汽車開關(guān)設(shè)計概述

竇俊華，沈秀堂

（南京汽車集團有限公司汽車工程研究院，江蘇 南京 211100）

隨著汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，汽車開關(guān)也千變?nèi)f化，不僅僅作為簡單的操縱件存在，還要有良好的外觀、造型與儀表板整體相匹配，操作方便、手感好、位置合理，并且符合人機工程學(xué)等。開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)也隨著汽車電器的智能化日益復(fù)雜。

1 汽車開關(guān)的分類

1.1 按結(jié)構(gòu)形式分

按結(jié)構(gòu)形式分，有7類。①組合開關(guān)：燈光開關(guān)總成、刮水開關(guān)總成、安裝底座；②旋轉(zhuǎn)式開關(guān)：點火開關(guān)、門鎖、組合式前照燈開關(guān)等；③頂桿式開關(guān)：制動燈開關(guān)、離合器開關(guān)等；④翹板開關(guān)：霧燈開關(guān)、除霜開關(guān)、取力舉升開關(guān)；⑤JDK類開關(guān)：即機電復(fù)合式開關(guān)，如危險警報開關(guān)；⑥電磁類開關(guān)：電磁氣閥，通用繼電器，大功率繼電器（預(yù)熱繼電器、起動繼電器、電磁式電源總開關(guān)）；⑦電子式開關(guān)：感應(yīng)式電子制動燈開關(guān)（耐久可超過150萬次）。

1.2 按控制方式分

按控制方式分，有2類。①直接控制式：開關(guān)直接控制負載，該種控制方式由于經(jīng)過開關(guān)的電流較大，導(dǎo)致發(fā)熱量高，所以要求開關(guān)觸點能夠承受較大功率。該種開關(guān)的噪聲通常也大，這也要求開關(guān)有較好的結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造品質(zhì)。直接控制式開關(guān)具有結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)成本低的優(yōu)點。②大/小電流觸點間接控制式：大電流和小電流都能使用的開關(guān)。開關(guān)通過控制繼電器線圈端的電流，來間接控制用電器端的電流通斷。大電流的開關(guān)間接控制方式，只用于用電器功率很大并且通過繼電器的電流也很大時；小電流的間接控制方式，其通過開關(guān)觸點的電流為小電流。小電流觸點間接控制方式，可以降低開關(guān)的設(shè)計難度，減少開關(guān)的使用負荷，同時提高開關(guān)的使用壽命，手感較為柔和。

2 汽車開關(guān)常用材料

1）金屬材料：冷軋薄鋼板、不銹鋼帶、冷拉碳素彈簧鋼絲、純銅帶、黃銅帶、錫青銅帶（有彈性）、鈹青銅帶（有彈性） 、壓鑄鋁合金、壓鑄鋅合金。

2）非金屬材料：尼龍6、尼龍66、尼龍1010、尼龍1010+30%玻璃纖維、ABS、PBT、PP（聚丙烯）、POM（聚甲醛）、PC（聚碳酸脂）。

3）金屬材料的熱處理：發(fā)蘭、電鍍、淬火、回火。①發(fā)蘭：主要用于黑色金屬，通過加入氧化劑，使其表面形成一層氧化膜，起到防水防銹的目的。注：氧化膜表面有微孔。②淬火、回火：主要用于開關(guān)接觸片的熱處理。淬火增強硬度，回火增強彈性。彈簧一般要求回火。

3 開關(guān)結(jié)構(gòu)特點

1）滑動式結(jié)構(gòu)與點動式結(jié)構(gòu) ①從磨損狀態(tài)上：滑動式接觸方式對觸點存在電磨損（電弧腐蝕）和機械磨損2種方式，而點動接觸方式只存在電弧腐蝕這一種磨損方式，所以點動式比滑動式先進。②從燒蝕后2種狀態(tài)的接觸可靠性來看：滑動式待接觸部位腐蝕較大時會使兩觸點不能接通，而點動式即使觸點腐蝕一半仍能接通。2種結(jié)構(gòu)示意如圖1和圖2所示。

2）翹板類開關(guān)常用結(jié)構(gòu)示意如圖3和圖4所示。

3）頂桿式開關(guān)常用結(jié)構(gòu)示意如圖5所示。

4）電子式開關(guān)結(jié)構(gòu) ①壓力開關(guān)結(jié)構(gòu)示意如圖6所示。②感應(yīng)式電子開關(guān)原理：電感式接近開關(guān)相當于位置傳感器，有開關(guān)量輸出。該類開關(guān)通常由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成。其利用金屬物體在接近振蕩感應(yīng)頭時，使得物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流，這個渦流又反作用于開關(guān)，從而導(dǎo)致開關(guān)的振蕩能力衰減，內(nèi)部電路參數(shù)發(fā)生改變，由此判斷有無金屬物體接近，進而控制開關(guān)的通斷。該種開關(guān)只能檢測金屬物體。其工作流程如圖7所示。當金屬板離開關(guān)端部距離≤3±1 mm時，開關(guān)接通，超過這個范圍時斷開。

圖1 滑動式結(jié)構(gòu)

圖2 點動式結(jié)構(gòu)

圖3 翹板開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖（一）

圖4 翹板開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖（二）

圖5 頂桿式開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖

圖6 壓力開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖

圖7 工作流程圖

4 開關(guān)常用的連接技術(shù)

開關(guān)常用的連接技術(shù)有螺釘連接；掛鉤連接；銷連接，如翹板類開關(guān)；鉚接，可分為沖鉚、滾鉚、翻鉚。鉚接中的沖鉚，沖頭可以是平的，也可以是凹凸不平的（開花鉚）；滾鉚，在車床上進行作業(yè)，鉚接比較均勻，一般作業(yè)后要在工件上涂清漆；翻鉚，對于一些塑性不好的金屬，如純銅帶，用沖鉚易斷裂，用翻鉚效果更好。

5 開關(guān)常用的觸點材料

開關(guān)常用的觸點材料可以分為銀銅復(fù)合觸點、銀觸點、銀氧化鎘（A g C d O）、銀氧化錫氧化銦（AgSnO2In2O3）。

1）用途：應(yīng)用于繼電器、接觸器、空氣開關(guān)、限流開關(guān)、電機保護器、微型開關(guān)、儀器儀表、家用電器、汽車電器（燈開關(guān)、起動電機等負荷開關(guān)）、漏電保護開關(guān)等。

2）產(chǎn)品類型：絲材、片材、沖壓件、鉚釘。

3）產(chǎn)品特性：銀氧化錫氧化銦（AgSnO2In2O3）是目前最具有商業(yè)價值的銀氧化鎘（AgCdO）的替代材料，由于比銀氧化鎘有較好的熱穩(wěn)定性和更高的硬度，因此具有更好的抗熔焊性和耐燒損性，特別是內(nèi)氧化過程中析出的針狀氧化物定向垂直于觸頭表面，對觸頭的性能十分有利。該材料替代AgCdO材料用于低壓電器領(lǐng)域，如：斷路器開關(guān)、繼電器等，特別是用于汽車直流電器如接觸器、起動器、光控開關(guān)，有更好的抗直流金屬過程的特性。

6 開關(guān)工作原理

以安裝位置分類，介紹開關(guān)原理。開關(guān)可以分為以下5類：①安裝在踏板上的開關(guān)，如制動開關(guān)、離合器開關(guān)；②安裝在儀表板上的開關(guān)，如緊急信號燈開關(guān)，前/后霧燈開關(guān)、前照燈調(diào)節(jié)開關(guān)、座椅加熱開關(guān)、PTO開關(guān)、空調(diào)開關(guān)等；③安裝在門護板上的開關(guān)，如電動窗開關(guān)、電動后視鏡開關(guān)等；④安裝在鈑金上的開關(guān)，如門接觸開關(guān)、駕駛室翻轉(zhuǎn)鎖止開關(guān)等；⑤安裝在轉(zhuǎn)向管柱上的開關(guān)，如點火開關(guān)、組合開關(guān)（燈光開關(guān)、刮水開關(guān)）等。

6.1 安裝在踏板上的開關(guān)

6.1.1 制動開關(guān)

1）安裝方式：有螺紋安裝和卡接結(jié)構(gòu)2種。螺紋安裝時，在制動踏板上有焊接螺母。

圖8 制動開關(guān)

2）制動開關(guān)（圖8）的作用：①踩下制動踏板時，制動燈線路接通，制動燈亮；②將制動踏板的狀態(tài)信號傳遞到發(fā)動機ECU，以此來控制噴油量、點火提前角和自動變速器等；③將制動踏板的狀態(tài)信號傳遞到ABS控制器。

3）在整車原理上的接線圖如圖9所示。原理圖說明：①一般制動燈開關(guān)為雙觸點形式，一個常開（N.O），一個常閉（N.C），這使在制動踏板踏下前和踏下后都有個PIN和ECU相連，增強了安全性。②在踩制動踏板時，要求常開觸點閉合的同時常閉觸點斷開。由于制動燈開關(guān)為機械式開關(guān)，總存在機械公差，所以，就會出現(xiàn)常閉觸點已經(jīng)斷開，常開觸點還未閉合的中間狀態(tài)，此時，ECU會判定為制動踏板同步故障。現(xiàn)在，我們公司的做法是把常開觸點提前接通。見圖10。

圖9 制動開關(guān)接線圖

圖10 制動信號圖

6.1.2 離合器開關(guān)

離合器開關(guān)結(jié)構(gòu)示意如圖11所示。

1）離合器開關(guān)的作用：通過離合器踏板，將離合器的接合和分離狀態(tài)傳遞給發(fā)動機ECU，以此作為發(fā)動機噴油量和點火提前角控制的修正信號。

2）在整車原理上的接線圖如圖12所示。原理圖說明：離合器工作的時候有半分離半結(jié)合狀態(tài)，在此狀態(tài)內(nèi)，離合器開關(guān)不允許接通，以免把錯誤的離合器狀態(tài)信號傳給電噴ECU。

圖11 離合器開關(guān)

6.2 安裝在儀表板上的開關(guān)

6.2.1 緊急信號燈開關(guān)

緊急信號燈開關(guān)如圖13所示。

圖12 離合器開關(guān)接線圖

圖13 緊急信號燈開關(guān)

1）安裝方式：卡接結(jié)構(gòu)。通過兩側(cè)卡腳裝配在儀表板上。

2）作用：僅用于車輛緊急狀態(tài)下，對其他車輛起警示作用，提示該車有故障或有險情。按下此開關(guān)即接通所有轉(zhuǎn)向燈。點火開關(guān)斷開時，緊急燈開關(guān)也能作用。

3）在整車原理上的接線圖如圖14所示。原理說明：緊急燈開關(guān)接通后，組合儀表的轉(zhuǎn)向指示燈將閃亮（有的也可實現(xiàn)開關(guān)內(nèi)部指示燈閃爍，原理是一樣的）。閃爍的信號由閃光繼電器實現(xiàn)，也可接一個BCM模塊實現(xiàn)。

圖14 緊急信號燈接線圖

6.2.2 前照燈調(diào)節(jié)開關(guān)

1）安裝方式：卡接結(jié)構(gòu)。通過兩側(cè)卡腳裝配在儀表板上的開關(guān)安裝座內(nèi)。

2）作用：與電調(diào)前照燈配合使用，主要用于當車輛裝載貨物時，調(diào)節(jié)滾輪擋位即可遠近光束的調(diào)整。

3）在整車原理上的接線圖如圖15所示。

圖15 前照燈調(diào)節(jié)開關(guān)接線圖

6.3 安裝在門護板上的開關(guān)

6.3.1 左、右電動窗開關(guān)

1）左電動窗開關(guān)。用一個自攻螺釘安裝在門護板上。左電動窗開關(guān)如圖16所示。

圖16 左電動窗開關(guān)

2）右電動窗開關(guān)。用一個自攻螺釘安裝在門護板上。為乘客側(cè)門窗電動玻璃升降器開關(guān)。

3）在整車原理上的接線圖如圖17所示。原理說明：電動窗開關(guān)發(fā)出低電平信號給BCM，通過BCM控制電機，安全可靠。

圖17 電動窗開關(guān)接線圖

6.3.2 電動后視鏡開關(guān)原理

1）安裝方式：通過卡接方式安裝在門護板或者儀表板上 。

2）功能：與電動后視鏡配合使用，用于后視鏡上下左右的四向調(diào)節(jié)和鏡面加熱。

圖18 電動后視鏡開關(guān)原理

圖18 中，后視鏡調(diào)節(jié)說明：當開關(guān)旋鈕上的圓點標記旋至左后視鏡位置時，可對旋鈕進行上下左右4個方向的動作，即對左后視鏡進行相應(yīng)的四向調(diào)節(jié)；當開關(guān)旋鈕上的圓點標記旋至右后視鏡位置時，可對旋鈕進行上下左右4個方向的動作，即對右后視鏡進行相應(yīng)的四向調(diào)節(jié)。

后視鏡加熱功能：開關(guān)旋鈕上的圓點標記旋至后視鏡加熱標記位置，當旋鈕向后視鏡加熱標記處動作時，左右后視鏡進行加熱。

在整車原理上的接線圖如圖19所示。其中，四向調(diào)節(jié)電機由開關(guān)直接控制，而鏡面加熱電流較大，對開關(guān)要求較高，因此加熱是通過輸入給BCM信號實現(xiàn)的（低電平有效）。

圖19 電動后視鏡開關(guān)原理

6.4 安裝在鈑金上的開關(guān)

6.4.1 門接觸開關(guān)

門接觸開關(guān)結(jié)構(gòu)如圖20所示。1）門接觸開關(guān)：單線，自身搭鐵，有的車型集成在門鎖里面。

2）安裝方式：用一個自攻螺釘安裝在車身鈑金上。

3）功能：①反映門鎖的卡板狀態(tài)。如果門未鎖死，儀表上門開指示燈亮。②實現(xiàn)頂燈的門控模式。如果頂燈在“DOOR”模式，門打開后，頂燈自動亮起。

4）在整車原理上的接線圖如圖21所示。

6.4.2 駕駛室翻轉(zhuǎn)鎖止開關(guān)

駕駛室翻轉(zhuǎn)鎖止開關(guān)結(jié)構(gòu)如圖22所示。

1）駕駛室翻轉(zhuǎn)鎖止開關(guān)：常閉型觸點開關(guān)。

圖20 門接觸開關(guān)結(jié)構(gòu)圖

圖21 門接觸開關(guān)接線圖

圖22 駕駛室翻轉(zhuǎn)鎖止開關(guān)結(jié)構(gòu)圖

2）安裝方式：螺紋安裝，鈑金件上帶有焊接螺母。

3）功能：駕駛室翻轉(zhuǎn)機構(gòu)未鎖止，儀表上翻轉(zhuǎn)鎖止報警信號指示燈點亮。

4）在整車原理上的接線圖如圖23所示。

圖23 駕駛室翻轉(zhuǎn)鎖止開關(guān)接線圖

6.5 安裝在轉(zhuǎn)向管柱上的開關(guān)

6.5.1 點火開關(guān)

點火開關(guān)結(jié)構(gòu)如圖24所示。

1）安裝方式：用螺栓固定在轉(zhuǎn)向管柱上。

2）功能：具有LOCK、ACC、ON、START四個工作擋位。0（LOCK）——鑰匙的插入和拔出位置；1（ACC）——接通收音機等附件電器設(shè)備；2（ON）—— 接通儀表和電器

裝置電源；3（START） ——起動發(fā)動機，松開后自動回位到ON擋位。觸點功率和原理如圖25所示。

6.5.2 組合開關(guān)

組合開關(guān)示意如圖26所示。

安裝方式：用螺栓固定在轉(zhuǎn)向管柱上。

功能：分為左手柄和右手柄。左手柄具備整車燈光控制功能，并集成儀表TRIP按鈕；右手柄具備刮水洗滌控制功能，并可選裝巡航功能。

6.5.2.1 組合開關(guān)左手柄

組合開關(guān)左手柄位于轉(zhuǎn)向盤下，組合開關(guān)左側(cè)。組合開關(guān)左手柄具備整車燈光控制功能，并集成儀表TRIP按鈕。燈光操縱手柄通過4種不同的運動方式控制外部燈光（小燈、牌照燈、背光燈、前照燈及變光、轉(zhuǎn)向燈、前霧燈、后霧燈）及儀表照明燈。組合開關(guān)左手柄操作如下。

圖24 點火開關(guān)結(jié)構(gòu)圖

圖25 觸點功率和原理

圖26 組合開關(guān)示意圖

1）將小燈、近光燈旋鈕以逆時針方向轉(zhuǎn)動：操縱手柄OFF位——車燈全不亮；逆時針1擋——開啟小燈、背光燈、牌照燈、儀表指示燈（示廓燈、側(cè)標志燈根據(jù)配置選裝）；逆時針2擋——開啟近光燈。

2）將霧燈旋鈕逆時針方向轉(zhuǎn)動：操縱手柄OFF位——關(guān)閉前、后霧燈；逆時針1擋——前霧燈亮；逆時針2擋（自復(fù)位擋）——后霧燈亮。

3）TRIP按鈕：組合儀表部分TRIP功能。

4）將手柄上抬，超車燈亮，松開后自動回位；將手柄下按，若此時近光燈已打開，則打開遠光燈；向上抬手柄——超車燈亮；向下壓手柄——遠光燈亮。夜間會車前，請?zhí)崆白児?，以免遠光燈使來車駕駛員感到炫目。

5）轉(zhuǎn)向燈控制：←→（前后推拉）——轉(zhuǎn)向燈控制；前推——右轉(zhuǎn)向指示；后拉——左轉(zhuǎn)向指示；中間——無轉(zhuǎn)向指示。

6.5.2.2 組合開關(guān)右手柄

組合開關(guān)右手柄位于轉(zhuǎn)向盤下，組合開關(guān)右側(cè)。組合開關(guān)右手柄具備刮水洗滌控制功能，并可選裝巡航功能。組合開關(guān)右手柄操作如下。

1）刮水和洗滌控制：位于組合開關(guān)右側(cè)，刮水器操縱手柄分間歇、低速、高速擋；按下風(fēng)窗洗滌器按鈕即可從風(fēng)窗下的噴嘴噴出洗滌液?！ㄇ昂笸评嗡骺刂疲辉嘉恢肙FF——不工作；向后拉至第1擋——間歇工作擋；向后拉至第2擋——低速工作擋；向后拉至第3擋——高速工作擋。

2）巡航控制（選配）。這個功能在不踩油門踏板的情況下能夠保持整車的車速，可減輕駕駛員負擔(dān)，還能降低油耗。開啟巡航：短時撥動“+”或“-”， 能夠進入巡航，使車輛保持當前的車速行駛。整車在掛擋行駛在4擋或5擋，整車車速高于40 km/h，未踩制動踏板；巡航工作時，儀表巡航工作指示燈亮。

巡航加速與減速：當巡航已經(jīng)開啟后，“+”開關(guān)能在不用油門踏板的情況下提高車速，“-”開關(guān)能減小車速。

巡航車速恢復(fù)：在巡航狀態(tài)下，踩制動踏板或離合后，車輛暫時退出巡航，但是上一次巡航的車速保存在發(fā)動機控制器中，此時撥動“ON/OFF”旋鈕，則車輛車速逐漸恢復(fù)到上次巡航的車速，并維持巡航狀態(tài)。

關(guān)閉巡航：當車輛在巡航狀態(tài)下，撥動“ON/OFF”1次，可關(guān)閉巡航功能；當車輛在巡航狀態(tài)下，踩制動踏板或離合后，需要2次撥動“ON/OFF”，可關(guān)閉巡航功能。

3）排輔開關(guān)。該功能是對制動性能的一個輔助功能，尤其在山路或者下長坡的情況下打開排輔開關(guān)可有效進行制動，還能對制動摩擦片起到保護作用。

開啟排輔：將手柄下按，才可進入排氣輔助制動狀態(tài)，且發(fā)動機轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)以上，未踩油門和離合。在整車原理上的接線圖如圖27所示。

7 結(jié)論

隨著人們對汽車安全性、舒適性要求不斷提高，電子設(shè)備越來越多地應(yīng)用在汽車上，而開關(guān)作為電子設(shè)備中的操縱件，除外觀造型要求和人機工程學(xué)外，對其能安全可靠的實現(xiàn)各電器部件的運作也尤為重要，因此要求開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也將日益精密。

圖27 組合開關(guān)接線圖