某型轿车暴晒试验衣帽架温度过高原因分析及改进措施

文云雄，杨昌铮，陈秋岸，张晓东，高泽海

某型轿车暴晒试验衣帽架温度过高原因分析及改进措施

文云雄，杨昌铮，陈秋岸，张晓东，高泽海

（广州电器科学研究院有限公司海南热带环境分公司，海南 琼海 571400）

基于整车暴晒试验过程中某车型出现的衣帽架温度过高现象展开研究，通过试验数据对比后挡风玻璃不同的装配角度、材质及衣帽架的不同材质对衣帽架表面温度产生的影响，确定出在试验过程中导致衣帽架温度过高的相关因素，并提出相应的解决措施，为整车设计改进提供数据参考。结果表明，试验过程中太阳位置北移，光照直射后挡风玻璃，且低纬度地区中午太阳高度角近似垂直，强光照对趋于水平角度的后挡风玻璃、衣帽架等部件作用更加严酷。后挡风玻璃耐光穿透性能差及绒布面料聚热性快、散热性慢等因素是造成衣帽架温度过高的根本原因，严重时会导致衣帽架产生变形、鼓包、发白、脱胶、分层等缺陷，长时间的高温状态下也可能导致衣帽架产生非正常失效现象。通过适当提高后挡风玻璃装配角度、选用耐高温防晒型后挡风玻璃、改变衣帽架面料材质等措施都能够有效降低衣帽架表面温度。

暴晒试验；衣帽架；温度过高；太阳高度角

汽车衣帽架也称为后搁物板，位于后车厢处，具有美观性、隔音性及实用性，是内饰件的重要组成部分，处于高度可见区域[1]。汽车衣帽架的质量优劣会影响用户体验，因此，成为主机厂对车辆耐候性考察与改进的重点。

在2022年下半年对试验数据分析过程中，发现某款车型衣帽架部件表面温度较长时间处于高温状态，且高于同时期仪表板和其它类似车型内饰表面温度的不正常现象，依据以往类似车型的试验数据来看，车内仪表板一般是整车内饰的主要受光部件，仪表板温度在整车内饰中也是典型的高温部件。在同一天内衣帽架温度远高于仪表板温度的现象比较少见，长时间的高辐照、高温环境状态可能导致衣帽架产生非正常失效的情况。因此，针对该车型衣帽架温度过高现象展开分析，有助于主机厂进一步了解该车型衣帽架存在的问题和改进方向。

1 试验过程

1.1 试验材料

试样来自主机厂在某车型上批量使用的衣帽架内饰件，使用的面料为绒布，其基体主要材质为玻璃纤维增强聚丙烯（PP-GF），其材料密度小、质量轻，在高应力条件下的抗裂性较强，物理力学及耐热性能一般，被广泛应用于电器、汽车等领域，其物理特性测试结果如表1所示。

1.2 试验设备及制备

试验设备主要包括数据采集器：美国Camp- bell公司型号为CR1000的采集器；表面温度传感器：T型热电偶；高温辐射表：荷兰Kipp&Zonen公司的CM4辐射表。将试样基材（PP-GF）和面料在模具中热压缩成型，加热温度为240 ℃；加热时间为90 s；保压压力为12.5 MPa；保压时间为60 s。

表1 衣帽架PP-GF材料物性测试结果

测试项目测试结果测试方法 收缩率/%0.6～0.8GB/T 15585 拉伸强度/MPa37GB/T 1040 断裂伸长率/%10GB/T 1040 弯曲强度/MPa43GB 9341 热变形温度/℃147GB 1634

1.3 试验方法

依据标准《汽车整车大气暴露试验方法》（GB/T 40512－2021）[2]的相关要求，将汽车整车放置于琼海大气暴露场（北纬19°14'35"，东经110°28'41"），进行静态自然暴露试验[3]。试验朝向采取北半球车辆车头朝南，并在仪表板和衣帽架上布置温度及太阳辐射传感器，用以实时监测车内仪表板和衣帽架处的环境数据情况[4]。自2021年11月20日开始至2022年11月19日结束，试验持续时间为一年。每3个月为一个检查周期，每个周期对试验衣帽架进行外观、颜色及使用功能情况检查与评价。

2 衣帽架温度过高产生的影响及原因分析

光、热及水分是导致汽车及部件老化的三要素[5-6]，整车在试验过程中紧闭门窗，对于内饰件衣帽架而言，外部环境水分难以进入车内，车内湿度相对户外低，因此，影响车内环境变化的主要因素为太阳辐射导致升温。强光照透过后挡风玻璃直射到衣帽架会使衣帽架表面温度上升，严重时会导致衣帽架产生变形（见图1）、鼓包、发白（见图2）、脱胶、分层等缺陷。

图1 衣帽架受光热下垂变形

图2 衣帽架受光热老化发白

2.1 太阳位置北移对不同角度衣帽架温度的影响

图3和图4分别对比了仪表板与衣帽架某天内温度和月均太阳辐射量情况。结果发现6－9月份为每年光照最强的时间段，自6月份开始，衣帽架的月均辐射量和温度不断增强，7月份衣帽架的月均辐射量达到608.4 MJ/m2，与同时期仪表板的月累计辐射量相近似，直至9月份后，两者差距才逐渐开始增大。7月份衣帽架表面最高温度更是达到113.6 ℃，超出同时期仪表板表面温度12.3 ℃，成为内饰受温最高的部件，中午时分该车型衣帽架更是受到当天最强光照直射成为主要受光面。

主要是受夏至后太阳位置逐渐向北回归线（北纬23°26'）移动的影响，琼海大气暴露试验场纬度低（北纬19°14'35"），此段时间内太阳位置处于试验场的北方，而试验整车依据标准《GB/T40512－2021》北半球车头朝南放置。因此，此时光照主要作用部位点为后挡风玻璃，强光照透过后挡风玻璃直射到衣帽架，光照热辐射导致衣帽架大幅度升温。

图3 某天内仪表板与衣帽架受温情况

图4 车内仪表板与衣帽架月均辐照总量累计

6－9月份太阳直射作用转移至后挡风玻璃处，光照在中午时刻对衣帽架的作用最强，此时的太阳高度角大致为80°左右，光照直射接近垂直则对角度越接近于0°的试样作用越严酷。对比某天内后挡风玻璃安装角度不同的两款车型温度情况（见图5）。通过数据分析，发现后挡风玻璃采取低角度（19°）安装下的衣帽架表面温度数据在各时间段整体偏高，当天在中午时刻最高温度为113.6 ℃，明显是受到当天最强光照直接作用状态，而采取高角度（45°）安装下的衣帽架表面温度在中午时刻并没有太高，在下午16:00左右时温度才开始逐渐上升，当天最高温度为75.23 ℃，较低角度（19°）安装的后挡风玻璃下衣帽架的温度相差38.37 ℃，说明中午时刻光照对趋于水平角度的后挡风玻璃、衣帽架等部件光照作用更强。

图5 某天内不同安装角度后挡风玻璃下衣帽架受温情况

2.2 后挡风玻璃耐光穿透性能差异对衣帽架辐照强度的影响

通过试验对比某天普通型与耐高温防晒型后挡风玻璃下，高温辐照表受光照强度情况（见图6）。通过数据曲线对比发现，普通型后挡风玻璃下的光照整体作用强度远高于防晒型，在当天普通型后挡风玻璃下光照强度最高为1 120 W/m2，约为防晒型后挡风玻璃下光照强度的5倍，说明采取不同类型后挡风玻璃下的衣帽架受光强度是存在明显差异的，普通型后挡风玻璃下衣帽架受到光照强度更大，表面温度相对也会更高。

图6 某天内不同类型后挡风玻璃下高温辐照表受光强度

2.3 不同面料对衣帽架表面温度的影响

开展试验对比了某天内面料不同的两款衣帽架表面温度情况（见图7），两款衣帽架的基体均为玻璃纤维增强聚丙烯（PP-GF），仅在面料使用上有所差异。通过数据分析，发现使用绒布面料的衣帽架整体温度较针织面料略高，当天最高温度高出针织面料20.3 ℃，说明不同面料衣帽架间也会存在一定的温度差异，绒布面料具有聚热性快、散热性慢等特点，会导致衣帽架表面温度有所增高。

图7 某天内不同面料衣帽架受温情况

3 衣帽架温度过高的解决措施

3.1 提高后挡风玻璃装配角度

通过图5某天内开展后挡风玻璃安装角度不同的两款车型试验温度数据对比，得知后挡风玻璃等部件在设计时，需要考虑到不同纬度地区的强光状态，在低纬度地区，光照对趋于水平角度的部件作用最明显，车辆设计时可以通过适当的提高后挡风玻璃装配角度来有效避免中午最强光照的直射作用，来减少车内受光照强度，从而达到降低内饰件表面温度的目的，避免衣帽架等部件因持续高温产生非正常失效。

3.2 选用耐高温防晒型后挡风玻璃

依据图6开展试验对比结果，说明在低纬度地区太阳光照对后挡风玻璃等车尾部件的作用状态同样很严酷。很多主机厂在这方面的认识还不够，认为强光照主要来自前挡风玻璃等车前端，在后挡风玻璃防晒类型的选取和针对后挡风玻璃防晒保护措施方面考虑不足，无法有效地对衣帽架等内饰件提供防护。在这方面应当引起重视，采用滤光强的防晒型后档风玻璃或是通过贴防晒膜等手段加强后档风玻璃的滤光性能，从而有效大幅降低车内光照强度，延长内饰老化周期。

3.3 改变衣帽架面料材质

依据图7开展采取不同面料的两款衣帽架表面温度试验对比结果，说明衣帽架不同面料之间表面温度存在很大的差异。针织面料在外观上更加整洁美观，挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds, VOC）含量低，在衣帽架部件设计时可以考虑采取针织面料来代替绒布面料，使用针织面料较绒布面料能有效降低衣帽架表面温度20.3 ℃左右。

4 总结

试验过程中太阳位置北移，光照直射后挡风玻璃且低纬度地区中午太阳高度角近似垂直，中午强光照则对趋于水平角度的后挡风玻璃、衣帽架等部件作用更加严酷，后挡风玻璃耐光穿透性能差及绒布面料聚热性快、散热性慢等因素是造成衣帽架温度过高的根本原因，严重时会导致衣帽架产生变形、鼓包、发白、脱胶、分层等缺陷，长时间的高温状态下也可能导致衣帽架产生非正常失效现象。通过适当提高后挡风玻璃装配角度、选用耐高温防晒型后挡风玻璃、改变衣帽架面料材质等措施都能够有效降低衣帽架表面温度。

[1] 曾文波,骆立良,文云雄,等.汽车整车大气暴露试验评价方法标准解读与应用[J].环境技术,2023,41(1): 149-152.

[2] 全国汽车标准化技术委员会.汽车整车大气暴露试验方法:GB/T 40512－2021[S].北京:中国标准出版社,2021.

[3] 张晓东,王伟健,祁黎,等.基于大数据分析的汽车外饰部件光热老化模型研究[J].环境技术,2020,38(3):97-100.

[4] 文云雄,张晓东,陈秋岸,等.内饰件双向自动跟踪太阳限温箱试验加速效果研究[J].环境技术,2022,40(5):25-28.

[5] 范琼,付漭,马建峰,等.汽车非金属内外饰材料环境老化研究[J].汽车实用技术,2017,42(2):193-195.

[6] 罗佳宇,谢伟强,李后乐,等.汽车内外饰材料光热老化分析[J].时代汽车,2019(14):124-126.

Cause Analysis and Improvement Measures for Excessive Temperature of Coat and Cap Rack in Exposure Test of a Certain Car

WEN Yunxiong, YANG Changzheng, CHEN Qiuan, ZHANG Xiaodong, GAO Zehai

( Guangzhou Electric Apparatus Research Institute Company Limited Hainan Tropical Environment Branch, Qionghai 571400, China )

Based on the phenomenon that the temperature of coat and cap rack is too high in a vehicle during the vehicle exposure test, the influence of different assembly angles of the rear windshield, different materials of the rear windshield and different fabric materials of the coat and cap rack on the surface temperature of coat and cap rack is compared through the test data, and the related factors that lead to the excessive temperature of coat and cap rack in the test process are determined, and the corresponding solutions are proposed. It provides data reference for the improvement of vehicle design. The results show that during the test, the sun position shifted to the north and the sunlight directly hit the rear windshield, and the sun height angle at noon in low latitude areas is approxi- mately vertical, while the strong sunlight at noon had more severe effects on the rear windshield, coat and cap rack and other components tending to the horizontal angle.The poor light penetration performance of the rear windshield and the rapid heat accumulation and slow heat dissipation of the flannel fabric are the fundamental reasons for the excessively high temperature of the coat and cap rack. In serious cases, the coat and cap rack will have defects such as deformation, bulging, whitening, degumming and delamination, and the abnormal failure of the coat and cap rack may also be caused under the high temperature for a long time.The surface temperature of the coat and cap rack can be effectively reduced by improving the assembly angle of the rear windshield, selecting the rear windshield with high temperature resistance and sunscreen, and changing the fabric material of the coat and cap rack.

Exposure test; Coat and cap rack;High temperature;Solar altitude angle

U465.4

A

1671-7988(2023)19-144-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.019.028

文云雄（1995－），男，助理工程师，研究方向为工业产品环境适应性试验与评价，E-mail:786179213@qq.com。