汽車開關接觸系統(tǒng)的設計與應用

田雅雅 李巖

摘要：從汽車開關的接觸系統(tǒng)入手，詳細論述小電流、中電流和大電流的開關接觸系統(tǒng)設計，并闡述新型接觸系統(tǒng)霍爾和光柵系統(tǒng)的原理，展望代表未來趨勢的電容觸摸系統(tǒng)。

關鍵詞：汽車開關；小電流；大電流；霍爾；電容觸摸

1.汽車電器開關的分類

汽車開關種類很多，它們在工作中都有各自的負載定義，有大電流負載，也有小電流負載。為保證開關能有穩(wěn)定的工作表現(xiàn)，需要選用最合適的接觸系統(tǒng)。根據(jù)電流負載大小，整車開關有3種：大電流開關、中電流開關和小電流開關。大電流開關負載電流1～25A，此類開關一般直接連接電源和終端零件（如車窗升降電動機，前照燈，電喇叭，起動電機等）。中電流開關負載電流0.1～1A，這些開關一般控制繼電器或小功率執(zhí)行器。小電流開關負載電流1～100mA，它們輸出控制信號到ECU（電子控制單元）或BCM （車身控制模塊）。

2.接觸系統(tǒng)的設計介紹

2.1大電流接觸系統(tǒng)

在大電流工作環(huán)境中，常用的觸點材料是AgSnO2和AgNi（20）。根據(jù)實際生產(chǎn)和應用經(jīng)驗，Ag基材料的觸點在100mA以上的工作環(huán)境中能有非常好的表現(xiàn)，在電弧環(huán)境下Ag基材料的觸點有自清潔的功能，但AgNi（20）和AgSnO2兩種材料的自清潔原理是不一樣的。AgNi（20）由雙金屬組成，其機械、物理性能是Ag和Ni按體積百分比的加和作用。大電流開關中，開關觸點接通瞬間會有電弧產(chǎn)生，在電弧作用下，當溫度高于Ni的熔點1453℃時，Ni可以大量溶解于電弧處產(chǎn)生的Ag熔體中，當溫度下降冷卻時，溶解的Ni重新沉積于Ag基體中，Ni的反復溶解和析出在觸點表面形成細Ni顆粒的接觸層，這種材料的形成會降低AgNi（20）觸點的侵蝕率。而AgSnO2材料屬于“顆粒增強”型金屬基符合材料，其中，Ag作為基體，SnO2作為強化相在機械性能上提供材料強度、硬度，在電接觸性能上提高材料的抗熔焊能力和耐電弧侵蝕能力。AgSnO2主要靠熱穩(wěn)定性高的SnO2顆粒懸浮于Ag熔池中增加粘度而減小材料飛濺。

在實際使用中發(fā)現(xiàn)，與AgNi（20）相比，AgSnO2具有更低的材料轉移特性，所以在開關類產(chǎn)品中，一般高于20A的正極觸點會選用AgSnO2， 負極觸點選用AgNi（20）。而在0.1A到20A之間的開關觸點都選擇AgNi（20）。

2.2中電流接觸系統(tǒng)設計

中電流0.1～1A對于銀基材料的自清潔功能還是適用的，因此適用于大電流的銀基材料接觸系統(tǒng)同樣適用于中電流環(huán)境，另外一方面，還有一些接觸系統(tǒng)如導電橡膠、金手指等也適用于中電流環(huán)境，電流最大為0.1A時，以使用金手指滑動塊，為了提高金手指的彈性，其使用的基材是CuSn6。為了提高接觸性能，接觸區(qū)鍍金。如果電流超過0.2A，此時可以使用銀觸點滑動塊結構，銀觸點可以是AgNi（20）合金，也可以是直接電鍍銀。如果按鍵是按壓式或者是翹板式開關，就只能選用橡膠墊了，橡膠墊不僅能提供操作手感，而且在其接觸區(qū)域可以放入不同觸點帶來不同的接觸性能。金觸點的工作電流為0.5A，而鎳點的工作電流為0.3A.

2.3小電流接觸系統(tǒng)設計

小電流的接觸材料通常是鍍金處理，它們是惰性材料， 其性能受環(huán)境影響很小， 有非常小的接觸電阻和優(yōu)異的穩(wěn)定性， 即使在很小的接觸力情況下都有很好的接觸性能。 所有中電流的非銀基接觸系統(tǒng)都能直接應用于小電流環(huán)境， 將所有大中電流接觸系統(tǒng)中的銀觸點更換成鍍金觸點， 這個改進后的接觸系統(tǒng)就能在小電流環(huán)境中使用。 另外帶金點、鎳點、 碳點的橡膠墊都適用于此環(huán)境中。

2.3 接觸系統(tǒng)的應用

各種接觸系統(tǒng)存在于不同開關中， 由于篇幅有限， 本文以幾個典型的例子來說明接觸系統(tǒng)在開關中的應用。 圖1為部分德國大眾車型上使用的大電流前照燈控制開關。旋鈕能帶動轉軸旋轉， 通過機械結構設計， 轉軸能夠推動下方電接觸區(qū)域觸點臂的運動， 通過觸點的吸合運動來實現(xiàn)相應的開關功能。 圖2為德國大眾車型上使用的中電流后視鏡調節(jié)開關。接觸橋被裝配在轉軸上， 通過轉動旋鈕， 接觸橋在PCB上運動實現(xiàn)左右后視鏡的翻轉功能。圖3為標致雪鐵龍部分車型上使用的小電流刮水操作開關。 環(huán)形接觸片被鉚接在后風窗刮水操作旋鈕上， 用戶旋轉旋鈕時帶動接觸片在柔性電路板上運動， 柔性電路板將接觸片的運動信號傳遞到主PCB 上。 圖4為標致408的中控臺控制開關。 其接觸系統(tǒng)是橡膠墊上使用碳觸點配合電路板上的金觸點， 這個結構是接觸系統(tǒng)中最簡單也是應用最廣泛的。

3結語

車用電器開關看似簡單，但不同的開關操作方式，不同的信號輸出，不同的操作手感以及不同的看管耐久次數(shù)都會影響開關的接觸系統(tǒng)選擇，除了要不斷分析開關接觸系統(tǒng)，同事也要及時總結及不斷更新，這樣才能使車用開關設計成本降低，開發(fā)周期縮減。

參考文獻：

[1]黃錫文. 常用低壓觸點材料電性能研究[J]. 電工材料，2006（4）；26-34