沙發(fā)明 喬斌 袁林 曾飛 陳強(qiáng)

摘要：基于某車型方向盤多功能開關(guān)設(shè)計(jì)失效問題的具體案例，在滿足功能需求和低成本的要求下，對(duì)開關(guān)的方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和成本對(duì)比，優(yōu)化方案，并經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，解決了因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題帶來(lái)的開關(guān)失效。

關(guān)鍵詞：方向盤;多功能開關(guān);滾輪;撥桿;優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U461文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

隨著汽車智能化程度的提高，用戶對(duì)汽車功能的操作越來(lái)越多，促進(jìn)了車輛和用戶的信息交流[1]。其中方向盤作為用戶使用頻率較高的產(chǎn)品，除了能滿足基本的轉(zhuǎn)向功能，還需要增加附加功能來(lái)提升用戶的操作便利性。其中最顯著的變化是汽車方向盤開關(guān)的功能數(shù)量增加，除了能方便用戶操作中控娛樂和儀表功能，還需要滿足用戶對(duì)智能駕駛功能操作便利性和安全性[2-3]。

1問題描述

某車型在開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)，用戶反映在操作方向盤的滾輪開關(guān)，控音量調(diào)節(jié)和上下一曲的滾輪開關(guān)反應(yīng)不靈敏或無(wú)響應(yīng)。經(jīng)測(cè)試，滾輪開關(guān)的確存在問題（表1）。

2原因分析

控制該車型音量調(diào)節(jié)、上下一曲的方向盤開關(guān)，采用的是無(wú)

極滾輪結(jié)構(gòu)，為撥片式微動(dòng)開關(guān)式，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。通過操作滾輪帶動(dòng)第二星輪轉(zhuǎn)動(dòng)，第二星輪轉(zhuǎn)動(dòng)后撥動(dòng)微動(dòng)開關(guān)的撥叉，形成觸發(fā)信號(hào)，輸出相應(yīng)的操作功能。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求測(cè)量了方向盤滾輪開關(guān)的輸出信號(hào)（圖2）。開關(guān)的信號(hào)周期為：t=t1+t2，其中t1表示為滾輪滾動(dòng)時(shí)開關(guān)的撥叉形成觸發(fā)信號(hào)瞬間接觸的時(shí)間，t2為滾輪開關(guān)撥叉未觸發(fā)的時(shí)間。目前測(cè)試顯示t1為3.5ms，t2為20.0ms左右。

根據(jù)中控娛樂主機(jī)MCU設(shè)置，A/D采樣的周期是4.0ms，連續(xù)采集8次有效后，則認(rèn)為該操作有效，再把相關(guān)的信息發(fā)送給CPU進(jìn)行處理。而現(xiàn)在滾輪式開關(guān)t1時(shí)間遠(yuǎn)小于32.0ms，那么主機(jī)就無(wú)法采集到有效信號(hào)，故無(wú)響應(yīng)。

3解決方案

方案一：將方向盤第二星輪的6齒改為4齒（圖3），在相同的滾動(dòng)速率下，增大撥叉觸發(fā)信號(hào)的時(shí)間。同時(shí)減小DVD連續(xù)采集8次的時(shí)間，由32.0ms改為8.0ms。通過制作滾輪樣件和調(diào)整中控娛樂主機(jī)軟件邏輯，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在4擋滾輪基礎(chǔ)上，t1持續(xù)時(shí)間約在8.0ms，但存在快速滾動(dòng)中控娛樂主機(jī)不響應(yīng)問題。

對(duì)方案進(jìn)一步優(yōu)化，第二星輪齒厚加寬1mm，進(jìn)一步試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，存在撥叉卡住的風(fēng)險(xiǎn)。此時(shí)中控主機(jī)的表現(xiàn)為功能一直觸發(fā)，例如轉(zhuǎn)動(dòng)滾輪開關(guān)調(diào)節(jié)音量，音量加/減會(huì)一直持續(xù)。

方案二：方向盤開關(guān)采用LIN線控制（圖4）。該方案需要新增編碼器等硬件，同時(shí)需要更改開關(guān)和中控娛樂主機(jī)的通訊協(xié)議，成本相對(duì)較高，開發(fā)周期相對(duì)較長(zhǎng)。但理論上分析，可解決滾輪開關(guān)不靈敏、空擋問題。

方案三：方向盤滾輪開關(guān)結(jié)構(gòu)更改為撥桿開關(guān)結(jié)構(gòu)，原理類似于直壓按鍵的操作方式。向上或向下?lián)軇?dòng)撥桿，帶動(dòng)撥桿支架旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)支架兩端的頂桿按壓微動(dòng)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)所需功能。該方案經(jīng)過測(cè)試，按鍵的信號(hào)時(shí)間與直壓按鍵的信號(hào)時(shí)間接近，約100.0ms（圖5）。這完全滿足中控娛樂主機(jī)的采樣周期。

4方案實(shí)施效果

通過方案的試驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)考慮方案的成本和周期，采用方案三進(jìn)行測(cè)試。圖6為方案三撥桿式按鍵的周期：T=T1+T2，T1是快速撥桿按鍵（速度為10次/s）的周期100.0ms;T2是到下一次的時(shí)間，T總共大于200.0ms。經(jīng)過耐久和高低溫等試驗(yàn)后，驗(yàn)證開關(guān)功能正常。與原狀態(tài)的結(jié)構(gòu)對(duì)比，結(jié)構(gòu)更改后的方案有效解決了開關(guān)失效問題。

5結(jié)束語(yǔ)

基于某車型方向盤開關(guān)失效的具體案例，通過分析采樣周期找到失效原因并制定相應(yīng)的措施，得出以下結(jié)論。

（1）設(shè)計(jì)開發(fā)中，需要考慮按鍵信號(hào)的觸發(fā)周期與采集信號(hào)的主機(jī)采樣周期匹配，避免結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無(wú)法滿足采樣周期。

（2）設(shè)計(jì)開發(fā)中考慮成本和設(shè)計(jì)成熟度，建議采用撥桿開關(guān)。

（3）若采用滾輪結(jié)構(gòu)，則需要采用成本較高的方案二才能保證按鍵的觸發(fā)信號(hào)被主機(jī)正確的采集。

【參考文獻(xiàn)】

[1]趙毅，方健，朱偉.整車管路布置及質(zhì)量控制研究[J].北京汽車，2012（06）：21-25.

[2]汪振興.淺議多功能方向盤開關(guān)[J].上海汽車，2015（03）：43-46.