限公司，广州 510663）

概述

汽车内饰件（主要包括仪表板、门板、中央通道、立柱以及顶棚等）耐候性质量的优劣，会直接影响到用户体验。耐候性差的汽车内饰产品，当汽车长时间户外停放时，会产生变形、变色、发粘、开裂以及产生异味等质量劣化现象，影响消费者使用体验。

内饰件自然曝露试验作为检验汽车内饰件质量优劣的重要方式，虽然其试验结果的真实性、可靠性都是较高的，但也存在着较多影响试验结果的因素，在试验过程中不加以注意的话，会对试验结果的一致性产生影响。

因此，开展影响汽车内饰件自然曝露试验结果的因素研究具有重要意义。针对影响试验结果的因素分析，有利于在今后试验中提醒注意，相应减少影响试验结果的潜在因素，提高试验结果的准确性和真实性。

1 试验

1.1 汽车内饰件自然曝露试验简介

汽车内饰件自然曝露试验方法最早由美国通用汽车公司提出，旨在利用一种上盖为汽车专用玻璃的限温试验箱（图1），模拟乘用车户外长时间停放时的车内环境，以一定试验周期内试验样品的外观变化程度，来评价汽车仪表板、门板等内饰件是否满足乘用车耐候性质量要求[1]。

图1 汽车内饰件IP/DP箱自然曝露试验

1.2 汽车内饰件限温试验箱工作原理

汽车内饰件限温试验箱是模拟汽车内部封闭环境自然升温来设计的，主要由箱体、黑板温度计、空气冷却系统及落帘保护系统等组成。其中黑板温度计在试验过程中用以监测和控制箱体内所能达到的最高温度，当箱体实际温度达到设定限制温度时，空气冷却系统开始工作降温，当箱体实际温度小于限制温度3 ℃，空气冷却系统停止工作。当箱体实际温度大于限制温度6 ℃时，落帘保护系统开始工作，落帘遮蔽光照来保护样品[2-4]。

1.3试验样品安装

按GMW 3417-2018标准要求，将仪表板固定在安装支架上放入试验箱内，且左右两端距离箱壁至少留有150 mm、顶侧和底侧两端距离箱壁至少留有100 mm。试验箱内安装黑板温度传感器，以控制不同的箱内最高温度，不超过典型自然环境下整车上实测的该零部件表面最高温度（105 ℃）[5,6]。

2 结果与讨论

2.1试验箱盖朝向对箱内环境的影响

目前汽车内饰件自然曝露试验中，试验箱盖朝向推荐有固定南向并与水平面成45 °和自动跟踪太阳2种试验方式。图2、图3比较了试验箱盖朝向对箱内太阳辐照和温度的影响。从图2可以看出，自动跟踪太阳的试验箱内太阳辐射强度在9:00~17:00时间段内基本上处于800~900 W/m2的较高水平，而固定南向45 °的试验箱受太阳位置的移动影响较大，特别是夏季正午时分，太阳位于试验箱正上方，箱内接收的太阳辐照更少。因此，两种试验方式对试验箱内的温度影响也十分明显，自动跟踪太阳的试验箱内温度也可以长时间维持在限温附近（图3），对汽车内饰件的老化影响更为显著，试验评价结果也更准确可靠。

图2 试验箱盖朝向对箱内太阳辐照的影响

图3 数据拟合

图3 试验箱盖朝向对箱内温度的影响

两种试验方式相比较，自动跟踪太阳的试验方式充分利用了各时间段的光照，缩短了试验周期，更符合产品高速发展的需求，而固定南向45 °的试验方式，没有充分利用好各时间段的光照，试验周期略长，难以满足产品高速发展的需求。

2.2安装支架材质对样品试验温度的影响分析

试验过程中，需要使用安装支架将试样固定在试验箱内，对于门板等试验样品中，支架与试验样品表面不可避免产生接触，支架材料选用不当，也会对试验结果产生不利影响。常用的安装支架材料有角钢、角铝以及木条等，图4比较了角铝和木条两种安装支架材质对支架与样品接触点温度的影响。从图4可以看出，在使用金属材料与木质材料安装条件下样品的试验温度数据高低依次为，金属表面接触＞木质表面接触＞金属边缘接触＞木质边缘接触，在2020年11月19日各类安装材料、接触面均为该月温度最高的情况下，金属表面接触的最高温度为115.6 ℃，木质表面接触最高温度为110.0 ℃，金属表面接触较木质表面接触的温度要高出5.6 ℃，金属边缘接触的最高温度为106.6 ℃，而木质边缘接触的最高温度仅为101.1 ℃，金属边缘接触较木质边缘接触的温度要高出5.5 ℃，在其他时间段内，金属表面接触的最高温度也普遍高于木质表面接触的最高温度，金属边缘接触的最高温度也普遍高于木质边缘接触的最高温度，由此可见金属材料接触安装的温度要明显高于木质材料接触安装的温度，在金属支架的热传递影响下，样品表面的温度是要高于实际温度的。

图4 安装支架材质对接触点温度的影响

金属支架具有聚热性快、散热快等特性，在高温天气时金属支架能够快速聚热，热传递等影响，会使样品快速达到或超过限制温度，造成样品长期处于高温状态，严重的话将导致样品发生形变、开裂等，在低温天气时，其散热快的特性将导致样品的温度降低，使样品处于长时间的低温状态，不利于模拟汽车内部环境。而木质支架具有聚热慢、散热性低等特性，在高温天气时不易聚热过快而导致样品快速升温，在低温时又可以对样品起到一定的保温效果，使样品更接近汽车内部恒温效果。因此，推荐选用木质材料制作安装支架，以免由于支架表面温度过高导致试验样品产生非正常失效现象。

2.3安装高度对试样表面温度的影响

试验箱内空间密闭，空气基本不流动，箱内升温主要靠太阳辐射，因此会产生温度梯度分布情况，与户外停放时车内空气温度分布情况类似。箱内限温控制主要通过安装在箱内距离玻璃盖板100 mm且与玻璃表面平行的黑板温度计进行温度反馈。为了探讨箱内不同高度处的温度差异，在同一个IP/DP箱体内，在距离玻璃面50 mm处、250 mm处、以及500 mm处分别放置了对比黑板温度计与箱体自备黑板温度计作对比，4块温度计安装方式完全一致并且在同一直线上。图5比较了距离玻璃表面不同高度处温度的差异。

图5 与箱体玻璃面距离不同的各点温度情况

在同一天内，与玻璃面距离为50 mm的高处点最高温度为85.7 ℃，与玻璃面距离为250 mm的中部点最高温度为83.8 ℃，与玻璃面距离为500 mm的低处点最高温度为82.1 ℃，与玻璃面距离为100 mm的箱体原装黑板温度计的最高温度为84.2 ℃，高处点较黑板温度计的温度略高，中低处点较黑板温度计的温度略低，由此可知，距离玻璃面越近样品表面的温度就越高，安装距离高于黑板温度计的位置，则样品表面温度要高于实际控制温度，安装距离低于黑板温度计的位置，则样品表面温度要低于实际控制温度。实际试验过程中，试验样品主曝露面高度应与黑板温度计高度一致，避免样品表面温度过高或长期低于限温。

3 结论与建议

通过上述讨论结果，可以得出以下结论：

1）自动太阳跟踪朝向较固定朝南朝向的试验效率更高，汽车内饰件自然曝露试验结果更为准确可靠。

2）金属材料接触安装的热传导会造成试验样品附加温度上升，较木质材料接触安装的表面温度要高出5 ℃左右。

3）汽车内饰件试验样品主曝露面安装高度应与箱体内安装的黑板温度计高度一致。