智能门锁回力模块可靠性技术研究

娄彦亮 杨玉丽 李德念

（珠海格力电器股份有限公司 珠海 519070）

引言

智能门锁具有便捷性、智能化等特点，也受到越来越多的用户的选择；但是在使用过程中的“小黑盒事件”“感应卡复制事件”等安全隐患问题也逐渐暴露，所以在门锁设计制造环节提前识别失效模式并对各项失效模式进行预防控制至关重要。

1 门锁回力模块概述

智能门锁是以数字化认证开锁方式替代原有的机械钥匙认证开锁方式，同时此类产品大多从设计上采用机械钥匙开锁在内，并结合密码、指纹和门卡等多种数字化认证开锁方式的复合开锁方式，以进一步提升产品体验[3]。智能门锁由前面板、锁体、后面板；前面板包括含有主芯片的主控电路板、密码键盘、指纹识别模块、电机和显示屏、回力模块等器件，锁体结构与传统机械锁基本相同，后面板大多由通讯模块如WIFI 等、反锁控制键、回力模块、电池槽以及后把手构成。

随着智能门锁的快速发展，“小黑盒事件”、“感应卡复制事件”等安全隐患问题也逐渐暴露，造成用户财产和生命威胁。造成智能门锁的安全隐患主要包括两大方面，一是产品机械故障，如锁芯质量、把手回力模块质量等，可通过猫眼开锁、撬压开锁和机械性技术开锁等；二是信息安全漏洞，如密码录入、指纹或指静脉生物识别、蓝牙解锁、电磁干扰等产品电子部分漏洞开锁。所以，如图1我们需要对智能门锁进行全面的失效模式分析，才能对失效点逐一进行预防，提升门锁质量。

图1 门锁结构示意图

回力模块是控制门锁开锁、关门的重要器件之一，如图2。回力模块包括离合套、离合套压片、拨片弹簧、前盖板、压片螺丝、盖板螺丝、执手头、前底座等。离合套设有固定柱和拨动片，离合套压片通过螺丝固定于离合套。执手头前端设有联动部、轴承部和用于插入把手的把手部。当给执手头施加旋转力时，离合套设有固定柱和拨动片会带动套于换向拨片的拨片弹簧压缩，同步带动离合套旋转；松开执手头施加旋转力，压缩弹簧会带动离合套自动旋转会原始位置。本文研究的是外面板把手回力模块失效问题。

图2 回力模块示意图

2 回力模块失效验证及原因分析

2.1 失效原因分析

团队在进行智能门锁性能和可靠性试验测试时，出现门锁锁门功能失效且把手没有回弹力，进一步拆机检查发现为回力模块失效导致。如图3经对故障件回力模块进行拆解核实，发现为回力模块内部回力弹簧弹出，导致转动把手时，弹簧无法顶住回力模块内限位块带动门锁开关锁动作，而出现开关锁失效情况。

图3 回力模块失效故障图

对此，进一步分析回力弹簧弹出原因，失效模式包括门锁安装原因、把手用力不当导致弹簧弹出等外部原因，和把手回力模块弹簧性能异常、弹簧尺寸不满足要求、回力模块限位块异常、螺钉凸台异常等产品本身质量原因。通过模拟转动把手开关门使用，发现在多次转动后会存在一定比例回力模块失效情况，且故障现象和故障件一致，确定为产品本身质量问题。把手回力模块在零部件引入时，测试10万次寿命实验没异常。对此，把故障件和前期实验无异常样品进行结构对比分析，具体见表1。

表1 回力弹簧结构尺寸对比数据

通过如表1可看出，回力模块弹簧脚长度偏短，弹簧与内壳凸台限位配合有效接触面较短。且在把手回力模块转动过程中会压缩回力弹簧造成弹簧塑性变形产生，当回力模块内部弹簧弹出时弹性势能消失，由于配合间隙过小造成把手回弹力失效，在把手转动顶住限位时从内测滑出，导致弹簧失效。

2.2 故障再现及整改方案验证

现场抽取部分库存把手回力模块进行可靠性复现试验，发现部分模块在转动把手时弹簧会越过内壳限位块，弹簧弹出失效，可复现故障。通过失效模式分析和实验验证，总结回力模块失效原因为为回力模块内弹簧与内壳凸台限位配合有效接触面较短，导致在门锁开关时弹簧脱出而出现门锁失效情况。对此，为解决该问题初步方案为加大弹簧与限位块配合尺寸，并通过寿命实验验证，最后落地零件标准。

3 预防整改措施及技术研究

结合对故障件的失效分析及原因锁定，通过头脑风暴及实验验证，确定从产品结构上进行优化，识别关键控制点受控设计图文，研究寿命检测工装等方案进行研究整改和预防。

3.1 加长弹簧脚长度，加大弹簧与限位块配合尺寸

通过实验验证分析，增加尺寸控制为弹簧与限位块距离＜0.3 mm（图4），高度距离＞2 mm，并对样件进行寿命实验验证能满足要求。

图4 回力模块内部解剖图

3.2 更改回力模块结构，在模块两侧开槽，加长弹簧，槽孔对弹簧起到限位作用

对模块外壳底部进行开孔对扭簧引出端进行限位，代替传统的利用限位块对扭簧进行限位，防止扭簧在瞬间弹性势能的作用下，跃过限位块导致扭簧弹出模块失效，有效降低模块因扭簧弹出而失效的隐患，提高智能门锁的可靠性。对样件进行寿命实验验证能满足要求。具体如图5。

图5 改善后的回力模块结构图

图6 把手回力模块结构机械寿命测试装置原理图

3.3 回力模块寿命测试装置

通过分析，回力模块的可靠性影响其寿命，而寿命测试周期较长，如果靠人工测试会导致成本和效率的浪费。对此需研究一种回力模块自动化测试装备。此工装通过时间继电器控制电磁阀的通断时间，通过电磁阀的通断控制气缸来回动作，带动回力模块转动，实现回力模块机械寿命测试，并装有计数器。代替人工手动测试操作，起到减人增效功能。

技术要求：将把手回力模块前传动轴扭转至极限位置，反复10 w次，试验结束后，把手回力模块应能恢复正常，各部位无变形、磨损等现象，各紧固件无松动、脱落等现象，并监测弹簧扭矩变化值和紧固螺丝退出力矩变化值。

试验方法：采用自制工装将把手回力模块前传动轴扭转至极限位置，反复10 w次，试验结束后，测试其弹簧扭矩值。

4 小结

随着智能门锁在国内市场的应用日益广泛，居家装修选择智能门锁的用户越来越多，智能门锁可靠性和安全性至关重要。而回力模块是控制门锁开锁、关门的重要器件之一。本文结合对外把手回力模块功能失效的故障件进行失效分析和故障复现进一步确定其失效模式；并通过头脑风暴及实验验证，提出加长弹簧与限位块有效配合距离并识别关键控制点受控设计图文，且研究一种回力模块新型结构及开发寿命检测工装用于测试和预防。