汽車中央控制開關面板的設計

趙勝

（上?？剖肋_-華陽汽車電器有限公司，上海 201814）

汽車中央控制開關面板的設計

趙勝

（上?？剖肋_-華陽汽車電器有限公司，上海 201814）

以某整車廠的中央控制開關面板為例，從產品的機械設計入手，探討各個結構的實現原理和設計要點。

中央控制開關面板；機械設計；模擬仿真

中央控制開關面板裝配在汽車儀表板中間，集成一些開關按鍵、旋鈕和裝飾面板。隨著汽車工業的快速發展，汽車的舒適性、操縱性和安全性越來越被人們所關注。人機界面設計作為汽車的核心競爭力之一，而中央控制開關面板上置有人機界面中最顯眼和常用的開關，其造型設計和結構設計也自然成為消費者關注的重點。中央控制開關面板一般帶CAN網或LIN網通信，能集成空調控制、信息顯示、多媒體控制等，涉及按壓、旋轉、翹板、觸摸等各種開關操作結構。由于其結構集成度高，機械設計較一般開關復雜。

1 中央控制開關面板介紹

中央控制開關面板一般安裝在汽車儀表板中央，按功能區域劃分，通常分為空調控制、多媒體控制和信息顯示等部分，如圖1所示?？照{控制部分有以下功能：駕駛側溫度調節、副駕駛側溫度調節、前風窗除霜、后風窗除霜、內外循環控制、風量大小調節、壓縮機開關A／C、風向分配控制（出風吹向前風擋、面部或腿部）。多媒體控制部分集成以下功能：娛樂系統開關、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、風向分配方向、風量大小、內／外循環狀態等信息。另外，根據客戶的需求，還會設計座椅加熱／通風功能、危險警報開關、車門中控鎖開關等。

圖1 中央控制開關面板示例圖

圖2 中央控制開關整車原理框圖

中央控制開關面板作為一個電子模塊，其在整車上的系統框圖見圖2。其本身帶CAN網與車身控制模塊進行通信，發送控制信號到CAN網上，這些信號能分別被相應的模塊識別并執行。另一方面，它也能從CAN網上獲取一些信息，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控制開關或者人機交互面板開關（如iDriver開關），該開關還能作為一個LIN網絡節點，負責傳遞車身模塊和這些LIN節點之間的信號。

2 開關功能實現

按壓開關區域，橡膠墊不僅會提供操作手感，而且還能實現導電功能。橡膠墊上的碳點配合電路板上的金點，能夠提供導通信號，低電阻的碳點會被選用，接觸電阻小于10 Ω，滿足輸入到芯片的信號要求。在操作開關時，客戶對開關的手感是通過操作力與行程的關系曲線來體現的（圖3）。圖3中F1、F3、F6和S1、S3、S6代表了各個極值點的操作力和行程。為了描述擋位翻轉帶來的操作手感，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］。

旋鈕區域的功能通過光柵傳感器來實現，轉軸上的齒狀結構在旋轉的時候，能讓光柵傳感器產生脈沖信號，而順時針旋鈕和逆時針旋轉時的輸出信號是有區別的（圖4）。這樣中央處理芯片就能辨別機械上的正轉和反轉，并發出相應的執行命令，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曲面塊來實現，如圖5所示。通過彈簧，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化曲面塊的形狀。通過實際零件手感測量結果與仿真的對比，不斷優化直到客戶認可。

圖3 操作力與行程圖

圖4 光柵傳感器工作原理

3 開關設計中的常見問題

3.1 尺寸鏈計算

圖5 旋鈕手感結構

圖6 按鈕之間間隙尺寸鏈分析模型

表1 尺寸信息統計

3.2 法規檢查和結構設計

根據GB11552—2009乘用車內部凸出物和歐盟汽車內飾法規ECE R21的規定，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，這些凸出結構能夠潰縮或脫落，當縮回時，其凸出高度應該在9.5 mm以下［2］。以中央控制開關面板為例，該產品旋鈕凸出高度12 mm，需要在旋鈕上設計潰縮結構，并模擬仿真在施加最大378N時，旋鈕能潰縮。如圖7所示，旋鈕上設計了6處可以潰縮的筋位。根據仿真結果，可以不斷優化該處筋位的相關尺寸直到滿足標準。通過仿真技術和與客戶溝通，最終確認了一版數據，仿真結果是在310 N時旋鈕能夠潰縮，見圖8。

圖7 旋鈕潰縮結構

3.3 其它常見問題

由于中央控制開關面板產品外形尺寸大，結構復雜多樣，除了以上兩個問題外，該產品的設計中還會有許多問題。比如：開關手感力學仿真、光照仿真、運動分析、裝配分析、防錯設計、防塵防水設計等。另外，由于產品模具較大，表面件較多，在產品設計中與模具相關的問題也很多，比如表面縮水、零件變形等。通過模流分析和與模具同事的討論，零件的優化也會經過好幾輪討論。這些問題都可以作為專題去研究。

圖8 旋鈕潰縮結構仿真

4 結束語

由于中央控制開關面板集成度高，因此該產品的設計要點很多，隨著項目經驗的累積，希望以后能逐一轉換成課題設計總結。另一方面，中央控制開關面板作為整車內飾造型非常重要的一部分，車輛的科技感部分就來自于這個產品，可靠的設計能給該產品增添更好的表現。

［1］錢江．汽車開關操作感知分析與優化［J］．上海汽車，2014（3）：53-55.

［2］GB 11552—1999，轎車內部凸出物［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，主要從事汽車開關類產品的機械設計工作。