汽車空調(diào)面板觸摸振動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與仿真

陳杰　方建中　韓后繼　劉國(guó)承

【摘? 要】為實(shí)現(xiàn)汽車觸摸面板的振動(dòng)效果，通過運(yùn)用ABAQUS軟件的動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)對(duì)金屬?gòu)椘M(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)面板整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行校核，最終設(shè)計(jì)出符合要求的觸摸振動(dòng)結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明：金屬?gòu)椘鳛檎駝?dòng)的發(fā)生結(jié)構(gòu)，其剛度不僅會(huì)影響最終加速度的輸出，還會(huì)關(guān)系到整車振動(dòng)時(shí)是否會(huì)引起觸摸面板共振。對(duì)于整個(gè)觸摸面板的動(dòng)力學(xué)強(qiáng)度校核時(shí)，需重點(diǎn)關(guān)注金屬?gòu)椘懊姘灏惭b位置，其余部位視情況而定。

【關(guān)鍵詞】ABAQUS；觸摸振動(dòng)；空調(diào)面板；動(dòng)力學(xué)

中圖分類號(hào)：U463.851? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1003-8639（ 2023 ）06-0071-03

Design and Simulation of Vibration Structure of Automobile Air Conditioner Panel

CHEN Jie，F(xiàn)ANG Jian-zhong，HAN Hou-ji，LIU Guo-cheng

（Zhejiang Changjiang Automobile Electronic System Co.，Ltd.，Wenzhou 325000，China）

【Abstract】In order to achieve the vibration effect of automotive touch panel，the dynamic simulation technology of ABAQUS software is used to design the metal shrapnel and check the strength of the overall structure of the panel，and finally design the touch vibration structure that meets the requirements. The results show that the stiffness of the metal shrapnel，as the structure of vibration，not only affects the output of the final acceleration，but also affects the resonance of the touch panel when the vehicle vibrates. When checking the dynamic strength of the whole touch panel，it is necessary to focus on the metal shrapnel and the installation position of the panel，and the rest of the parts depend on the situation.

【Key words】ABAQUS；touch with vibration；air conditioning panel；dynamic

車載觸摸面板因具有操作直觀、軟件靈活以及節(jié)省體積與成本等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)逐步替代傳統(tǒng)的機(jī)械開關(guān)。觸摸面板不僅加大了防水、防塵等的可靠性，也大大提高開關(guān)的耐久性及鍵位布置的靈活性。但是，由于缺乏機(jī)械按鈕所具有的觸覺反饋體驗(yàn)，觸摸屏也引發(fā)了其它一些人機(jī)交互方面的問題。最簡(jiǎn)單的解決方案是在觸摸面板內(nèi)增加觸覺反饋結(jié)構(gòu)，從而同時(shí)提供觸摸屏和鍵盤的最佳特性。

觸摸面板的信號(hào)處理技術(shù)及原理與手機(jī)等消費(fèi)電子類似[1]，但作為觸摸面板的核心，機(jī)械振動(dòng)結(jié)構(gòu)卻與手機(jī)完全不同，其設(shè)計(jì)至關(guān)重要，不僅關(guān)系到整個(gè)面板的使用壽命，也直接影響用戶的觸感體驗(yàn)。目前已成為各大主機(jī)廠內(nèi)飾供應(yīng)商的研究及開發(fā)重點(diǎn)內(nèi)容[2]。

本文采用ABAQUS有限元軟件，對(duì)某車型空調(diào)面板的觸摸振動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)并仿真分析，最終實(shí)現(xiàn)面板整體的強(qiáng)度、剛度要求。

1? 觸摸振動(dòng)結(jié)構(gòu)及原理

觸摸振動(dòng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要分上下兩部分，上半部分通常由觸摸屏及傳感器等組成，下半部分由殼體、固定支架等組成，上下部分由金屬?gòu)椘B接。裝車時(shí)，下半部分固定到整車骨架上，上半部分實(shí)現(xiàn)自由振動(dòng)。振動(dòng)激勵(lì)由固定于下半部分的電磁鐵提供。

其中，金屬?gòu)椘鳛樯舷聝刹糠纸Y(jié)構(gòu)的支撐，是振動(dòng)結(jié)構(gòu)的核心部件，其關(guān)乎著面板的整體剛度及強(qiáng)度。當(dāng)手指觸摸屏上符號(hào)區(qū)域時(shí)，傳感器收集并發(fā)出信號(hào)，此時(shí)，PCB上芯片接收信號(hào)后為電磁鐵發(fā)出脈沖電流，電磁鐵在接收到電流后，鐵芯快速向前沖擊鐵支架接收臂，鐵支架受到?jīng)_擊后帶動(dòng)屏幕形成一定的加速度反饋，此時(shí)手指即可感受到振感。

2? 金屬?gòu)椘O(shè)計(jì)

3? 面板總成仿真校核

使用ABAQUS建立有限元模型，各零件材料及參數(shù)如表2所示。

按客戶要求，對(duì)面板總成進(jìn)行動(dòng)態(tài)強(qiáng)度校核[6]。仿真時(shí)外殼與整車骨架連接處固定，對(duì)面板總成分別進(jìn)行X、Y、Z方向隨機(jī)振動(dòng)仿真分析[7-8]，客戶提供振動(dòng)所用功率譜密度（PSD）數(shù)據(jù)如圖3所示。

建立面板總成有限元網(wǎng)格，如圖4所示，各零件網(wǎng)格信息見表3。

圖6為面板整體1階模態(tài)滿足大于75Hz要求的面板的隨機(jī)振動(dòng)均方根應(yīng)力結(jié)果[9]。由于工作過程中，面板總成中金屬?gòu)椘淖冃巫畲?，且為主要支撐結(jié)構(gòu)，而其余塑料件均與鐵支架等固定，經(jīng)校核應(yīng)變均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料的許用應(yīng)變，所以圖6中僅列出金屬?gòu)椘木礁鶓?yīng)力結(jié)果。

如圖6所示，彈片的最大應(yīng)力為X向振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生，最大值為328.6MPa，此值小于材料的強(qiáng)度極限，因此最終選用方案4彈片作為開模方案。

4? 結(jié)論

通過對(duì)觸摸振動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及運(yùn)用ABAQUS軟件對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過程的仿真分析，可得到如下結(jié)論。

1）金屬?gòu)椘膭偠仁怯绊懻駝?dòng)加速度輸出的主要因素，作為設(shè)計(jì)時(shí)的主要變量，但同時(shí)還需綜合考慮鐵支架等剛度。彈片剛度越大，面板上的加速度越??；鐵支架剛度越大，LENS上的加速度一致性更好。

2）彈片的剛度不能過小，以避免整車振動(dòng)過程中引起觸摸面板自振。此項(xiàng)可通過面板整體的模態(tài)進(jìn)行校核。

3）對(duì)于觸摸振動(dòng)結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)強(qiáng)度校核時(shí)，一般開裂風(fēng)險(xiǎn)較大的零件為金屬?gòu)椘Y(jié)構(gòu)，其余零部件強(qiáng)度視情況進(jìn)行驗(yàn)證。

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（編輯? 凌? 波）