田雅雅 李巖

摘要：從汽車開關(guān)的接觸系統(tǒng)入手，詳細(xì)論述小電流、中電流和大電流的開關(guān)接觸系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并闡述新型接觸系統(tǒng)霍爾和光柵系統(tǒng)的原理，展望代表未來趨勢的電容觸摸系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：汽車開關(guān)；小電流；大電流；霍爾；電容觸摸

1.汽車電器開關(guān)的分類

汽車開關(guān)種類很多，它們在工作中都有各自的負(fù)載定義，有大電流負(fù)載，也有小電流負(fù)載。為保證開關(guān)能有穩(wěn)定的工作表現(xiàn)，需要選用最合適的接觸系統(tǒng)。根據(jù)電流負(fù)載大小，整車開關(guān)有3種：大電流開關(guān)、中電流開關(guān)和小電流開關(guān)。大電流開關(guān)負(fù)載電流1～25A，此類開關(guān)一般直接連接電源和終端零件（如車窗升降電動(dòng)機(jī)，前照燈，電喇叭，起動(dòng)電機(jī)等）。中電流開關(guān)負(fù)載電流0.1～1A，這些開關(guān)一般控制繼電器或小功率執(zhí)行器。小電流開關(guān)負(fù)載電流1～100mA，它們輸出控制信號(hào)到ECU（電子控制單元）或BCM （車身控制模塊）。

2.接觸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)介紹

2.1大電流接觸系統(tǒng)

在大電流工作環(huán)境中，常用的觸點(diǎn)材料是AgSnO2和AgNi（20）。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，Ag基材料的觸點(diǎn)在100mA以上的工作環(huán)境中能有非常好的表現(xiàn)，在電弧環(huán)境下Ag基材料的觸點(diǎn)有自清潔的功能，但AgNi（20）和AgSnO2兩種材料的自清潔原理是不一樣的。AgNi（20）由雙金屬組成，其機(jī)械、物理性能是Ag和Ni按體積百分比的加和作用。大電流開關(guān)中，開關(guān)觸點(diǎn)接通瞬間會(huì)有電弧產(chǎn)生，在電弧作用下，當(dāng)溫度高于Ni的熔點(diǎn)1453℃時(shí)，Ni可以大量溶解于電弧處產(chǎn)生的Ag熔體中，當(dāng)溫度下降冷卻時(shí)，溶解的Ni重新沉積于Ag基體中，Ni的反復(fù)溶解和析出在觸點(diǎn)表面形成細(xì)Ni顆粒的接觸層，這種材料的形成會(huì)降低AgNi（20）觸點(diǎn)的侵蝕率。而AgSnO2材料屬于“顆粒增強(qiáng)”型金屬基符合材料，其中，Ag作為基體，SnO2作為強(qiáng)化相在機(jī)械性能上提供材料強(qiáng)度、硬度，在電接觸性能上提高材料的抗熔焊能力和耐電弧侵蝕能力。AgSnO2主要靠熱穩(wěn)定性高的SnO2顆粒懸浮于Ag熔池中增加粘度而減小材料飛濺。

在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，與AgNi（20）相比，AgSnO2具有更低的材料轉(zhuǎn)移特性，所以在開關(guān)類產(chǎn)品中，一般高于20A的正極觸點(diǎn)會(huì)選用AgSnO2， 負(fù)極觸點(diǎn)選用AgNi（20）。而在0.1A到20A之間的開關(guān)觸點(diǎn)都選擇AgNi（20）。

2.2中電流接觸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中電流0.1～1A對(duì)于銀基材料的自清潔功能還是適用的，因此適用于大電流的銀基材料接觸系統(tǒng)同樣適用于中電流環(huán)境，另外一方面，還有一些接觸系統(tǒng)如導(dǎo)電橡膠、金手指等也適用于中電流環(huán)境，電流最大為0.1A時(shí)，以使用金手指滑動(dòng)塊，為了提高金手指的彈性，其使用的基材是CuSn6。為了提高接觸性能，接觸區(qū)鍍金。如果電流超過0.2A，此時(shí)可以使用銀觸點(diǎn)滑動(dòng)塊結(jié)構(gòu)，銀觸點(diǎn)可以是AgNi（20）合金，也可以是直接電鍍銀。如果按鍵是按壓式或者是翹板式開關(guān)，就只能選用橡膠墊了，橡膠墊不僅能提供操作手感，而且在其接觸區(qū)域可以放入不同觸點(diǎn)帶來不同的接觸性能。金觸點(diǎn)的工作電流為0.5A，而鎳點(diǎn)的工作電流為0.3A.

2.3小電流接觸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

小電流的接觸材料通常是鍍金處理，它們是惰性材料， 其性能受環(huán)境影響很小， 有非常小的接觸電阻和優(yōu)異的穩(wěn)定性， 即使在很小的接觸力情況下都有很好的接觸性能。 所有中電流的非銀基接觸系統(tǒng)都能直接應(yīng)用于小電流環(huán)境， 將所有大中電流接觸系統(tǒng)中的銀觸點(diǎn)更換成鍍金觸點(diǎn)， 這個(gè)改進(jìn)后的接觸系統(tǒng)就能在小電流環(huán)境中使用。 另外帶金點(diǎn)、鎳點(diǎn)、 碳點(diǎn)的橡膠墊都適用于此環(huán)境中。

2.3 接觸系統(tǒng)的應(yīng)用

各種接觸系統(tǒng)存在于不同開關(guān)中， 由于篇幅有限， 本文以幾個(gè)典型的例子來說明接觸系統(tǒng)在開關(guān)中的應(yīng)用。 圖1為部分德國大眾車型上使用的大電流前照燈控制開關(guān)。旋鈕能帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)， 通過機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 轉(zhuǎn)軸能夠推動(dòng)下方電接觸區(qū)域觸點(diǎn)臂的運(yùn)動(dòng)， 通過觸點(diǎn)的吸合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的開關(guān)功能。 圖2為德國大眾車型上使用的中電流后視鏡調(diào)節(jié)開關(guān)。接觸橋被裝配在轉(zhuǎn)軸上， 通過轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕， 接觸橋在PCB上運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)左右后視鏡的翻轉(zhuǎn)功能。圖3為標(biāo)致雪鐵龍部分車型上使用的小電流刮水操作開關(guān)。 環(huán)形接觸片被鉚接在后風(fēng)窗刮水操作旋鈕上， 用戶旋轉(zhuǎn)旋鈕時(shí)帶動(dòng)接觸片在柔性電路板上運(yùn)動(dòng)， 柔性電路板將接觸片的運(yùn)動(dòng)信號(hào)傳遞到主PCB 上。 圖4為標(biāo)致408的中控臺(tái)控制開關(guān)。 其接觸系統(tǒng)是橡膠墊上使用碳觸點(diǎn)配合電路板上的金觸點(diǎn)， 這個(gè)結(jié)構(gòu)是接觸系統(tǒng)中最簡單也是應(yīng)用最廣泛的。

3結(jié)語

車用電器開關(guān)看似簡單，但不同的開關(guān)操作方式，不同的信號(hào)輸出，不同的操作手感以及不同的看管耐久次數(shù)都會(huì)影響開關(guān)的接觸系統(tǒng)選擇，除了要不斷分析開關(guān)接觸系統(tǒng)，同事也要及時(shí)總結(jié)及不斷更新，這樣才能使車用開關(guān)設(shè)計(jì)成本降低，開發(fā)周期縮減。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃錫文. 常用低壓觸點(diǎn)材料電性能研究[J]. 電工材料，2006（4）；26-34