汽車中央控制開(kāi)關(guān)面板的設(shè)計(jì)

趙勝

（上?？剖肋_(dá)-華陽(yáng)汽車電器有限公司，上海 201814）

汽車中央控制開(kāi)關(guān)面板的設(shè)計(jì)

趙勝

（上?？剖肋_(dá)-華陽(yáng)汽車電器有限公司，上海 201814）

以某整車廠的中央控制開(kāi)關(guān)面板為例，從產(chǎn)品的機(jī)械設(shè)計(jì)入手，探討各個(gè)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)原理和設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

中央控制開(kāi)關(guān)面板；機(jī)械設(shè)計(jì)；模擬仿真

中央控制開(kāi)關(guān)面板裝配在汽車儀表板中間，集成一些開(kāi)關(guān)按鍵、旋鈕和裝飾面板。隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車的舒適性、操縱性和安全性越來(lái)越被人們所關(guān)注。人機(jī)界面設(shè)計(jì)作為汽車的核心競(jìng)爭(zhēng)力之一，而中央控制開(kāi)關(guān)面板上置有人機(jī)界面中最顯眼和常用的開(kāi)關(guān)，其造型設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也自然成為消費(fèi)者關(guān)注的重點(diǎn)。中央控制開(kāi)關(guān)面板一般帶CAN網(wǎng)或LIN網(wǎng)通信，能集成空調(diào)控制、信息顯示、多媒體控制等，涉及按壓、旋轉(zhuǎn)、翹板、觸摸等各種開(kāi)關(guān)操作結(jié)構(gòu)。由于其結(jié)構(gòu)集成度高，機(jī)械設(shè)計(jì)較一般開(kāi)關(guān)復(fù)雜。

1 中央控制開(kāi)關(guān)面板介紹

中央控制開(kāi)關(guān)面板一般安裝在汽車儀表板中央，按功能區(qū)域劃分，通常分為空調(diào)控制、多媒體控制和信息顯示等部分，如圖1所示。空調(diào)控制部分有以下功能：駕駛側(cè)溫度調(diào)節(jié)、副駕駛側(cè)溫度調(diào)節(jié)、前風(fēng)窗除霜、后風(fēng)窗除霜、內(nèi)外循環(huán)控制、風(fēng)量大小調(diào)節(jié)、壓縮機(jī)開(kāi)關(guān)A／C、風(fēng)向分配控制（出風(fēng)吹向前風(fēng)擋、面部或腿部）。多媒體控制部分集成以下功能：娛樂(lè)系統(tǒng)開(kāi)關(guān)、菜單按鍵、上／下／左／右按鍵、確定、退出、音源切換、1～6頻道記憶等。信息顯示部分集中顯示溫度值、風(fēng)向分配方向、風(fēng)量大小、內(nèi)／外循環(huán)狀態(tài)等信息。另外，根據(jù)客戶的需求，還會(huì)設(shè)計(jì)座椅加熱／通風(fēng)功能、危險(xiǎn)警報(bào)開(kāi)關(guān)、車門(mén)中控鎖開(kāi)關(guān)等。

圖1 中央控制開(kāi)關(guān)面板示例圖

圖2 中央控制開(kāi)關(guān)整車原理框圖

中央控制開(kāi)關(guān)面板作為一個(gè)電子模塊，其在整車上的系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖2。其本身帶CAN網(wǎng)與車身控制模塊進(jìn)行通信，發(fā)送控制信號(hào)到CAN網(wǎng)上，這些信號(hào)能分別被相應(yīng)的模塊識(shí)別并執(zhí)行。另一方面，它也能從CAN網(wǎng)上獲取一些信息，并顯示在其自帶的顯示屏上。如果有的車型還配有后排空調(diào)控制開(kāi)關(guān)或者人機(jī)交互面板開(kāi)關(guān)（如iDriver開(kāi)關(guān)），該開(kāi)關(guān)還能作為一個(gè)LIN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)傳遞車身模塊和這些LIN節(jié)點(diǎn)之間的信號(hào)。

2 開(kāi)關(guān)功能實(shí)現(xiàn)

按壓開(kāi)關(guān)區(qū)域，橡膠墊不僅會(huì)提供操作手感，而且還能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電功能。橡膠墊上的碳點(diǎn)配合電路板上的金點(diǎn)，能夠提供導(dǎo)通信號(hào)，低電阻的碳點(diǎn)會(huì)被選用，接觸電阻小于10 Ω，滿足輸入到芯片的信號(hào)要求。在操作開(kāi)關(guān)時(shí)，客戶對(duì)開(kāi)關(guān)的手感是通過(guò)操作力與行程的關(guān)系曲線來(lái)體現(xiàn)的（圖3）。圖3中F1、F3、F6和S1、S3、S6代表了各個(gè)極值點(diǎn)的操作力和行程。為了描述擋位翻轉(zhuǎn)帶來(lái)的操作手感，這里引入了ΔF值，ΔF=（F1-F3）／F1×100%，一般ΔF在30%～50%之間能提供清晰舒適的擋位感［1］。

旋鈕區(qū)域的功能通過(guò)光柵傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)軸上的齒狀結(jié)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，能讓光柵傳感器產(chǎn)生脈沖信號(hào)，而順時(shí)針旋鈕和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)的輸出信號(hào)是有區(qū)別的（圖4）。這樣中央處理芯片就能辨別機(jī)械上的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，并發(fā)出相應(yīng)的執(zhí)行命令，比如溫度增加、溫度減小、音量增加、音量減小、菜單上移、菜單下移等。旋鈕的操作手感通過(guò)曲面塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖5所示。通過(guò)彈簧，鋼珠頂在曲面塊上，輸入客戶的手感要求，可以在軟件中仿真和優(yōu)化曲面塊的形狀。通過(guò)實(shí)際零件手感測(cè)量結(jié)果與仿真的對(duì)比，不斷優(yōu)化直到客戶認(rèn)可。

圖3 操作力與行程圖

圖4 光柵傳感器工作原理

3 開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題

3.1 尺寸鏈計(jì)算

圖5 旋鈕手感結(jié)構(gòu)

圖6 按鈕之間間隙尺寸鏈分析模型

表1 尺寸信息統(tǒng)計(jì)

3.2 法規(guī)檢查和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)GB11552—2009乘用車內(nèi)部凸出物和歐盟汽車內(nèi)飾法規(guī)ECE R21的規(guī)定，凸出高度不得高于9.5 mm。如果高出9.5 mm，在凸出物上施加最大力378N時(shí)，這些凸出結(jié)構(gòu)能夠潰縮或脫落，當(dāng)縮回時(shí)，其凸出高度應(yīng)該在9.5 mm以下［2］。以中央控制開(kāi)關(guān)面板為例，該產(chǎn)品旋鈕凸出高度12 mm，需要在旋鈕上設(shè)計(jì)潰縮結(jié)構(gòu)，并模擬仿真在施加最大378N時(shí)，旋鈕能潰縮。如圖7所示，旋鈕上設(shè)計(jì)了6處可以潰縮的筋位。根據(jù)仿真結(jié)果，可以不斷優(yōu)化該處筋位的相關(guān)尺寸直到滿足標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)仿真技術(shù)和與客戶溝通，最終確認(rèn)了一版數(shù)據(jù)，仿真結(jié)果是在310 N時(shí)旋鈕能夠潰縮，見(jiàn)圖8。

圖7 旋鈕潰縮結(jié)構(gòu)

3.3 其它常見(jiàn)問(wèn)題

由于中央控制開(kāi)關(guān)面板產(chǎn)品外形尺寸大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，除了以上兩個(gè)問(wèn)題外，該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中還會(huì)有許多問(wèn)題。比如：開(kāi)關(guān)手感力學(xué)仿真、光照仿真、運(yùn)動(dòng)分析、裝配分析、防錯(cuò)設(shè)計(jì)、防塵防水設(shè)計(jì)等。另外，由于產(chǎn)品模具較大，表面件較多，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中與模具相關(guān)的問(wèn)題也很多，比如表面縮水、零件變形等。通過(guò)模流分析和與模具同事的討論，零件的優(yōu)化也會(huì)經(jīng)過(guò)好幾輪討論。這些問(wèn)題都可以作為專題去研究。

圖8 旋鈕潰縮結(jié)構(gòu)仿真

4 結(jié)束語(yǔ)

由于中央控制開(kāi)關(guān)面板集成度高，因此該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要點(diǎn)很多，隨著項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的累積，希望以后能逐一轉(zhuǎn)換成課題設(shè)計(jì)總結(jié)。另一方面，中央控制開(kāi)關(guān)面板作為整車內(nèi)飾造型非常重要的一部分，車輛的科技感部分就來(lái)自于這個(gè)產(chǎn)品，可靠的設(shè)計(jì)能給該產(chǎn)品增添更好的表現(xiàn)。

［1］錢江．汽車開(kāi)關(guān)操作感知分析與優(yōu)化［J］．上海汽車，2014（3）：53-55.

［2］GB 11552—1999，轎車內(nèi)部凸出物［S］．

（編輯 心翔）

Design of Central Control Switch Board on Vehicle

ZHAO Sheng

（Shanghai Shida-Huayang Automobile Co.，Ltd.，Shanghai 201814，China）

Based on the example a central control switch board，from the perspective of mechanical design，this paper discusses its components principal and key design points.

central control switch board；mechanical design；simulation

U463.7

A

1003－8639（2017）02－0038－03

2016-06-23；

2016-07-12

趙勝（1987-），男，工程師，主要從事汽車開(kāi)關(guān)類產(chǎn)品的機(jī)械設(shè)計(jì)工作。