車用旋鈕力矩特性曲線研究

李高林，劉克軍，范 學

（深圳市比亞迪汽車有限公司汽車工程研究院，廣東 深圳 518118）

1 車用旋鈕介紹

車用旋鈕主要依靠主軸旋轉來改變檔位，以達到電路通與斷的目的。常用于空調調節及音量調節等情況，如圖1所示。

1.1 分類

車用旋鈕，按操作方式劃分可以分為多角度式和定位式兩類。

多角度式車用旋鈕:此類車用旋鈕類似于多角度感的電位器，主要是通過調節電阻來控制回路中電流值，進而控制產品功能實現，例如汽車音量調節旋鈕。其主要應用于多檔位的功能控制，例如背光亮度調節、音量調節、音調調節等功能，此類功能一般都有10個以上的檔位控制，故推薦采用多角度式車用旋鈕。

定位式車用旋鈕:這類車用旋鈕有定位感，一般應用于較少檔位的控制 （10檔以下）。

1.2 車用旋鈕的工作邏輯定義

在函數坐標軸中，通常以向上、向右為正方向，也即圖2中的y+方向、x+方向。同樣，消費者操作思維也是以向上、向右方向為增。車用旋鈕應按照消費者操作習慣設計成順時針為增、逆時針為減，上增下減，右增左減，如圖3所示。

1.3 車用旋鈕力矩特性概念

車用旋鈕的力矩特性，主要指操作舒適性。各旋鈕力矩大小應基本一致，在旋鈕旋轉過程中不應出現力矩的明顯變化，應基本保持一致；各旋鈕在靜止狀態及旋轉過程中應無明顯松動，各旋鈕晃動量應基本一致；旋鈕在旋轉過程中應輕巧、靈活，檔位感清晰，無滯澀感。

1）力矩值 對于定位式車用旋鈕，一般有過程力矩和檔位力矩兩個要求；對于多角度式旋鈕則只有峰值力矩要求。

2）峰值力矩 峰值力矩為旋轉過程中最大的力矩值，也即文中提及的檔位力矩、力矩峰值。

峰值點的位置很重要，其會影響檔位感。根據經驗，峰值力矩應在該功能檔位總行程或總角度的30%處為佳。

3）旋鈕強度 旋鈕強度為旋鈕操縱機構所能承受最大無損傷力矩值，根據人體舒適性要求及產品本身材料和結構特性，多數標準均定義為2Nm。

2 力矩特性介紹

2.1 典型力矩特性曲線圖

圖4為定位式旋鈕力矩曲線圖，圖5為多角度式旋鈕力矩曲線圖。

2.2 力矩的測試方法

圖6為某車型空調控制器旋鈕力矩測試方法示意圖，在部分旋鈕不能直接測試力矩的情況下，可通過測量F和L的方式計算出力矩值。力矩計算公式:F=T／L， 測試速度:60°／s。

2.3 各公司旋鈕力矩要求

以下分析不同公司對旋鈕力矩的要求，包括博耐爾、日產、福特、通用等公司相關產品要求。

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1）S1公司空調控制器旋鈕要求如圖7所示。

2）S2公司多媒體旋鈕要求如圖8所示。

3）表1為S3公司對多角度式車用旋鈕的一般要求，通過力矩公式計算，可以得出:對于不同直徑的旋鈕，其峰值力穩定在0.5N左右，谷值力穩定在0.1N左右。

表1 S3公司旋鈕力矩要求 （多角度式）

4）S4公司空調控制器旋鈕要求見表2。

表2 S4公司空調旋鈕要求 （定位式）

通過上述不同公司標準對比可看出，各公司對力矩要求不同，特別是定位旋鈕和多角度旋鈕的差異至少在10倍以上。其中S1公司的力矩要求最大，轉化為旋力10N左右，主觀感受偏大。因此，下文將通過測試不同的旋鈕，綜合其力矩主觀評價，得出推薦的力矩客觀指標值。

3 各類車用旋鈕案例介紹

3.1 室內燈旋鈕力矩曲線 （定位式）

圖9為室內燈旋鈕某檔位的力矩曲線，可看出檔位力矩:0.11 Nm，曲線較平滑，力矩峰值在行程40%～50%位置左右。

主觀評價:操作較舒適，但轉動了較長的行程才到達峰值力矩，峰值過后迅速降到谷值點，感覺比較突兀，感覺檔位不好。

3.2 音量調節旋鈕力矩曲線 （多角度式）

圖10為無角度限制的音量調節旋鈕力矩曲線，峰值力矩為0.022Nm，為多角度式旋鈕。

主觀評價:操作較舒適，無滯澀感。

3.3 模式選擇旋鈕力矩曲線 （定位式）

過程旋鈕:圖11旋鈕圖片中各白點處力矩值。檔位力矩:圖11旋鈕符號標記的功能檔位處力矩值。

圖11中可看出:過程力矩為0.05 Nm，檔位力矩為0.1Nm。

主觀評價:操作能接受，檔位力矩稍顯不夠突出，與過程力矩的差距不是非常明顯。

3.4 異常力矩曲線 （定位式）

圖12中左圖為主觀感受舒適的旋鈕，右圖為主觀感受檔位卡滯的旋鈕。通過測試其力矩曲線，可看出舒適的旋鈕轉換檔位力矩為0.15 Nm，而卡滯的旋鈕測試力矩曲線中畫橢圓圈的部分出現一個接近0.2 Nm的毛刺峰值，此處導致旋鈕操作有滯澀感。

另外，部分車用旋鈕由于力矩設計不合理，導致操作舒適性差，比如某車型的音響面板，兩個旋鈕的直徑分別為33mm和26mm，其力矩均為0.015Nm。按照表1可知，大直徑的力矩值應比小直徑的力矩值大，如此才能獲得一個穩定的操作力。如力矩相同，則大直徑的旋鈕操作力會比較小，此會導致操作時無阻尼感，降低客戶的操作舒適性。

4 總結

通過分析各公司相關標準，結合本人多年工作經驗，得出以下幾點旋鈕力矩特性心得。

1）車用旋鈕在設計之初，應考慮好選用定位式旋鈕還是多角度式旋鈕。在檔位比較多，如音量有10個以上檔位時，建議選擇多角度式旋鈕，以方便快速切換功能檔位。

2）多角度式旋鈕峰值力矩推薦為:0.007～0.03 Nm；根據產品直徑不同，具體力矩值建議參考表1。

3）定位式旋鈕檔位力矩推薦為:0.1～0.2 Nm；對于部分尺寸較大的機械旋鈕，可設計到最大不超過0.5 Nm。檔位力矩建議設計為過程力矩的3倍，以形成明顯的檔位感。例如:某旋鈕檔位力矩設計為0.15Nm，則其過程力矩推薦為0.05Nm。

4）檔位力矩也即峰值力矩，其最佳位置應在該功能檔位總行程或總調節角度的30%處。