汽車電器開關(guān)操作手感的幾種實(shí)現(xiàn)方式

康 波，吳曉龍，魯紹健

（威馬汽車科技集團(tuán)有限公司，四川 成都 610000）

隨著近年來(lái)家用汽車的逐漸普及，汽車已經(jīng)進(jìn)入千家萬(wàn)戶，越來(lái)越多的消費(fèi)者在購(gòu)車時(shí)都對(duì)車內(nèi)形形色色的控制開關(guān)產(chǎn)生了極大的興趣，在購(gòu)車試駕時(shí)都會(huì)實(shí)際操作體驗(yàn)一下，操作手感這個(gè)直接體現(xiàn)汽車品質(zhì)的關(guān)鍵屬性也越來(lái)越引起消費(fèi)者的重視。

操作手感屬于感性的評(píng)價(jià)范疇，不同的消費(fèi)者有不同的喜好，但任何開關(guān)都具有幾個(gè)共性的關(guān)鍵要素，如：操作力、操作行程、順滑度、操作檔位感。這幾個(gè)要素都要達(dá)到特定的要求才能體現(xiàn)出大多數(shù)消費(fèi)者認(rèn)可的足夠優(yōu)秀的操作手感。目前業(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)這些特性操作手感的方式可歸納為4種，分別為：彈簧+頂桿+檔位齒方式；導(dǎo)電橡膠方式；微動(dòng)開關(guān)鍋?zhàn)衅?；觸摸+感知反饋。

1 彈簧+頂桿+檔位齒方式（圖1）

彈簧+頂桿+檔位齒方式主要在組合開關(guān)上使用較多，組合開關(guān)裝配在轉(zhuǎn)向管柱上，位于轉(zhuǎn)向盤下方，本體大部被轉(zhuǎn)向管柱護(hù)罩包裹，只露出操作手柄，主要功能大致分為燈光控制、雨刮控制、巡航控制、檔位控制等。不同品牌的不同車型可能組合方式不同。該方式具體的實(shí)現(xiàn)方式如圖1所示，頂桿在彈簧的彈力推動(dòng)下，由操作者繞著特定的圓心進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，操作者手部所感受到的力量來(lái)自頂桿的切向分力，該力量隨彈簧壓縮量的不同而不同，而頂桿在檔位齒不同位置時(shí)，彈簧的壓縮量是不一致的，故操作者在轉(zhuǎn)動(dòng)開關(guān)手柄過(guò)程中，彈簧壓縮量時(shí)鐘處于一個(gè)不斷變化的狀態(tài)，從而傳遞給操作者的力量也不斷變化，這個(gè)不斷變化的過(guò)程就是開關(guān)給操作者帶來(lái)的手感。

圖1 彈簧+頂桿+檔位齒方式

2 導(dǎo)電橡膠方式

導(dǎo)電橡膠是汽車電器開關(guān)中一種常用的零件，絕大部分汽車電器開關(guān)中都有它的身影，它的主要材料是硅橡膠，在外形結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)成類似碗的形狀（圖2），通過(guò)上部的柱狀結(jié)構(gòu)承擔(dān)操作者通過(guò)開關(guān)其他頂桿結(jié)構(gòu)傳遞下來(lái)的壓力，底部的碗狀結(jié)構(gòu)在受頂桿的壓力之后會(huì)有一個(gè)反向支撐力，而隨著操作者逐漸下壓按鍵，碗狀結(jié)構(gòu)底部的導(dǎo)電材料也隨之不斷下降，最終接觸到下方線路板上的金手指，電路導(dǎo)通。此時(shí)操作者繼續(xù)下壓，隨著底部橡膠被不斷壓縮反向支撐力會(huì)持續(xù)增大，至此，操作者感知阻力增加明顯且已經(jīng)到達(dá)按鍵極限位移。當(dāng)操作者減少施加在按鍵上的力，皮碗由于彈性形變的原因會(huì)逐漸上升，底部導(dǎo)電材料脫離線路板，電路斷開，被壓縮的碗狀結(jié)構(gòu)逐漸恢復(fù)形狀，直至完全松開。整個(gè)的一個(gè)操作過(guò)程給與操作者的反饋即形成了手感。

圖2 導(dǎo)電橡膠方式的外形結(jié)構(gòu)

由于硅膠軟硬程度、碗狀結(jié)構(gòu)的形狀設(shè)計(jì)等可變因素，導(dǎo)致不同開關(guān)的反向支撐力的大小即便是在相同下壓位移下也不同。這就引申出一個(gè)手感優(yōu)劣問(wèn)題，導(dǎo)電橡膠結(jié)構(gòu)常用的力曲線圖如圖3所示，具體的評(píng)價(jià)舒適手感的指標(biāo)定義為CC值，CC=（F1-F2）/F1×100%。一般CC值的大小在45%左右為一個(gè)較為舒適的手感值。

圖3 導(dǎo)電橡膠結(jié)構(gòu)常用的力曲線圖

3 微動(dòng)開關(guān)鍋?zhàn)衅?/h2>

鍋?zhàn)衅且环N厚度僅為0.06mm的具有彈性的金屬片，由于其很小，厚度也很薄，一般置于微動(dòng)開關(guān)里面如圖4所示。鍋?zhàn)衅谄囬_關(guān)中一般適用于直按式的開關(guān)，行程很小，普遍在0.5mm以內(nèi)，主要是通過(guò)金屬片自身的彈性形變來(lái)獲得手感。鍋?zhàn)衅氖指杏捎谑峭ㄟ^(guò)金屬?gòu)椥孕巫兊脕?lái)，故聲音十分清脆，金屬片在未受力時(shí)處于自由狀態(tài)，且金屬片只接觸邊緣的觸點(diǎn)，在操作者按下開關(guān)后，金屬片受力，當(dāng)力值大于其峰值力后瞬間發(fā)生彈性形變，中心部分由凸出狀態(tài)變?yōu)榉窗?，同時(shí)中心部分接通中間的觸點(diǎn)，電路導(dǎo)通。操作者松手后由于金屬片受到的壓力解除，金屬片隨即回彈，變回凸出狀態(tài)，電路斷開。由于鍋?zhàn)衅话惭b在微動(dòng)開關(guān)里面，整個(gè)按壓的穩(wěn)定性和可靠性也能夠得到較好的保證，鍋?zhàn)衅_關(guān)的按壓壽命一般能到50萬(wàn)次以上。

圖4 微動(dòng)開關(guān)鍋?zhàn)衅?/p>

4 觸摸+感知反饋

觸摸技術(shù)在汽車上最早應(yīng)用于手寫板和觸摸屏，后來(lái)逐步發(fā)展到電器開關(guān)。現(xiàn)階段觸摸技術(shù)基本上均為電容觸摸，在方向盤開關(guān)、門窗開關(guān)、儀表板左側(cè)開關(guān)均有應(yīng)用。現(xiàn)有車型上由于防誤觸等原因，單純觸摸操作的開關(guān)較少，普遍結(jié)合反饋使用，有聲音反饋、振動(dòng)反饋、按壓行程反饋等。其中具有操作手感的是振動(dòng)反饋和按壓行程反饋。這兩種反饋的實(shí)現(xiàn)方式不盡相同，振動(dòng)反饋有壓電陶瓷、電馬達(dá)等幾種方式，通過(guò)不同的布置方式，達(dá)到不同的振動(dòng)效果，同時(shí)，也可以模擬不同位置的按壓反饋。按壓行程方式主要是操作者在觸摸整個(gè)觸摸面板過(guò)程中還需要將面板本身按壓，并使其整體下壓一個(gè)行程才能觸發(fā)信號(hào)，該方式主要是傳統(tǒng)按壓式開關(guān)和觸摸技術(shù)的一個(gè)結(jié)合，便于操作者延續(xù)操作習(xí)慣的同時(shí)，又可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)面板觸摸功能。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著家用汽車的逐漸普及，相信會(huì)有更多的人認(rèn)識(shí)和接觸到汽車開關(guān)，上述幾種開關(guān)操作手感的實(shí)現(xiàn)方式在現(xiàn)階段來(lái)說(shuō)均屬主流，但隨著科技的不斷進(jìn)步，汽車上的電器開關(guān)正朝著集約化、智能化的方向發(fā)展，觸摸結(jié)合操作反饋或?qū)⒊蔀榻酉聛?lái)汽車開關(guān)發(fā)展的主流方向。相信不遠(yuǎn)的將來(lái)，會(huì)有更多更具科技感、更新穎的汽車開關(guān)呈現(xiàn)在我們面前。