黃錫江， 李坤霖， 覃梅樣， 封燦興

（柳州市雙飛汽車電器配件制造有限公司， 廣西 柳州 545000）

1 多媒體旋轉(zhuǎn)屏射頻線工作原理

當(dāng)前，多媒體技術(shù)已由最初的收音機(jī)功能轉(zhuǎn)化為綜合性車載電子娛樂系統(tǒng)，通過計(jì)算機(jī)將圖像、聲音、文字、動(dòng)畫和視頻等多種信息進(jìn)行交互處理，以實(shí)現(xiàn)通信、視聽娛樂、導(dǎo)航、輔助駕駛等功能，使各功能之間建立邏輯關(guān)系，最終集合成一個(gè)系統(tǒng)。

射頻線作為顯示屏與各個(gè)模塊連接的橋梁，起到傳輸信號(hào)、協(xié)議的作用。設(shè)計(jì)上通常選用HSD連接器及高速線纜與屏蔽四絞線三者進(jìn)行配用，是一種可屏蔽外部信號(hào)干擾，同時(shí)具有尺寸小、保持力大的低壓差分信號(hào)高性能數(shù)字系統(tǒng)。

在實(shí)車使用環(huán)境中，顯示屏旋轉(zhuǎn)是由多媒體主機(jī)發(fā)射信號(hào)通過射頻線傳輸?shù)叫D(zhuǎn)電機(jī)，電機(jī)帶動(dòng)屏幕旋轉(zhuǎn)，一般旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為順時(shí)針0~90°，旋轉(zhuǎn)周期 （一個(gè)循環(huán)） 為6s左右，旋轉(zhuǎn)的方式有兩種：①用戶手動(dòng)切換顯示屏旋轉(zhuǎn)；②由豎屏軟件切換至橫屏軟件時(shí)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)。

2 DFMEA風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1 常見潛在失效模式及起因

1） 導(dǎo)通不良：傳輸信號(hào)或電性能不穩(wěn)定、與公端護(hù)套配插時(shí)斷路。

2） 斷路：空焊／虛焊、漏pin／退pin、斷針。

3） 對(duì)插裝配困難：端子設(shè)計(jì)選型問題，公母護(hù)套匹配性問題。

4） 導(dǎo)線扭斷：線材選型不合理，尺寸設(shè)計(jì)不滿足要求，裝配問題。

5） 異響／噪聲：屏旋轉(zhuǎn)過程帶動(dòng)射頻線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的異響，包覆物選型問題。

6） 干涉：射頻線運(yùn)動(dòng)軌跡不明確，導(dǎo)致的干涉。

7） 護(hù)套損壞：射頻線旋轉(zhuǎn)受力導(dǎo)致護(hù)套損壞。

2.2 設(shè)計(jì)控制及失效預(yù)防

潛在失效控制及預(yù)防詳見表1。

2.3 重點(diǎn)特性失效分析及預(yù)防

電線電纜產(chǎn)品的外皮多為PVC塑料或橡膠，在低溫（0~-40℃） 環(huán)境下時(shí)，材質(zhì)就會(huì)變脆，整個(gè)產(chǎn)品都會(huì)發(fā)硬、變脆，導(dǎo)致線束彎折狀態(tài)下測(cè)試時(shí)，由于彎曲線束的擺動(dòng)幅度較大，導(dǎo)致無護(hù)套防護(hù)導(dǎo)致線束根部的電源線內(nèi)導(dǎo)體無法滿足耐久彎折／旋轉(zhuǎn)要求，發(fā)生斷裂。通常情況下，該旋轉(zhuǎn)屏射頻線產(chǎn)品主要的使用環(huán)境是跟隨旋轉(zhuǎn)顯示屏一起進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，因此對(duì)線束的旋轉(zhuǎn)耐久性能要求高，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力集中處，在護(hù)套根部線束容易出現(xiàn)瞬斷甚至斷裂。設(shè)計(jì)控制關(guān)鍵項(xiàng)見表2。

表1 潛在失效控制及預(yù)防

表2 設(shè)計(jì)控制關(guān)鍵項(xiàng)

圖1 包覆層設(shè)計(jì)

1） 導(dǎo)線選型盡可能使用軟芯線，以此可以增強(qiáng)導(dǎo)線的柔韌性，且對(duì)于信號(hào)線滿足性能的前提下，導(dǎo)線線徑建議增大一個(gè)規(guī)格使用，不建議使用0.35mm2的導(dǎo)線。

2） 包覆層設(shè)計(jì)（圖1）：在導(dǎo)線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，受應(yīng)力集中部位增加熱縮管設(shè)計(jì)，是為了增強(qiáng)導(dǎo)線的旋轉(zhuǎn)耐久性，經(jīng)耐久試驗(yàn)測(cè)試，有熱縮管的設(shè)計(jì)可增長(zhǎng)30%的耐久旋轉(zhuǎn)／彎折次數(shù)。

3） 總裝生產(chǎn)裝配管控：在自然狀態(tài)下，旋轉(zhuǎn)屏射頻線插件尾部的電線包覆層表面增加白色漆標(biāo)，總裝員工可根據(jù)防扭白線，進(jìn)行正向裝配，以減少裝配后扭曲線材，降低耐久壽命。工藝管控方案如圖2所示。

圖2 工藝管控方案

3 多媒體旋轉(zhuǎn)屏射頻線設(shè)計(jì)

3.1 性能設(shè)計(jì)要求

1） 外觀和機(jī)械結(jié)構(gòu)

外觀無破損，端子與護(hù)套適配性良好，壓接點(diǎn)絕緣層不應(yīng)脫開。

2） 電性能要求電線束中，LVDS線束的特性阻抗、信號(hào)傳輸速度、信號(hào)衰減、回路串?dāng)_等電性能的要求。①電線束中線路導(dǎo)通率為100%，無短路、錯(cuò)路、斷路現(xiàn)象；②電線束的阻抗在100±6Ω的公差范圍內(nèi)，連接器區(qū)域，回路阻抗公差范圍±15Ω；③回路信號(hào)傳輸時(shí)間差不大于160ps，連接器之間的傳輸時(shí)間差：直式不大于10ps，彎式不大于25ps，電線束之間的傳輸時(shí)間差不大于25ps。④回路信號(hào)衰減必須保持在1GHz時(shí)±1dB，2GHz時(shí)±2dB；⑤電氣性能要求：電壓降≤3mV （0.3mm2），接觸電阻：初始應(yīng)小于10mΩ，絕緣阻抗應(yīng)至少為100MΩ。

3） 機(jī)械性能

連接器插入力≤70N，抗拉強(qiáng)度≥50N，插頭抗彎性彎曲幅度在30°內(nèi)，連接器防錯(cuò)配能力≥100N。

4） 環(huán)境性能

鹽霧試驗(yàn)后基材腐蝕面積≤10%，耐工業(yè)溶劑性能符合GB 17930、GB 11121、NB／SH／T 0521、GB／T4086的規(guī)定，氣味性≤3.5級(jí)，VOC符合法規(guī)要求。

3.2 護(hù)套端子選型要求

護(hù)套選型原則是要求與電器端進(jìn)行原廠配對(duì)，在原廠無配對(duì)的情況下，要求尺寸穩(wěn)定、耐老化性強(qiáng)、絕緣性能優(yōu)良的護(hù)套。同時(shí)進(jìn)行公母端對(duì)配插拔試驗(yàn)，機(jī)械沖擊試驗(yàn)。

端子應(yīng)選用其允許范圍內(nèi)的最大和最小尺寸電線，鍍層選用要與電器端端子一致，否則會(huì)影響端子的電性能與機(jī)械性能，插入護(hù)套力最大應(yīng)為15N，保持力在設(shè)計(jì)和選材時(shí)應(yīng)考慮更大的力（推薦二次定位的方式），但至少應(yīng)能承受60N。

3.3 導(dǎo)線的選型要求

LVDS線束的選型應(yīng)考慮信號(hào)傳輸速度、信號(hào)衰減、回路串?dāng)_等因素。

信號(hào)傳輸速度要求：連接器之間的傳輸時(shí)間差不大于10ps，電線束之間的傳輸時(shí)間差不大于25ps；整個(gè)回路信號(hào)的衰減應(yīng)滿足表3要求。

表3 信號(hào)衰減對(duì)應(yīng)表頻帶

回路串?dāng)_應(yīng)在時(shí)域測(cè)量，近端串?dāng)_的輸入信號(hào)應(yīng)最大達(dá)到輸出信號(hào)電壓的5%，遠(yuǎn)端串?dāng)_時(shí)達(dá)到3%。

普通導(dǎo)線的選型應(yīng)考慮線束膠皮硬度小、抗彎折性能強(qiáng)（在耐彎折試驗(yàn)后馬上目測(cè)導(dǎo)線絕緣皮外觀無龜裂視為合格）、線芯單絲直徑小股數(shù)多等因素。

3.4 包覆物的要求

電線束的包覆層，應(yīng)采用符合客戶標(biāo)準(zhǔn)的膠帶、套管等保護(hù)材料，包扎時(shí)，線束整體要求緊密、均勻不松散。在電線束中，端子壓接處的絕緣套管應(yīng)緊密連接在相關(guān)部位上，套管不得有移動(dòng)、影響電線束彎曲、脫開現(xiàn)象。

3.5 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)

射頻線包含導(dǎo)線、絨布膠帶、連接器、扎帶等信息。技術(shù)要求主要表示對(duì)線束的標(biāo)準(zhǔn)、檢驗(yàn)規(guī)范、線束零件狀態(tài)、產(chǎn)品材料環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)等的說明。Dlink1.0旋轉(zhuǎn)屏射頻線圖紙如圖3所示。

圖3 Dlink1.0旋轉(zhuǎn)屏射頻線圖紙

4 數(shù)模走線布置要點(diǎn)

多媒體旋轉(zhuǎn)屏射頻線應(yīng)用環(huán)境，處在儀表臺(tái)中央，空調(diào)風(fēng)道占據(jù)了大部分的顯示屏周邊環(huán)境，射頻線走向需要避開風(fēng)道，避免空調(diào)風(fēng)道拼接安裝時(shí)干涉壓線；另外，顯示屏為后裝件，需預(yù)留足夠的尺寸方便員工接插操作；同時(shí)，在乘員艙內(nèi)，需考慮尺寸預(yù)留過長(zhǎng)敲擊周邊零部件造成異響情況；顯示屏順時(shí)針90°轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)射頻線也隨之扭動(dòng)，考慮插件退端子或單根線受力的情況發(fā)生。

針對(duì)上述布置要點(diǎn)，多媒體旋轉(zhuǎn)屏射頻線接顯示屏集成端的最佳布置方案：從空調(diào)雙風(fēng)道走線，使射頻線只在同一平面上彎曲運(yùn)動(dòng)，防止安裝時(shí)拉線造成線束與周邊零部件剮蹭。增加帶導(dǎo)向的護(hù)板對(duì)線束進(jìn)行約束，不僅可以接插件尾部至少100mm的直線狀態(tài)，而且能避免射頻線安裝后向下晃動(dòng)，在靠近管柱的位置增加扎帶配合護(hù)板對(duì)射頻線進(jìn)行走向約束，如圖4所示。圖4為射頻線接顯示屏分支示意圖。

圖4 射頻線接顯示屏分支示意圖

射頻線顯示屏集成端出線后分別接到低壓線束對(duì)接端、影像集成模塊端、功放模塊端和USB模塊端，中間部分線束布置路徑與儀表低壓線束走向一致，不僅能夠節(jié)省空間和降低包扎固定材料的費(fèi)用，還能對(duì)射頻線起到最大程度的保護(hù)，旋轉(zhuǎn)屏射頻線具體布置如圖5所示。

圖5 旋轉(zhuǎn)屏射頻線整體布置示意圖

5 多媒體旋轉(zhuǎn)屏射頻線測(cè)試規(guī)范

5.1 測(cè)試規(guī)范

按照實(shí)車PAD旋轉(zhuǎn)屏射頻線走向搭建耐久實(shí)驗(yàn)臺(tái)架。應(yīng)符合實(shí)際車上的固定方式和運(yùn)動(dòng)模式，安裝在固定件和運(yùn)動(dòng)件之間，可考慮用實(shí)車零部件系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)中不通電將待測(cè)試的顯示屏線束連同PAD旋轉(zhuǎn)屏總成按實(shí)車安裝方式安裝到測(cè)試臺(tái)架上。

1） 驗(yàn)證顯示屏線束旋轉(zhuǎn)耐久，上板與動(dòng)力源連接，使上板能旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，用來模擬運(yùn)動(dòng)端在使用過程中順時(shí)針、逆時(shí)針的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。上板旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的上下極限與對(duì)應(yīng)車型PAD顯示屏保持一致。

2） 試驗(yàn)過程不帶電工作，但需要在固定端接上瞬斷儀進(jìn)行瞬斷檢測(cè)。

3） 耐久試驗(yàn)次數(shù)按如下，極限溫度及常溫下共計(jì)60000次；①一個(gè)循環(huán)5s：從原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)到+110°位置再回到原點(diǎn)1.75s，停頓時(shí)間1.5s，從原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)到-110°再回到原點(diǎn)1.75s；②每測(cè)試2000次，停止10min；③常溫下25000次，-40℃2500次，高溫85℃2500次，做2個(gè)循環(huán)。

4） 運(yùn)動(dòng)部位線束目測(cè)導(dǎo)線絕緣皮無破損，內(nèi)部銅絲無折斷。電線束電路導(dǎo)通率為100%，無短路錯(cuò)路、斷路現(xiàn)象；接觸電阻的變化，連續(xù)大于7Ω的時(shí)間不超過1μs。

5） 耐久做完60000次后，需要用已完成試驗(yàn)的樣線再進(jìn)行一個(gè)60000次循環(huán)，共計(jì)12萬(wàn)次耐久旋轉(zhuǎn)。

6） 按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，旋轉(zhuǎn)屏射頻線旋轉(zhuǎn)耐久12萬(wàn)次，使用頻率為30次／天，耐久疲勞可達(dá)到4000天（約12年）。

5.2 耐久臺(tái)架布置

顯示屏射頻線臺(tái)架結(jié)構(gòu)如圖6所示，線束固定方式參考實(shí)車，工裝可以同時(shí)完成3根線束測(cè)試，順時(shí)針、逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的極限位置具體按照±110°進(jìn)行設(shè)定。

圖6 射頻線樣線測(cè)試

從原點(diǎn)位置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)110°，回到原點(diǎn)，再?gòu)脑c(diǎn)位置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)110°，然后回到原點(diǎn)，此整個(gè)過程為旋轉(zhuǎn)1個(gè)循環(huán)（1次），一個(gè)循環(huán)過程包括：①電動(dòng)管柱軸向和角度下極限位置；②電動(dòng)管柱軸向和角度上極限位置；③電動(dòng)管柱軸向和角度下極限位置。顯示屏旋轉(zhuǎn)極限位置示意如圖7所示。

圖7 顯示屏旋轉(zhuǎn)極限位置示意圖

其中，順時(shí)針限位、逆時(shí)針限位對(duì)應(yīng)汽車在行駛過程中線束運(yùn)動(dòng)端所能達(dá)到的極限點(diǎn)；固定端安裝座為線束分支處在儀表橫梁（靜止端） 的固定點(diǎn)；活動(dòng)端安裝座為線束在顯示屏（運(yùn)動(dòng)端） 的固定點(diǎn)；電機(jī)旋轉(zhuǎn)模擬顯示屏運(yùn)動(dòng)軌跡，軸心位置為伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸所處位置。

旋轉(zhuǎn)屏射頻線懸空長(zhǎng)度按照數(shù)模長(zhǎng)度固定安裝，以車輛靜止時(shí)，線束插頭旋轉(zhuǎn)端所處的位置設(shè)為原點(diǎn)，工裝安裝固定點(diǎn)與實(shí)車安裝角度一致。

6 總結(jié)

通過以上對(duì)旋轉(zhuǎn)屏射頻線設(shè)計(jì)案例的剖析，介紹了旋轉(zhuǎn)屏射頻線的基本工作原理、失效分析、基本結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)要點(diǎn)，通過3D數(shù)模進(jìn)行合理走向布置，保證周邊環(huán)境間隙，搭建符合實(shí)車環(huán)境條件的實(shí)驗(yàn)工裝，最大限度模擬實(shí)車狀態(tài)，不斷優(yōu)化方案，直到得到最優(yōu)的產(chǎn)品。通過這些系統(tǒng)的方法，了解旋轉(zhuǎn)屏射頻線的設(shè)計(jì)始末，理解旋轉(zhuǎn)屏射頻線的設(shè)計(jì)理念以及設(shè)計(jì)難點(diǎn)，提供設(shè)計(jì)參考。