車載空調(diào)控制器的新型按鍵旋鈕潰縮設(shè)計(jì)

劉繼輝

（惠州市德賽西威汽車電子有限公司，廣東，516006）

0 引言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)水平的日益提高及汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，乘用車正逐步進(jìn)入平常百姓家。在近幾年乘用車保有量急劇增加的同時乘用車制造廠如雨后春筍般涌現(xiàn)，而國家對乘用車的安全法規(guī)也越來越完善，特別是乘用車內(nèi)部飾物對駕乘人員的安全法規(guī)，做出了明確的安全要求、試驗(yàn)條件、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等。而車載空調(diào)控制器正是乘用車內(nèi)部飾物的一部分，既起到控制器作用也起到裝潢車廂提升內(nèi)室的美觀性。乘用車制造廠為了自身車型的個性化定義，在車載空調(diào)控制器滿足控制功能的同時，對空調(diào)控制器造型進(jìn)行了各種各樣的設(shè)計(jì)，其中不乏旋鈕按鍵組合使用和按鍵設(shè)計(jì)在旋鈕中間的情況，如圖1，而為了操作的便利性即滿足人機(jī)工程學(xué)的定義，旋鈕會設(shè)計(jì)的較高，當(dāng)旋鈕高度超過9.5mm以上時就需滿足GB 11552-2009對乘用車內(nèi)部凸出物的法規(guī)要求，即需做潰縮設(shè)計(jì)。為此，前人們做了各種各樣的潰縮設(shè)計(jì)，而本設(shè)計(jì)在潰縮方案的可行性和成本控制上做到了更優(yōu)的處理。

圖1

1 法規(guī)要求

“用剛性材料制造的開關(guān)、拉鈕等構(gòu)件，按規(guī)定的方法測定，當(dāng)凸出儀表板表面3.2～9.5mm時，距離凸出部分頂點(diǎn)2.5mm處的橫截面積不應(yīng)小于200mm2，且凸出物邊緣的曲率半徑不應(yīng)小于2.5mm。當(dāng)這些構(gòu)件凸出儀表板表面的高度超過9.5mm時，用一直徑不大于50mm的平端壓頭，在其上施加378N的向前縱向水平力，這些構(gòu)件應(yīng)能縮回儀表或脫落。當(dāng)縮回時，其凸出高度應(yīng)在9.5mm以下；當(dāng)脫落時，在原來位置上不得留下高度超過9.5mm的危險(xiǎn)凸出物。距離凸出部分頂點(diǎn)不超過6.5mm處的橫截面積不得小于650mm2?！彼袃?nèi)部凸出物高度滿足9.5mm以上時必須執(zhí)行上述法規(guī)的要求。

2 潰縮結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

2.1 潰縮結(jié)構(gòu)的常見方案

目前常見的潰縮方案有如下幾種：

（1）PCB潰縮[圖2]：旋鈕采用中空編碼器，旋鈕裝配到編碼器外形結(jié)構(gòu)上，按鍵裝配到編碼器中，將編碼器周邊PCB鏤空,只留3個連橋。當(dāng)受到?jīng)_擊力作用時，連橋斷裂，按鍵、旋鈕、編碼器脫離主PCB，實(shí)現(xiàn)潰縮。

圖2

（2）PCB彈性變形潰縮[圖3]：旋鈕底部局部PCB結(jié)構(gòu)強(qiáng)度弱化，使整個按鍵旋鈕組件在受，縮回到9.5mm以下，實(shí)現(xiàn)潰縮；當(dāng)外力消失時，旋鈕能夠回到正常位置，并且功能正常。

圖3

（3）按鍵旋鈕組件整體潰縮[圖4]：按鍵與旋鈕設(shè)計(jì)為一個安裝組件，通過卡扣裝配到控制器中，當(dāng)按鍵旋鈕組件受到?jīng)_擊力作用時，按鍵旋鈕組件與面板的扣位發(fā)生變形，按鍵旋鈕組件脫落，實(shí)現(xiàn)潰縮。

圖4

（4）空調(diào)控制器整體潰縮[圖5]：與按鍵旋鈕組件整體潰縮類似，卡扣設(shè)計(jì)在控制器周邊與面罩配合，當(dāng)按鍵旋鈕受到?jīng)_擊力作用時，空調(diào)控制器與面罩的扣位發(fā)生變形，空調(diào)控制器整體脫落，實(shí)現(xiàn)潰縮。

（5）柔性伸縮結(jié)構(gòu)潰縮：旋鈕采用中空編碼器，旋鈕裝配到編碼器外形結(jié)構(gòu)上，按鍵裝配到編碼器中，該方式利用某些中空編碼器軸向受力收縮、撤力復(fù)原的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)潰縮。

2.2 新型按鍵潰縮結(jié)構(gòu)方案

該新型按鍵潰縮結(jié)構(gòu)方案，將按鍵與旋鈕的潰縮結(jié)構(gòu)分開設(shè)計(jì)，但在受到?jīng)_擊力時，潰縮一同發(fā)生，保證按鍵旋鈕狀態(tài)的一致性。旋鈕中間按鍵潰縮原理[圖6]：按鍵底座懸臂梁折斷按鍵支架縮入按鍵底座使按鍵高度低于9.5mm；旋鈕潰縮原理[圖7]：旋鈕底座懸臂梁折斷旋鈕支架縮入旋鈕底座使旋鈕高度低于9.5mm。

圖5

2.3 潰縮方案的比較

（1）PCB潰縮方案：這種潰縮方案因?yàn)樾枰獙存I旋鈕PCB周圈鏤空，以達(dá)到連橋受力斷裂的效果，對電子元器件的布置及走線有一定的影響，且PCB連橋的強(qiáng)度不穩(wěn)定，不利于控制潰縮力；

（2）PCB彈性變形潰縮：這種潰縮方式要求PCB變形臂較長，受空間限制時，只能將主PCB空間減小，而主PCB變小對電子元器件的布置及走線有一定的影響，不適用于空間緊湊的控制器；

（3）按鍵旋鈕組件整體潰縮：由于按鍵旋鈕作為一個組件裝配，體積較大，對周邊裝配空間要求較高，且按鍵旋鈕組件下端有PCB板限制，使?jié)⒖s高度有一定限制，適合潰縮高度在2mm以內(nèi)及整體尺寸較大的控制器；

（4）空調(diào)控制器整體潰縮：大體結(jié)構(gòu)按鍵旋鈕組件整體潰縮，但需車廠定義一個面罩與控制器配合，這種方式受車廠造型設(shè)計(jì)限制；

（5）柔性伸縮結(jié)構(gòu)潰縮：這種潰縮方式受編碼器影響，局限性大、成本高。

而本文所提的新型按鍵旋鈕潰縮設(shè)計(jì)避免了PCB潰縮對電子元器件的布置、走線及潰縮力不穩(wěn)定的問題，也避免了整體潰縮所需安裝空間及車廠對面罩定義的問題，通過簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了低成本的潰縮方案。

圖6 按鍵潰縮原理

圖7 旋鈕潰縮原理

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

經(jīng)驗(yàn)證，這種新型的按鍵旋鈕潰縮結(jié)構(gòu)能在378N的向前縱向水平力作用下，懸臂梁能正常折斷，使支架的導(dǎo)槽準(zhǔn)確的滑落到底座上，實(shí)現(xiàn)按鍵旋鈕同時縮回儀表，滿足乘用車內(nèi)部凸出物的法規(guī)要求。

4 結(jié)論

綜上所述，本文提出了一種設(shè)計(jì)簡便、結(jié)構(gòu)合理、成本更低的新型按鍵旋鈕潰縮方案，節(jié)省了機(jī)械結(jié)構(gòu)空間，并減少了潰縮對PCB板的依賴，使電子元器件和線路的布置更加靈活，提高了PCB板的使用效率。

這種新型的按鍵旋鈕潰縮方案很好的使乘用車內(nèi)部飾件滿足內(nèi)部凸出物的法規(guī)要求，為內(nèi)飾件的潰縮方案提供了新思路、新方向，值得國內(nèi)乘用車制造廠及其零部件制造商推行使用。

[1]呂杰鋒,陳建新,徐進(jìn)波.人機(jī)工程學(xué).清華大學(xué)出版社,2009-7-1.

[2]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn) 乘用車內(nèi)部凸出物GB 11552-2009.