車用旋鈕力矩特性曲線研究

摘要： 通過分析車用旋鈕力矩特性的曲線、力矩要求、實例介紹等， 提出車用旋鈕的力矩特性要求。
關鍵詞： 車用旋鈕； 力矩特性； 多角度式旋鈕； 定位式旋鈕
1 車用旋鈕介紹車用旋鈕主要依靠主軸旋轉來改變檔位， 以達到電路通與斷的目的。常用于空調調節及音量調節等情況。
1.1 分類車用旋鈕， 按操作方式劃分可以分為多角度式和定位式兩類。多角度式車用旋鈕： 此類車用旋鈕類似于多角度感的電位器， 主要是通過調節電阻來控制回路中電流值， 進而控制產品功能實現， 例如汽車音量調節旋鈕。其主要應用于多檔位的功能控制， 例如背光亮度調節、音量調節、音調調節等功能， 此類功能一般都有10個以上的檔位控制， 故推薦采用多角度式車用旋鈕。定位式車用旋鈕： 這類車用旋鈕有定位感， 一般應用于較少檔位的控制（10檔以下）。
1.2 車用旋鈕的工作邏輯定義在函數坐標軸中， 通常以向上、向右為正方向， 也即圖2中的y+方向、x+方向。同樣， 消費者操作思維也是以向上、向右方向為增。車用旋鈕應按照消費者操作習慣設計成順時針為增、逆時針為減， 上增下減， 右增左減。
1.3 車用旋鈕力矩特性概念車用旋鈕的力矩特性， 主要指操作舒適性。各旋鈕力矩大小應基本一致， 在旋鈕旋轉過程中不應出現力矩的明顯變化， 應基本保持一致； 各旋鈕在靜止狀態及旋轉過程中應無明顯松動， 各旋鈕晃動量應基本一致； 旋鈕在旋轉過程中應輕巧、靈活，檔位感清晰， 無滯澀感。
1） 力矩值對于定位式車用旋鈕， 一般有過程力矩和檔位力矩兩個要求； 對于多角度式旋鈕則只有峰值力矩要求。
2） 峰值力矩峰值力矩為旋轉過程中最大的力矩值， 也即文中提及的檔位力矩、力矩峰值。峰值點的位置很重要， 其會影響檔位感。根據經驗， 峰值力矩應在該功能檔位總行程或總角度的30%處為佳。
3） 旋鈕強度旋鈕強度為旋鈕操縱機構所能承受最大無損傷力矩值， 根據人體舒適性要求及產品本身材料和結構特性， 多數標準均定義為2Nm。2 力矩特性介紹2.1 典型力矩特性曲線圖2.2 力矩的測試方法圖6為某車型空調控制器旋鈕力矩測試方法示意圖， 在部分旋鈕不能直接測試力矩的情況下， 可通過測量F和L的方式計算出力矩值。力矩計算公式：F=T ／ L， 測試速度： 60 ° ／ s。2.3 各公司旋鈕力矩要求以下分析不同公司對旋鈕力矩的要求， 包括博耐爾、日產、福特、通用等公司相關產品要求。
1） S1公司空調控制器旋鈕要求。
2） S2公司多媒體旋鈕要求如圖8所示。
3） S3公司對多角度式車用旋鈕的一般要求， 通過力矩公式計算， 可以得出： 對于不同直徑的旋鈕， 其峰值力穩定在0.5 N左右， 谷值力穩定在0.1N左右。
4） S4公司空調控制器旋鈕要求見表2。通過上述不同公司標準對比可看出， 各公司對力矩要求不同， 特別是定位旋鈕和多角度旋鈕的差異至少在10倍以上。其中S1公司的力矩要求最大，轉化為旋力10 N左右， 主觀感受偏大。因此， 下文將通過測試不同的旋鈕， 綜合其力矩主觀評價， 得出推薦的力矩客觀指標值。
3 各類車用旋鈕案例介紹
3.1 室內燈旋鈕力矩曲線（定位式）為室內燈旋鈕某檔位的力矩曲線， 可看出檔位力矩： 0.11 Nm， 曲線較平滑， 力矩峰值在行程40%~50%位置左右。主觀評價： 操作較舒適， 但轉動了較長的行程才到達峰值力矩， 峰值過后迅速降到谷值點， 感覺比較突兀， 感覺檔位不好。
3.2 音量調節車用旋鈕力矩曲線（多角度式）無角度限制的音量調節旋鈕力矩曲線，峰值力矩為0.022Nm， 為多角度式旋鈕。
3.3 模式選擇車用旋鈕力矩曲線（定位式）主觀評價： 操作能接受， 檔位力矩稍顯不夠突出， 與過程力矩的差距不是非常明顯。
3.4 異常力矩曲線（定位式）通過測試其力矩曲線， 可看出舒適的旋鈕轉換檔位力矩為0.15 Nm， 而卡滯的旋鈕測試力矩曲線中畫橢圓圈的部分出現一個接近0.2 Nm的毛刺峰值， 此處導致旋鈕操作有滯澀感。另外， 部分車用旋鈕由于力矩設計不合理， 導致操作舒適性差， 比如某車型的音響面板， 兩個旋鈕的直徑分別為33mm和26mm， 其力矩均為0.015Nm。按照表1可知， 大直徑的力矩值應比小直徑的力矩值大， 如此才能獲得一個穩定的操作力。如力矩相同， 則大直徑的旋鈕操作力會比較小， 此會導致操作時無阻尼感， 降低客戶的操作舒適性。
4 總結通過分析各公司相關標準:
1） 車用旋鈕在設計之初， 應考慮好選用定位式旋鈕還是多角度式旋鈕。在檔位比較多， 如音量有10個以上檔位時， 建議選擇多角度式旋鈕， 以方便快速切換功能檔位。
2） 多角度式旋鈕峰值力矩推薦為： 0.007~0.03Nm； 根據產品直徑不同， 具體力矩值建議參考表1。
3） 定位式旋鈕檔位力矩推薦為： 0.1~0.2 Nm；對于部分尺寸較大的機械旋鈕， 可設計到最大不超過0.5 Nm。檔位力矩建議設計為過程力矩的3倍，以形成明顯的檔位感。例如： 某旋鈕檔位力矩設計為0.15Nm， 則其過程力矩推薦為0.05Nm。
4） 檔位力矩也即峰值力矩， 其最佳位置應在該功能檔位總行程或總調節角度的30%處。3.4 裝配驗證依據數模做出快速成型件， 在汽車上模擬裝配， 分析裝配的合理性以及干涉情況， 如有不合理， 則繼續調整相應結構。
4 總結以上的設計流程是基于插線式配電盒來說的，當需要設計的配電盒為匯流條式和PCB配電盒時，大致思路仍然相同， 需要額外注意的內容有以下幾個方面。
1） 因為匯流條式配電盒和PCB板配電盒均集成了部分整車電路， 所以在設計的過程中， 需要繪制出配電盒的原理圖， 這個原理圖是依據電源分配圖而來， 最后分析該原理圖的合理性及可靠性。
2） 在設計銅合金板以及PCB板時， 依據電流流經的方向， 考慮銅板及錫箔的電流承受能力以及整體的溫升。
3） 插接件（連接線束與配電盒） 的選取和設計， 配電盒背部的連接器在選取設計時要獨立分析每一個端子的電流大小， 最后選擇合適的端子寬度。結合配電盒和線束， 選擇合適數量及規格的連接器， 最后在布局上考慮裝配的便利性。5 結束語經過反復的設計驗證及設計更改之后， 依據項目進度， 最后確定最終的配電盒圖紙， 包括配電盒的3D數模、二維圖紙、模具圖紙、裝配圖紙等， 然后發布開模指令。關于后期的模具開發、模具制造、材料選擇等內容， 本文將不再做進一步說明，但需要注意的是， 在選擇配電盒原材料時， 需要保證原材料滿足歐盟市場準入的兩項環保指令， 分別為WEEE （歐盟議會和歐盟理事會關于電子電氣設備廢棄物的指令案） 和ROHS （歐盟議會和歐盟理事會關于在電子電氣設備中限制使用某些有害物質的指令案）。