馬燕,韋曉晶
(上汽通用五菱汽車股份有限公司,廣西柳州 545007)
隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展,汽車“新四化”(電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化、共享化)概念的提出,人們對汽車的操作便利性及安全性也越來越關(guān)注。駕駛員在駕駛過程中的行為已經(jīng)不僅局限于單純的“駕駛”,越來越多的信息和信息交流融入到汽車設(shè)計(jì)中[1]。方向盤作為使用頻率最高的部件,也由最初的僅有轉(zhuǎn)向功能,到集成喇叭開關(guān),再到裝配駕駛員安全氣囊,之后到更多的附加功能[2-3]。多功能的方向盤使得駕駛員在行駛過程中,雙手不離開方向盤的情況下,能夠更方便地控制車輛的多個(gè)系統(tǒng)的功能,提高了操作便利性及安全性[4]。
某車型接到售后反饋,方向盤多功能開關(guān)失效12例。經(jīng)初步分析,其中音量鍵失效6例,音量鍵間歇性失效4例,頻道搜索及音量鍵均失效2例。根據(jù)故障件的分析結(jié)果,音量鍵功能失效為主要失效模式。
該車型方向盤多功能開關(guān)采用的是導(dǎo)電橡膠式,具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。按壓方向盤開關(guān)上按鍵,通過頂桿推動(dòng)導(dǎo)電橡膠上的動(dòng)觸點(diǎn),使得動(dòng)觸點(diǎn)下壓與PCB板上靜觸點(diǎn)接觸,回路導(dǎo)通失效開關(guān)功能。
圖1 方向盤多功能開關(guān)結(jié)構(gòu)
根據(jù)設(shè)計(jì)要求,方向盤多功能開關(guān)按鍵力的正常值為(1.5±0.5) N。將萬用表接到售后返回的故障件音量鍵回路兩端,對故障件進(jìn)行按壓導(dǎo)通測試。對故障件音量鍵以設(shè)計(jì)要求的正常按鍵力進(jìn)行按壓,萬用表無顯示,說明音量鍵回路未導(dǎo)通。加大按壓力至3~6 N對故障件音量鍵進(jìn)行按壓,萬用表有電阻顯示,音量鍵回路導(dǎo)通。圖2為測試萬用表顯示結(jié)果。
拆解多功能開關(guān)故障件,去除故障件的PCB板,將正常狀態(tài)零件的PCB板與故障件的其他零件重新組裝成多功能開關(guān)。對重新組合的多功能開關(guān)音量鍵進(jìn)行按壓導(dǎo)通測試,施加設(shè)計(jì)要求的正常按壓力,即可導(dǎo)通音量鍵回路。對多功能開關(guān)故障件的PCB板進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)故障件的PCB板上的觸點(diǎn),有細(xì)微黑色沉積物。在多功能開關(guān)故障件的橡膠觸點(diǎn)上,同樣發(fā)現(xiàn)了細(xì)微黑色物質(zhì)。圖3為多功能開關(guān)故障件動(dòng)、靜觸點(diǎn)拆解情況。用酒精對PCB上觸點(diǎn)及橡膠觸點(diǎn)進(jìn)行擦拭,再重新進(jìn)行組裝。對重新組裝后的故障件重復(fù)進(jìn)行按壓導(dǎo)通測試,采用正常按壓力萬用表即有顯示,按鍵正常導(dǎo)通。
將故障件送至檢測機(jī)構(gòu),對觸點(diǎn)上的細(xì)微黑色沉積物進(jìn)行能譜分析,分析結(jié)果如表1所示,圖4為觸點(diǎn)表面掃描電鏡結(jié)果。根據(jù)分析結(jié)果,觸點(diǎn)上的細(xì)微黑色沉積物主要成分為碳。結(jié)合拆解分析及按壓導(dǎo)通測試結(jié)果,判斷出多功能開關(guān)PCB板上的靜觸點(diǎn),與導(dǎo)電橡膠上的動(dòng)觸點(diǎn)結(jié)合力不夠,接觸面積少,動(dòng)、靜觸點(diǎn)之間產(chǎn)生細(xì)微的拉弧,開關(guān)長時(shí)間處于此狀態(tài)使用導(dǎo)致觸點(diǎn)積碳,是造成多功能開關(guān)音量鍵失效的主要原因。
由于動(dòng)、靜觸點(diǎn)接觸面積少,結(jié)合力不夠?qū)е掠|點(diǎn)件產(chǎn)生細(xì)微拉弧,形成觸點(diǎn)積碳是造成多功能開關(guān)音量鍵失效的主要原因,針對該問題,提出了相應(yīng)的解決方案。
方案一:增大導(dǎo)電橡膠上動(dòng)觸點(diǎn)接觸片面積,使觸點(diǎn)間接觸面積增大從而減小觸點(diǎn)間產(chǎn)生拉弧的可能性。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),目前的導(dǎo)電橡膠為標(biāo)準(zhǔn)件,與PCB板上觸點(diǎn)是較為合適的搭配,若增大導(dǎo)電橡膠觸點(diǎn)面積,需開發(fā)專用件,且開發(fā)周期較長,成本增加。而多功能開關(guān)故障件的失效表現(xiàn)模式為下壓力偏小導(dǎo)致觸點(diǎn)表面積碳,增大按壓力即可導(dǎo)通,單純增加導(dǎo)電橡膠觸點(diǎn)接觸片面積,并不能完全解決問題。
方案二:尋找接觸壓力更小、電阻波動(dòng)較小的導(dǎo)電橡膠灰觸點(diǎn)。采用灰觸點(diǎn)制作出多功能開關(guān)按鍵,與現(xiàn)有產(chǎn)品(導(dǎo)電橡膠藍(lán)觸點(diǎn)),共進(jìn)行5×104次耐久試驗(yàn),每1×104次測量按鍵的電阻值。兩種產(chǎn)品按鍵電阻值波動(dòng)情況如圖5所示,從圖中可看出灰觸點(diǎn)電阻值最穩(wěn)定,波動(dòng)最小。進(jìn)一步了解得知該灰觸點(diǎn)從未有在方向盤多功能開關(guān)使用的先例,若直接使用可能會有未可知的風(fēng)險(xiǎn)。從觸點(diǎn)的結(jié)構(gòu)上看,灰觸點(diǎn)與藍(lán)觸點(diǎn)為相似的鎳絲導(dǎo)電,單純更換灰觸點(diǎn),無法完全解決此次多功能開關(guān)按鍵失效問題。
圖5 不同導(dǎo)電橡膠觸點(diǎn)電阻波動(dòng)
方案三:對現(xiàn)有方向盤多功能開關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。針對動(dòng)、靜觸點(diǎn)結(jié)合力不夠的問題,對現(xiàn)有方向盤多功能開關(guān)音量鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,采取如下兩個(gè)步驟對開關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,如圖6所示。第一,在多功能開關(guān)音量鍵殼體頂桿穿過的孔處,頂桿推動(dòng)導(dǎo)電橡膠動(dòng)觸點(diǎn)側(cè),增加一圈墻體,從而增加頂桿運(yùn)動(dòng)方向上的導(dǎo)向,使得頂桿能夠更有效地推動(dòng)導(dǎo)電橡膠動(dòng)觸點(diǎn)下壓;第二,將頂桿與導(dǎo)電橡膠動(dòng)觸點(diǎn)接觸的圓盤面積,由原來的4 mm直徑且?guī)笨诘男螤?,更改為直徑?.5 mm的完整圓盤形狀,增加頂桿圓盤與導(dǎo)電橡膠的接觸面積,同時(shí)將圓盤厚度由原來的0.6 mm增加至0.9 mm。
圖6 結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案示意
對結(jié)構(gòu)更改后的方向盤多功能開關(guān)樣件進(jìn)行了1×105次耐久試驗(yàn),在試驗(yàn)過程中,每1×104次檢測按鍵電阻值并進(jìn)行記錄。試驗(yàn)完成后開關(guān)功能正常,電阻波動(dòng)情況如圖7所示,與原狀態(tài)比,結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的開關(guān)按鍵電阻波動(dòng)情況有所改善。結(jié)果表明:結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案的實(shí)施,有效地解決了此次方向盤多功能開關(guān)音量鍵失效的問題。
圖7 結(jié)構(gòu)優(yōu)化后阻值波動(dòng)情況
基于某車型方向盤多功能開關(guān)失效的具體案例,通過能譜分析方法查找失效原因并制定相應(yīng)措施,得出以下結(jié)論:
(1)根據(jù)能譜分析結(jié)果,開關(guān)按鍵功能失效的主要原因?yàn)椴僮靼磯翰坏降?,?dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)結(jié)合力不夠,產(chǎn)生細(xì)微拉弧, 使得PCB電路板上的觸點(diǎn)表面積碳。
(2)增大導(dǎo)電橡膠觸點(diǎn)面積,需開發(fā)專用件開發(fā)周期較長,成本增加。且單純增加導(dǎo)電橡膠觸點(diǎn)接觸片面積,并不能完全解決多功能開關(guān)音量按鍵下壓力偏小導(dǎo)致觸點(diǎn)表面積碳,出現(xiàn)按鍵失效的問題。
(3)導(dǎo)電橡膠灰觸點(diǎn)接觸壓力更小,電阻波動(dòng)較小,從觸點(diǎn)的結(jié)構(gòu)上看,灰觸點(diǎn)與藍(lán)觸點(diǎn)為相似的鎳絲導(dǎo)電,單純更換灰觸點(diǎn),無法完全解決此次多功能開關(guān)按鍵失效問題。
(4)針對動(dòng)、靜觸點(diǎn)結(jié)合力不夠的問題,對現(xiàn)有方向盤多功能開關(guān)音量鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的多功能開關(guān)經(jīng)過1×105次耐久試驗(yàn)后,開關(guān)功能正常,電阻波動(dòng)情況有所改善。結(jié)果表明:結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案的實(shí)施,有效地解決了此次方向盤多功能開關(guān)音量鍵失效的問題。