方向盘多功能开关失效问题分析

2018-10-15马燕韦晓晶

汽车零部件 2018年9期

马燕，韦晓晶

(上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州 545007)

0 引言

随着汽车工业的飞速发展，汽车“新四化”(电动化、网联化、智能化、共享化)概念的提出，人们对汽车的操作便利性及安全性也越来越关注。驾驶员在驾驶过程中的行为已经不仅局限于单纯的“驾驶”，越来越多的信息和信息交流融入到汽车设计中[1]。方向盘作为使用频率最高的部件，也由最初的仅有转向功能，到集成喇叭开关，再到装配驾驶员安全气囊，之后到更多的附加功能[2-3]。多功能的方向盘使得驾驶员在行驶过程中，双手不离开方向盘的情况下，能够更方便地控制车辆的多个系统的功能，提高了操作便利性及安全性[4]。

1 问题描述

某车型接到售后反馈，方向盘多功能开关失效12例。经初步分析，其中音量键失效6例，音量键间歇性失效4例，频道搜索及音量键均失效2例。根据故障件的分析结果，音量键功能失效为主要失效模式。

2 原因分析

该车型方向盘多功能开关采用的是导电橡胶式，具体结构如图1所示。按压方向盘开关上按键，通过顶杆推动导电橡胶上的动触点，使得动触点下压与PCB板上静触点接触，回路导通失效开关功能。

图1 方向盘多功能开关结构

根据设计要求，方向盘多功能开关按键力的正常值为(1.5±0.5) N。将万用表接到售后返回的故障件音量键回路两端，对故障件进行按压导通测试。对故障件音量键以设计要求的正常按键力进行按压，万用表无显示，说明音量键回路未导通。加大按压力至3～6 N对故障件音量键进行按压，万用表有电阻显示，音量键回路导通。图2为测试万用表显示结果。

拆解多功能开关故障件，去除故障件的PCB板，将正常状态零件的PCB板与故障件的其他零件重新组装成多功能开关。对重新组合的多功能开关音量键进行按压导通测试，施加设计要求的正常按压力，即可导通音量键回路。对多功能开关故障件的PCB板进行分析，发现故障件的PCB板上的触点，有细微黑色沉积物。在多功能开关故障件的橡胶触点上，同样发现了细微黑色物质。图3为多功能开关故障件动、静触点拆解情况。用酒精对PCB上触点及橡胶触点进行擦拭，再重新进行组装。对重新组装后的故障件重复进行按压导通测试，采用正常按压力万用表即有显示，按键正常导通。

将故障件送至检测机构，对触点上的细微黑色沉积物进行能谱分析，分析结果如表1所示，图4为触点表面扫描电镜结果。根据分析结果，触点上的细微黑色沉积物主要成分为碳。结合拆解分析及按压导通测试结果，判断出多功能开关PCB板上的静触点，与导电橡胶上的动触点结合力不够，接触面积少，动、静触点之间产生细微的拉弧，开关长时间处于此状态使用导致触点积碳，是造成多功能开关音量键失效的主要原因。

3 解决方案

由于动、静触点接触面积少，结合力不够导致触点件产生细微拉弧，形成触点积碳是造成多功能开关音量键失效的主要原因，针对该问题，提出了相应的解决方案。

方案一：增大导电橡胶上动触点接触片面积，使触点间接触面积增大从而减小触点间产生拉弧的可能性。进一步分析发现，目前的导电橡胶为标准件，与PCB板上触点是较为合适的搭配，若增大导电橡胶触点面积，需开发专用件，且开发周期较长，成本增加。而多功能开关故障件的失效表现模式为下压力偏小导致触点表面积碳，增大按压力即可导通，单纯增加导电橡胶触点接触片面积，并不能完全解决问题。

方案二：寻找接触压力更小、电阻波动较小的导电橡胶灰触点。采用灰触点制作出多功能开关按键，与现有产品(导电橡胶蓝触点)，共进行5×104次耐久试验，每1×104次测量按键的电阻值。两种产品按键电阻值波动情况如图5所示，从图中可看出灰触点电阻值最稳定，波动最小。进一步了解得知该灰触点从未有在方向盘多功能开关使用的先例，若直接使用可能会有未可知的风险。从触点的结构上看，灰触点与蓝触点为相似的镍丝导电，单纯更换灰触点，无法完全解决此次多功能开关按键失效问题。

图5 不同导电橡胶触点电阻波动

方案三：对现有方向盘多功能开关结构进行优化。针对动、静触点结合力不够的问题，对现有方向盘多功能开关音量键结构进行分析，采取如下两个步骤对开关结构进行优化，如图6所示。第一，在多功能开关音量键壳体顶杆穿过的孔处，顶杆推动导电橡胶动触点侧，增加一圈墙体，从而增加顶杆运动方向上的导向，使得顶杆能够更有效地推动导电橡胶动触点下压；第二，将顶杆与导电橡胶动触点接触的圆盘面积，由原来的4 mm直径且带缺口的形状，更改为直径为4.5 mm的完整圆盘形状，增加顶杆圆盘与导电橡胶的接触面积，同时将圆盘厚度由原来的0.6 mm增加至0.9 mm。