汽車開關的手感關鍵特性及測量評價方法

馮 超

（上汽大眾汽車有限公司，上海 201805）

汽車開關的手感主要包括一切與觸摸相關的感覺，其核心由內(nèi)部結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，但是還涉及到其他部分，包括人機工程、開關表面的材料、開關表面的圖標、開關的外形、光順設計等。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的重要指標。

從人機工程的角度來說，手指操作的空間大小、開關布置的位置、開關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人機工程因素的控制，可以使汽車電器開關的人機工程設計更合理，可以有效地防止駕乘人員對開關的誤操作。開關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用一些鍍鉻的元素，往往開關的操作力會偏大，清晰程度也會較高；有些開關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，光順的設計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，都需要給手感一個明確的定義。

1）按鍵類開關的手感定義：目前按鍵類開關主要用操作力、行程、清晰度等指標來進行定義。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——實際操作力；F2——波谷時的操作力；F3——與F1相同，通常要求開關的機械止位操作力大于F3，保證開關能正常接通；S1——最大操作力行程，通常S1=S2/2；S2——開關行程；S3——F3時的開關行程。

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這段曲線中要求導通。定義的目的是保證零件不會提前導通或者滯后導通，這2種情況都會對客戶操作帶來不便。

2）旋轉(zhuǎn)類的開關通常用扭矩和角度來進行定義。扭矩-旋轉(zhuǎn)角曲線圖如圖2所示。振幅：直接反映了開關的旋轉(zhuǎn)扭矩大??；斜率：要求上升斜率大于下降斜率，這樣開關不容易發(fā)生過擋；停止位置：旋轉(zhuǎn)類開關一般會停留在各個擋位，擋位間的角度需要定義；負脈沖值：“扭矩-旋轉(zhuǎn)角-特性”曲線會出現(xiàn)輕微的負脈沖信號，該負脈沖信號的目的是使開關不會停留在2個擋位之間，但是這個值的大小不能過大，過大會導致開關入擋時發(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

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

1）手感測量時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，操作的機械臂盡量與開關使用點接觸。圖3為搖窗機開關的測量系統(tǒng)。

2）測量過程中最關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，一般長時間靜置的零件在初始測試時操作力偏大，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，所以測量指導書中需要對測量操作速度進行規(guī)范。

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

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 搖窗機開關測量系統(tǒng)

3 手感的主觀評價

手感的主觀評價是在得到手感的測量結(jié)果后進行的，因為即使測量結(jié)果合格，我們還需要從其他方面來評價開關的手感。一般來說可以將整車開關分為3類，即按壓類開關、旋轉(zhuǎn)類開關、勾拉類開關。下文主要說明了不同開關的評價方法。

3.1 按壓類開關的主觀評價

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

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壓力不夠，X、Y方向的晃動則說明導向系統(tǒng)的間隙過大，需要優(yōu)化?？梢該u晃零件，檢查是否存在噪聲。圖4為預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 預壓力不足的操作力曲線

3）零件的機械止位點不能過于靠前，否則在操作過程中會發(fā)出噪聲。同時預壓力不能過大，否則在回彈的時候也會產(chǎn)生噪聲。圖5為預壓力過大的曲線，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 預壓力過大的操作力曲線

3.2 旋轉(zhuǎn)類開關的主觀評價

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

2）旋轉(zhuǎn)類的開關操作時不應發(fā)生容易過擋的情況，每個擋位都應能夠很輕易操作，例如轉(zhuǎn)向柱開關應該在每個擋位能夠輕易地停留。

3）在正常操作的時候，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個擋位之間。

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

5）對于部分開關在旋轉(zhuǎn)的同時存在平移的動作，例如后視鏡開關，那么該零件在X、Y方向操作的過程中，也應該在4個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)設計的問題。

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

圖6 旋轉(zhuǎn)類開關入擋噪聲偏大時曲線

3.3 勾拉類開關的主觀評價

1）勾拉類開關（搖窗機開關，電子手制動開關）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）搖窗機開關一般采用兩擋的結(jié)構(gòu)，在操作時，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，需要對噪聲進行主觀評價。

4 結(jié)語

日常駕駛離不開對汽車開關的操作，在提高車輛性能的同時也不能忘記“開關”這個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良好的體驗。在整車開發(fā)過程中，從最初的定義到最后的評價，都需要將手感放在一個重要的位置，這樣操作開關對于客戶來說也會變成一種享受。