施君鴻 周淑淵 吳堅 周晨 王駿

（泛亞汽車技術中心有限公司）

磁感線是物理學家法拉第為了形象地描述磁場而引入的理想化模型，是一些假想的曲線，但它能客觀地表示出磁場的強弱和方向[1]。常規(guī)磁鐵的磁感線是空間發(fā)散的，容易對周邊物質產生磁吸引和磁干擾。綜合考慮成本、技術局限及開發(fā)周期等因素，在汽車內飾機構件上幾乎是沒有磁鐵應用的。文章提出了一種新型的可編程磁打印技術集成方案，可自定義磁鐵的表現(xiàn)和功能，同時可以通過軟件，快捷精準地分析磁感線分布，并在短時間內交付新的原型。該研究建立了新的磁系統(tǒng)，突破了傳統(tǒng)磁鐵的技術局限，在一定程度上，其在內飾機構件上的廣泛應用已經成為現(xiàn)實，同時帶來與傳統(tǒng)機械結構不一樣的客戶感知體驗。

1 理論依據

傳統(tǒng)磁鐵的磁感線從N極發(fā)出，S極進入，且磁感線在空間中擴散。而新的磁打印技術是由一段段N—S極的磁感線組合而成，其磁感線的形式、變化及范圍都是可以編程和精準控制的。圖1示出磁打印技術與傳統(tǒng)磁鐵的磁感線狀態(tài)差異。

圖1 磁打印技術與傳統(tǒng)磁鐵的磁感線狀態(tài)差異

磁打印的原理可以理解為將一塊磁鐵的磁場設計分成許多小段，每一段都有自己特定的磁感線形態(tài)。通過不同段磁感線的設計，使整體磁鐵表現(xiàn)出不一樣的效果。圖2示出磁打印技術與傳統(tǒng)磁鐵的剪切力與保持力關系差異。從圖2可以看出，傳統(tǒng)的2塊磁鐵在滑動時，其剪切力和保持力基本不存在關聯(lián)性，同時，剪切力基本處在恒定的水平；而磁打印設計后的磁鐵，由于磁鐵不同段的磁感線是有差異的，從而會使2塊磁鐵之間的剪切力和保持力存在關聯(lián)，這可以理解成一種對中功能，在某個距離下，保持力遠大于剪切力，而在其他某個距離下，剪切力大于保持力，這種表現(xiàn)被大量應用在消費電子領域，例如蘋果的IPAD與皮套之間、微軟的Surface筆記本與鍵盤之間的對位安裝結構，都是采用了這種磁打印的磁鐵，通過一定的結構設計和磁場設計，達到了令客戶滿意的效果。

圖2 磁打印技術與傳統(tǒng)磁鐵的剪切力與保持力關系差異

磁感線的精準設計可以讓磁鐵表現(xiàn)出的力的形式、大小以及力與位移的變化關系更加豐富與多樣化，從而優(yōu)化和替代諸多傳統(tǒng)機械結構特征。

2 磁打印技術在汽車內飾機構件的應用

磁打印技術可以表現(xiàn)的形式包括力的優(yōu)化、開關功能及對齊功能。結合常見的汽車內飾機構件的應用場景（杯托、扶手、手套箱、儲物盒、出風口等）可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)機構件中的機械結構，像解鎖結構、阻尼結構、鉸鏈結構等，都可以嘗試采用磁機構進行優(yōu)化，甚至是替換，同時正由于磁打印技術的可編譯性，在操作方式與操作力方面相比傳統(tǒng)機械結構，客戶感知體驗都會有不同程度的提升。

2.1 力的優(yōu)化

操作力是判斷機構件操作性的客觀測量值，是將用戶感知轉化為工程指標的數(shù)值，而手感，即客戶直觀感知，是與操作力有一定的關聯(lián)，但不存在直接關系的。在當下機構件的設計概念中，滿足操作力要求已經不存在技術難點，但是如何將用戶的手感、對操作力的感知做到最好、最優(yōu)，并且適用于傳統(tǒng)的機械結構，卻是一個不容易實現(xiàn)的課題。

磁打印技術實現(xiàn)了力與位移關系的可控化，例如，可以將遠端的磁感線屏蔽，使指定距離內的磁力隨著2塊磁鐵距離的減小而變大。通常，內飾機構件的操作力都是通過機械機構或者潤滑油來優(yōu)化的。這種操作力的優(yōu)化是經驗評估的，即通過以往項目的經驗積累來設計配合機構，從而影響客戶的操作感知，這種操作力的過程是缺少“反饋”的。而通過在機械機構的末端配合特定設計的磁鐵，可以讓磁鐵“分擔”客戶的操作力，但是這種“分擔”是可以調整和設定。圖3示出滑動某機構過程中磁優(yōu)化與傳統(tǒng)機械結構操作力比較。從圖3可以看出，正?；瑒幽硻C構過程中，從開啟到關閉，客戶的操作力都維持在7.5 N左右，但是通過在止位結構增加磁鐵，客戶在滑動該機構接近關閉時，操作力會均勻下降，至最終關閉那一刻，力值在5.5 N左右，這種力的“反饋”會極大地提升客戶的操作感知體驗。同時，該類磁機構形式也可以應用在操作力本身的優(yōu)化，從而減少傳統(tǒng)機械結構的更改、降低成本和由于變更導致修模的風險。

圖3 滑動某機構過程中磁優(yōu)化與傳統(tǒng)機械結構操作力比較

2.2 開關功能

開關功能是磁鐵的基本功能。傳統(tǒng)汽車內飾機構件有大量應用解鎖結構的場景，以副儀表板扶手的解鎖為例，這類機構通常采用機械式解鎖，這種解鎖結構由于采用的是鎖鉤鉤住本體特征結構來保持鎖止狀態(tài)，其扶手在鎖機構的面和副儀表板本體配合面都需要布置結構，從而導致鎖機構所在界面不平整和不美觀，如圖4所示。而通過磁鐵的應用可以規(guī)避該問題。由于扶手和副儀表板本體材料并不影響磁鐵的磁性，所以磁鐵可以布置在機構件的內表面，保證了鎖機構表面的光潔和平整。

圖4 副儀表板扶手開關示意圖

與此同時，希望在扶手開啟后的一小段行程內存在克服扶手重力的反饋，這通常都是通過扶手鉸鏈處的金屬彈片實現(xiàn)的，但是這種金屬彈片的力不容易控制，且容易產生異響。而僅通過解鎖磁的打印技術，既可以實現(xiàn)解鎖的吸合功能，同時也能實現(xiàn)一定距離上的排斥，這種排斥力可以克服重力，從而大大提升客戶在開啟扶手時的操作感。經設計的磁感線可以實現(xiàn)磁鐵吸合、排斥與距離的不同效果，且這種效果隨著距離的變化是可以轉化的。

2.3 對齊功能

磁打印技術的對齊功能實現(xiàn)了結構的對中、定位和防錯，如圖5和圖6所示，磁感線成段分布可以保證剪切力與吸引力在不同距離時，產生差異，從而實現(xiàn)在特定位置的對齊要求。

圖5 磁感線示意圖

圖6 磁打印技術對齊功能的磁鐵布置示意圖

隨著客戶體驗需求的不斷提高，設計師們對儲物盒的多功能性提出了更高的要求，而隨之帶來的問題是機械結構的局限性。例如：要想設計一個可移動杯托，平時可以放在副儀表板中部儲物盒中，不用時可以放在扶手中，從而使儲物盒的空間因少了杯托而變得更大，可以讓客戶擺放小型手包等物件。傳統(tǒng)的機械定位及安裝結構都難以實現(xiàn)這類效果。不管是做Snap、卡子還是螺釘，都會形成“坑洼”的表面，而且還容易產生異響。然而，采用磁機構可以有效規(guī)避這些問題，令裝接的表面光潔，同時，由于磁感線的配對設計和剪切力、保持力的有效編譯，可移動杯托的安裝就像客戶拆裝IPAD一樣高效，并且不會因為客戶的誤操作而導致杯托安裝位置不正確。圖7示出可移動杯托布置示意圖。

圖7 可移動杯托布置示意圖

3 結論

通過磁打印技術中剪切力與保持力的特殊關聯(lián)性，以及其對磁感線的精準控制，使得未來汽車內飾機構件中將會有越來越多的結構采用磁鐵來實現(xiàn)。其準確的磁力控制能對車內扶手打開力的調節(jié)等實現(xiàn)定量控制。磁機構不僅改變了傳統(tǒng)機構對空間需求的現(xiàn)狀，而且拓展了機構件的功能。不過也要指出，研究表明，滿足機構操作力的前提是2塊磁鐵的布置距離不能超過5 mm，這對空間和使用環(huán)境提出了挑戰(zhàn)，其主要受限于磁鐵的體積和本身的磁感強度。文章探討了磁鐵在汽車內飾機構件的諸多應用場景，通過磁打印技術的可編譯性，使機構外表面光潔、機構使用形式多樣。磁鐵除了永磁鐵外，另一主要應用是電磁鐵，可以進一步將電磁鐵的使用引入到機構件尤其是鎖機構中。