汽車音響娛樂系統(tǒng)功能應用設計

廖媛

（天津一汽夏利汽車股份有限公司產品開發(fā)中心）

隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，汽車音響娛樂系統(tǒng)越來越受到汽車用戶的廣泛關注。高水平、高質量及內容豐富的汽車音響娛樂系統(tǒng)，將成為整車的亮點而受到用戶和部分汽車音響發(fā)燒友的熱衷與追捧。因此音響娛樂系統(tǒng)的功能應用設計水平，直接影響用戶在選擇購車時的意向和決定。目前汽車音響娛樂系統(tǒng)的設計在整車設計中關注度的比重越來越高，因此在設計初期，仔細分析音響娛樂系統(tǒng)在應用等方面的設計思路，并關注可能存在的問題及隱患并加以規(guī)避尤為重要。

1 功能設計

汽車音響娛樂系統(tǒng)的功能設計，普遍具有收音、USB/SD 卡數碼放音、AUX 播放和CD/DVD 播放功能；高配車型還具有導航、倒車影像、手機互聯及多功能收音調節(jié)方向盤、藍牙、WIFI、iPod、多媒體網絡、車輛維修保養(yǎng)提示、手機充電、行車記錄及管家式服務等體現人性化的各項功能[1]。

1）收音設計。國內產品的AM的頻段范圍為531～1 602 kHz、步長為9 kHz；對于出口南美地區(qū)（烏拉圭、秘魯等國家）的產品，AM頻率范圍為520～1 700 kHz、步長10 kHz。根據當地的使用習慣，時鐘設定為12 小時制。

2）CD 或DVD 設計。音響碟口設計涉及與周邊尺寸關系及防雙碟誤操作要求。碟口若位于音響面殼頂端，其中心與面殼頂端及按鍵的間距應大于10 mm；為防止雙碟誤操作，設計碟口寬度尺寸為124～125 mm；設計碟口兩端尺寸應為2.0 mm，碟口中心尺寸應為5 mm。

3）USB 或SD 卡數碼放音設計。USB 接口放置分為前置和后甩2種方式。前置USB 接口在音響面板上。前置USB 接口可以為標準及MINI 接口，MINI 接口需要轉接線過渡；后甩USB 接口，接線需盡量短，USB2.0 需在1 m 以內。

4）導航設計。顯示屏的選型至關重要，汽車音響顯示屏主流設計為6.5 或7 英寸（16.51 或17.78 cm）屏。有硬屏和軟屏2種。硬屏手壓后物理形變小，可視范圍寬，但成本較高；軟屏手壓后物理形變大，出現水紋現象且可視范圍較小，但成本適中。背光顯示方式分為LED 屏幕和CCFL 屏幕等。LED 發(fā)光體分布非常均勻，使用壽命大概是CCFL 的2 倍。不足是應用于大屏的情況下，不好控制亮度與均勻性。CCFL 最大的優(yōu)點是高亮度；不足是發(fā)光體分布不均勻，功耗較大，工作溫度較窄。導航地圖是GPS 導航的靈魂。地圖應選用擁有甲級測繪資質企業(yè)的產品，地圖升級也需在前期設計中進行充分的考慮，以方便用戶使用及售后服務。

5）多功能收音調節(jié)方向盤的應用設計，可以方便駕駛員從方向盤上操控音響一些常用的功能。

6）手機充電設計。利用主機上的USB 作為手機充電口使用。其額定輸出電壓為（5±0.25）V，最大輸出電流為（1±0.05）A，當手機充電電流大于（1±0.05）A 或者負載短路時，USB 電路會自動切斷電源，進入自動保護狀態(tài)；當負載電流小于（1±0.05）A 時，自動恢復正常工作狀態(tài)。對于手機充電時的平穩(wěn)放置，在設計初期應該予以考慮。

7）倒車視頻影像設計。當掛入倒擋時，系統(tǒng)會將車后狀況顯示于中控或后視鏡的液晶顯示屏上。也可以設計為在顯示器上標注2 根倒車誘導導向線，方向盤轉動，倒車曲線就隨著轉動，從而準確地描繪出倒車的軌跡。攝像頭的解析度、鏡頭系統(tǒng)、幀速率、最低照度、防水系數、水平視角及垂直視角等參數直接體現攝像頭的品質。在設計中應注意攝像頭的選型及與主機的匹配、線束布置和插頭的選型以及攝像頭的安裝位置等方面的問題。

8）手機互聯。這是未來汽車應用中最具發(fā)展?jié)摿Φ男滦图夹g，它可以實現智能手機與車載主機在通訊、導航、音樂、影視、圖像及游戲等方面的互動，以實現車機與手機之間的無縫連接。a.實現方式設計，具有Mirror Link，APP Link，HDML/MHL 3 種。Mirror Link 是通過音響端來實現；APP Link 和HDMI/MHL 都是通過手機端來實現。b.屏幕顯示信息形態(tài)，分為獨立型、依賴型及互動型。c.物理連接方式，通過Bluetooth，USB，HDMI，WiFi 等數據通道，及界面重構和界面同步2種方式實現手機互聯。

2 面板造型設計

2.1 音響背景光設計

背景光常用的顏色有紅色、藍色、橙色、白色、冰藍色及翠綠色等。為了保證整車儀表、音響、空調操縱面板及各種開關等背景光顏色的協調性，在造型確定基礎顏色后，應統(tǒng)一背景光源的類型及相應的參數指標。但是同一種型號的光源，不同的生產廠家，可能會出現顏色不同的現象，因此在設計初期應盡量統(tǒng)一光源的供應渠道，保證同一廠家和同種型號的光源。普通顯示屏的設計，分為正顯屏和負顯屏2種，如圖1 所示。

2.2 旋鈕設計

對于不同造型的需求，對應旋鈕設計均有差異，常用的旋鈕結構設計有以下3 種。

1）普通按壓旋鈕。可旋轉并有按壓功能；旋鈕外徑≥15 mm。如旋鈕頂面有裝飾圈，則外徑≥20 mm。旋鈕外圈有導光圈以做夜間提示。

2）中空按壓旋鈕。外圈可以旋轉，中間可按壓但不隨外圈旋轉。中間按壓部分做鐳雕透光效果，旋鈕外徑≥25 mm。

3）多方向旋鈕。可以旋鈕、中間按壓，還可以實現多個方向的按壓。此旋鈕外徑根據所選擇的編碼器確定，并根據所選擇的編碼器計算多方向偏轉角度，以確定預留間隙。周邊需做對應角度按壓指示，圖2 示出多方向旋扭圖。

4）設計注意事項。旋鈕若采用滾齒造型，要求齒的數量需為4 的倍數，齒與齒之間的夾角需＞90°，齒與齒之間預留0.15 mm 以上間隙。編碼器的旋轉力矩，對于直徑在15～25 mm 的旋鈕，建議采用（8±5）N·cm 力矩的編碼器；對于直徑25～35 mm 的編碼器，建議采用（9±5）N·cm 力矩的編碼器。

5）國家突出物標準要求：儀表部件在384 N 靜壓力下，突出儀表高度部分≤9.5 mm。音響面板的零部件中，高度較大的是旋鈕部件。為滿足國標要求，當旋鈕受力按壓后高度＞9.5 mm 時，旋鈕需做潰縮結構，當旋鈕受到384 N 作用下，旋鈕的潰縮結構斷裂，旋鈕高度下陷至＜9.5 mm。懸臂結構是滿足潰縮要求的設計之一。

2.3 按鍵設計

音響按鍵一般分為直上直下鍵、單邊鍵及杠桿鍵等形式，3 種鍵的結構差異較大：直上直下鍵在設計上應注意按鍵長度≤38 mm，按鍵寬度＞12 mm。杠桿式按鍵是以轉軸為支點的擺動按鍵，轉軸需承受一定力量，轉軸直徑需＞1.5 mm；杠桿鈕的唇邊與面殼間隙應大于按鍵行程；單邊鍵、杠桿鈕行程有多種，0.3 mm 行程及1.2～1.5 mm 行程均可使用，不同行程需根據鍵寬度，確定按鍵與面殼間隙。

2.4 音響面板與儀表板及部件之間的面差和間隙設計

與音響面板相關的儀表板裝配部件主要有出風口、空調控制器及中控裝飾框等。一般要求音響面板與周邊配合間隙為（0.5±0.3）mm，面差為（0.5±0.3）mm（面板尺寸在300 mm 以內）。在CASE 面設計時，需注意內部結構的配合。音響面板設計時，音響周邊圓角做反向拔模設計，讓面板后端的間隙較大，而前端的間隙保持0.5 mm，以方便安裝；同時，為了防止中框裝飾框與儀表板裝配后，出現位置偏差、導致與音響的周邊間隙不均勻的問題，需要在音響與儀表裝飾框之間做筋位配合，并預留0.2 mm 間隙。為了更加有效地防止儀表板在裝配后產生的變形影響到音響的裝配間隙，可采用在音響面板上增加多個定位卡子、安裝支架做固定支撐及中部裝飾框后罩等設計方式。

3 安裝結構設計

音響安裝支架的設計與周邊配合及自身強度有密切關系。安裝支架主要對整個音響做承重。支架設計時，首先要考慮自身強度及影響安裝的可靠性、避免支架的復雜性及薄弱結構，因此既要考慮音響與支架之間的牢固連接、又要考慮與車身之間的搭接，便于售后的拆卸和維修。安裝方式通常有以下8 種。

1）卡扣式安裝。特點是安裝后與周邊的間隙和面差有所保證，對于周邊的精度要求較低；但音響外形尺寸受到限制，在標準尺寸范圍內的變動較小。

2）導軌式安裝方式。特點是直推式裝配特別簡單方便，但是對車身相關部位的精度要求較高，外觀間隙精度低。

3）定位銷式安裝。特點是裝配簡單，但對周邊的精度要求較高，裝配牢固度較差。

4）U 型支架式安裝。特點是音響主機與周邊的間隙和面差可以保證，對儀表板等精度要求較低，但裝配較困難，安裝螺絲容易被面板擋住，需要機械手從下方繞行才能拆裝。

5）回形框固定安裝。特點是裝配比較復雜，主機側面的螺絲固定困難。

6）左右或上下安裝支架及底部支撐安裝方式。特點是裝配非常簡單方便，對車體的精度要求較高，外觀面間隙精度較低。

7）面板和音響主機分體式安裝。特點是音響面板與周邊部件通過卡扣或者螺絲定位，容易保證兩者間的間隙和斷差。對于車身周邊的精度要求降低，結構獨立帶來音響造型空間的釋放、個性設計可以實現，但是模塊和線束多，使成本增高，設計較復雜。

8）當音響主機長度較長，支架安裝點靠前時，需考慮增加輔助支撐位，如圖3 所示。

4 與揚聲器及天線的匹配設計

1）汽車音響娛樂系統(tǒng)與揚聲器的匹配設計。普通汽車音響的輸出阻抗很小，通常要求輸出阻抗是4 Ω，揚聲器額定功率是音響功放額定功率的1.0～1.3 倍，否則音響功放的持續(xù)輸出功率若高于揚聲器的功率很多，容易導致揚聲器毀壞。這是設計中需要注意的問題。

車廂內聲場的設計目標是聲源的前方定位感（清晰的聲像存在于前方的感覺）、臨場感（左右聲音平衡并向前方擴展的感覺）以及聲源觸發(fā)時寬廣的感覺[2]。因此，為了獲得高質量的音效，有效的辦法是使用多揚聲器系統(tǒng)。一般分別有4，6，8 個揚聲器系統(tǒng)。其中由高音、中低音和全頻音3 種揚聲器組合成3 聲道系統(tǒng)是較理想的組合。一般高音揚聲器的布置在儀表板上、前方A 柱上及車門角窗等車廂內前部位置；中低音揚聲器布置在前后左右車門上；全頻帶揚聲器布置在后窗臺板上。這樣設計確保了揚聲器安全的同時，音樂會更加自然、清晰、圓潤、柔和及有力，并可獲得較好的整體動態(tài)音效范圍。

2）汽車音響娛樂系統(tǒng)與天線的匹配設計。具有柱式、窗式及鯊魚鰭式天線等多種設計形式。柱狀天線分為有源天線和無源天線2種。窗式天線分為前窗式、后窗式和側窗式3 種。對于帶有放大器的有源窗式天線的設計，需要注意從放大器到玻璃上的天線絲插頭的線束長度，不能大于150 mm，否則會造成信號衰減。從功能上分為收音和GPS 導航功能。導航天線與導航主機匹配的電壓參數，可選5 V 或3.5 V。導航天線模塊的安裝必須保證與地面平行，角度誤差≤±5°；在天線模塊上部開角120°的區(qū)域內，不允許有金屬部件的遮擋。

5 結論

文章重點在音響功能定義設計、面板造型設計、安裝結構設計及與相關電氣件的匹配設計等4 個方面進行了歸納和整理。總結了汽車娛樂音響系統(tǒng)在應用設計中需要注意的問題及規(guī)避這些問題的具體方法。隨著汽車電子技術的不斷發(fā)展、其領域的不斷擴大，互聯網技術及管家式服務等項內容，也會逐步應用到汽車產品上。