汽車中控屏誤觸發問題技術研究

劉婷婷 聶菁 馮朝曦 李海華 陳小玲

1.文華學院 機械與電氣工程學部 湖北省武漢市 430074 2.神龍汽車有限公司 技術中心 湖北省武漢市 430056

1 引言

汽車中控顯示屏是汽車與駕駛員之間的重要人機交互窗口，隨著液晶顯示技術的飛速發展和在汽車電子領域的不斷應用更新，現代汽車更多的智能化電子應用及功能被集成到車載顯示中，如車速、導航信息、天氣等各種行車信息，娛樂信息等都集中顯示在中控顯示屏中。車載顯示系統的逐漸向集智能、多媒體、以及網絡化為一體的方向發展，以汽車中控顯示屏為例，目前7寸、8寸顯示屏是入門級車型的標配，10寸屏已是眾多主機廠主打車型的主流配置，而高配置甚至高檔車型中更多的配置12寸及以上尺寸的車載顯示屏，甚至有廠家推出了三聯屏中控顯示，消費者對汽車中控顯示品的尺寸需求往大尺寸方向發展。

隨著車聯網等汽車智能化功能的提高，車載處理器性能升級，車載顯示屏的清晰度越來越高，色彩越來越豐富，對車載顯示屏的要求就越高。隨著社會的快速發展，現代汽車在綠色節能、網絡化、娛樂性、智能化、安全舒適等方面要求不斷提高，使得車載電子系統越來越復雜。車載電子系統匯集和處理各種信息，包括汽車運行狀態信息、車身控制信息、診斷信息基礎，以及來自車載信息娛樂系統、車載導航系統、保障救援和緊急通信系統的和來自外部車聯網的豐富信息都匯集到車載主機等電子設備上，并通過車載主機屏幕等車載顯示系統反饋給駕駛員，這樣才能使駕駛員及時、全面地獲取掌握各種信息，對特別情況做出準確處理，并提升駕乘體驗。

正是在于車載顯示屏技術的更新迭代和車載信息的集中顯示，汽車中控屏的故障問題不容忽視。車載顯示常見故障有黑屏、卡滯、誤觸發、觸摸失效等，一旦出現故障，人機交互及信息顯示將無法進行，也給安全駕駛帶來極大隱患。現代汽車的中控顯示屏故障問題需要及時的解決，并杜絕已知問題的再次發生。因此，汽車中控顯示屏的結構設計、軟件安全等需要更加地重視和嚴謹，制造工藝也需要不斷的更新和升級，確保其可靠性和穩定性。本文將以某車型9寸中控顯示屏為例，分析誤觸發的技術問題并提出解決方案。

2 車載中控屏顯示技術

2.1 顯示屏結構

隨著技術的更新發展，目前的汽車中控顯示屏一般為電容式觸摸顯示屏。中控觸摸顯示屏按像素來顯示，中小尺寸一般為標清顯示，大尺寸一般為高清顯示。從觸摸顯示屏結構設計角度，顯示屏由3個主要的部分組成，從上到下分別是保護玻璃、觸摸屏、TFT顯示屏，如圖1所示。這三個主要部件之間需要進行依次貼合，一般需要經過兩次貼合工藝才能完成。第一次是在保護玻璃和觸摸屏之間進行一次貼合，第二次是將觸摸屏與顯示屏進行貼合。根據屏幕尺寸大小和分辨率的不同，有框貼和全貼合兩種工藝。考慮到成本因素，一般中小尺寸使用框貼工藝，大尺寸使用全貼合工工藝。

圖1 傳統顯示屏結構

2.2 框貼技術

框貼技術，即采用專用雙面膠將觸摸屏與顯示屏沿四周邊緣進行貼合，類似于口字型固定，因此可稱為口字膠貼合。又因為中間存在空氣間隙層，因此又稱為空氣貼合。框貼是目前大部分中小顯示屏所采用的貼合技術，如圖2所示。其優點在于工藝簡單且成本低廉，但正因為顯示屏與觸摸屏間存在著空氣層，在光線折射后導致顯示顯示屏反光較大，這也是框貼技術的最大缺點。

圖2 框貼工藝顯示屏剖面圖

框貼的特點是會產生空氣層。空氣層加上觸摸屏和保護玻璃以及顯示屏，會產生光線反射和折射，影響顯示效果。通過框貼工藝貼合進行貼合的顯示屏，會分別在液晶屏與觸摸屏、觸摸屏與保護玻璃之間產生空氣層，并在3個表面產生光線反射和折射現象，如圖3所示。將導致背光效率損失，顯示亮度變低；外界光線經過多次反射和折射，一部分變成雜散光或鏡面反射光進入人眼，產生眩光，導致對比度和亮度降低，顯示效果較差。 空氣層間隙的厚度即觸摸屏和顯示屏的間距是非常重要的技術參數。間距須設置在一個合理的數值，距離過大或過小均會引起鏟平故障，如間距過大會引起顯示屏水汽、起霧、反射率過大等問題；間距過小會引起誤觸發等觸摸不良的問題。因此，在進行顯示屏設計時，尤其要重點考慮間隙參數。

圖3 框貼工藝的顯示屏截面圖反射分析

3 誤觸發故障復現

3.1 故障現象

某車型的9寸中控屏，在連續3個月內出現了13起汽車中控屏誤觸發故障，該顯示屏均由同一供應商供貨。故障描述如下：當車輛行駛在顛簸路面時，顯示屏右上角功能誤觸發；顯示屏右上角在行駛顛簸路時，屏幕來回跳。

3.2 故障復現

故障件返回后，外觀檢查正常，進行臺架功能測試，晃動或按壓邊框時屏幕右上角邊緣會處于觸發狀態，故障可復現，可判定是顯示屏產品的問題。

對觸摸屏連接測試工具，對顯示屏不上電，而將支架出連接導線將TFT屏/鎂框/支架/PCBA和測試工具的GND進行連通，測試觸摸屏的寄生電容。售后件故障件的寄生電容右上角值(2pcs)＞600，而且圖形存在一個尖角，良品寄生電容(5pcs)＜200。可見，測試不良品結果顯示寄生電容變化值大于600，引起右上角誤觸發。故障件和良品電容值測試如表1所示。

表1 故障件和良品電容值測試

4 故障原因分析

故障現象為屏幕右上角誤觸發，處于同一位置。初步分析可能的原因有：（1）框貼時溢膠導致誤觸發；（2）觸摸屏或TFT顯示屏本體故障；（3）觸摸屏或TFT顯示屏貼合的相對位置即貼合間隙過小導致誤觸發。對于上述可能的原因，一一進行排查。

4.1 框貼時溢膠原因分析

臺架測試觸摸屏或TFT顯示屏本體故障排出，進一步對故障件進行拆解分析，在擠壓金屬美框或者晃動過程中，顯示屏有觸發現象。懷疑異物接觸到TFT液晶顯示，在產品拆件后發現異常點：框貼膠有輕微外溢現象。下一步將進行TFT顯示屏內部拆件分析，以確認驗證結果。開膠可確認屏幕右上角存在輕微溢膠現象，如圖4所示。但查詢故障件的生產記錄，點膠參數記錄無異常，溢膠原因可能由于觸摸屏或TFT顯示屏距離過近導致溢膠。

圖4 顯示屏溢膠現象

4.2 觸摸屏和顯示屏間距分析

影響觸摸屏和顯示屏間距的因素之一是固定顯示屏的金屬支架螺絲柱高度。正常金屬支架的螺絲柱高度為1.35mm，尺寸要求如圖5所示。故障件金屬支架的螺絲柱高度測試數據見表2所示。故障件在點1、點2和點4三個位置的螺絲柱高度小于正常尺寸。金屬支架的螺絲柱高度過小，會擠壓顯示屏靠近觸摸屏，結果會致溢膠和間距偏小。點1位置即顯示屏誤觸發的右上角位置，此尺寸超下限，引起此位置整體下陷， 最終導致裝上TFT顯示屏后，TFT顯示屏跟著下陷。TFT顯示屏與TP觸摸屏在此位置間隙隨之減小。因為安裝TFT顯示屏后，點1位置強度高，4點位置強度低，所以4點位置也會被拉著走下限，尺寸跟著減小。

圖5 金屬支架的螺絲柱高度要求

表2 金屬支架的螺絲柱高度數據測試

對故障件進行間距測試數據如表3所示，結果顯示故障件的觸摸屏和顯示屏在點1和點4的兩個位置間距偏小。

表3 觸摸屏和顯示屏間距

綜上測試結果可知，根本原因是觸摸屏和顯示屏在右上角位置間距過小導致誤觸發。正常情況狀態TFT顯示屏邊沿遠離觸摸屏激活區，不會形成有效的電容改變，因此不會出現誤報點。但在異常狀態下，假如膠層變薄，降低了TFT顯示屏和TP觸摸屏的間距，或者膠層有部分溢出，接近觸摸屏的激活區。以上兩個因素，均會形成有效的觸發寄生電容，從而出現誤報點。

根據以上分析，對2pcs產品復現件模擬溢膠以及觸摸屏和TFT顯示屏間距偏小的狀態，發現2個復現件均出現和售后件相同的故障現象，且右上角誤觸發顯示屏右上件電容值大于600。測試數據見表4所示。對售后137#故障件在無損拆解后，按照目前生產工藝（膠寬3.9mm調整到2.8mm）重新組裝成成品。右上角電容值230，正常小于600。測試結果：功能測試正常，未出現右上角誤觸發的現象。

表4 復現件測試數據對比

因此綜上原因分析，可得出結論，本次顯示屏誤觸發的根本原因有兩個：（1）TP觸摸屏和TFT顯示屏右上角存在溢膠問題；（2）TP觸摸屏和TFT顯示屏右上角間距偏小。

5 解決方案

短期解決方案：（1）對成品出貨前100%臺架檢驗；（2）增加檢驗治具對產品的寄生電容進行檢測，用來篩選不良屏，電容檢測值大于600則視為有誤觸發風險。（3）先對產線生產的200pcs進行全檢，如果沒有發現異常 則后續每4小時抽檢2pcs。短期解決方案有效杜絕不良品流出。

長期解決方案：（1）提高工藝改善溢膠。對涂膠量進行嚴格控制，將膠量設置由3.9mm調整到2.8mm，上下限由1.5～5.3調整到1.5～3.2mm；（2）調整公差保證TP觸摸屏和TFT顯示屏間距。修改金屬支架螺絲柱高度，將藍色面高度調整至尺寸上偏差，如圖6所示。將TP觸摸屏和TFT顯示屏間距調整至1.7mm，避免溢膠以及間隙過小導致誤觸發。（3）金屬支架生產時供應商對螺絲柱高度做SPC管控。（4）對以上措施進行實驗驗證。檢測初始寄生電容，樣件冷熱沖擊試驗，樣件振動實驗，樣件測試后檢測寄生電容。長期解決方案實施后，售后誤觸發問題不再出現，解決方式有效。

圖6 調整金屬支架螺絲柱高度

6 結束語

本文對某車型9寸框貼工藝的汽車中控顯示屏誤觸發問題進行性原因分析和研究。受到框貼工藝的局限性，在最小改動的情況下提出了有效的解決方案。其實，如采用全貼合工藝，可以避免空氣層帶來的觸摸和顯示的故障問題。隨著成本的改善和產品良率的提高，相信全貼合的技術將會逐漸稱為貼合的主流技術。