汽车内饰智能表面进化,软质光显及触控趋势显现

【汽车的智能“皮肤”未来,汽车内每一寸表面都可以是智能表面,包括门饰板、仪表板、方向盘、天窗模块、照明系统等,而且这些表面已开始从装饰作用向机电一体化用户界面发展。

汽车内饰智能表面进化,软质光显及触控趋势显现
作者 | 张旭/DFTC材料与工艺
来源 | AUTO内饰行家

智能化是现今汽车行业发展的主旋律,消费者不再局限于精美的汽车外观设计的需求,对集成功能性与装饰性的智能表面装饰设计也愈加青睐。本文针对智能表面装饰的主要技术方案、应用现状及未来趋势进行了简要分析。
 
关键词:智能表面  透光材料 IME
 
智能化是现今汽车行业发展的主旋律,消费者不再局限于精美的汽车外观设计的需求,对集成功能性与装饰性的智能表面装饰设计也愈加青睐。近年来,国内外车展越来越多主机厂的概念车型展示了设计师对未来汽车内饰座舱设计理念,未来汽车内饰座舱将朝着智能化方向发展,特别是内饰的整体视觉、触觉和交互反馈等。内饰设计将由传统装饰性转向装饰与功能结合的智能装饰表面。
 
除了传统装饰材料的质感、触感、可成型性之外,智能装饰表面还可同时具备光电动态显示、触控、声控等人机互动功能,是一种高度集成的装饰技术。将材料的透光属性与装饰属性结合是实现智能装饰的前提。因此内饰智能表面装饰技术发展可以分为三个阶段,第一阶段实现透光硬质装饰材料(如透光INS、透光IML、透光TOM等)与带控制逻辑的光电显示等功能集成(如光源呼吸点亮、流水效果的模内装饰膜片、真木装饰等),第二阶段实现软质透光装饰材料与带控制逻辑的光电显示功能集成(例如透光革、透光织物等),第三阶段实现装饰材料光电显示、智能操控(如手势操控、智能触摸、声音控制等)等多功能集成。
 
01

带光电显示功能的硬质智能表面装饰

 

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传统装饰与光电显示功能结合的装饰技术已有应用,它主要通过模内嵌件技术(INS)与面板背光源氛围灯技术结合来实现。该技术相对成熟,在零件设计上具有较大的设计自由度,可以满足内饰件产品内部空间小、曲面大乃至独特外观效果的需求。其在车内装饰上应用也越来越多。目前吉利博瑞GE和启辰星等车型的仪表板装饰件已开始使用这类智能表面装饰件。
 
这种装饰方案需要由INS膜片厂商和零件厂商配合完成——膜片厂商负责膜片生产,零件厂商负责将膜片加工成型零件。膜片需要预先在透明载体薄膜上通过辊印油墨、真空蒸镀等方式完成装饰图案的成型,接着将具有装饰图案的膜片与ABS基材进行热压复合,得到INS原始膜片。零件成型需先在模具内对原始膜片热吸塑成型、立体冲切为零件形状,待膜片充分冷却后注塑成型产品。
 

汽车内饰智能表面进化,软质光显及触控趋势显现

 
相对于传统模内嵌件技术方案,主要区别有以下几点:
 
(1) 膜片组成相对普通INS膜片在颜色层和ABS基材层之间增加一层图案的遮蔽层,该图案由精密辊轮印刷多次精密印刷而成,距离显示表面仅0.1mm距离,当多色光源通过INS膜片后,可以显现清晰的个性化图案效果;
 
(2) 膜片基材需选用透明ABS基材,骨架基材需选用透明PC材料,从而保证光源通过后无明显变化;
 
(3) 需增加面板背光源。不同光色依次通过透明PC骨架、ABS基材、图案层、装饰层,最终在膜片表面呈现不同光色的组合图案效果。
 
02
带光电显示功能的软质智能表面装饰
 
为了进一步提升消费者对汽车感知质量的评价,带光电显示功能的软质智能表面装饰概念应运而生。由于软质皮革材料材料属性及配方设计差异导致其达到良好显示透光效果的能力差于硬质装饰材料。由于开发透光效果良好的透光皮革材料难度较高,因此软质材料与光电显示功能结合量产案例较少,仅长城哈弗H6、思皓X8车型有应用,且均为国外皮革厂商加通开发,存在开发周期长,材料成本贵的情况。
 
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哈弗H6仪表板
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思皓X8门护板
现阶段透光皮革产品由全面透光要求向局部图案高分辨显示转变,因此对图案层布置的要求较高。当图案层距离显示层较远时,光源通过多层介质后分辨率降低,而图案层离显示层距离较近时,浅色造型透光表皮无法遮盖图案层,在不点亮状态时会有图案层阴影存在。因此透光表皮应用难点在于贴近显示表面的图案设计与生产。常规图案设计方案采用在包覆骨架内侧喷遮蔽层后镭雕或印刷图案,但加工成本较高,加工周期长,图案分辨率较低。当光源穿过图案层后,还需依次通过粘接层、基布层、表皮层等,易造成光源散射,导致显示分辨率降低,图案模糊。为保证图案显现的清晰度,图案层需优先考虑布置在透光皮革的密实层与发泡层或基布层之间,且密实层需要具备一定厚度。该图案布置方案会减少光源穿越图案层后光源扩散产生图案模糊,以提升图案显示分辨率。
 
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传统皮革生产工艺
现有皮革生产设备及生产工艺均在生产过程中完成基布与皮革层复合,如需满足图案层布置要求,皮革厂商需调整现有皮革生产工艺及产线布局。在传统生产工艺中,增加图案层制造工艺(如数码打印、丝网印刷、图案辊印等)。带图案层的透光材料生产工艺比较复杂,同时需考虑图案层的遮蔽性、生产过程中热拉伸对图案层拉伸变形的影响。
 
此外,不同材料及结构的透光性能差异较大。透光性能是光线透过介质的能力,是评价光线透过效果的主要指标,通常使用透光率表征,即透过介质的光通量与其入射光通量的百分率。对于皮革类材料来说,影响透光率的主要有两个因素:
 
(1) 光吸收。光穿过介质时,引起价电子跃迁或原子振动消耗能量,当吸收光电子能量后而未退激而发出光子时,在运动中与其它分子碰撞,造成光能衰减;
 
(2) 光散射。对于多相共混物,散射是导致透光率下降的主要影响因素,而且不可避免。
 
当入射光线通过结晶区或结晶性添加剂时,既无透过也无反射及吸收,而呈散射形式消散,导致透光率下降。当透光革结构中存在的结晶型添加剂较多,或者结晶度高且结晶区密度明显高于非结晶区时,透光率下降严重。
 
因此透光革与普通革配方上有三点差别:
 
(1) 透光革的主体树脂选用透明度更高的树脂;
 
(2) 透光革尽可能避免了无机类结晶性添加剂,并且降低非透明添加剂比例、粒径、使其均匀分散;
 
(3) 透光革表皮厚度较薄、同时使发泡层均匀降低光吸收与散射现象。
 
由以上分析可以看出,带光电显示功能的软质智能表面装饰的重难点工作在高透光性透光革材料开发以及高质量高精度的图案层设计、布置与生产。
 
03
带触控功能的智能表面装饰
 
汽车内饰系统是汽车车身的重要组成部分,它集中了人机交互界面,为消费者在使用中提供了对整车最直观的感受。它通过某种介质来增加电子功能的产品结构。作为一种交互形式的介质,智能表面借助膜片、皮革、木材等材质、集成各类传感器、透明触控薄膜等结构实现了功能与装饰“二合一”的设想。
 
智能表面装饰未来发展的重要方向是在内饰上集成触控反馈等功能,模内电子技术(IME, In-Mold Electronics)则是其中的代表之一。著名的导电材料供应商杜邦与知名的行业的IME供应商Tactotek共同推进了IME的技术发展。IME技术将传统的模内装饰技术与电子印刷技术有机结合,主要通过采用多层导电性高性能电子浆料印刷在聚酯薄膜片上,形成印刷电路,待膜片完全稳定后,冲切成片材,然后放入注塑模具中,在其背面注入无色或着色的树脂成型,最终得到具有触控功能的智能表面装饰件。这种膜片具有优异的弯曲性能和拉伸性能,支持3D成型,无需重新开发模具,造型设计更加自由。并且印刷导电油墨方案具有环保性和经济性,能够满足现在日益加速的车型改款需求。IME将模内装饰过程与导电油墨的印刷相结合,使得制造工艺更加快捷、环保。
 
作为制造功能材料和印刷电子技术的混合体,IME技术方案在很多方面代表了材料技术和电子产品的集成技术,IME技术有望实现结构电子产品的大批量生产。IME在很多方面都是成熟的IMD技术的演变,然而从IMD到IME的过渡充满挑战。首先当2D打印的电路形成3D对象时,IME中的功能材料必须经受的一次高温拉伸成型。对于功能性涂层来说,需考虑涂层被拉伸20%-60%后仍具备原始功能和电路传导性能。其次功能材料在恶劣的现场条件下也必须可靠,在高湿度和高温测试老化环境下,所用材料的性质通常会发生显着变化,包括图形油墨,导电油墨,电介质,透明导电油墨等。最后所有功能材料必须彼此相容,特别在成型过程中,材料的相容性会显着影响最终性能。
 
汽车内饰智能表面进化,软质光显及触控趋势显现
IME样件展示
目前带触控、人机互动的软质智能表面装饰主要通过在骨架上复合ITO触控膜片实现,生产工艺复杂、对造型型面约束大,因此现阶段无量产案例。软质透光膜片如何与电子印刷结合来实现智能触控现阶段研究较少,也是现阶段待突破的技术难点。需探寻合理的柔性透明导电涂层、生产工艺实现透明触控电容器与透光皮革的有机结合,如何实现透明电容器与图案显示层无缝精确定位、电路耐久性、散热性均是未来需解决的技术问题点。当赋予透光材料集成电路性能后,佐以各类光电显示、声音控制、手势控制、触控传感器,高级人机交互功能的实现将不再是梦想。
 
04
小结
 
智能表面装饰是未来汽车内饰设计与发展的重要方向,而新材料、新工艺的应用是实现智能内饰的重要载体。目前具有光电显示功能的硬质智能表面装饰已开始量产应用,各主机厂也陆续开展软质智能装饰技术及带触控功能的智能装饰技术研究。智能表面技术正处于市场导入及成长阶段,如何把智能表面技术做到更好,需要主机厂、零部件供应商、材料企业等各环节的共同努力。
END
汽车内饰智能表面进化,软质光显及触控趋势显现

 

 

原文始发于微信公众号(项目咖):汽车内饰智能表面进化,软质光显及触控趋势显现

智能表面是指结合装饰性与功能性的车内表面。未来汽车内的每一个表面都可以是智能表面,包括门饰板、仪表板、方向盘、天窗模块、照明系统等等,这些表面现已由装饰作用向机电一体化用户界面发展。现在智能表面技术正处于市场导入及成长阶段,发展潜力巨大,如何把智能表面技术做到更好,需要主机厂、方案设计、零部件供应商、材料企业等的共同努力,现艾邦建有汽车智能表面微信群,吉利、比亚迪、长城、长安、东风、延锋、宜兰汽配、宁波华德、温州锦成、科思创、库尔兹、肖特等企业均已加入,欢迎产业链上下游的朋友入群探讨,共谋进步。
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