汽車電子開關發展趨勢研究

黃慶達，張立新，范文博，郭慶鐵，楊通亮

（溫州長江汽車電子有限公司，浙江 溫州 325000）

1 前言

汽車電子開關一般是指安裝在汽車上，用于控制汽車電子電器開啟、關閉或工作狀態的控制器件[1]，是駕乘人員操縱汽車的最直接器件。隨著信息技術、通信技術、傳感器技術以及物聯網技術的蓬勃發展和快速普及，汽車電子技術日新月異，現在的汽車已經不僅僅滿足于代步的基本功能，而是逐步演變為一個集信息交互和娛樂于一體的智能化多功能終端[2]。

目前，汽車電子開關主要集中在五大區域[3-5]，如圖1所示，分別為中控臺區域（含空調面板、娛樂面板、電子排擋、輔助駕駛功能開關等），方向盤區域（含方向盤開關、換擋撥片、組合開關、時鐘彈簧等），儀表板區域（含燈光調節開關、一鍵啟動開關、后備廂開啟開關等），門板區域（含電動窗開關、后視鏡開關、中控鎖開關、座椅記憶開關等），頂棚區域（含閱讀燈開關、天窗開關等）。本文將分別對這五個區域開關類型的應用現狀進行分析和總結，探究其發展動向和趨勢，為汽車行業從業者推動汽車電子技術產業更好發展提供借鑒。

圖1 汽車內部開關區域分布

2 中控臺區域

中控臺區域包含了空調、娛樂以及各類輔助駕駛功能，是人車交互最主要也是最集中的區域之一。隨著近年來互聯網汽車的快速發展和“萬物互聯”的概念普及，位于汽車中控臺區域的開關也發生了重大革新，逐步發展為智能座艙（圖2）一體化的解決方案。

圖2 智能座艙概念圖

2.1 空調面板和娛樂面板

傳統的空調面板和娛樂面板為多個物理按鍵，將按鍵、旋鈕等開關形式組合成一個大面板，零件表面多以噴涂或電鍍工藝為主。此類面板零件數量多、結構復雜，不便于操作，同時按鍵的密集排布不能很好地給消費者在美學上的感官享受。借著汽車電子技術快速發展的東風，空調面板和娛樂面板也逐步往觸控化方向發展，目前市場上大部分車型已經采用電容觸摸方案，同時外觀多采用IML死黑工藝效果，展現了更為豐富的操作體驗。

此外，隨著新勢力造車的入局，新能源汽車規模逐漸壯大，布置在中控臺區域的空調面板、娛樂面板以及其他輔助駕駛功能的開關多被集成為中控觸摸大屏，取消了物理按鍵，把全部功能集成在觸摸屏上[6-9]。發展迅猛的觸摸大屏不僅能在車上顯示豐富的色彩和資訊信息，同時其突破了傳統機械物理開關的操作方式，給行業消費者帶來高科技感的體驗。

隨著觸摸大屏技術的普及推廣以及制造工藝的成本優化，未來的中控臺區域開關的發展會越來越高度集成化，多以12.3寸或以上的雙聯和多聯屏互動為主，基本取消物理按鍵；外觀以2.5D或3D玻璃、復合板、IML等復雜工藝呈現，并與內飾更加無縫融合；觸摸感知得到更為廣泛的應用，包括振動反饋、聲音反饋、壓力反饋等，同時支持語音、手勢、凝視識別與頭部姿態識別等智能人車交互方式[10]。如圖3所示。

圖3 面板發展趨勢

2.2 電子換擋開關

對于傳統的燃油車，使用擋桿結構對變速器實現換擋功能是汽車不可或缺的一部分。在以往產品中，大多使用機械擋桿和拉索線路進行汽車行駛過程中擋位的變換。

電子換擋開關的出現則重新定義了這一類開關，推動換擋開關邁向電子化、智能化階段。電子換擋開關也叫電子換擋器或線控換擋器（shift-by-wire），替代傳統的機械擋桿（圖4）及復雜的拉索線路，通過CAN/LIN通信等協議或PWM等，發送擋桿操作信息提供給TCU（VCU），實現換擋功能。

圖4 傳統機械式檔桿

電子換擋開關具有操作行程小、產品耐用好、結構輕量化、裝車簡便化等優點，在汽車上的應用日益廣泛。目前主流的電子換擋開關形式有排擋式、旋鈕式、按鍵式、懷擋式等4類（圖5），各主機廠根據車型定位不同、目標用戶不同來進行選擇。

圖5 不同類型電子換擋開關

隨著變速器與執行器的整合，汽車電控自動技術的提升以及新能源汽車的普及推廣，未來的電子排擋將會更多采用霍爾感應、電渦流等非接觸技術實現功能信號的采集，極大地增加功能可靠性；人機界面控制向非接觸方向和接觸操作隱藏的方向發展，以實現自動駕駛的切換動態感；增加觸摸振動反饋、指紋感應等人車交互方式；采用IML、水晶、智能表面等表面工藝，外觀設計更加大膽多樣。

3 方向盤區域

方向盤區域是操縱汽車的最直接區域和核心區域。經過多年的發展，方向盤開關除了基本的轉向操縱功能以外，還集成了喇叭、安全氣囊、方向盤開關、換擋撥片、組合開關等多種電子電器開關，緊密結合了駕駛員的駕乘安全性和操作舒適性，實現人車交互的高度互動。

3.1 方向盤開關

方向盤開關安裝在雙手握緊方向盤后拇指能直接觸碰操作的區域，是車上被觸摸和操作最多的電子部件之一，也是體現汽車自動化、智能化發展的重要部件[11]。目前主流的方向盤開關主要集成了娛樂音響、儀表菜單、巡航駕駛、藍牙電話等多種功能，稱得上是“麻雀雖小，五臟俱全”。

常規的方向盤開關主要以機械式按鍵為主，同時輔助以撥桿、滾輪等結構形式，通過導電橡膠、微動開關等實現電性能的導通；外觀多為噴涂、符號鐳雕以及電鍍等工藝。近年來，方向盤開關也開始逐步向觸控化、智能化方向發展，操作方式采用觸控式方案，以電容觸摸或者壓力感應等信號實現開關功能，輕觸操作，舒適便捷；外觀多為IML為主的觸摸蓋板，提升產品科技感。如圖6所示。

圖6 觸摸式方向盤開關

3.2 組合開關

汽車組合開關是指安裝在轉向管柱上由兩個以上用以控制汽車的燈光、信號、操縱電器等部件的開關組成的裝置[12]。

組合開關主要有燈光控制和雨刮控制功能，其中燈光控制功能包含變光開關、轉向燈開關、燈光總開關、霧燈開關等；雨刮控制功能包括雨刮器開關、洗滌器開關等。

車燈控制系統可根據光傳感器檢測到的車外天氣光亮情況，負責自動地將汽車的前后照明燈接通或切斷，以提高汽車使用的便利性和行駛安全性，還可以將有關照明狀態的信息通過網絡傳遞到各個模塊，使各模塊通過對照明狀態的判斷來進行各自系統相關的控制（如背光調節）。

隨著各類智能傳感器的應用，如智能燈控、智能雨刮等，組合開關經歷著重大創新和變革，集成時鐘彈簧、角度傳感器、EPB電子駐車開關以及懷擋等功能，實現功能多樣化和集成化；手柄外觀也由原來簡單的注塑紋理增加電鍍、噴漆工藝，部分產品使用IML工藝、采用環境光圈等。圖7為帶懷擋、時鐘彈簧的組合開關。

圖7 帶懷擋、時鐘彈簧的組合開關

4 儀表板區域

這里的儀表板區域開關主要指位于汽車儀表板下方，即方向盤左下側區域及右下側區域。其中，方向盤左下側區域一般會設計和布置燈光調節類開關、EPB電子手剎開關、后備廂開啟/關閉開關以及其他輔助駕駛類開關，如ESC車身穩定開關、ESO節能開關等；而一鍵啟動開關則大多數放置在方向盤右下側區域。

傳統的儀表板區域開關通過機械物理操作實現，由多個單按鍵的獨立開關排列組合而成或者是由多個按鍵集成在一個開關總成上。其中除了燈光調節開關大多采用滾輪式結構，其余大多是Push按鍵類結構形式。

近年來，由于智能座艙系統發展的日新月異，儀表板區域的開關也發生了重大的變革和創新。首先體現在操作形式的創新上，采用了發展成熟的觸控技術和接近感應技術，當手指靠近時所有符號背光點亮以方便乘員識別，同時還搭配有壓力感應、振動反饋、聲音反饋等技術，個別車型的一鍵啟動開關具有指紋識別功能，實現更豐富的操作體驗及個性化；其次是表面裝飾技術的創新，IML、IMR等模內裝飾技術越發普及，實現開關與儀表板形成視覺上的一體，一鍵啟動開關表面設計3D紋理、水晶玻璃等效果，凸顯科技感。圖8為觸摸式前照燈開關。

圖8 觸摸式前照燈開關

5 頂棚區域

頂棚區域主要包括頂燈開關、天窗開關、卷簾開關、SOS開關以及眼鏡放置盒等，也是觸控化發展的區域之一。傳統的機械物理按鍵結構，在使用較長時間后會形成一定的機械損傷，影響操作手感，甚至影響功能；此外，機械按鈕占據空間較大，也會給開關的造型設計帶來一定局限性[13-14]。目前市面上汽車已經開始普及觸控式頂燈開關（圖9），整合了頂棚區域的控制模塊，如閱讀燈開關、天窗開關、卷簾開關、SOS開關等。該類型頂燈開關可以通過觸摸LENS上的符號實現頂燈的開閉，且長按可以實現閱讀燈亮度的調節和不同照明模式的選擇，同時設計滑條功能，當滑動滑條時實現天窗或者卷簾的開閉，提升人車交互體驗。

圖9 觸摸式頂燈開關

6 門板區域

門板區域主要為安裝在門板上的開關，一般包括電動窗開關、后視鏡調節開關、中控鎖開關以及座椅記憶開關等。由于駕駛員習慣于在駕駛過程中通過“盲操”電動窗開關，實現車窗玻璃的升降，所以車企在電動窗開關的規劃中，控制玻璃升降的按鈕仍維持著拉鉤式的機械結構，以方便駕乘人員操作。此外，其余如后視鏡調節開關、中控鎖開關、門鎖開關、童鎖開關等產品則發生了很大的變化，大多與電動窗開關集成一體，且由傳統的機械結構發展為觸控式結構。其中，后視鏡調節開關會采用新型的霍爾芯片代替傳統的觸片結構，增加操作的靈敏度和可靠性。圖10為觸摸式電動窗開關。

圖10 觸摸式電動窗開關

7 總結

通過車內不同區域各類開關的分析和總結，發現隨著汽車智能化、自動化的發展，觸摸控制、接近感應、壓力感應、振動反饋、聲音反饋、紅外感應、指紋識別、手勢識別、語言交互等技術在汽車電子開關上的應用越來越廣泛和普遍，實現更為豐富的操作體驗。要想在競爭日趨激烈的汽車市場上站穩腳跟，需要不斷地創新和發展現代汽車電子技術，將各類創新技術融合在汽車電子開關中，增加開關的產品力和競爭力，推動我國汽車電子的系統化、智能化、自動化發展。