李 娜，于美玲，劉 萌，岳偉濤，吳 巍，冀俊明，王 磊

（長(zhǎng)安汽車股份有限公司 北京研究院，北京 102200）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車在中國(guó)越來越普及，已成為人們生活中不可或缺的交通和運(yùn)輸工具。然而，隨著汽車保有量的上升，汽車不僅僅作為一個(gè)代步工具，人們更多追求的是汽車舒適感，對(duì)品質(zhì)感的要求逐步提高與重視。為了更好地提升品質(zhì)感，對(duì)于空調(diào)控制面板不僅僅是功能實(shí)現(xiàn)，還分別從材料應(yīng)用、燈光應(yīng)用、外觀、軟硬件等方面進(jìn)行了詳細(xì)對(duì)比與研究，總結(jié)了詳細(xì)的設(shè)計(jì)規(guī)范以使空調(diào)控制面板品質(zhì)感大幅度提升。

1 空調(diào)控制面板關(guān)鍵控制要求

空調(diào)控制面板構(gòu)成如圖1所示，關(guān)鍵控制要素維度如圖2所示。

1.1 材料構(gòu)成及特性

1） 按鍵類：PC／ABS

圖1 空調(diào)控制面板構(gòu)成

圖2 空調(diào)控制面板關(guān)鍵控制要素維度

PC／ABS集成了PC和ABS的綜合特性，既具備PC樹脂的優(yōu)良耐熱耐候性、尺寸穩(wěn)定性和耐沖擊性能，又具備ABS樹脂優(yōu)化的加工流動(dòng)性，且剛性好、沖擊強(qiáng)度高、耐熱、耐低溫、耐化學(xué)藥品性、機(jī)械強(qiáng)度和電氣性能優(yōu)化，易于加工、加工尺寸穩(wěn)定性和表面光澤好、容易涂裝、著色，還可以進(jìn)行噴涂金屬、電鍍等加工，所以可以應(yīng)用于空調(diào)控制面板，應(yīng)用在薄壁及復(fù)雜形狀制品。 但ABS不透明，而空調(diào)控制面板按鍵標(biāo)識(shí)需要有透光要求，所以利用PC材料是無色透明的特性，增加PC料作為按鍵的蓋板，使LED背景光具有良好的透光表現(xiàn)。

2）后蓋：ABS

加工流動(dòng)性，且剛性好、沖擊強(qiáng)度高、耐熱、耐低溫、耐化學(xué)藥品性、機(jī)械強(qiáng)度和電氣性能優(yōu)化，易于加工、加工尺寸穩(wěn)定性和表面光澤好。

3）指示燈導(dǎo)光條：PC、PMMA

對(duì)于指示燈導(dǎo)光條的材料構(gòu)成，PMMA的透光度高于PC，但汽車空調(diào)控制面板上應(yīng)用于哪種材料要看安裝后整體背景光是否能達(dá)到統(tǒng)一效果進(jìn)行調(diào)試而定。

4）PCB板材料：FR-4

一種耐燃材料，是樹脂材料經(jīng)過燃燒狀態(tài)必須能夠自行熄滅的一種材料規(guī)格，既是材料名稱，也是材料等級(jí)，為玻璃纖維板，有絕緣的作用，特點(diǎn)：電絕緣性能穩(wěn)定，平整度好、表面光滑、無凹坑，厚度公差標(biāo)準(zhǔn)，適合應(yīng)用于高性能電子絕緣要求的產(chǎn)品。

1.2 表面處理工藝

表面處理工藝分為：噴漆鐳雕、IMD、雙色注塑、鍍鉻。

1）噴漆鐳雕 應(yīng)用于早期空調(diào)控制面板的表面處理，將按鍵表面噴涂黑漆后，再鐳雕出各標(biāo)識(shí)字符。其存在表面易劃傷、表面暗淡等缺點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸不再使用。如圖3所示。

圖3 噴漆鐳雕

2）IMD工藝 產(chǎn)品表面薄膜去掉，只留下油墨在產(chǎn)品表面即模內(nèi)轉(zhuǎn)印注塑。其工藝非常顯著的特點(diǎn)是：表面是一層硬涂層，中間是印刷圖案層，背面是塑膠層，由于油墨夾在中間，可使產(chǎn)品防止表面被刮花和耐摩擦，并可長(zhǎng)期保持顏色的鮮明不易褪色?，F(xiàn)在已經(jīng)常規(guī)應(yīng)用于LCD屏的表面處理工藝。如圖4所示。

圖4 IMD工藝

3）雙色注塑+UV固化工藝 表面需開2套模具 （外層透明內(nèi)層黑色）。黑色層在字符位置做鏤空，字符圖標(biāo)做在柔性電路板上，貼在黑色層下方。雙色注塑的優(yōu)點(diǎn)是不易混光，原因?yàn)镮MD工藝的字符在顏色圖案層，LED在粘合劑與塑膠層的下面。粘合劑與塑膠層是透明的，就相當(dāng)于光源經(jīng)過一層透明介質(zhì)然后再照到字符上。如果光源與光源之間距離太近，經(jīng)過這層透明介質(zhì)時(shí)就有混光的風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致照到字符上的顏色就是混合之后的。而雙色注塑是字符層緊貼光源，中間沒有這個(gè)粘合劑和塑膠構(gòu)成的透明層，就不易混光。如圖5所示。

4） 鍍鉻 一般應(yīng)用于旋鈕裝飾圈及面板裝飾條處，分為真空鍍和水鍍真空電鍍的做法，做出來的產(chǎn)品金屬感強(qiáng)、亮度高，并且相對(duì)其他的鍍膜法來說，成本較低，對(duì)環(huán)境的污染小，而真空電鍍可達(dá)200℃左右，這對(duì)使用在高溫的部件就可以進(jìn)行電鍍處理了；做真空電鍍都要在最后噴一層UV油，這樣使得產(chǎn)品表面既有光澤，又耐高溫，同時(shí)又保證附著力。但真空鍍膜的黏附性比較差，容易脫落，真空電鍍的膜厚一般為0.5～2μm。

水電鍍鍍鉻優(yōu)點(diǎn)：水電鍍的膜厚比真空電鍍的厚，水電鍍膜厚一般為15～20μm，水電鍍因工藝較簡(jiǎn)單，從而被廣泛應(yīng)用。缺點(diǎn)：只能鍍ABS料和ABS+PC料。水電鍍一般的鍍層材質(zhì)采用“六價(jià)鉻”，這是非環(huán)保材料。對(duì)于“六價(jià)鉻”有如下的要求：歐盟：ROHS：＜1 000 ppm；76／769／EEC：禁止使用；94／62／EC：＜100 ppm。如此嚴(yán)格的要求，目前已經(jīng)開始嘗試使用“三價(jià)鉻”來替代“六價(jià)鉻”。但水電鍍?nèi)菀讓?duì)周圍電器電路產(chǎn)生EMC干擾，需要面板上設(shè)計(jì)EMC防干擾措施。真空鍍和水鍍表面效果一致，如圖6所示。

圖5 雙色注塑+UV固化工藝

圖6 真空鍍和水鍍表面效果一致

1.3 結(jié)構(gòu)構(gòu)成

對(duì)于空調(diào)控制面板的結(jié)構(gòu)構(gòu)成最關(guān)鍵的兩點(diǎn)在于防水及LCD屏的防靜電設(shè)計(jì)，現(xiàn)介紹幾種結(jié)構(gòu)如下。

1.3.1 防水結(jié)構(gòu)

控制面板要做到IPX2的水平，即要防止濺水，紅色箭頭為濺水后水流方向均有隔板擋水，確保水無法進(jìn)入PCB板。如圖7所示。

1.3.2 LCD屏防靜電結(jié)構(gòu)

兩側(cè)用搭鐵彈簧連搭鐵將靜電導(dǎo)出，舉例如圖8所示；用靜電防護(hù)罩防止靜電的產(chǎn)生，如圖9所示。方案不做限制，有效的防靜電方案即可。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)：①設(shè)計(jì)靜電防護(hù)罩，與PCB搭鐵線相連起到靜電保護(hù)作用；②靜電防護(hù)罩包覆顯示屏周圈2 mm，規(guī)避LCD屏漏光的風(fēng)險(xiǎn)；③潰縮結(jié)構(gòu)：根據(jù)乘用車GB 11552-2009內(nèi)部凸出物法規(guī)要求，空調(diào)控制面板靠?jī)煞N方式達(dá)成，一種是旋鈕高度不高于9 mm，另一種是內(nèi)部設(shè)計(jì)潰縮結(jié)構(gòu)，如圖10所示。

圖7 防水結(jié)構(gòu)

圖8 搭鐵彈簧連地將靜電導(dǎo)出

圖9 靜電防護(hù)罩防止靜電的產(chǎn)生

1.4 按鍵力、晃動(dòng)量、間隙的要求

1.4.1 空調(diào)面板按鍵力

需關(guān)注開關(guān)操作力，接觸點(diǎn)作用力及開關(guān)行程、開關(guān)導(dǎo)通行程、操作力行程等，如圖11所示。

圖10 潰縮結(jié)構(gòu)

圖11 空調(diào)面板按鍵力

1）開關(guān)操作力 開關(guān)按鈕從正常狀態(tài)開始，操作按鈕至操作力為最大時(shí)，對(duì)應(yīng)的操作力為開關(guān)操作力，見圖11的FP。

2）接觸點(diǎn)作用力 按鈕從正常狀態(tài)開始，操作按鈕至開關(guān)動(dòng)觸點(diǎn)剛好與靜觸點(diǎn)接觸，對(duì)應(yīng)的操作力為接觸點(diǎn)作用力，見圖11的FC。

3）最小回彈力 結(jié)束操作按鈕開關(guān)并釋放按鈕后，開關(guān)按鈕最小的回彈力即為最小回彈力，見圖11的R點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的操作力為FR。

4）開關(guān)行程 按鈕從正常狀態(tài)開始，操作按鈕運(yùn)動(dòng)至終點(diǎn)S，按鈕運(yùn)動(dòng)行程為開關(guān)行程，見圖11的SS。

5）開關(guān)導(dǎo)通行程 按鈕從正常狀態(tài)開始，操作按鈕至動(dòng)觸點(diǎn)剛好與靜觸點(diǎn)接觸，對(duì)應(yīng)Fc點(diǎn)按鈕運(yùn)動(dòng)行程為開關(guān)導(dǎo)通行程，見圖11的Sc。

6）操作力行程 按鈕從正常狀態(tài)開始，操作按鈕至操作力FP時(shí)，按鈕運(yùn)動(dòng)行程為操作力行程，見圖11的SP。

7）接觸電阻 開關(guān)動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)接觸后，觸點(diǎn)間的接觸電阻值。

8） 操作力變化率ΔF ΔF=（FP-Fc）／FP。

1.4.2 間隙要求

各車的級(jí)別不同，間隙要求也不同，一般推薦值見表1。

表1 不同級(jí)別車間隙要求

1.4.3 晃動(dòng)量

沿垂直于按鈕運(yùn)動(dòng)方向施加10±3 N力，測(cè)試按鈕沿施加力的方向偏移距離，該距離值即為晃動(dòng)量。最大允許晃動(dòng)量：0.15 mm。

2 背景光及氣味要求

為提升面板品質(zhì)，需對(duì)空調(diào)面板的VOC及氣味等級(jí)做出明確要求。對(duì)于工作指示燈及背景光要對(duì)具體顏色、光強(qiáng)和顏色坐標(biāo)值及公差范圍做出明確要求，以便整車燈光色彩保持高度的一致。

VOC要求見表2。

表2 VOC要求

氣味要求：氣味等級(jí)要求可依據(jù)對(duì)標(biāo)結(jié)果確定，一般要求可察覺，但不可有刺激性氣味。

背景光要求維度見表3。

表3 背景光要求維度

3 硬件保護(hù)電路及EMC電路設(shè)計(jì)

3.1 硬件電路設(shè)計(jì)

要重點(diǎn)考慮保護(hù)措施，如防過壓、過流及反接等問題。如圖12所示。

電路說明如下。

1）ESD防護(hù)電路 SMCJ30CA起到靜電防護(hù)的作用，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)等效于2只相對(duì)或相背串接的穩(wěn)壓二極管組成，反向關(guān)斷電壓為30 V，最小擊穿電壓為33.3 V，瞬間吸收功率為1.5 kW，以P秒級(jí)的反應(yīng)速度瞬間起到分流限壓作用，以保護(hù)后級(jí)負(fù)載不受靜電及尖峰電涌帶來的損害，滿足設(shè)計(jì)后級(jí)電路的設(shè)計(jì)需求。

2）極性保護(hù)電路 二極管為輸入電壓反接保護(hù)，型號(hào)為MRA4007T3G，該二極管的正向電流為1 A，峰值電流為30 A，最大的反向電壓為1 kV，最大正向壓降為1.1 V，可以有效預(yù)防因電源反接而損傷器件，性能參數(shù)滿足設(shè)計(jì)需求。

3）濾波電路 高低頻電容可分別有效性濾除外來高頻干擾信號(hào)及電源本身經(jīng)整流后的高次紋波帶來的影響。

圖12 硬件電路設(shè)計(jì)

3.2 EMC回路設(shè)計(jì) （圖13）要點(diǎn)

1）電源輸入端口并聯(lián)TVS管及高耐壓電容進(jìn)行防護(hù)，LIN信號(hào)端口并聯(lián)TVS管進(jìn)行防護(hù)，TVS管應(yīng)盡量靠近插接件端口放置。

2）電路布局以每個(gè)單元電路的核心元件為中心，圍繞核心元件進(jìn)行布局，盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。

圖13 EMC回路設(shè)計(jì)

3）芯片與芯片之間的距離盡量小，并做到共地處理。

4）集成電路空置引腳進(jìn)行搭鐵處理，避免空置引腳受外部干擾。

5）集成電路供電使用π型濾波，π型濾波兩端搭鐵進(jìn)行隔離。

6）電源線和搭鐵線盡可能靠近，兩電源之間、兩搭鐵線之間盡可能寬。

7）相鄰兩層走線盡量垂直、走斜線、交叉布線，避免相互平行。

8）輸入與輸出信號(hào)線應(yīng)盡量避免相鄰平行走線，導(dǎo)線間添加中間搭鐵線，以免發(fā)生反饋耦合。

9）線路板搭鐵線需完整，通過過孔的方式連接不同層的地平面，加大地平面面積。

3.3 軟件開發(fā)關(guān)鍵點(diǎn)

1）開發(fā)流程 軟件開發(fā)輸入、設(shè)計(jì)、測(cè)試各環(huán)節(jié)不可少，一般軟件開發(fā)采用V型開發(fā)流程，如圖14所示。

2）軟件構(gòu)架組成 空調(diào)系統(tǒng)一般通過檢測(cè)控制面板按鍵和編碼器信息，實(shí)時(shí)地把本地狀態(tài)通過LIN總線或CAN總線信息反饋給主節(jié)點(diǎn)空調(diào)控制器，同時(shí)接收主節(jié)點(diǎn)空調(diào)控制器反饋過來的指示燈信號(hào)、液晶顯示信號(hào)，驅(qū)動(dòng)本地指示燈和液晶屏，液晶屏根據(jù)背光輸入信號(hào)，顯示亮度可分為白天和夜晚模式。軟件構(gòu)架如圖15所示，一般分為底層、物理層和應(yīng)用層。

圖14 V型開發(fā)流程

3）邏輯流程圖 詳細(xì)的軟件流程圖設(shè)計(jì)是功能正確實(shí)現(xiàn)必不可少的重要環(huán)節(jié)，如圖16所示。

空調(diào)控制面板應(yīng)滿足的法規(guī)清單見表4。

4 總結(jié)

將所有控制要素用量化指標(biāo)做到科學(xué)的約束，再做好符合用戶使用習(xí)慣的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架、功能邏輯策略的人性化設(shè)計(jì)，對(duì)空調(diào)控制面板品質(zhì)的提升具有巨大的幫助和指導(dǎo)意義。相信越來越完善精準(zhǔn)的前期設(shè)計(jì)，會(huì)讓今后的車輛舒適度體驗(yàn)感越來越高，給用戶帶來一種家的感覺。

圖15 軟件構(gòu)架

圖16 邏輯流程圖

表4 法規(guī)清單