汽车组合开关综述..pdf

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1、1 目录 一、汽车组合开关 2 1.1 汽车电器开关 2 1.1.1 汽车电器开关的主要特点. 2 1.1.2 汽车电器开关的分类 . 2 1.1.3 各类汽车电器开关介绍 . 3 1.2 汽车组合开关的概念和功能简介 5 1.2.1 汽车组合开关的简介： . 5 1.2.2 汽车组合开关功能介绍：. 6 1.3 相关法规与标准 7 二组合开关性能 8 2.1 组合开关性能的力特性分析方法 8 2.1.1 组合开关力特性参数与主观评价指标. 8 2.1.2 主观评价指标人的几种感觉. 10 2.2 组合开关的结构分析方法 11 2.3 共振对组合开关性能的影响 15 2.3.1 开关共振特点

2、. 15 2.3.2 振动台的试验条件 . 15 三组合开关的检测 17 3.1 各种组合开关实验仪器的对比 17 3.2 汽车组合开关检测仪可靠性的提高 18 四国产组合开关的技术现状 21 4.1 组合开关存在的主要质量问题 21 4.2 国内组合开关的生产情况和企业概况 22 五、课题方向 26 5.1 设计方法 . 26 5.2 生产设备 . 27 5.3 生产体系 . 28 5.4 对组合开关的深入研究：. 28 参考文献 30 附录一 汽车组合开关水平评测. 31 附录二汽车组合开关柔性测量技术. 33 附录三 五十铃汽车组合开关检测仪. 35 附录四 HXA 型汽车电器自动测试台

3、的应用 . 37 附录五 汽车组合开关耐久性试验台的计算机数控系统. 39 2 一、汽车组合开关 1.1 汽车电器开关 汽车组合开关是汽车电器开关的一种集合，是汽车电器开关随着时代发 展而衍生出的产物，为了能更深刻的认识汽车组合开关，在此先介绍一下汽 车电器开关。 1.1.1 汽车电器开关的主要特点 汽车电器开关和普通电器开关作用原理虽有相似之处，但由于汽车开关 是控制汽车上各种控制装置电路的开关，其控制对象不同，操作的方式也是 多种多样，所以与普通电器开关相比具有一定的特殊性。 1. 在保证性能良好的前提下，不但外表要美观，而且表面的色彩还必须与整 车内饰件的色调相协调，以提高整个车厢的美观

4、。 2. 在设计上要考虑安全因素， 车辆在行驶中万一发生事故时不能给乘员的人 身造成伤害，或者将伤害程度降低到最低限度。例如将按钮设计成圆角、板 柄的长度尽可能缩短、开关固定嵌入面板内部等。另外还必须考虑车辆的防 火安全，对于开关使用的材料要用阻燃材料。 3. 汽车开关的外表形状设计必须考虑安装位置、操作方式、操作感觉等因素， 有必要去按人机学的理论进行设计与安排。 4. 电压的等级有 6V(摩托车 ) 、12V(轿车) 、24V(柴油车 )，42V(轿车) 5. 根据控制对象不同，其工作方式有瞬时、短时和连续运行3 种工作状态。 按用途不同其负载电流可以从lmA-1000A。 6. 考虑到可

5、靠性， 汽车开关和其它汽车用零部件一样在车辆行驶过程中总是 会受到各方向力的冲击与振动，使开关零部件出现早期损坏、铆接松动等。 另外，汽车运行中还会受到温度、相对湿度等恶劣环境的影响，引起开关触 点的氧化加剧 1.1.2 汽车电器开关的分类 汽车电器开关的分类，可以从功能性与结构性两个方面来划分： 按功能性分类： 1. 驾驶操作功能：品种有点火起动、恒速、超速、后视镜控制开关 等。控制的负载有电机、继电器、灯、电路等。 2. 报警信号功能：品种有转向喇叭、停车灯、报警灯、制动灯开关 等。控制的负载有灯、继电器、电磁阀等。 3. 灯光系统功能：品种有前照灯、雾灯、仪表灯、开关等。控制的 负载主要

6、是灯。 4. 刮水器系统功能：品种有刮水器、洗涤器、风窗加热开关等。控 制的负载有电机、继电器、电阻、泵等。 3 5. 空调冷却系统功能：品种有风扇、空调、温控开关等。控制的负 载有电机、电磁阀等。 6. 门窗、锁系统功能：品种有门锁、电动摇窗机、油箱盖、行李箱、 天窗开关等。控制的负载有电机、电磁阀等。 按机械结构分类： 从 50年代开始，这几十年中，汽车开关为满足汽车发展需要，其结构 方面也起了很大的变化，主要有以下七种类型：推拉式、旋转式、顶杆式、 跷板式、按钮式、板柄式、电子式等。 1.1.3 各类汽车电器开关介绍 1. 推拉式：创于 40年代发展于 50 年代，广泛应用于轿车、货车上

7、。主 要依靠推拉力的作用来完成接通与断开电路，个别品种还具有双金属片安全 器与灯光调节电阻 ( 见图 1) 。 图 1 推拉式开关 目前仅在国内公交车、货车上使用。其特点是结构简单、价格便宜， 不足之处是体积大，操作力大，在车辆行驶时调节档位不方便。 2. 旋转式：主要依靠主轴旋转来改变档位，以达到电路通与断的目的。 该类开关品种较多，一种是以钥匙操作的点火开关，由锁机构和开关两部份 组合而成，开关是用安装螺母来固定。具体外形如图2。 4 图 2 旋转式开关 另外一种是有不同形状旋钮的开关。如用圆形旋钮来控制后视镜角度的 开关。 3. 顶杆式：此类的开关动作原理比较简单，主要是在规定外力作用下

8、， 顶杆在一定范围内作直线运动，去推动触点闭合( 或打开 )，一旦外力消失， 依靠本身反力弹簧自动复位，使触点保持原始状态。这是一种用于车门和制 动车灯的信号开关。 目前制动系统中对于制动灯开关的配合有两种类型。一种是制动灯开关 与制动系统的油 (汽)路结合在一起，目前货车上基本属于此类型。另一种是 制动灯开关与制动系统分离，此种结构主要应用在轿车上，该制动灯开关是 依靠机械结构与制动踏板相连，如桑塔纳轿车用的顶杆式制动灯开关，该品 种有下列特点： (1) 顶杆伸出距离可在一定范围内作尺寸上的调正，以满足制动时工 作行程的需要。 (2) 采用两对并联触点，以确保信号灯接通时的可靠性。 (3)

9、在结构与材料上采取了特殊措施，以确保产品的可靠性与耐久 性，确保寿命可达到25万次以上。 4. 跷板式：主要特点是工作支点在中央而工作点在支点两旁，当按 下一个工作面，另一工作面则向上，形如跷跷板。 80 年代以来，该型开关逐步兴起，并广泛应用于大客车、轿车上， 根据用途不同其内部结构上也存在差异。 (1) 共同特点： a. 外表具有黑色无反光的特点，材料一般采用黑色尼龙6、尼龙 66， 但近年来也有采用白色尼龙材料后经特殊黑色油墨喷涂表面。 b. 按国际规定， 根据开关功能不同在开关按钮上有不同形状的标记， 其标记的形成有两种方式，一是作为嵌件嵌入按钮内，另外对于用黑色油墨 喷涂的按钮则采用

10、激光打刻而成。 c. 为方便车辆在夜间行驶，在标记上还出现不同色彩的发光指示， 其发光源有两种：一是微型灯泡，二是发光两极管，由于近年来发光两极管 发光率与寿命的提高，因此有逐步代替灯泡的趋势。 d. 周围两端配有卡簧，便于安装在仪表板上。 (2) 开关分类：可分为带自动复位与不带自动复位两类： a. 带自动复位：基本特点是在外力作用下开关处于工作状态，一旦外 力消失能自动复位，目前主要用于轿车摇窗机开关。 5 b. 不带自动复位：此种开关可有一个或两个档位，两者之间的差异是接 通后控制的电路多少不同。 5. 电子式：利用电子元件来实现控制汽车电路的开关己逐步得到应 用，该类型开关没有触点，因

11、此不存在因触点烧蚀而引起的故障。目前典型 的产品是电子调光开关。其主要有两大部分组成，即跷板式开关与电子调光 系统( 电压调节可利用开关表面的一个调节旋钮来完成) 。 采用电子调光消除了因电阻长期处于通电发热状态、加速使线绕电 阻失效的弊病。 另外该电子调光系统还增加了负载过电流保护设施。 6. 按钮式：此类型开关俗称PUSH 开关，具体可分不带自锁与带自锁 两种，前者结构简单，目前很少采用，带自锁的平面型按钮式开关，在80 年代中期开始风行在轿车上。其主要特点是外形美、操作简单。这在车辆行 驶中对驾驶员的操作安全带来了方便。 该开关目前用在上海通用“别克”、上海大众“帕萨特”、神龙“富 康”

12、等车型上。 7. 板柄式：板柄式开关主要利用杠杆的作用原理来达到控制目的， 组合开关就属于板柄式。 由于各国汽车制造商在汽车内选用电气控制线路结构不同，因此采取 的控制方式也不同，主要可分两类： 一是直接控制式： 即组合开关直接控制负载。 这就要求开关的触点能 承受的功率要大，而且被控制的对象功率大小不一。 二是间隙控制式：其特点是组合开关不直接控制负载，而是控制中间继 电器，然后利用中间继电器的触点去控制负载，因此组合开关的触点功率要 求较小，而且控制对象的功率基本一致。 1.2 汽车组合开关的概念和功能简介 1.2.1 汽车组合开关的简介： 汽车组合开关综合了各种车用电器开关的功能，并采用

13、了人机工程学设 计，取代了诸如推拉式开关、板钮开关等功能单一、安装分离的开关。分离 式开关到组合式开关是汽车电器系统的一次大的进步。 汽车开关从分离向组合发展，是从发达国家开始的，始于20 世纪中后 期，日本首先把汽车灯开关、刮水开关、洗涤按钮组合为一体，装在方向杆 上。德国则把转向灯开关、变光灯开关、喇叭按钮等组合在一起装在方向杆 上，且在汽车转向之后， 转向灯开关还能自动复位。 这些开关组合在一起后， 其共同特点是空间占位相应缩小，安装方便，有利美化驾驶室，又便于驾驶 员操作。进入 8O年代，这种组合式开关更有发展，不但把上述开关都集中 于方向杆上，而且还根据不同车型的要求，加入了防盗装置

14、(方向机锁 ) 和点 火开关及其它开关，功能大大增加。 汽车组合开关从被引进地区的产品分有，日本的，如铃木、大发、五十 铃和丰田等车型的组台开关；欧洲地区，如德国大众、法国标致和意大利菲 亚特；美国的切诺基等等。 6 从组合开关的手柄数分有，单柄、双柄和三柄。 从结构分有， 整体式，如日本车型均采用整体式组合开关；分体组合式， 如广州标致、一汽大众奥迪采用的是将车灯、转向灯开关部分与刮水器开关 部分分成两个独立的总成件。意太利菲亚特的组合开关是圆形整体式，开关 大多数功能均分布在同一圆周上， 故多采用三手柄式， 触点多为滑动摩擦式； 而日本的组台开关多采用双柄式。 1.2.2 汽车组合开关功能

15、介绍： 组合开关种类很多， 外形各异， 但通常实现的功能比较类似。下面我们对组 合开关上常见的功能做一个简介： 夜行示宽灯： 俗称“小灯”。此灯是用来在夜间显示车身宽度和长度的。 为小灯不起照明作用。 转向灯：此灯是在车辆转向时开启，断续闪亮，以提示前后左右的车辆 和行人注意，是最常用的车灯 刹车灯：此灯亮度较强，用来告知后面的车辆，前车要减速或停车。 雾灯：它可以帮助驾驶员在雾天驾驶时提高能见度，并能保证使对面来 车及时发现，以采取措施，安全交会。 夜行照明灯：俗称“大灯”。大灯是汽车最重要的照明灯。有远光状态 和近光状态，远光状态是为了照亮远处的道路方便夜间行驶，近光灯一般是 会车时使用，

16、目的是防止远光灯影响对方车司机的视力，避免事故。 刮水器及洗涤器： 为保证在雨雪天气及多尘环境下行车安全和保持风窗的清洁，汽车设置 有前风窗玻璃刮水洗涤装置。 风窗玻璃洗涤器的功用是将清洁的水或洗涤液 喷射在风窗玻璃上，在刮水器的配合下，由刮水片清除风窗玻璃上的灰尘和 污垢，使驾驶员有一个良好的视野。 刮水器电动机在刮水器间歇继电器控制下间歇运转，使刮水片间歇的扫 过风窗的玻璃外表面，供汽车在毛毛细雨，下雪或大雾环境条件下使用；刮 水器电动机低速运转，用于小雨环境条件下；刮水器电动机高速运转，供大 雨环境条件下使用。无论在刮水器开关处于什么位置，只要接通清洗器开关 洗涤器电动机导通，带动喷水泵

17、将洗涤液喷洒至风窗上。 定速巡航 定速巡航开关： 巡航驾驶装置是汽车上的一种自动驾驶模式，一般预先设定一个车速， 然后打开“巡航驾驶”模式开关，发动机的供油量便由电脑控制，电脑会根 据道路状况和汽车的行驶阻力不断地调整供油量，使汽车始终保持在所设定 的车速行驶，这种装置一般配备在自动挡车上，可节省驾驶者的体力。而取 消“巡航驾驶”模式只需踩一下油门或刹车即可。目前巡航控制系统已成为 中高级轿车的标准装备。 转向盘调节开关： 高档的轿车还装有转向盘调节开关，可以调节转向盘的高度和前后位 置，使驾驶员将转向盘调节到最适合自己的位置，缓解驾驶员的疲劳，给驾 驶者提供最舒适的驾驶环境。 组合开关上常用

18、图形标记的含义如下表所示： 7 表 1 组合开关上常用图形标记的含义 尾灯指示灯 大灯近光指示灯 大灯远光指示灯 专向信号指示灯 前雾灯指示灯 后雾灯指示灯 喷清洗液并同时刮水 雨刷开关 右侧驻车灯开启 左侧驻车灯开启 1.3 相关法规与标准 国际上现行标准包括： DIN ISO 1724-2002 道路车辆 .12V 电气系统的牵引车辆和挂车之间的 电气连接装置 .12N 标准型 7 极连接器 EN 1987-3-2000 电动道路车辆 . 安全性的特殊规定 . 第 3部分: 乘客的电 危害防护 ZB T35 001-1987 汽车电气设备基本技术条件 QC/T413-2002(2005)

19、汽车电气设备基本技术条件 EN 1987-3-1998 电动道路车辆 . 安全性的特殊规定 . 第 3部分: 乘客的电 危害防护 我国的QC-T218-1996汽车用转向管柱上组合开关技术条件由机械工业 部汽车工业司提出、全国汽车标准化技术委员会归口、华阳电工厂负责起草。 以日本标准 JISD16051988 汽车用转向信号开关的性能 JISD16011990 汽车部件振动试验方法 为主要参照对象对标准进行了修改。修改了原标准对 于关于振动试验问题的不合理之处。 8 二组合开关性能 2.1 组合开关性能的力特性分析方法 组合开关的力特性是评价车辆时要考虑的一个因素。所谓力特性, 广义上是 指驾

20、驶员在控制组合开关动作时所有功能所有挡位反馈给驾驶员的全部信息的 集合, 包括力的感觉、换挡的位置感、换挡过程中行程的感觉以及驾驶员与组合 开关手柄接触时的手感等方面; 狭义上是指控制换挡时反馈给驾驶员与力有关的 信息。 力特性除了给驾驶员手上的感觉外, 还反应了产品结构的特征和产品工艺的 稳定性。例如弹簧的刚度不均匀 , 初始压紧量不一样会导致力的感觉的变化, 因此 力特性又是工艺稳定性的检查手段, 当然更是安装正确与否的检测手段。一些安 装错误和某些零件缺少都会在力特性中得到反应。在进行力特性的评价时, 需要 明确评价的指标和参数 , 找到主客观评价之间的关系, 并将人的感觉用与开关结 构

21、有关的参数表述出来。 2.1.1 组合开关力特性参数与主观评价指标 转向组合开关力特性参数 力特性参数是在力特性参数测量过程中的研究对象。以转向灯开关为例对力 特性参数进行说明。 图3是某转向灯开关内部结构的示意图。从图中可以看出, 它由4部分组成 : 开关手柄、转动轴、导向槽和扭簧, 其中转动轴、扭簧的一端固定在组合开关外 壳上。驾驶员操纵开关手柄时 , 手柄以转动轴为固定支点实现杠杆运动, 使手柄与 导向槽接触的球头沿导向槽运动, 实现挡位变换。 在导向槽上选出 4个点: A中间点、 B拐点、 C换挡点、 D接通点。另一半与之对称 , B点的对称点为 E, 如图1所示。当球头离开 A点到达

22、 B点时, 变道灯接通 ; 当球头到 达C 点时, 转向灯接通 ; 越过C点后, 球头在扭簧作用下进入 D点, 此时转向灯接通 , 完成打开转向灯过程。 当球头离开 D点, 超过C 点后在扭簧作用下落回 A点, 完成转 向灯关闭过程。 9 图 3转向灯开关结构示意图 图4 是经测量得到的换挡过程力的示意图。 图 4换挡过程力的示意图 (1) 拐点力 Pc 将球头在图 3中B点时驾驶员感受到的力称为拐点力。 此时, 人手松开 ( 外力为 0) 开关会在扭簧作用下回到A点。Pc体现在曲线上即为斜率近似为0的临界状态 区域( 见图4) 。它的大小与扭簧的刚度以及B 点与A 点之间的高度差 ABy 成

23、正比。 (2) 换挡力 Pm 将球头在图 3中C点时驾驶员感受到的力称为换挡力, 即曲线上的点临界状态 ( 见图4)。它的大小与扭簧的刚度以及C点与A点的高度差 ACy 成正比 , 力值较大时 会使人感觉换挡费力 , 太小则会感觉换挡不明显。 10 (3) 挡位差值力 Pd 指本挡位换挡力与同方向的下一挡拐点力或换挡力的差值,Pd = Pm - Pn 。 Pn为该过程同方向的下一过程的Pc或Pm 。图1中, 当球头离开 D点实现转向灯关闭 过程时 , 在同方向接下来还有另外一边的转向灯打开过程。它反映出了CDy 以及 AEy 之间的关系。很明显 , 如果Pd0容易出现窜挡现象 , 换挡到位感不

24、好。 (4) 换挡力的平均下降梯度 Ga Ga =(90%Pm - 10%Pm)/2 t 为从90%Pm 下降至10%Pm 所用的时间。图3中, 当球头越过 C 点后会因扭簧作用 落入A点或D点。Ga 的大小与扭簧的刚度、 CA 或CD 之间的平均坡度以及 Pm 的大小成 正比, 当Ga 太大时会使人感觉换挡过程生硬。 (5) 换挡力的最大下降梯度 Gm Gm = Max(Gi) Gi = Pmi/t i = 1 ,2 , , n Gm 反映了扭簧刚度、CA 或CD 之间的最大坡度以及 Pm 的大小 , 一般Ga 大Gm 也大。 (6) 换挡位移 D 它是指在换挡过程中从本挡位换至下一挡位驾驶

25、员手移动的距离, 如图3所 示。它反映了导向槽的跨度 ADx 。换挡位移太大 , 则换挡过程的时间延长 , 同时人 会感觉换挡比较迟钝。而D 过小, 会使人感觉挡位不清楚。 (7) 开关形状尺寸 S 它是指人手与开关接触位置的开关外形尺寸, 如图5所示。 它是开关与人发生 联系时对人最先产生影响的物理量, 直接影响人的触觉。 图 5几个力特性参数 (8) 空间位置 L 它是指开关距离转向盘的初始距离, 如图5所示。 由于驾驶员在驾驶过程中操 作开关都是手扶在转向盘上用手指去控制, 当开关距离转向盘过远或过近时, 驾 驶员都会觉得操作不舒服。它直接反映了开关位置设计是否合理。以上8个参数 根据不

26、同的换挡过程有不同的组合方式。 2.1.2 主观评价指标人的几种感觉 (1) 力感： 在操作过程中开关反馈给人手的力感觉是否合适的评价指标, 包括换 11 挡过程中的力是否迟钝、换挡力是否合适等。 (2) 位置感在操作过程中开关反馈给人手的位置感觉是否明确的评价指标。 (3) 行程感在操作过程中开关反馈给人手的换挡行程感觉是否合适的评价指 标, 包括换挡过程中开关手柄转过的角度、位移( 空间运动 ) 等。 (4) 手感在操作过程中开关反馈给人手的接触感觉是否合适的评价指标, 包 括接触感、手柄大小、开关静止空间位置、换挡过程是否柔和等。 (5) 总分：人将上述 4项感觉汇总 , 给出综合印象分

27、。 经过专家们的多次试验，得出结论如下： (1) 总分是分项评价的综合结果。 (3) 总分与 Pc 、Pm 、Ga 、Gm 有较明显的负相关性 , 说明换挡费力、换挡 后力减小太快 ( 开关硬 ) 的开关得分比较低。 (4) 总分与 Pd 的相关性不显著 , 并且处于人手的不敏感区域内。 (5) 总分与 D 有较明显的负相关性 , 说明D大的开关会使人感觉不好。 (6) 总分与 S 、L有较大的正相关性 , 即当这两个尺寸稍大一些主观评价也 较好。说明人对物体的第一印象触觉的感觉最为明确, 组合开关的外形设计 与空间位置是设计组合开关时必须关注的重要因素。一般来说, 开关形状尺寸大 一些较好。

28、 力特性参数是开关结构的测量数据体现, 力特性参数与主观评价指标之间的 关系是合理的。 因此力特性参数与主观评价指标的确立是合理的。通过主成分分 析可知 : 拐点力和换挡力较小、换挡力下降稍慢、挡位差值力较大, 换挡位移小 些、开关形状尺寸大些、空间位置稍大的开关会得到比较好的评价, 即使用者希 望使用轻便、柔和、快捷、手感好的开关。 2.2 组合开关的结构分析方法 组合开关的结构分析法是通过对组合开关进行力学和运动结构分析，进而评 价组合开关的性能与品质。 下面是通过对斯泰尔系列 201259型组合开关灯光操纵组件的结构分析，来说 明组合开关结构分析的意义。 灯光操纵组件的机械结构分析灯光操

29、纵组件是该组合开关的纯机械部分，它 有变道、转向灯光变换及自动复位的功能。 （1）变道、转向及自动复位机构 通过测绘分析可得到斯泰尔开关在8及 15是临界点，即 8为变道点， 15为转向点。 当手柄向左或向右扳动8左右，通过电器组件的触点接触，实现变道，变 道中指示灯出现与转向不同的频闪信号以示前后车辆。 当手柄向左或向右扳动15左右，通过电器组件的触点接触，实现转向指 示，转向是一个定位过程。 在转向时，手柄经过变道档进入转向档，即从8扳到 15，在此过程中， 要求手柄有明显手感，即有一个力的突变，另外，要求在汽车转弯后，开关上的 复位舌头受到方向盘上复位环的力的作用，而使手柄复位， 转向信

30、号灯熄灭， 以 使车辆继续走直线。 这一复位过程是由自动复位 （所谓自动复位是指驾驶员已发 出左转或右转信号，电路触点接通，指示灯闪亮，当转向完成后回转方向盘，盘 12 下复位环给复位舌头一个作用力而使拨杆自动恢复到起始位置，电路触点自动断 开）机构来完成的。 图 6 自动复位机构示意图 1浮动块上的接触曲线(浮动块的外轮廓线) 2滚轮3复位舌头4左右限位杆拉簧 5限位杆6限位杆7摩擦片8压簧9固定支点10固定片11拔杆12拔架体 R复位力 自动复位机构由拨杆、复位舌头、滚轮、滚轮架（支撑及导向滚轮，位于限 位杆滚轮之后）、浮动块、摩擦片、固定片、旋转拨架体（包括零件左右限位杆 及4、6、7、

31、8、9、10的组合件）、压簧、限位杆等组成，其结构如图6所示。 （2）灯光变换 如图7所示： 当手柄拨向上方， 即滚轮在 C点处，车灯电路处于点 d接触，用于提示对方车 辆。当手柄拨向下方，即滚轮在A点处，车灯电路处于高光照明。当手柄拨向中 间，即滚轮在 B点处，车灯电路处于低光照明。 13 图 7 组合开关灯光变换原理图 1.变光定位块2.滚轮3.压簧4.拔杆 由变光定位块来控制滚轮的三个位置，在压簧的作用下， 滚轮可在 A、 B定位， 而在位置 C 时，只要手离开手柄， 滚轮便会由位置 C 自动回到 B位置。从而实现车 灯的高光（ A点），低光（ B点）及点闪信号（ C 点）。 运动结构分

32、析 手柄在中间位置时， 如图6所示。设向左扳动手柄， 转过一定角度后 (8) ， 由于手柄上的固定支点与左右限位杆上的两孔之间所连的三角形是固定的，滚轮 沿浮动块上的接触曲线运动， 压簧逐渐压缩， 产生一弹簧力的作用在滚轮上，该 弹簧力可分解为沿浮动块上的斜面的力F与作用于和斜面垂直的正压力N，如图 8 所示。 图 8 滚轮力学分析示意图 该正压力与斜面对滚子产生的反力N 正好抵消，而作用在拨杆上的力通过 滚轮传递的力 F与F 也正好平衡，当手柄转到 8左右时，滚轮进入曲线转折处， 手柄上出现一个明显的力的突变，若此时手松开，则力F消失，力 F 对手柄产 14 生一个逆时针力矩， 而拉簧的力通

33、过以限位杆上的滚轮为支点，使左限位杆上的 下端孔对旋转拨架体产生力F左，右限位杆上的下端孔对旋转拨架体产生力F右， 力F左， F右以手柄上的固定支点 O 为支点，产生力矩 M 左=-40Nmm ， M右=96.11Nmm ， M=56.11N mm, 则M 左与M右之和使手柄复位。 如果继续扳动手柄， 在还未达到 15时，左限位杆滚轮， 只要越过摩擦片的 顶端，在拉簧的作用下，将两限位杆定位，也就使手柄定位，转向结束后，方向 盘扳回，这时装在方向盘上的复位环给舌头一个力，使复位舌头绕支点转动， 经 复位舌头根部将力传递给限位杆， 限位杆上拉簧产生的弹簧力使左限位杆滚子处 于定位位置， 它对手柄

34、的复位是不利的， 另一方面拉簧力产生的力矩又迫使手柄 复位，这样，左限位杆滚子只要走出定位位置，处于8位置，手柄便会在压簧 及拉簧的作用下自动复位， 此时为保险复位位置， 复位舌头转过了 24， 而?280mm 的复位环并非自定，它是通过运动分析后再设计出的。由于复位舌头的保险复 位角度为 24，为了安全可靠起见， 复位舌头的临界复位角度为30，如果这时 复位环在复位舌头的外面，则复位环不起作用，需加大复位环的直径，通过计 算及作图，取复位环直径为 ?280mm ，则复位环的作用是有效的。 上述是自动复位机构使手柄复位，若扳动手柄使手柄强迫复位时 （所谓强迫 复位是指当驾驶员已发出左转或右转时

35、，欲改变原设定的操作， 而采取的用手来 拨动拨杆，撤消原设定信号，从而使接触电路断开而信号灯熄灭的方法），拨架 体上的两支点对左右限位杆施加主动力，以限位杆上滚子为支点，克服弹簧力 的作用，便能复位因此强迫复位力比自动复位力小。 图 9 滚轮力学分析示意图 转向、变道操作力的计算： （1）克服拨架体压簧所需的手柄操纵力Fcz； 15 （2）克服限位杆拉簧所需的手柄操纵力Fcl。 因篇幅关系，略去计算式及数表，仅作出Fcz及Fcl曲线图及总成图 F=Fcz+Fcl，如图 9所示。 通过结构分析和力学计算， 我们知道该在手柄自动复位机构拨动角度计算方 面， 无论是操纵推力及复位力由于道路振动及其他

36、因素所导致错误复位在设计计 算方面均合理可取， 操纵推力太大影响驾驶， 而复位力太小又易出现事故，在这 里相矛盾的两力设计得很合理。 相比运用统计方法来判断组合开关的水平，组合开关的结构分析作为另一种 组合开关水平评测的依据， 显得更科学和精确， 给组合开关的改进和提高提供了 翔实的数据资料，因此这种方法是值得我们学习和重视的。 2.3 共振对组合开关性能的影响 除了以上谈到的一些内在的因素， 组合开关的寿命还和使用环境等因素息息 相关，其中最主要的就是汽车的颠簸振动对组合开关寿命的影响，分析组合开关 在振动条件下的使用， 也是必要的， 尤其组合开关在共振点上或在共振区域上的 使用性能， 是考

37、核汽车在启动、 刹车及在颠簸路面上行驶过程中，开关工作是否 正常、开关是否有跳档现象发生的重要依据。 实际测量中， 开关共振时的振动幅值并没有明显的变化，开关共振时的大部 分能量已经发生了迁移。 因此采用检测震动幅值的变化来确定开关共振频率或共 振频率的范围是不可取的。 模拟组合开关共振是在试验台上进行的，组合开关发生共振能量迁移， 取决 于开关共振的特点和振动台的试验条件。 2.3.1 开关共振特点 （1）开关共振的主要部位是手柄位置。开关左手柄、右手柄以及手柄在不 同的档位上的共振频率是不同的。 （2）开关的质量很小，一般在几百克左右，而开关手柄的质量更小。 2.3.2 振动台的试验条件

38、（1）振动台的台面质量一般都在50KG以上 （2）震动台的激振力在1.47KN以上。 由 2.3.1 和 2.3.2 可知，开关质量对于振动台面的质量是可以忽略的，这是 其一；其二，振动台按照给定的激振力进行震动；其三，开关共振时要受到震动 台面振动幅值的约束。 16 图10 震动台面的激励加速度波形 图11 开关共振的加速度波形 因此，开关在共振时， 共振的能量由于在共振频率上不能以震动幅值的形式 体现出来，而强迫迁移到共振频率以上的各频率段上体现出来，图19 为振动台 的台面上，外加激振的振动加速度波形；图20 为开关共振能量迁移时，在开关 上测量的振动加速度波形。 经分析，决定采用能量差

39、分法来测量。能量测试法的示意图如下所示： 图 12 开关共振测量示意图 为了快速准确的测量频率，采取随机采样法的测频原理。 能量差分法的具体做法是： （1） 将两个压电传感器分别帖在振动台的台面和开关上，传感器的粘帖方向和 振动方向一致； （2） 确定采样长度，采样时间和扫频速度； （3） 启动扫频振动后，实时同步测量两路振动信号； （4） 每采样一段数据，一方面进行FFT处理，计算出振动能量的差值和频率， 另以方面转入下一段数据的采样； （5） 扫频结束后， 绘制出能量差值与频率的关系曲线图，进而就可以准确的确 定开关的共振频率以及共振频率的范围。 在测量过程中， 适当控制采样长度、 采样时

40、间及扫频的速度， 可以明显提 高共振频率的测量精度。一般情况下，共振频率的测量精度小于0.1Hz。 图13 能量差分法测量的开关共振曲线图 17 图 22 为采用能量差分法测量某型号的组合开关共振曲线图。图中的N（f ） 是在采样长度内所对应能量差值。对于恒加速度激励的扫频， 该值可等效折算成 共振迁移的加速度值。 研究开关在共振点上或在共振区域上的使用性能，对检测开关的电器性能和 力学性能的优劣具有现实意义。 通常认为，开关共振峰最高的点是开关最危险的 点，在该点上，开关容易出现电气接触不良和跳挡， 但由于汽车组合开关的特点， 开关接触不良好和跳挡取决于开关手柄摆幅的大小和摆幅力，开关跳挡不

41、一定发 生在共振峰最高点的位置上。 因此一旦共振频率测量出来后， 取低于和高于共振 频率的一个频率断进行性能试验， 则能更有效地监测到开关的电器性能和力学性 能的优劣。 三组合开关的检测 汽车组合开关品种众多，而且伴随着汽车工业的发展, 还有新品不断推出 , 其各种功能的可靠程度， 直接影响汽车在各种场合下的安全性。尤其在汽车的行 驶速度逐步向高速化发展的情况下，对组合开关性能、质量提出更严格的要求。 无论在批量生产中，还是在产品开发试制阶段，乃至给配套的汽车制造厂供货， 均需对产品质量进行抽检。 所以对组合开关产品进行抽样寿命性试验，是必不可 少的。 开关的耐久性、 触点压降、 电气导通等性

42、能指标是决定产品质量的关键，直 接关系到汽车驾驶的安全和舒适， 靠人工检测组合开关不仅劳动强度大、 效率低， 而且极易产生误检和漏检。 因而产品的质量检验方法和检验手段就成了企业首先 关注的问题。 通常，为了保证组合开关的各方面的质量，进行检测主要分为三种： （1）耐久试验测试组合开关的耐久性，试验进行一定次数后是否出现 机械损坏 （2）触点压降是和耐久试验同时进行的，耐久试验进行一定次数后， 触点压降低于标准值，则开关不能正常工作。 （3）电气方面检测组合开关电路是否导通，有没有误接。 3.1 各种组合开关实验仪器的对比 各个企业为了对自己生产的组合开关的性能进行检测，都开发了相应的检测 方

43、法。 参照附录（附录二附录五） 中介绍了四种组合开关的检测方法，再结合我 们以前实地参观过的鼎杰公司的组合开关检测设备，对几种组合开关的检测方法 进行一个横向的比较，如下表。 18 表2 组合开关检测仪器对比 汽车组合开 关柔性测量 技术 五十铃汽车 组合开关检 测仪 HX A 型汽 车电器自动 测试台的应 用 汽车组合开 关耐久性试 验台的计算 机数控系统 鼎杰公司采 用的检测设 备 控制方式电脑单片机单片机IPC 单片机 是否支持 多个同时 测试 一个一个3 个一个一个 是否支持 实时观察 触点压降 支持否否支持支持 是否可以 柔性的测 量不同类 型的组合 开关 支持否否支持否 是否有纠

44、正误差的 方法 有无无有无 使用何种 动力 步进电机步进电机步进电机步进电机小型气压机 使用何种 人机界面 数据输入电 脑 自制面板 （信号灯） 无电脑无 成本考量高中低高低 以上各个检测设备基本上都是厂家自己开发的，各具特点，有的节约成本， 有的通用性强， 有的支持实时检测， 有的人机界面友好。 为我们自己制作组合开 关检测装置提供了参考。 3.2 汽车组合开关检测仪可靠性的提高 组合开关检测仪是为了测试组合开关的耐久性而开发出来的设备，是组合开 关质量的检测装置， 用检测仪对组合开关进行测试也是对组合开关质量监测必要 的手段，所以组合开关检测仪的稳定性就显得非常重要了，如果实验台的可靠性

45、不够，就得不到可靠得实验数据， 使数据失真， 所以在此我们特别要讨论一下组 合开关检测仪的可靠性问题 汽车组合开关试验台是测量检验组合开关耐久性的重要装置，该装置模拟人 手控制开关往复运动 , 同时在额定开关负载下 , 实时动态地检测开关触点闭合 19 时的压降变化值 , 并据此累计和判断开关耐久循环次数。 由于组合开关检测仪的可靠性问题主要体现在检测仪的机械驱动部分是否 可靠，所以在此重点讨论耐久检测仪机械驱动机构这个问题, 机械驱动机构如图 17所示。 图 14 机械驱动机构示意图 1.光电探测头2.控制标尺3.开关 (作直线往复运动) 4.直齿5.步进电机6.齿轮7.开关 (作 圆周往复

46、运动 ) 图1中的步进电机 5在计算机的控制下 , 带动开关 7作圆周往复运动或带动开 关3作直线往复运动。如果不考虑机械传动环节中存在着齿隙及机械磨损等因素 以及外界干扰因素 , 开关档位切换过程能够准确到位, 此时检测到的开关触点压 降值真实反映了耐久试验过程中开关触点压降变化情况。下面讨论在实际运行情 况下, 各种因素对机械驱动机构所产生的影响。 a . 齿隙 齿隙有正向齿隙和反向齿隙之分, 齿隙可以事先通过标定给出, 但在实际测 量过程中 , 还会有剩余误差存在。这种误差虽然很小, 但对于需要进行几万次甚 至十几万次的耐久试验来讲, 其累计误差就是一个很大的影响因素。 例如, 剩余误

47、差为1m/ 脉冲, 且为单方向的 , 当耐久试验次数为 10万次, 累计误差将达到 100000m 。可想而知 , 在这种情况下 , 耐久试验早就中断了。 b. 机械磨损 机械磨损所产生的影响同上。 c . 外界干扰 外界干扰引起步进电机失步, 进而造成开关档位不到位。由上述分析可知, 要想保证开关档位准确到位, 必须采取相应措施及时纠正各种因素引起的位置偏 差。自适应控制及补偿控制就是针对上述各种影响因素而采用的有效控制方法。 自适应控制的引入不仅能动态地修正开关档位出现的位置偏差, 而且对于机 械上或电器上的故障能立刻发出报警, 并控制停机。控制方法及控制原理如下。 在耐久试验台上 , 安

48、装2个部件 , 一个是光电探测头（内有 2个光电传感器 , 这2个传 感器垂直放置 ) 另一个是控制标尺。控制标尺是在一块长方形的金属簿片上开有 两条细长的孔构成 , 这样在这块金属簿片上形成了5个区域 , 当光电探测头扫过控 制标尺不同区域时 , 光电控测头输出的编码值就会发生相应的变化, 见图15。需 要说明的是 , 开关档位与这 5个区域没有一一对应关系 , 但开关档位的起始位置是 20 与第3号区域正中间相对应的。光电探测头和控制标尺具体安装位置参见图17。 图15 控制标尺 控制标尺中的 3号区域为开关试验时的起始区域。 试验开始时 , 计算机先通过 识别光电探测头输出的编码值, 按

49、照工作循环顺序 , 将开关档位起始位置定位 到3号区域正中 (3号区域值的确定在补偿控制一节中介绍), 然后再进入试验循 环。 在循环过程中 , 每当循环开始靠近 3号区域时 , 计算机就自动进入位置校正控 制, 使开关档位起始位置总能准确定位到3号区域正中。在上述的一个循环周期里, 计算机前后进行了 2次这样的位置校正。由此可见, a . 由于外界因素而造成的开关档位位置偏差, 均可在一个循环中得到修 正； b . 由于机械上或电器上的故障, 开关档位停留在某一区域内或不在规定的 区域内 , 计算机一旦检测出光电探测头输出的编码值与规定的编码值不相符时, 便立刻发出报警信号 , 并控制停机。 c . 突然停电时 , 开关档位随机地停留在某一区域内, 当通电后 , 计算机通过 识别光电探测头输出的编码值又能准确地将开关档位起始位置重新定位到3号区 域正中。 由于齿隙的存在 , 正反运动的转换点上就产生了位置偏差。这里采用了如下 两种方法对齿隙进行补偿控制。 a . 静态标定法 点动步进电机 , 使光电探测头中心位置从2号区域移到 2号区域与 3号区域的 交界处。计算机此时向步进电机发出N1个正向脉冲 , 使光电探测头从目前的位置 移向