汽車開關(guān)定位、安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

【摘" 要】隨著汽車技術(shù)的飛速發(fā)展和對(duì)車用開關(guān)研究的不斷深入，車用開關(guān)的重要性和精細(xì)化水平也越來(lái)越高。文章對(duì)車用開關(guān)的定位和安裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)研究，并提出可行的設(shè)計(jì)方案，對(duì)車用開關(guān)的設(shè)計(jì)和開發(fā)具有借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】汽車開關(guān)；定位結(jié)構(gòu)；安裝結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：U463.66" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " 文章編號(hào)：1003-8639（2025）02-0065-05

Design Method of Automotive Switch Positioning and Installation Structure

WANG Zaichang

（Beijing Foton Daimler Automobile Co.，Ltd.，Beijing 100000，China）

【Abstract】With the rapid development of automobile technology and the deepening of research on vehicle switches，the importance and refinement level of vehicle switches are getting higher and higher. In this paper，the positioning and installation structure of the vehicle switch are systematically studied，and the feasible design scheme is proposed，which has reference significance for the design and development of the vehicle switch.

【Key words】automobile switch；positioning structure；mounting structure

0" 前言

中國(guó)汽車工業(yè)經(jīng)過(guò)近三十年的發(fā)展，研發(fā)水平和產(chǎn)品品質(zhì)都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。隨著汽車智能化和電氣化水平的提高，越來(lái)越多的控制器在整車上得以應(yīng)用，而作為操縱件的開關(guān)，其種類和功能也越來(lái)越多，其安全性和可靠性也越來(lái)越重要，開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和匹配安裝也日益精密[1]。本文從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、配合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、適用范圍等方面，闡述汽車開關(guān)主流的定位和安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1" 汽車開關(guān)分類

在汽車領(lǐng)域，汽車開關(guān)依據(jù)操作形式的差異，可細(xì)分為推拉式、翹板式、直鍵式、扳柄式、旋轉(zhuǎn)式、滾輪式、頂桿式以及非接觸式等多種類別。從安裝通信方式的角度來(lái)看，其又可歸為硬線通信與總線通信這兩大類型。豐富多樣的開關(guān)類型，精準(zhǔn)適配了汽車復(fù)雜多變的控制需求，讓車輛各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程更加簡(jiǎn)便、高效且精準(zhǔn)無(wú)誤。由于不同的開關(guān)被安置于不同的區(qū)域，而且與之配合的對(duì)手件也各有特點(diǎn)，因此有必要依據(jù)開關(guān)所處的具體區(qū)域以及其對(duì)手件的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出可靠的定位與安裝結(jié)構(gòu)。

行業(yè)內(nèi)，常用的定位結(jié)構(gòu)主要有軟筋定位、導(dǎo)向筋定位、軸孔定位等；而安裝結(jié)構(gòu)則主要有簡(jiǎn)易金屬?gòu)椘⑺芰蠌椘⒖烧娌鹦督饘購(gòu)椘OSS柱支架、帶定位BOSS柱、卡扣等。

2" 定位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

2.1" 軟筋定位

軟筋指在開關(guān)安裝體表面設(shè)計(jì)的凸起結(jié)構(gòu)，一般尺寸較小且為塑料材質(zhì)，受壓時(shí)有一定的彈性變形，可用于限位或間隙補(bǔ)償。

2.1.1" 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1為軟筋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需考慮以下3點(diǎn)。

1）斷面設(shè)計(jì)具體參數(shù)：高度≥0.5mm，圓角R≥0.15mm。

2）軟筋底端距離側(cè)面塑料彈片中部≥3mm，前端設(shè)計(jì)15°～30°的倒角，便于裝配。

3）軟筋設(shè)計(jì)長(zhǎng)度與安裝板裙邊配合≥1mm，且不低于開關(guān)總長(zhǎng)度的三分之一，避免太短導(dǎo)致開關(guān)安裝后晃動(dòng)。

2.1.2" 配合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖2為軟筋配合尺寸設(shè)計(jì)示意圖。開關(guān)安裝板的開槽尺寸應(yīng)保證A向比開關(guān)外輪廓小0.1mm，B向比開關(guān)外輪廓小0.1mm，此縮減量將作為軟筋的過(guò)盈預(yù)壓量。

軟筋對(duì)稱布置6條或8條，布置時(shí)應(yīng)充分考慮開關(guān)定位平衡度，使其受力均勻，同時(shí)應(yīng)注意軟筋布置位置的剛度，過(guò)盈配合時(shí)軟筋基座不應(yīng)變形。

軟筋布置位置距離邊緣＞2mm，如開關(guān)尺寸較大，則需在中間位置加設(shè)一條軟筋，且在每條軟筋對(duì)應(yīng)的開關(guān)內(nèi)部，設(shè)置有加強(qiáng)筋或支撐結(jié)構(gòu)，以免開關(guān)按壓時(shí)出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象。

2.1.3" 適用范圍

軟筋定位結(jié)構(gòu)具有定位精確、無(wú)晃動(dòng)、安裝方便、成本低廉的特點(diǎn)。軟筋定位結(jié)構(gòu)對(duì)開關(guān)尺寸精度要求較高，適用于按鍵個(gè)數(shù)不大于2個(gè)的開關(guān)，或開關(guān)總體尺寸不大于（50×50）mm。

2.2" 導(dǎo)向筋定位

導(dǎo)向筋指在開關(guān)安裝體表面設(shè)計(jì)的凸起結(jié)構(gòu)，用于開關(guān)限位和定向。

2.2.1" 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖3為導(dǎo)向筋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖，導(dǎo)向筋寬度≥1mm，高度≥1.5mm，導(dǎo)向筋前端設(shè)計(jì)30°左右的倒角，便于裝配。

2.2.2" 配合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖4為導(dǎo)向筋配合尺寸設(shè)計(jì)示意圖。在導(dǎo)向筋配合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方面，其布置數(shù)量為3條，按短邊2條、長(zhǎng)邊1條進(jìn)行設(shè)計(jì)，起到防錯(cuò)作用，并盡量布置在開關(guān)的中間位置；導(dǎo)向筋與安裝槽為間隙配合，開關(guān)安裝板的開槽尺寸應(yīng)保證A向比導(dǎo)向筋寬度大0.2mm，即單邊間隙0.1mm；導(dǎo)向筋長(zhǎng)度應(yīng)能超出安裝面板1mm以上。

2.2.3" 適用范圍

導(dǎo)向筋適用范圍主要有：①導(dǎo)向筋布置在中間位置，能夠保證開關(guān)四周間隙的一致性，適用于各類開關(guān)；②適用于各安裝位置。

2.3" 軸孔定位

2.3.1" 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖5為軸孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖。在開關(guān)軸孔定位結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，于開關(guān)主體上設(shè)計(jì)一個(gè)圓孔和一個(gè)長(zhǎng)圓孔，圓孔作為主定位，長(zhǎng)圓孔作為輔助定位，長(zhǎng)圓孔圓心距≥1mm；圓孔直徑和長(zhǎng)圓孔的寬度根據(jù)開關(guān)安裝板上的圓柱銷進(jìn)行匹配，間隙配合值取0.1mm。

2.3.2" 配合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)于軸孔配合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主定位對(duì)開關(guān)進(jìn)行四向限位，輔助定位起旋轉(zhuǎn)限位，主定位盡量靠近有外觀要求的部位，以保證外觀間隙均勻性；軸孔配合的有效搭接量≥2.5mm，定位孔倒角≥0.5mm便于裝配。圖6為軸孔配合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖。

2.3.3" 適用范圍

適用于門窗開關(guān)、電子手剎開關(guān)、大型開關(guān)等。

3" 安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

3.1" 簡(jiǎn)易金屬?gòu)椘?/p>

3.1.1" 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

金屬?gòu)椘Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖7所示。自由狀態(tài)下，金屬?gòu)椘ń用媾c底端的夾角設(shè)計(jì)為55°；安裝狀態(tài)下，金屬?gòu)椘ń用媾c底端的夾角應(yīng)為45°左右。

3.1.2" 配合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

金屬?gòu)椘浜铣叽缛鐖D8所示。以金屬?gòu)椘ń用娴闹悬c(diǎn)作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)點(diǎn)，要求A向尺寸大于安裝面板的D尺寸2mm，作為彈片的過(guò)盈預(yù)壓量；B向尺寸與安裝面板C尺寸相等。金屬?gòu)椘瑢?duì)稱布置在開關(guān)兩側(cè)，數(shù)量取2～6片（偶數(shù)），布置時(shí)應(yīng)充分考慮安裝平衡度，使開關(guān)受力均勻。

3.1.3" 適用范圍

金屬?gòu)椘m用范圍為：①兩彈片對(duì)稱布置適用于單按鈕的小開關(guān)；②4～6彈片適用于不多于6按鈕的開關(guān)，多于6按鈕的開關(guān)不宜使用此安裝結(jié)構(gòu)；③不宜布置在門板、副儀表板等承受振動(dòng)或沖擊的位置；④采用該類型結(jié)構(gòu)的開關(guān)需正向安裝，拆卸時(shí)需將手伸到開關(guān)后部按壓兩側(cè)彈片使其變形后取出，因此不便于拆卸。

3.2" 塑料彈片

3.2.1" 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

塑料彈片相比于金屬?gòu)椘畲蟮膮^(qū)別是，其上帶有多個(gè)臺(tái)階，臺(tái)階尺寸為（0.35×0.35）mm，最后一個(gè)臺(tái)階高度≥1mm，其他尺寸可按開關(guān)實(shí)際大小進(jìn)行靈活設(shè)計(jì)。塑料彈片結(jié)構(gòu)如圖9所示。

3.2.2" 配合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

以塑料彈片卡接面的中點(diǎn)作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)點(diǎn)，要求A向尺寸大于安裝面板的C尺寸2mm，作為彈片的過(guò)盈預(yù)壓量；B向尺寸與安裝面板D尺寸相等[2]。塑料彈片配合尺寸如圖10所示。

塑料彈片對(duì)稱布置在開關(guān)兩側(cè)，數(shù)量取2～6片（偶數(shù)），布置時(shí)應(yīng)充分考慮安裝平衡度，使開關(guān)受力均勻。

3.2.3" 適用范圍

塑料彈片適用范圍同3.1.3金屬?gòu)椘?/p>

3.3" 可正面拆卸金屬?gòu)椘?/p>

3.3.1" 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

可拆卸彈片結(jié)構(gòu)如圖11所示。自由狀態(tài)下，金屬?gòu)椘ń用媾c底端的夾角設(shè)計(jì)為55°；安裝狀態(tài)下，金屬?gòu)椘ń用媾c底端的夾角應(yīng)為45°左右。

3.3.2" 配合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

可拆卸彈片配合尺寸如圖12所示。以金屬?gòu)椘ń用娴闹悬c(diǎn)作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)點(diǎn)，要求A向尺寸大于安裝面板的D尺寸2mm，作為彈片的過(guò)盈預(yù)壓量；B向尺寸與安裝面板C尺寸相等。金屬?gòu)椘瑢?duì)稱布置在開關(guān)兩側(cè)，數(shù)量為2片，布置時(shí)應(yīng)充分考慮安裝平衡度，使開關(guān)受力均勻。

正面拆卸時(shí)，將彈片一端掛到掛鉤上，卡接面就會(huì)自然脫離安裝面板，然后將整個(gè)開關(guān)取出。彈片拆卸過(guò)程如圖13所示。

3.3.3" 適用范圍

兩彈片對(duì)稱布置適用于體積較大的開關(guān)及儀表板區(qū)域。

3.4" BOSS柱支架

BOSS柱指在內(nèi)飾面板的內(nèi)表面設(shè)計(jì)的凸柱，配合自攻釘安裝開關(guān)或其支架。

3.4.1" 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖14為BOSS柱支架設(shè)計(jì)尺寸，表1為BOSS柱支架尺寸推薦值。

BOSS柱預(yù)留孔設(shè)計(jì)尺寸見圖15，其主要根據(jù)材料特性的不同分為a/b兩類。BOSS柱尺寸推薦值詳見表2。其中，a類為ABS、PC/ABS、PC、PA*+GF*等硬材料；b類為PP、PE、POM、PA6、PA66等軟材料。

3.4.2" 配合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

BOSS柱支架配合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：固定支架有2腳支架、3腳支架、4腳支架、6腳支架等類型，常用2腳固定支架；布置時(shí)應(yīng)充分考慮安裝平衡度，使開關(guān)受力均勻；BOSS柱軸線應(yīng)與開關(guān)安裝孔的軸線同軸，不得出現(xiàn)角度或尺寸偏差；BOSS柱頂部平面應(yīng)與開關(guān)安裝孔平面貼合，不得出現(xiàn)空隙。

3.4.3" 適用范圍

適用于操作力較大的開關(guān)，如四門玻璃升降器開關(guān)、副儀表板開關(guān)等，因此可應(yīng)用于四門門護(hù)板和副儀表板區(qū)域等。

3.5" 帶定位BOSS柱

3.5.1" 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

帶定位BOSS柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸要求如圖16所示，其尺寸推薦值見表3。BOSS柱預(yù)留孔的尺寸根據(jù)材料特性的不同，同樣分為a/b兩類。其中，a類有ABS、PC/ABS、PC、PA*+GF*等硬材料；b類有PP、PE、POM、PA6、PA66等軟材料。

3.5.2" 配合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

帶定位BOSS柱配合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：固定支架有2腳支架、3腳支架、4腳支架、6腳支架等類型，常用2腳固定支架；布置時(shí)應(yīng)充分考慮安裝平衡度，使開關(guān)受力均勻；BOSS柱軸線應(yīng)與開關(guān)安裝孔的軸線同軸，不得出現(xiàn)角度或尺寸偏差；BOSS柱頂部平面應(yīng)與開關(guān)安裝孔平面貼合，不得出現(xiàn)空隙。

3.5.3" 適用范圍

適用于操作力較大的開關(guān)，如四門玻璃升降器開關(guān)、副儀表板開關(guān)等，因此可應(yīng)用于四門門護(hù)板和副儀表板區(qū)域等。

3.6" 卡扣

3.6.1" 配合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

卡扣配合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖17所示，其設(shè)計(jì)要點(diǎn)主要有：卡扣寬度B≥5mm，安裝板上的孔寬度A應(yīng)大于B至少2mm，作為調(diào)整誤差的余量；卡扣與安裝板搭接量≥0.8mm，或保證拉脫力≥98N；卡扣對(duì)稱布置在開關(guān)兩側(cè)，數(shù)量取2～6個(gè)（偶數(shù)），布置時(shí)應(yīng)充分考慮安裝平衡度，使開關(guān)受力均勻[3]。

3.6.2" 適用范圍

4卡扣適用于不多于3按鈕的開關(guān)，按鈕較多的開關(guān)組應(yīng)采用6卡扣或更多；不宜布置在門板、副儀表板等承受振動(dòng)或沖擊的位置；采用該類型結(jié)構(gòu)的開關(guān)需反向安裝，拆卸時(shí)需借助工具從開關(guān)后部撬開卡接殼體后，將開關(guān)取出，因此不便于拆卸。

4nbsp; 結(jié)束語(yǔ)

汽車開關(guān)作為各種控制器的操縱件，負(fù)責(zé)整車60%以上功能的開啟和關(guān)閉，對(duì)行車安全性、便利性、舒適性等都起著至關(guān)重要的作用。汽車開關(guān)種類繁多，功能各異，開發(fā)時(shí)既要考慮開關(guān)形態(tài)外觀滿足整車造型風(fēng)格，又要兼顧其同控制器間的通信方式，還要滿足定位準(zhǔn)確、安裝可靠的要求[4]。

1）軟筋定位和導(dǎo)向筋定位因其定位準(zhǔn)確、安裝方便、成本低廉的特點(diǎn)，在汽車開關(guān)中應(yīng)用最為廣泛，技術(shù)也最為成熟，在產(chǎn)品前期設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮采用此種定位結(jié)構(gòu)。

2）卡扣結(jié)構(gòu)制造簡(jiǎn)單、配合牢固，是目前應(yīng)用最多的安裝結(jié)構(gòu)，但是不便于拆卸。而方便拆卸的安裝結(jié)構(gòu)，往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本較高。相信不久的將來(lái)，能夠設(shè)計(jì)出同時(shí)兼顧安裝和拆卸的結(jié)構(gòu)，讓汽車開關(guān)的制造和使用更加方便。

參考文獻(xiàn)

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（編輯" 凌" 波）

收稿日期：2024-06-18

作者簡(jiǎn)介：王在昌（1984—），高級(jí)工程師，碩士，長(zhǎng)期從事汽車電子器件的設(shè)計(jì)和開發(fā)工作，對(duì)開關(guān)、組合手柄、時(shí)鐘彈簧等產(chǎn)品有深入研究。