车载空调控制器的新型按键旋钮溃缩设计

刘继辉

（惠州市德赛西威汽车电子有限公司，广东，516006）

0 引言

随着我国国民经济水平的日益提高及汽车工业的飞速发展，乘用车正逐步进入平常百姓家。在近几年乘用车保有量急剧增加的同时乘用车制造厂如雨后春笋般涌现，而国家对乘用车的安全法规也越来越完善，特别是乘用车内部饰物对驾乘人员的安全法规，做出了明确的安全要求、试验条件、试验标准等。而车载空调控制器正是乘用车内部饰物的一部分，既起到控制器作用也起到装潢车厢提升内室的美观性。乘用车制造厂为了自身车型的个性化定义，在车载空调控制器满足控制功能的同时，对空调控制器造型进行了各种各样的设计，其中不乏旋钮按键组合使用和按键设计在旋钮中间的情况，如图1，而为了操作的便利性即满足人机工程学的定义，旋钮会设计的较高，当旋钮高度超过9.5mm以上时就需满足GB 11552-2009对乘用车内部凸出物的法规要求，即需做溃缩设计。为此，前人们做了各种各样的溃缩设计，而本设计在溃缩方案的可行性和成本控制上做到了更优的处理。

图1

1 法规要求

“用刚性材料制造的开关、拉钮等构件，按规定的方法测定，当凸出仪表板表面3.2～9.5mm时，距离凸出部分顶点2.5mm处的横截面积不应小于200mm2，且凸出物边缘的曲率半径不应小于2.5mm。当这些构件凸出仪表板表面的高度超过9.5mm时，用一直径不大于50mm的平端压头，在其上施加378N的向前纵向水平力，这些构件应能缩回仪表或脱落。当缩回时，其凸出高度应在9.5mm以下；当脱落时，在原来位置上不得留下高度超过9.5mm的危险凸出物。距离凸出部分顶点不超过6.5mm处的横截面积不得小于650mm2。”所有内部凸出物高度满足9.5mm以上时必须执行上述法规的要求。

2 溃缩结构的设计

2.1 溃缩结构的常见方案

目前常见的溃缩方案有如下几种：

（1）PCB溃缩[图2]：旋钮采用中空编码器，旋钮装配到编码器外形结构上，按键装配到编码器中，将编码器周边PCB镂空,只留3个连桥。当受到冲击力作用时，连桥断裂，按键、旋钮、编码器脱离主PCB，实现溃缩。

图2

（2）PCB弹性变形溃缩[图3]：旋钮底部局部PCB结构强度弱化，使整个按键旋钮组件在受，缩回到9.5mm以下，实现溃缩；当外力消失时，旋钮能够回到正常位置，并且功能正常。

图3

（3）按键旋钮组件整体溃缩[图4]：按键与旋钮设计为一个安装组件，通过卡扣装配到控制器中，当按键旋钮组件受到冲击力作用时，按键旋钮组件与面板的扣位发生变形，按键旋钮组件脱落，实现溃缩。

图4

（4）空调控制器整体溃缩[图5]：与按键旋钮组件整体溃缩类似，卡扣设计在控制器周边与面罩配合，当按键旋钮受到冲击力作用时，空调控制器与面罩的扣位发生变形，空调控制器整体脱落，实现溃缩。

（5）柔性伸缩结构溃缩：旋钮采用中空编码器，旋钮装配到编码器外形结构上，按键装配到编码器中，该方式利用某些中空编码器轴向受力收缩、撤力复原的特点，实现溃缩。

2.2 新型按键溃缩结构方案

该新型按键溃缩结构方案，将按键与旋钮的溃缩结构分开设计，但在受到冲击力时，溃缩一同发生，保证按键旋钮状态的一致性。旋钮中间按键溃缩原理[图6]：按键底座悬臂梁折断按键支架缩入按键底座使按键高度低于9.5mm；旋钮溃缩原理[图7]：旋钮底座悬臂梁折断旋钮支架缩入旋钮底座使旋钮高度低于9.5mm。

图5

2.3 溃缩方案的比较

（1）PCB溃缩方案：这种溃缩方案因为需要将按键旋钮PCB周圈镂空，以达到连桥受力断裂的效果，对电子元器件的布置及走线有一定的影响，且PCB连桥的强度不稳定，不利于控制溃缩力；

（2）PCB弹性变形溃缩：这种溃缩方式要求PCB变形臂较长，受空间限制时，只能将主PCB空间减小，而主PCB变小对电子元器件的布置及走线有一定的影响，不适用于空间紧凑的控制器；

（3）按键旋钮组件整体溃缩：由于按键旋钮作为一个组件装配，体积较大，对周边装配空间要求较高，且按键旋钮组件下端有PCB板限制，使溃缩高度有一定限制，适合溃缩高度在2mm以内及整体尺寸较大的控制器；

（4）空调控制器整体溃缩：大体结构按键旋钮组件整体溃缩，但需车厂定义一个面罩与控制器配合，这种方式受车厂造型设计限制；

（5）柔性伸缩结构溃缩：这种溃缩方式受编码器影响，局限性大、成本高。

而本文所提的新型按键旋钮溃缩设计避免了PCB溃缩对电子元器件的布置、走线及溃缩力不稳定的问题，也避免了整体溃缩所需安装空间及车厂对面罩定义的问题，通过简单的机械结构实现了低成本的溃缩方案。

图6 按键溃缩原理

图7 旋钮溃缩原理

3 实验验证

经验证，这种新型的按键旋钮溃缩结构能在378N的向前纵向水平力作用下，悬臂梁能正常折断，使支架的导槽准确的滑落到底座上，实现按键旋钮同时缩回仪表，满足乘用车内部凸出物的法规要求。

4 结论

综上所述，本文提出了一种设计简便、结构合理、成本更低的新型按键旋钮溃缩方案，节省了机械结构空间，并减少了溃缩对PCB板的依赖，使电子元器件和线路的布置更加灵活，提高了PCB板的使用效率。

这种新型的按键旋钮溃缩方案很好的使乘用车内部饰件满足内部凸出物的法规要求，为内饰件的溃缩方案提供了新思路、新方向，值得国内乘用车制造厂及其零部件制造商推行使用。

[1]吕杰锋,陈建新,徐进波.人机工程学.清华大学出版社,2009-7-1.

[2]中华人民共和国国家标准 乘用车内部凸出物GB 11552-2009.