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河北华利机械配件有限公司

车用旋钮力矩特性曲线研究

2013/9/11 9:50:27

摘要: 通过分析车用旋钮力矩特性的曲线、力矩要求、实例介绍等, 提出车用旋钮的力矩特性要求。
关键词: 车用旋钮; 力矩特性; 多角度式旋钮; 定位式旋钮
1 车用旋钮介绍车用旋钮主要依靠主轴旋转来改变档位, 以达到电路通与断的目的。常用于空调调节及音量调节等情况。
1.1 分类车用旋钮, 按操作方式划分可以分为多角度式和定位式两类。多角度式车用旋钮: 此类车用旋钮类似于多角度感的电位器, 主要是通过调节电阻来控制回路中电流值, 进而控制产品功能实现, 例如汽车音量调节旋钮。其主要应用于多档位的功能控制, 例如背光亮度调节、音量调节、音调调节等功能, 此类功能一般都有10个以上的档位控制, 故推荐采用多角度式车用旋钮。定位式车用旋钮: 这类车用旋钮有定位感, 一般应用于较少档位的控制(10档以下)。
1.2 车用旋钮的工作逻辑定义在函数坐标轴中, 通常以向上、向右为正方向, 也即图2中的y+方向、x+方向。同样, 消费者操作思维也是以向上、向右方向为增。车用旋钮应按照消费者操作习惯设计成顺时针为增、逆时针为减, 上增下减, 右增左减。
1.3 车用旋钮力矩特性概念车用旋钮的力矩特性, 主要指操作舒适性。各旋钮力矩大小应基本一致, 在旋钮旋转过程中不应出现力矩的明显变化, 应基本保持一致; 各旋钮在静止状态及旋转过程中应无明显松动, 各旋钮晃动量应基本一致; 旋钮在旋转过程中应轻巧、灵活,档位感清晰, 无滞涩感。
1) 力矩值对于定位式车用旋钮, 一般有过程力矩和档位力矩两个要求; 对于多角度式旋钮则只有峰值力矩要求。
2) 峰值力矩峰值力矩为旋转过程中最大的力矩值, 也即文中提及的档位力矩、力矩峰值。峰值点的位置很重要, 其会影响档位感。根据经验, 峰值力矩应在该功能档位总行程或总角度的30%处为佳。
3) 旋钮强度旋钮强度为旋钮操纵机构所能承受最大无损伤力矩值, 根据人体舒适性要求及产品本身材料和结构特性, 多数标准均定义为2Nm。2 力矩特性介绍2.1 典型力矩特性曲线图2.2 力矩的测试方法图6为某车型空调控制器旋钮力矩测试方法示意图, 在部分旋钮不能直接测试力矩的情况下, 可通过测量F和L的方式计算出力矩值。力矩计算公式:F=T / L, 测试速度: 60 ° / s。2.3 各公司旋钮力矩要求以下分析不同公司对旋钮力矩的要求, 包括博耐尔、日产、福特、通用等公司相关产品要求。
1) S1公司空调控制器旋钮要求。
2) S2公司多媒体旋钮要求如图8所示。
3) S3公司对多角度式车用旋钮的一般要求, 通过力矩公式计算, 可以得出: 对于不同直径的旋钮, 其峰值力稳定在0.5 N左右, 谷值力稳定在0.1N左右。
4) S4公司空调控制器旋钮要求见表2。通过上述不同公司标准对比可看出, 各公司对力矩要求不同, 特别是定位旋钮和多角度旋钮的差异至少在10倍以上。其中S1公司的力矩要求最大,转化为旋力10 N左右, 主观感受偏大。因此, 下文将通过测试不同的旋钮, 综合其力矩主观评价, 得出推荐的力矩客观指标值。
3 各类车用旋钮案例介绍
3.1 室内灯旋钮力矩曲线(定位式)为室内灯旋钮某档位的力矩曲线, 可看出档位力矩: 0.11 Nm, 曲线较平滑, 力矩峰值在行程40%~50%位置左右。主观评价: 操作较舒适, 但转动了较长的行程才到达峰值力矩, 峰值过后迅速降到谷值点, 感觉比较突兀, 感觉档位不好。
3.2 音量调节车用旋钮力矩曲线(多角度式)无角度限制的音量调节旋钮力矩曲线,峰值力矩为0.022Nm, 为多角度式旋钮。
3.3 模式选择车用旋钮力矩曲线(定位式)主观评价: 操作能接受, 档位力矩稍显不够突出, 与过程力矩的差距不是非常明显。
3.4 异常力矩曲线(定位式)通过测试其力矩曲线, 可看出舒适的旋钮转换档位力矩为0.15 Nm, 而卡滞的旋钮测试力矩曲线中画椭圆圈的部分出现一个接近0.2 Nm的毛刺峰值, 此处导致旋钮操作有滞涩感。另外, 部分车用旋钮由于力矩设计不合理, 导致操作舒适性差, 比如某车型的音响面板, 两个旋钮的直径分别为33mm和26mm, 其力矩均为0.015Nm。按照表1可知, 大直径的力矩值应比小直径的力矩值大, 如此才能获得一个稳定的操作力。如力矩相同, 则大直径的旋钮操作力会比较小, 此会导致操作时无阻尼感, 降低客户的操作舒适性。
4 总结通过分析各公司相关标准:
1) 车用旋钮在设计之初, 应考虑好选用定位式旋钮还是多角度式旋钮。在档位比较多, 如音量有10个以上档位时, 建议选择多角度式旋钮, 以方便快速切换功能档位。
2) 多角度式旋钮峰值力矩推荐为: 0.007~0.03Nm; 根据产品直径不同, 具体力矩值建议参考表1。
3) 定位式旋钮档位力矩推荐为: 0.1~0.2 Nm;对于部分尺寸较大的机械旋钮, 可设计到最大不超过0.5 Nm。档位力矩建议设计为过程力矩的3倍,以形成明显的档位感。例如: 某旋钮档位力矩设计为0.15Nm, 则其过程力矩推荐为0.05Nm。
4) 档位力矩也即峰值力矩, 其最佳位置应在该功能档位总行程或总调节角度的30%处。3.4 装配验证依据数模做出快速成型件, 在汽车上模拟装配, 分析装配的合理性以及干涉情况, 如有不合理, 则继续调整相应结构。
4 总结以上的设计流程是基于插线式配电盒来说的,当需要设计的配电盒为汇流条式和PCB配电盒时,大致思路仍然相同, 需要额外注意的内容有以下几个方面。
1) 因为汇流条式配电盒和PCB板配电盒均集成了部分整车电路, 所以在设计的过程中, 需要绘制出配电盒的原理图, 这个原理图是依据电源分配图而来, 最后分析该原理图的合理性及可靠性。
2) 在设计铜合金板以及PCB板时, 依据电流流经的方向, 考虑铜板及锡箔的电流承受能力以及整体的温升。
3) 插接件(连接线束与配电盒) 的选取和设计, 配电盒背部的连接器在选取设计时要独立分析每一个端子的电流大小, 最后选择合适的端子宽度。结合配电盒和线束, 选择合适数量及规格的连接器, 最后在布局上考虑装配的便利性。5 结束语经过反复的设计验证及设计更改之后, 依据项目进度, 最后确定最终的配电盒图纸, 包括配电盒的3D数模、二维图纸、模具图纸、装配图纸等, 然后发布开模指令。关于后期的模具开发、模具制造、材料选择等内容, 本文将不再做进一步说明,但需要注意的是, 在选择配电盒原材料时, 需要保证原材料满足欧盟市场准入的两项环保指令, 分别为WEEE (欧盟议会和欧盟理事会关于电子电气设备废弃物的指令案) 和ROHS (欧盟议会和欧盟理事会关于在电子电气设备中限制使用某些有害物质的指令案)。

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