汽車開關(guān)的手感關(guān)鍵特性及測量評價(jià)方法

馮 超

（上汽大眾汽車有限公司，上海 201805）

汽車開關(guān)的手感主要包括一切與觸摸相關(guān)的感覺，其核心由內(nèi)部結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，但是還涉及到其他部分，包括人機(jī)工程、開關(guān)表面的材料、開關(guān)表面的圖標(biāo)、開關(guān)的外形、光順設(shè)計(jì)等。從操作的角度來說，不光操作力，零件的晃動和噪聲也是其主觀評價(jià)的重要指標(biāo)。

從人機(jī)工程的角度來說，手指操作的空間大小、開關(guān)布置的位置、開關(guān)按鍵的面積大小這些因素都會直接影響到手感。例如通過對汽車電器開關(guān)人機(jī)工程因素的控制，可以使汽車電器開關(guān)的人機(jī)工程設(shè)計(jì)更合理，可以有效地防止駕乘人員對開關(guān)的誤操作。開關(guān)表面的材料例如鍍鉻還是橡膠也會有不同的感覺，例如高檔轎車中較多應(yīng)用一些鍍鉻的元素，往往開關(guān)的操作力會偏大，清晰程度也會較高；有些開關(guān)表面采用一些橡膠的材料，可能更適合一些柔和的手感。另外，光順的設(shè)計(jì)也要考慮到手感的因素，例如手指接觸部分的尺寸。

1 手感的定義

無論是按、勾拉、旋轉(zhuǎn)，還是其他操作方式，都需要給手感一個(gè)明確的定義。

1）按鍵類開關(guān)的手感定義：目前按鍵類開關(guān)主要用操作力、行程、清晰度等指標(biāo)來進(jìn)行定義。操作力-行程曲線圖如圖1所示。

圖1 操作力-行程曲線圖

式中：F1——實(shí)際操作力；F2——波谷時(shí)的操作力；F3——與F1相同，通常要求開關(guān)的機(jī)械止位操作力大于F3，保證開關(guān)能正常接通；S1——最大操作力行程，通常S1=S2/2；S2——開關(guān)行程；S3——F3時(shí)的開關(guān)行程。

公式（1）直接反映了手感的擋位清晰度，要求40%～60%。這樣的手感較為清晰；公式（2）中，零件在S2到S3這段曲線中要求導(dǎo)通。定義的目的是保證零件不會提前導(dǎo)通或者滯后導(dǎo)通，這2種情況都會對客戶操作帶來不便。

2）旋轉(zhuǎn)類的開關(guān)通常用扭矩和角度來進(jìn)行定義。扭矩-旋轉(zhuǎn)角曲線圖如圖2所示。振幅：直接反映了開關(guān)的旋轉(zhuǎn)扭矩大小；斜率：要求上升斜率大于下降斜率，這樣開關(guān)不容易發(fā)生過擋；停止位置：旋轉(zhuǎn)類開關(guān)一般會停留在各個(gè)擋位，擋位間的角度需要定義；負(fù)脈沖值：“扭矩-旋轉(zhuǎn)角-特性”曲線會出現(xiàn)輕微的負(fù)脈沖信號，該負(fù)脈沖信號的目的是使開關(guān)不會停留在2個(gè)擋位之間，但是這個(gè)值的大小不能過大，過大會導(dǎo)致開關(guān)入擋時(shí)發(fā)生較大的沖擊，從而產(chǎn)生噪聲。

圖2 扭矩-旋轉(zhuǎn)角曲線圖

2 手感測量

針對上述這些關(guān)于開關(guān)手感的定義，還需要有測量臺架對這些零件進(jìn)行相關(guān)的測量。測量時(shí)需要采用正確的方法，否則測量結(jié)果會與真實(shí)的手感產(chǎn)生偏差。測量時(shí)需要遵循以下幾個(gè)規(guī)則。

1）手感測量時(shí)需要盡量避免測試系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差對零件本身的影響，包括接觸點(diǎn)與零件本身的摩擦，以及測量系統(tǒng)施加在零件上多余方向的力或者力矩。例如，操作的機(jī)械臂盡量與開關(guān)使用點(diǎn)接觸。圖3為搖窗機(jī)開關(guān)的測量系統(tǒng)。

2）測量過程中最關(guān)鍵的是中間部分的曲線，因此極限的操作力不要過大，通常不要超過極限操作力的兩倍，否則會造成零件的損傷。

3）在測量之前，需要多次操作零件。對于有些零件，一般長時(shí)間靜置的零件在初始測試時(shí)操作力偏大，這不能反映零件本身的特性，直接測量會造成測量結(jié)果的誤差。

4）在測量過程中，需要多次進(jìn)行測量，保證每次測量的操作力曲線重合。

5）零件的測量速度對結(jié)果影響不大，但是測量速度過快，有些操作力曲線上的毛刺無法體現(xiàn)，速度過慢影響測量的效率，所以測量指導(dǎo)書中需要對測量操作速度進(jìn)行規(guī)范。

6）正常情況下，測量操作力曲線時(shí)不需監(jiān)控電信號，但是在零件發(fā)生問題時(shí)可以進(jìn)行測量，了解電信號接通時(shí)的行程。

7）旋轉(zhuǎn)類零件在測量過程中，測量系統(tǒng)的操作中心需要對準(zhǔn)零件的旋轉(zhuǎn)中心，否則中心的偏差會對測量結(jié)果造成影響。

8）測量時(shí)不允許在按鍵上增加額外的一些鍵套之類的零件，這些鍵套的質(zhì)量也會對測量結(jié)果造成偏差。

圖3 搖窗機(jī)開關(guān)測量系統(tǒng)

3 手感的主觀評價(jià)

手感的主觀評價(jià)是在得到手感的測量結(jié)果后進(jìn)行的，因?yàn)榧词箿y量結(jié)果合格，我們還需要從其他方面來評價(jià)開關(guān)的手感。一般來說可以將整車開關(guān)分為3類，即按壓類開關(guān)、旋轉(zhuǎn)類開關(guān)、勾拉類開關(guān)。下文主要說明了不同開關(guān)的評價(jià)方法。

3.1 按壓類開關(guān)的主觀評價(jià)

1）需要對零件的外觀進(jìn)行評價(jià)。不允許有毛刺，或者表面噴漆的問題，對于開關(guān)模塊這種多個(gè)開關(guān)需要觀察開關(guān)間的間隙，保證開關(guān)高度的一致性。

2）在操作之間要檢查按鈕的晃動。如果Z方向存在晃動則說明零件的預(yù)壓力不夠，X、Y方向的晃動則說明導(dǎo)向系統(tǒng)的間隙過大，需要優(yōu)化。可以搖晃零件，檢查是否存在噪聲。圖4為預(yù)壓力不足的操作力曲線，在曲線初段可以看到明顯的抖動，說明零件存在一定的晃動。

圖4 預(yù)壓力不足的操作力曲線

3）零件的機(jī)械止位點(diǎn)不能過于靠前，否則在操作過程中會發(fā)出噪聲。同時(shí)預(yù)壓力不能過大，否則在回彈的時(shí)候也會產(chǎn)生噪聲。圖5為預(yù)壓力過大的曲線，曲線在初段斜率較小。另外，回彈力任何情況下必須大于0.7 N，否則零件可能發(fā)生卡滯的問題。

圖5 預(yù)壓力過大的操作力曲線

3.2 旋轉(zhuǎn)類開關(guān)的主觀評價(jià)

1）旋轉(zhuǎn)類的開關(guān)基本采用頂桿曲面塊結(jié)構(gòu)，因此在擋位中不應(yīng)該輕易產(chǎn)生晃動。

2）旋轉(zhuǎn)類的開關(guān)操作時(shí)不應(yīng)發(fā)生容易過擋的情況，每個(gè)擋位都應(yīng)能夠很輕易操作，例如轉(zhuǎn)向柱開關(guān)應(yīng)該在每個(gè)擋位能夠輕易地停留。

3）在正常操作的時(shí)候，不同擋位之間不允許發(fā)生卡滯的情況，旋鈕不能夠停留在2個(gè)擋位之間。

4）在旋轉(zhuǎn)的過程中應(yīng)該順暢，不應(yīng)該有頓挫的感覺，如果發(fā)生頓挫，可能是頂桿與曲線的摩擦力所導(dǎo)致。

5）對于部分開關(guān)在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)存在平移的動作，例如后視鏡開關(guān)，那么該零件在X、Y方向操作的過程中，也應(yīng)該在4個(gè)方向保持類似的手感，如果存在頓挫的感覺，可能是曲面塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題。

6）旋轉(zhuǎn)類開關(guān)都會有入擋的感覺，但是要求入擋時(shí)噪聲不能過大，否則機(jī)械撞擊產(chǎn)生的聲音會使人不適。圖6為噪聲偏大時(shí)的曲線，從曲線上可以看到一定的毛刺。

圖6 旋轉(zhuǎn)類開關(guān)入擋噪聲偏大時(shí)曲線

3.3 勾拉類開關(guān)的主觀評價(jià)

1）勾拉類開關(guān)（搖窗機(jī)開關(guān)，電子手制動開關(guān)）一般采用軸孔配合的結(jié)構(gòu)，配合間隙不宜過大，否則會造成鍵帽的晃動。

2）手指鉤拉的部位不能有鋒利的邊緣，造成不舒適的感覺。

3）搖窗機(jī)開關(guān)一般采用兩擋的結(jié)構(gòu)，在操作時(shí)，兩擋要求有明顯的區(qū)別，不能輕易過擋。

4）由于第2擋操作力比較大，所以會產(chǎn)生較大的噪聲，需要對噪聲進(jìn)行主觀評價(jià)。

4 結(jié)語

日常駕駛離不開對汽車開關(guān)的操作，在提高車輛性能的同時(shí)也不能忘記“開關(guān)”這個(gè)面向駕乘人員的窗口，因此，有品質(zhì)的手感也會給顧客一個(gè)良好的體驗(yàn)。在整車開發(fā)過程中，從最初的定義到最后的評價(jià)，都需要將手感放在一個(gè)重要的位置，這樣操作開關(guān)對于客戶來說也會變成一種享受。